Ziel dieses Projektes ist es, ein teilchenbasiertes numerisches Modell für die Simulation der Staubemission im Rahmen des äolischen Sandtransports zu entwickeln. Die Quantifizierung dieser Emission ist für die zuverlässige Repräsentation des Staubzykluses in Klimamodellen wesentlich, da die Aufnahme von Staubpartikeln in die Atmosphäre hauptsächlich durch den Beschuss des Sedimentbettes mit Sandpartikeln verursacht wird. Um den vertikalen Fluss emittierter Staubteilchen als Funktion der Boden- und Windbedingungen vorherzusagen, wurden verschiedene empirische Staubparametrisierungsschemata erarbeitet. Die Physik interpartikulärer Wechselwirkungen ist jedoch durch weitgehend unverstandene stochastische Kräfte gekennzeichnet, was die Entwicklung eines zuverlässigen theoretischen Staubemissionsmodells erschwert. Deshalb soll im vorliegenden Projekt ein numerisches Simulationswerkzeug, welches numerische Strömungsmechanik mit einem auf der Diskrete-Elemente-Methode basierenden Modell für granulare Dynamik koppelt, entwickelt werden, um die Trajektorien äolischer Sand- sowie emittierter Staubpartikel zu berechnen. Dabei werden die Trajektorien aller Teilchen in Luft und im Sedimentbett aus der Wirkung der Schwerkraft sowie interpartikulärer bzw. Teilchen-Wind-Wechselwirkungen berechnet, sodass auf die Annahme einer Splash-Funktion verzichtet wird. Zunächst soll ein physikalisches Modell für die interpartikulären Wechselwirkungen --- welche sowohl Kontakt- als auch van-der-Waals-Kräfte einbeziehen --- unter Berücksichtigung deren stochastischer Natur entwickelt werden. Um die Parameter dieses Modells zu bestimmen, werden Windkanalmessungen von Staubemissionsraten aus einem Sedimentbett unter gegebenen Partikelgrößenverteilungen und Windgeschwindigkeiten mit Vorhersagen der Simulationen verglichen. Daraufhin soll die Staubemission unter verschiedenen Verfügbarkeitsbedingungen mobilisierbarer Sedimente untersucht werden. Dies ist wichtig, um ein Parametrisierungsschema für die Staubemission aus schwer erodierbaren Böden (z.B. Böden mit biogener Kruste) aufstellen zu können.
INFRO wird im Rahmen des Projektes Modellierung der Bioökonome sektorale Modelle für Forst- und Holzwirtschaft für Deutschland entwickeln. Darin wird der Stoffstrom der gesamten Wertschöpfungskette von Ressourcen über halbfertige Produkte (z. B. Paneel, Zellstoff) bis zu fertigen Produkten (z. B. Möbel, Papier) abgebildet. Reststoffe treten in allen Verarbeitungsschritten (Rohstoff, Halbfertig- und Fertigprodukte) auf. Die Analyse der Recyclingprodukte ist durchgängig nur über den Stoffstrom im Endwarensektor darzustellen. Dies setzt Analysen der Holzanteile in den Produkten voraus. Der vollständig quantifizierte Materialfluss ist die Grundlage für die Anwendung der LCA-Wirkungsanalyse auf Marktflüsse. Auf der Grundlage der Fallstudie für Holz soll ein verallgemeinerter Ansatz für die Materialflussanalyse für andere Ressourcen entwickelt werden. Die Ergebnisse werden in Form von Materialbilanzen und Stoffströmen dargestellt. Die Quantifizierung der einzelnen Stoffströme ermöglicht die Abbildung eines vollständigen Kreislaufmodells und die Berechnung von Kaskadenfaktoren. Darüber hinaus wird die das Verhältnis von stofflicher und energetischer Nutzung berechnet. Schließlich werden die sehr umfangreichen Erfahrungen in der Analyse von Stoffströmen im Bereich der Holzbiomasse auf ihre grundsätzlichen Strukturen zurückgeführt, um sie ggf. auch auf andere Sektoren wie den Agrarbereich zu übertragen.
The atmospheric production rate of cosmogenic radionuclides depends on the variable shielding effects of cosmic rays by the solar activity and the geomagnetic field intensity. The history of these production rate changes can be basically inferred from 14C tree ring/sediment records as well as from 10Be archived in polar ice cores. However, while both reconstruction efforts agree fairly well in view of their decadal to centennial variability, they systematically deviate, for unknown reasons, on the millennia time scale, particularly in the early Holocene and late Glacial. The project aims at pinning down the main reasons for this apparent inconsistency by combining a global carbon cycle model with an atmospheric 10Be cycle model, supported by an air/firn transfer module. This innovative attempt comprises the extension of an existing carbon cycle box model to the simulation of aerosol-borne radionuclides, backed up by novel 10Be and 7Be aerosol data as well as dedicated sensitivity studies. Thereby, the various impacts of non-production related changes on the 14C and 10Be archive data shall be investigated, focusing on possible long term changes, related to the carbon and to the atmospheric 10Be cycles. Final evaluation of the results aims at depicting realistic scenarios, which allow to reduce the reconstruction mismatch, and thus, to improve the understanding of past cosmogenic production rate changes.
