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Quantifizierung der Rate der CaCO3-Rekristallisation im Boden und Bildung pedogener Karbonate unter verschiedenen Bedingungen: Experimente, Modell und Überprüfung

Rekristallisation des geogenen Kalks mit dem CO2 aus der Atmung von Wurzel und Mikroorganismen führt zur Bildung pedogener Karbonate, die einer der wichtigsten Schlüssel zur Bestimmung des Alters der Bodenbildung (Radiokarbondatierung) und der Rekonstruktion der Paläou-welt (d13C, d18O) unter semiariden und ariden Klimatenbedingungen sind. Deswegen war ein erhöhtes Interesse für pedogene Karbonate seitens der Geowissenschaften in den vergangenen zwei Jahrzehnten zu verzeichnen. Bis jetzt ist die Geschwindigkeit der Bildung pedogener Karbonate völlig unbekannt, obwohl davon die Präzision der Altersbestimmung und der Paläoumweltrekonstruktionen wesentlich abhängt. In diesem Vorhaben wird die Geschwindigkeit der Bildung der pedogenen Karbonate durch den Isotopenaustausch bei der Rekristallisation des geogenen Kalks mit dem 14CO2 aus der Rhizosphärenatmung der in der 14CO2-Atmosphäre markierten Pflanzen bestimmt. Mit dieser sehr sensitiven und bereits erprobten Methode wird der Einfluss der Pflanzenarten, Dauer des Pflanzenwachstums, Temperatur, Feuchte, CaCO3-Gehalte und CaCO3-Verlagerung auf die CaCO3-Rekristallisationsrate bestimmt. Aus den experimentell ermittelten Abhängigkeiten der Rekristallisation von den Umweltvariablen wird ein Modell zur Bildung der pedogenen Karbonate erstellt und anhand der Radiokarbondatierung der unter verschiedenen Bedingungen entnommen pedogenen Karbonate geprüft. Das Forschungsvorhaben ermöglicht erstmalig die Präzision der Bestimmung des Alters der Bodenbildung und der Rekonstruktion der Paläoumwelt anhand der pedogenen Karbonate experimentell zu quantifizieren.

Resilienz der Wasserversorgung und -speicherung im ländlichen Raum, Teilprojekt 2

Effeke lokalen Schwerewellenantriebs auf die mittlere Atmosphäre

Das Projekt beinhaltet eine Studie der Auswirkungen einer begrenzten Region erhöhter atmosphärischer interner Schwerewellenaktivität und Schwerewellenrechens auf die mittlere Atmosphäre. Die Charakteristik solch einer Region, ihre räumlich und zeitliche Variabilität und Verbindung zu anderen Klimaparametern wird anhand von GPS Radiookkultationsanalysen untersucht. Es werden Algorithmen zur dreidimensionalen Analyse der Wellenreibung und der Brewer-Dobson-Zirkulation (BDC) verwendet; als Datengrundlage dienen Simulationen mit einem mechanistischen Zirkulationsmodell der mittleren Atmosphäre und Reanalysedaten. Die dreidimensionaler Variabilität der BDC und die Rolle lokalisierter erhöhte Schwerewellenaktivität wird so untersucht. Weiterhin wird die Anregung und folgende Ausbreitung planetarer Wellen durch eine Region erhöhter Schwerewellenaktivität untersucht. Die Auswirkungen auf die Polarregionen (mittlere Zirkulation, Präkonditionierung, winterliche Stratosphärenerwärmungen) und auf die äquatoriale Stratosphäre (Einfluss auf Tropopausen Brüche und Stratosphäre-Troposphäre-Austausch) werden untersucht. Weiterhin wird der Einfluss lokalisierten Schwerewellenbrechens auf die mittlere Zirkulation der Mesosphäre analysiert, insbesondere im Hinblick auf stationäre Wellen, und ihre Variabilität.

