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Schwerpunktprogramm (SPP) 1158: Antarctic Research with Comparable Investigations in Arctic Sea Ice Areas; Bereich Infrastruktur - Antarktisforschung mit vergleichenden Untersuchungen in arktischen Eisgebieten, Algivore Cercozoa prägen die Zusammensetzung der Gemeinschaft von Bodenkrusten, der dominanten Vegetation in Polarregionen

Räuber-Beute-Beziehungen zwischen Bakterien und ihren eukaryotischen Räubern werden seit langem in der terrestrischen Ökologie untersucht, jedoch werden die Interkationen zwischen Mikroeukaryoten oft vernachlässigt. Mikroalgen nehmen eine Schlüsselposition als phototrophe Organismen in den marinen und Süßwasserökosystemen der Antarktis und Arktis ein; die meiste Energie und die meisten Nährstoffe werden durch diese zu höheren trophischen Ebenen kanalisiert. In diesem Kontext fehlen Studien in den terrestrischen Ökosystemen der Antarktis. Die terrestrische Vegetation der Antarktis wird dominiert durch kryptogamen Bewuchs mit einer Vielzahl und hoher Abundanz von Mikroalgen. Bis zu 55% des eisfreien Bodens der antarktischen Halbinsel und bis zu 70% im arktischen Spitzbergen werden von biologischen Bodenkrusten (Biokrusten) bedeckt. Diese Zahlen werden zukünftig auf Grund des Klimawandels und der daraus folgenden Erwärmung der Polarregionen steigen (“Arctic Greening”). Man kann daher annehmen, dass ein großer Anteil der Primärproduktion in den Polarregionen durch Mikroalgen in Biokrusten realisiert wird. Dennoch fehlt die Verbindung zu höheren trophischen Ebenen; insbesondere, wenn man bedenkt, dass in der Antarktis algenfressende Metazoen selten und artenarm sind. Cercozoa sind eine der häufigsten algenkonsumierenden einzelligen Eukaryoten (Protisten) in terrestrischen Systemen; vorläufige Ergebnisse zeigen: algenkonsumierende Cercozoa dominieren die mikrobielle Gemeinschaft in den Biokrusten der Polarregionen. Wir werden zum ersten Mal die Räuber-Beute-Beziehung in Biokrusten zwischen den Algen als Primärproduzenten und den wichtigsten Algenkonsumenten erforschen, um so ein vollständigeres Bild des terrestrischen Nahrungsnetzes in den beiden Polarregionen zu erhalten. Um das zu erreichen, kombinieren wir einen Barcode-basierten Hochdurchsatz-Illumina Ansatz mit klassischen Kulturexperimenten, welche Aufschluss über ökologische Funktionen der einzelnen Organismen liefern. Damit erhalten wir erstmalig ein umfassendes Bild der Räuber-Beute-Beziehung zwischen Mikroalgen und ihren Räubern, den Cercozoa, für das terrestrische Ökosystem in Arktis und Antarktis. Diese Daten werden zur Beantwortung der folgenden Fragen beitragen: Wie wichtig ist das terrestrische Nahrungsnetz in den Polarregionen? Und hat die Klimaerwärmung das Potential diese Interaktionen zu verändern?

Geologische Übersichtskarte der Bundesrepublik Deutschland 1:200.000 (GÜK200) - CC 6318 Frankfurt/Main - Ost