The overarching goal during the first four years is to interactively simulate the full methane cycle during deglaciation within the model CLIMBER-LPJmL. This includes the simulation of natural wetlands as the largest natural source of methane within the land surface models, as well as the simulation of the atmospheric sink where methane is oxidized to CO2. Using these two components, the atmospheric concentration of methane will be determined, allowing a comparison to proxy data from ice cores. The transient simulation of climate changes from last glacial maximum to present day including a fully interactive methane cycle has never been attempted before. If successful, this will substantially improve the knowledge on patterns of methane emissions under a wide range of climate states, as well as the atmospheric sink of methane under a variety of boundary conditions. This goal will require a fully interactive model simulation of both sources and sinks of methane. Scientific questions to be investigated include - How can we explain the 75% increase in atmospheric methane between LGM and early Holocene? - What caused the large fluctuations in atmospheric methane during the YD/BA? - How does the distribution of methane sources change between LGM and Holocene? - How do the changes in climate affect the atmospheric oxidation of methane? The postdoc will be responsible for the integration and calibration of permafrost carbon cycle, wetland carbon accumulation and wetland methane emission routines in LPJmL. While the seamless integration of these routines remains a challenge requiring considerable expertise, the development for LPJmL is considerably more advanced than for JSBACH. Therefore less time is required for implementation and integration, making development on a 75% position feasible. Nontheless, the computational tasks in the project are very ambitious. Throughout the project a substantial number of model experiments will have to be carried out for model development and validation, and the sensitivity experiments envisaged will be close to computational limits.
Uncertainty estimation in hydro-biogeochemical modeling is an ongoing area of research that focuses primarily on the investigation of stochastic model uncertainty. The evaluation of structural model uncertainty remains unusual, however there are various techniques available to quantify structural uncertainty. Ensemble modeling is one such technique that is commonly used in climatology and meteorology; disciplines where the structural uncertainty of predictive models has long been established. Its application in hydrological modeling is, however, much less common. Here we propose to evaluate structural uncertainty through *P ensemble modeling, using a set of four models to predict hydrological and nitrogen fluxes: SWAT, LASCAM, HBV-N and CMF-N. The models were selected to represent the range of complexity found in catchment scale modeling, from conceptual models to physically-based approaches, and from lumped to fully distributed descriptions. The GLUE concept is applied to quantify parameter uncertainty. This approach leads to the formulation of single-model ensembles. These single-model ensembles are then combined to produce different sets of probabilistic and deterministic multi-model ensembles. These multi-model ensembles are used to quantify the contribution of structural errors to overall predictive uncertainty. The development of conditional multi-model ensembles represents a large component of the work plan. In this case, the selection of the multi-model ensemble members is based on the capability of different model structures and parameterizations to capture certain conditions of the investigated catchments such as high-low flow, freeze-thaw cycles, or rewetting after extended droughts. The ensemble model is applied to German, Swedish and Australian catchments, and covers a broad range of different climatic boundary conditions, land uses and levels of anthropogenic disturbances.
Die Quantifizierung vulkanischer Eruptionsdynamik ist immer noch eine der großen Herausforderungen der geophysikalischen Vulkanologie. Quantitative in situ Daten werden benötigt, um existierende Modelle für den präerutiven Magmentransport zu verifizieren und um neue Modell hierfür zu entwickeln. In situ Daten können aber nur mit einem gut ausgebauten vulkanologischen Monitoringsystem, welches sich an einem regelmäßig eruptierenden offenen Schlotsystem befindet, aufgezeichnet werden. Systeme dieser Art sind auf der Erde relativ selten und die beste Lokation ist wahrscheinlich Mt. Erebus in der Antarktis, da hier bereits ein gut ausgebautes Monitoringsystem existiert. Im Rahmen dieses Antrags werden wir die notwendige Infrastruktur entwickeln, um während des antarktischen Sommers 2003/2004 ein Doppler Radargerät am Kraterrand des Mt. Erebus zu betreiben. Das Radar soll alle strombolianischen Eruptionen während einer 4 wöchigen Messkampagne aufzeichnen. Mit Hilfe der Daten sollen die zeitliche Entwicklung der Eruptionsgeschwindigkeit untersucht und die während einer Eruption ausgestoßene Magmenmenge abgeschätzt werden. Wichtig ist weiterhin die Korrelation unserer Daten mit den vom Mount Erebus Volcano Observatory (MEVO) aufgezeichneten seismischen, akustischen, geodätischen und thermischen Signalen. Insbesondere ist ein Vergleich mit den akustischen Daten und Videoaufzeichnungen von Interesse, wodurch wir hoffen, die immer noch heftig diskutierte Frage des Überdrucks in Gasgroßblasen direkt vor der Eruption zu beantworten.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 56 |
| Europa | 2 |
| Kommune | 1 |
| Wissenschaft | 20 |
| Zivilgesellschaft | 3 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 56 |
| License | Count |
|---|---|
| Offen | 56 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 37 |
| Englisch | 23 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 40 |
| Webseite | 16 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 49 |
| Lebewesen und Lebensräume | 48 |
| Luft | 42 |
| Mensch und Umwelt | 56 |
| Wasser | 40 |
| Weitere | 56 |