Das Fluktuations-Dissipations-Theorem, Stochastik und klimaabhängige Subgitterskalenparametrisierungen für effiziente Klimamodelle

In verschiedenen Anwendungsbereichen der Klimamodellierung, z.B. Paläoklimatologie oder Sensitivitätsstudien, besteht Bedarf nach einem besonders effizienten Atmosphärenmodul. Niedrigdimensionale Modelle, basierend auf empirisch-orthogonalen Funktionen (EOF), mit einer empirischen linearen Parametrisierung der nicht aufgelösten Subgitterskalen (SGS), können viele Aspekte der Dynamik eines klassischen allgemeinen Zirkulationsmodells reproduzieren. Sie bieten sich somit in diesem Zusammenhang als interessantes Werkzeug an. Ein verbleibendes Problem war bisher die Klimasensitivität der empirischen SGS-Parametrisierung. In dem Projekt sollen zwei eng miteinander verwobene Ansätze verwendet werden, um dieses Thema anzugehen: (1) Neuere Ergebnisse zeigen, dass das Fluktuations-Dissipations-Theorem (FDT) Potential für die Vorhersage der Reaktion einer empirischen SGS-Parametrisierung auf variable externe Bedingungen hat, insbesondere wenn das betroffene System ausreichend viele schnelle Komponenten hat. Die barotrope Vorticitygleichung in dieser Untersuchung gestattet aber nur vergleichsweise langsame barotrope Rossbywellen. Es ist deshalb zu erwarten, dass der FDT-Ansatz in einem realistischeren Zusammenhang noch besser funktioniert. Darum, und auch mit der direkten Absicht, sukzessive den Realismus der Anwendung zu erhöhen, ist es geplant, die FDT-Strategie auf niedrigdimensionale Modelle der quasigeostrophischen Dreischichtendynamik (QG3S) anzuwenden, die synoptisch-skalige barokline Wellen zulässt. Dazu soll eine empirische linear-stochastische (Ornstein-Uhlenbeck, OU) Parametrisierung betrachtet werden. (2) Noch mehr als der obige Ansatz mit einer empirischen OU-Parametrisierung basiert die stochastische Modenreduktion (SMR) auf ersten Prinzipien. Die darin gegebene explizite Ableitung des Einflusses der nichtaufgelösten schnellen Moden, mit multiplikativem Rauschen und nichtlinearen deterministischen Beiträgen als Ergänzung zu Antrieb und additivem Rauschen wie in einer OU-Parametrisierung, sollte zu einem robusteren Verhalten eines entsprechend entwickelten niedrigdimensionalen Modells führen als die mehr datenbasierte OU-Parametrisierung der SGS. Da SMR-basierte Modelle allerdings zu einem Klimafehler neigen, die oben beschriebenen empirischen Ansätze andererseits sehr gut funktionieren, ist es vorgesehen, die Leistungsfähigkeit von SMR-Modellen zu verbessern, indem die konstante und lineare Komponente ihrer SGS-Parametrisierung empirisch ergänzt wird. Wiederum im QG3S-Zusammenhang soll das FDT verwendet werden, um die Reaktion der empirischen Komponenten der so modifizierten SMR-Parametrisierung auf externe Störungen vorherzusagen. Das übergeordnete Ziel dieser Anstrengungen ist ein effizientes Atmosphärenmodell, das soweit wie nach dem heutigen Stand der Wissenschaft möglich auf ersten Prinzipien basiert, das darüber hinaus aber das FDT verwendet, um die Klimaabhängigkeit der verbleibenden empirischen Elemente zu beschreiben.

Forschergruppe (FOR) 2936: Klimawandel und Gesundheit in Afrika südlich der Sahara, Teilprojekt: Bereitstellung von klimatischen und biophysikalischen Antriebsdaten für Gesundheitsprojektionen