Blatt Frankfurt/Main-Ost erfasst die geologischen Gegebenheiten zwischen Frankfurt am Main und Würzburg, wobei die tertiären Vulkanitgebiete von Rhön und Vogelsberg im Norden, die Ausläufer des Taunus im Nordwesten sowie der Odenwald im Südwesten des Kartenblattes abgebildet sind. Sedimentgesteine der Trias dominieren den Kartenausschnitt. Den Tonsteinen des unteren Keupers in der Südost-Ecke schließen sich in nordwestliche Richtung Kalk-, Mergel- und Tonsteine des Muschelkalks sowie Sand- und Schluffsteine des Buntsandsteins an. Rhön, Spessart und der östliche Odenwald zählen zu den bekannten Buntsandstein-Landschaften in Deutschland. Paläozoische Sedimentgesteine sind im nordwestlichen Teil des Kartenblattes erfasst. So wird im äußersten Nordwesten das Taunus-Antiklinorium mit variszisch überprägten Sedimentgesteinen (Tonschiefer, Quarzit) des Unterdevons angeschnitten. In der Wetterau-Senke lagern mächtige Molassesedimente des Rotliegenden, die jedoch weitflächig von jüngeren Sedimentschichten und Vulkaniten überdeckt sind. Endogene Kräfte führten im Tertiär zur Absenkung der Wetterau, zur Sedimentation teils mariner, teils festländischer Sande und Tone sowie zum Aufdringen basaltischer Magmen entlang von Störungszonen. Weit verbreitet sind auch Überlagerungen durch eiszeitliche Sedimente, z. B. Löss- und Flugsande. Kristallines Paläozoikum und Präkambrium stehen in den westlichen Teilen von Odenwald und Spessart an. Während im Ostteil des Odenwaldes Buntsandstein-Sedimente zu Tage treten, lagern im Westteil Südwest-Nordost-verlaufende Zonen metamorpher und magmatischer Gesteine im Wechsel. Bei den Metamorphiten handelt es sich um variszisch überprägte Glimmerschiefer bzw. Gneise, seltener Amphibolite und Marmore. Zu den variszischen Magmatiten zählen Biotitgranite, Granodiorite, Diorite und Gabbros. Der Flusslauf des Mains trennt den Odenwald vom Spessart. An der Mündung von Kinzig und Main, östlich von Hanau und nördlich von Aschaffenburg, lagern die kristallinen Gesteine des Vorspessarts (kambrische und präkambrische Glimmerschiefer, Gneise und Quarzite). Auch hier kam es während der variszischen Deformation zur Intrusion magmatischer Gesteine (Diorite). Diese treten jedoch nur im äußersten Südosten, z. B. östlich von Aschaffenburg, in kleinen Vorkommen zu Tage. Neben der Legende, die über Alter, Genese und Petrographie der dargestellten Einheiten informiert, gewährt ein Nordwest-Südost-Profil Einblicke in den Aufbau des Untergrundes. Die Schnittlinie quert das Devon des Taunus, die Rotliegend- und Tertiärschichten der Wetterau-Senke, das Kristallin des Vorspessarts und die Buntsandstein-Formationen des Spessarts. In der geologischen Karte geben Farbe und Stil der aufgedruckten Signaturen bei Kristallingesteinen den Grad der metamorphen Überprägung und den Verlauf der Strukturen an.

Einfluss von Baumart und Mikroklima auf multi-trophische Diversität in Totholz

Wälder binden große Mengen Kohlenstoff und beherbergen einen Großteil der terrestrischen Biodiversität. Über ein Viertel aller beschriebenen Arten in Wäldern und aus allen trophischen Ebenen, hängen direkt oder indirekt von Totholz ab. Zwei Faktoren, die diese Diversität maßgeblich beeinflussen können sind Baumart und Mikroklima. Ihr Effekt ist aber stark von der jeweiligen Artengruppe, trophischer Ebene und Gilde abhängig. Bis heute ist unklar, ob der Effekt von Baumart bzw. Mikroklima mit steigender trophischer Ebene schwächer, bzw. stärker wird. Im Rahmen dieses Projektes soll daher getestet werden, ob a) der Effekt von Mikroklima auf Artendiversität und Netzwerkdiversität (i.e. Diversität von Interaktion zwischen trophischen Ebenen) mit steigender trophischer Ebene zunimmt, und b) der Effekt von Wirtsbaumbaumeigenschaften auf Artendiversität und Netzwerkdiversität mit steigender trophischer Ebene abnimmt. Um diese Hypothesen zu testen wurden zwei einzigartige Experimente angelegt, die es ermöglichen, die Effekte von Baumart und Mikroklima zu separieren. Im ersten Experiment wurden 108 Stämme von sechs Baumarten auf besonnten, schattigen und künstlich beschatteten Flächen ausgelegt. Im zweiten Experiment wurden Astbündel von 42 Baumarten auf je drei besonnten und schattigen Plots ausgebracht. Die in diesen Experimenten, unter anderem durch next-generation-sequencing, gewonnenen Daten sollen im mathematischen Konzept der Hill-Nummern auf die Diversität in Netzwerken ausgewertet werden, um den Einfluss von Hostbaumeigenschaften und Mikroklima auf unterschiedlichen trophischen Ebenen zu quantifizieren.