Die Gesundheitsfolgen des Klimawandels sind bisher aufgrund ihrer Komplexität unzureichend erforscht. So beeinflusst der Klimawandel die menschliche Gesundheit auf verschiedenen, oft indirekten Wegen: Typische Wirkungspfade in Sub-Sahara Afrika sind verringerte landwirtschaftliche Erträge mit Auswirkungen auf Ernährung, Hitzestress und hydro-klimatische Extreme und deren Auswirkungen auf die Malariaprävalenz. Es reicht also nicht, nur direkte Klimavariablen als erklärende Größen zu verwenden. Dieses Teilprojekt liefert deshalb neben raum-zeitlich hoch aufgelösten Klimagrößen auch bio-physikalische Klimafolgenindikatoren wie hydro-klimatischer Extreme (Dürren und Hochwasser) und landwirtschaftliche Ertragsdynamiken zur Beschreibung von Gesundheitsfolgen. Die Übersetzung historisch beobachteter Klimadaten und hochaufgelöster Klimaprojektionen in relevante Klimafolgenindikatoren (landwirtschaftliche Erträge, Wasserverfügbarkeit, Überflutungsflächen, etc.) erfolgt über ein regionales Klimafolgenmodell, das hydrologische und Vegetationsprozesse sowie landwirtschaftliches Management und Produktion integriert. Die Daten stehen dann als erklärende Variablen zur Ableitung der Klimawirkungsfunktionen aus Gesundheitsdaten zur Verfügung, wo entsprechende Beobachtungsdaten fehlen. Einmal definiert, werden die Wirkungsfunktionen verbunden mit den Klima- und biophysikalischen Klimafolgensimulationen genutzt, um i) Gesundheitsprojektionen für die Zukunft zu erstellen und dabei nichtlineare Wirkungen des Klimawandels über bio-physikalische Indikatoren zu berücksichtigen, ii) mögliche Anpassungsoptionen zu bewerten und iii) die Gesundheitsfolgen für die Zielländer über räumlich aufgelöste Prädiktoren hochzuskalieren und für die sozio-ökonomische Folgenuntersuchung bereit zu stellen. In den ersten 3 Jahren lag der Schwerpunkt auf technischen Aspekten und methodischen Arbeiten in Bezug auf das Klima-Downscaling und die Modellierung der biophysikalischen Eingangsdaten für die Gesundheitsreaktionsfunktionen. Mit den neuen 1 km-Klimadaten sind wir sogar über das ursprünglich geplante Ziel der räumlichen Detaillierung hinausgegangen, was folglich eine höhere Auflösung der biophysikalischen Wirkungsdaten für die Wirkungsreaktionsfunktionen ermöglichte. Damit ist ein klarer Fahrplan für die in der nächsten Projektphase geplanten Studien vorgegeben, welche zum Ziel haben, den Teilprojekten die von ihnen benötigten Klimafolgendaten zur Verfügung zu stellen und sie bei der mathematischen Modellierung zu unterstützen: i) Zusammenstellung und Prüfung der 1 km-Klimadaten für Burkina Faso und Kenia ii) 1 km kontrafaktische Klimadaten zur Zuordnung von Gesundheitsauswirkungen iii) Simulation und Test von hochauflösenden biophysikalischen Daten für Burkina Faso und Kenia unter Szenariobedingungen iv) Zusammen mit den Projektpartnern Formulierung von Adaptation-Response-Functions v) Bereitstellung von biophysikalischem und gesundheitsbezogenem Input für ökonomische Modellierung

Bedarfsgerechte Automatisierung der Freiflächen- und Tröpfchenbewässerungstechnik mittels on-site IOT-Sensorik, unterstützt durch Satellitentechnik, Teilprojekt A

Bedingt durch den Klimawandel sind landwirtschaftliche Kulturpflanzen vermehrt Wasserstress und Frostschäden ausgesetzt. Gleichzeitig prognostiziert die FAO einen Anstieg des globalen Wasserbedarfs um 55% (Landwirtschaft um 11%), bei einem Anstieg der gesamten beregneten Fläche um 6% bis 2050. Diese Problematik, kombiniert mit dem Bevölkerungsanstieg, wachsendem Energiebedarf und dem Rückgang der nutzbaren landwirtschaftlichen Fläche in den Industriestaaten, verlangt nach Lösungen. Ein bedarfsgerechter, energiesparender und effizienter Einsatz der Ressourcen Wasser und Energie ist erforderlich, um eine zukunftsfähige und nachhaltige Bewässerung zu gewährleisten und der steigenden Nutzungskonkurrenz, um die Ressource Wasser, zu begegnen. Während eine automatisierte Bewässerung im Gewächshaus bereits Stand der Technik ist, wird die Freiflächen und Tröpfchenbewässerung wie z.B. im Gemüse bzw. Obstbau überwiegend manuell auf Basis von Erfahrungswerten der Anbauer oder aufgrund fest geplanter Bewässerungsintervalle durchgeführt. Dies führt in der Regel zu hohen Bewässerungsgaben und kann weiterhin zu Nährstoffauswaschungen führen. Ziel dieses Projektes ist es daher, Daten aus den unterschiedlichsten Quellen auf einer intelligenten Service-Plattform miteinander zu verknüpfen, um dadurch über eine digitale Entscheidungsunterstützung, eine bedarfsgerechte und (teil-)automatisierte Bewässerung zu ermöglichen. Gerade die Integration lokaler Sensoren in einem multivariaten Ansatz, soll dabei auch der zunehmenden Entwicklung von teilabgedeckten Agrarflächen durch Agri-Photovoltaik-Anlagen, Folien und Netzen gerecht werden. Kern des Projekts ist dabei ein Cloud-basierter Bewässerungsplaner, der sich automatisiert an die on-Site gemessenen Klimaparameter, sowie den aktuellen phänologischen Bedingungen in Echtzeit anpasst. Der Planer wird dann mit den bestehenden Systemen der Projektpartner vernetzt, um die Ausführung der Bewässerung zu (teil)-automatisieren.

Klimamodell Berlin: Analysekarten, Klimafunktionen und Planungshinweise Stadtklima 2001 (Umweltatlas)

Verteilung und Ausprägung verschiedener Klimaparameter, ihre analytische Zusammenfassung und Bewertung in einer Planungshinweiskarte, Raumbezug Raster und Blockkarte 1 : 5.000 (ISU5, Raumbezug Umweltatlas 2001), Bearbeitungsstand April 2003.

Klimasensoren - Aktuelle Messung

Letzte Messung des Klimamessnetzes Stadt Dortmund pro Sensor. Die Messungen erfolgen alle 5 Minuten. Bei Datenübertragungsfehlern kann es dazu führen, dass die betroffenen Sensoren keine aktuellen Messdaten aufführen. In diesen Fällen bitte etwas später dieses Datenset erneut aufrufen. Die Stadt Dortmund hat ein umfassendes Klimamessnetz aufgebaut, um die klimatische Situation im Stadtgebiet flächendeckend und in Echtzeit zu erfassen. Zentrale Akteure sind die Smart City Dortmund und das Umweltamt, die gemeinsam den Aufbau einer resilienten und datenbasierten Stadtentwicklung vorantreiben. Das Messnetz besteht aus 105 Sensoren an 76 strategisch ausgewählten Standorten und liefert kontinuierlich Rohdaten zu Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Wind, Strahlung, Niederschlag und weiteren Klimaparametern. Es wurde im Rahmen des wissenschaftlich begleiteten Projekts Data2Resilience entwickelt, in Zusammenarbeit mit der Ruhr-Universität Bochum und der Leibniz Universität Hannover. Veröffentlicht werden hier die Daten der Sensoren. Für weiterführende Analysen und Kennzahlen verweisen wir auf das Dashboard des Data2Resilience-Projekts:erweisen wir auf das Dashboard des Data2Resilience-Projekts: [https://dashboard.data2resilience.de/](https://dashboard.data2resilience.de/)

Klimasensoren - Standorte

Standorte der Klimasensoren des Klimamessnetzes Stadt Dortmund. Die Daten werden alle 5 Minuten aktualisiert. Die Stadt Dortmund hat ein umfassendes Klimamessnetz aufgebaut, um die klimatische Situation im Stadtgebiet flächendeckend und in Echtzeit zu erfassen. Zentrale Akteure sind die Smart City Dortmund und das Umweltamt, die gemeinsam den Aufbau einer resilienten und datenbasierten Stadtentwicklung vorantreiben. Das Messnetz besteht aus 105 Sensoren an 76 strategisch ausgewählten Standorten und liefert kontinuierlich Rohdaten zu Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Wind, Strahlung, Niederschlag und weiteren Klimaparametern. Es wurde im Rahmen des wissenschaftlich begleiteten Projekts Data2Resilience entwickelt, in Zusammenarbeit mit der Ruhr-Universität Bochum und der Leibniz Universität Hannover. Veröffentlicht werden hier die Daten der Sensoren. Für weiterführende Analysen und Kennzahlen verweisen wir auf das Dashboard des Data2Resilience-Projekts: [https://dashboard.data2resilience.de/](https://dashboard.data2resilience.de/)

Stadtklimatische Zonen (Umweltatlas)

Vergleich der Wirkungen der städtischen Struktur auf die Klimaparameter im Vergleich zum unbeeinflußten Umland auf Grundlage der Blockkarte 1 : 50.000 (ISU50, Raumbezug Umweltatlas 1990), Bearbeitungsstand Januar 2001).

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