Einflüsse auf Auswirkungen hoher Anteile an freien Aminosäuren im Futter für Masthühner

Den Rohproteingehalt des Futters bei bedarfsdeckender Versorgung der Tiere mit Aminosauren (AS) abzusenken ist wünschenswert, da die Nutzungseffizienz des Stickstoffs (N) erhöht und negative Umweltwirkungen der Tierhaltung verringert werden. Der notwendige Anteil freier AS im Futter steigt je geringer der Rohproteingehalt des Futters ist um die Tiere dem Bedarf entsprechend mit AS zu versorgen. Somit werden mehr freie im Verhältnis zu peptidgebundenen AS verfüttert. Neben Unterschieden der Absorption gibt es auch postabsorptiv physiologische Unterschiede, die sich aus der Verfütterung von freien oder peptidgebundenen AS ergeben. Aufbauend auf dem Vorgängerprojekt Si 2258/3-1 eröffneten sich weitere grundlegende Forschungsfragen. Beim Vorgängerprojekt wurde durch Austausch von peptidgebundenen gegen freie AS bei unveränderter Konzentration an verdaulichen AS im Futter eine Obergrenze an freien AS im Futter ermittelt. Anpassungsprozesse nach Umstellung auf Futtermischungen mit hohen Anteilen freier AS wurden untersucht. Ziel des Projekts ist es, bisher weiterhin offene Ursachen für Auswirkungen auf die N-Nutzungseffizienz sowie die Säuren-Basen-Bilanz bei hohen Anteilen freier AS im Futter bei Masthühnern zu untersuchen. Dabei werden Anpassungen des Stoffwechsels an hohe Anteile freier AS im Futter vertieft erforscht. Die wesentlichen zu prüfenden Hypothesen sind: a) Durch eine höhere Versorgung mit Natriumbicarbonat sind Einflüsse auf die Säuren-Basen-Bilanz bei hohen Anteilen freier AS im Futter weniger ausgeprägt. b) Eine Proteomics-Studie des Dünndarmgewebes zeigt einen Einfluss des Anteils freier AS im Futter in erheblichem Ausmaß und gibt Aufschluss über bislang unbekannte Anpassungsprozesse des Darmgewebes an hohe Anteile freier AS im Futter. c) Beim Austausch peptidgebundener gegen freie AS ist die Berücksichtigung von Asparagin bedeutend, während sich eine Relevanz von Glutamin in diesem Zusammenhang nicht erhärtet. d) Beim Austausch peptidgebundener gegen freie AS im Futter ist die fraktionelle Proteinsyntheserate geringer, vor allem wenn Asparagin und Glutamin defizitär verfüttert werden. Das Projekt umfasst drei aufeinander aufbauende Versuche. Zunächst wird die AS-Verdaulichkeit von Futtermischungen ermittelt, um gleiche Konzentrationen an verdaulichen AS für die folgenden Versuche zu ermöglichen. Beim zweiten Versuch wird geprüft, ob sich eine durch den Austausch peptidgebundener gegen frei AS beeinflusste Säuren-Basen-Bilanz sich durch eine erhöhte Natriumbicarbonat-Konzentration im Futter mildern oder sogar ausschalten lässt. Schließlich wird beim dritten Versuch untersucht, welche Auswirkungen die Versorgung mit den AS Glutaminsäure, Glutamin, Asparaginsäure und Asparagin beim Austausch peptidgebundener gegen freie AS hat. Messungen werden in engem zeitlichen Abstand nach der Umstellung von Futter mit üblichen Anteilen freier AS durchgeführt um Anpassungen des Stoffwechsels und Folgen hoher Anteile freier AS zu identifizieren.

Pegel Raunheim (Messstellen-Nr: 2490010800)

Die Pegelmessstelle Raunheim (ID: 526) befindet sich am Gewässer Main im Flusseinzugsgebiet Mittelrhein. Die Messstelle dient zur Messung des Wasserstands. Weiterhin wird der Abfluss an der Messstelle gemessen.

Kartierung von Klimagasen mittels spektroskopischer Messung von reflektiertem Sonnenlicht

Urbane Emissionen von Kohlendioxid (CO2) und Methan (CH4) machen einen Großteil der Treibhausgasemissionen weltweit aus. Deshalb sind Städte auch Vorreiter bei der Entwicklung von Emissionsreduktionsmaßnahmen zur Mitigation des Klimawandels. Solche Maßnahmen müssen durch räumlich und zeitlich hochaufgelöste, vollständige, verlässliche und verifizierte Informationen begleitet und in Bezug auf ihre Effizienz überprüft werden. Unter den Beobachtungsmethoden für Treibhausgase gibt es allerdings eine Lücke im Bereich der horizontalen, flächendeckenden Kartierung auf der Skala einiger Kilometer. Dort braucht es eine Technik, die die Empfindlichkeitslücke zwischen lokalen in-situ Messungen und regional-integrierenden Säulenmessungen durch Fernerkundungsmessungen füllt.Hier schlage ich vor, urbane Treibhausgasquellen mit einer innovativen und portablen Technik zu studieren, die die CO2 und CH4 Konzentrationsfelder flächendeckend kartieren kann und so die Beobachtungslücke erfasst. Die erste Studienregion ist der Großraum Los Angeles, wo sich die CO2 und CH4 Emissionen auf mehr als 100 MtCO2/a und 300 ktCH4/a belaufen, was die Region zu einer der größten, lokalisierten Quellen weltweit macht. Los Angeles wurde in der Vergangenheit vielfältig in Bezug auf seine Treibhausgasquellen untersucht, indem beispielsweise Inventarisierungen durchgeführt und durch atmosphärische Messungen bewertet wurden. Ein herausragendes Experiment läuft gerade im Rahmen des CLARS-FTS (California Laboratory for Atmospheric Remote Sensing - Fourier Transform Spectrometer) – ein Spektrometer, das auf Mt. Wilson stationiert ist und reflektiertes Sonnenlicht aus dem Los Angeles Stadtgebiet einfängt. Wir haben eine portable Variante dieses Instruments entwickelt und schlagen nun vor beide Instrumente gemeinsam mit kalifornischen Partnern bei einer Feldkampagne zu betreiben.Dabei ist es unser Ziel das neue portable Observatorium zu validieren und für zukünftige Langfristvorhaben zu empfehlen. Dazu wollen wir innovative Beobachtungsmuster wie die Definition von Zoom-Regionen oder die Verwendung von gekreuzten Lichtwegen ausprobieren, um die räumliche und zeitliche Auflösung zu optimieren. Zudem werden wir die Genauigkeiten verbessern, indem wir einen neuen Ansatz der Strahlungstransportmodellierung implementieren, der simultan mit der Gasbestimmung auch die Streuung an atmosphärischen Partikeln berücksichtigt. Für die Fallstudie Los Angeles werden wir die Variabilität und die Gradienten der CO2 und CH4 Konzentrationen auf ihre Konsistenz mit den Emissionsinventaren überprüfen und untersuchen, bis zu welchem Grad sich die Einflüsse des meteorologischen Transports, der regionalen Advektion, episodischer Ereignisse und der urbanen Biosphäre unterscheiden lassen.

Fische wandern im Modell

Seit Jahrhunderten werden Stauanlagen zur Energieerzeugung, zur Schiffbarmachung von Flüssen, zur Verbesserung des Schutzes vor Hochwasser und zum Zweck der Speicherung von Trink- und Betriebswasser errichtet. Dies führte im Zusammenspiel mit der Zerstörung von Laichgewässern sowie Überfischung und Wasserverschmutzung zu einem dramatischen Rückgang der Fischbestände. Bei der Errichtung der meisten Stauanlagen an den Bundeswasserstraßen Main, Neckar und Mosel wurden Fischtreppen angelegt, um eine Wanderung flussaufwärts zu ermöglichen. Diese waren jedoch oftmals zu steil, zu klein oder zu weit von natürlichen Wanderrouten entfernt und wurden zudem nicht ausreichend gewartet, um einen bestandserhaltenden Fischaufstieg zu gewährleisten. Die Entwicklungen des internationalen und nationalen Umweltrechts, die einem breiten gesellschaftlichen Bewusstseinswandel Rechnung trugen, führten ab den 1970er-Jahren sukzessive zu einer Verbesserung der Wasserqualität. Ein umweltpolitischer Meilenstein war die Verabschiedung der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) durch das Europäische Parlament im Jahr 2000. Diese fordert die EU-Mitgliedstaaten auf, Maßnahmen zur Verbesserung der ökologischen Bedingungen in heimischen Fließgewässern zu ergreifen. Ziel ist es, einen 'guten ökologischen Zustand' oder bei erheblich veränderten Gewässern ein sogenanntes 'gutes ökologisches Potenzial' zu erreichen. Um die Ziele der WRRL in Bezug auf die ökologische Durchgängigkeit zu erfüllen, muss die Durchgängigkeit an den Bundeswasserstraßen an ca. 250 Stauanlagen sichergestellt werden. Dies erfordert in den meisten Fällen den Bau einer neuen Fischaufstiegsanlage. Deren Funktionsfähigkeit und Effizienz soll für mehr als 60 heimische Fischarten gewährleistet werden, obwohl sich Eigenschaften wie Leistungsfähigkeit, Migrationsverhalten und Schwarmverhalten von Art zu Art stark unterscheiden können. Feldstudien zur Gewinnung der notwendigen Daten werden durch die natürliche Variabilität der Fischbestände und weiterer variabler Einflussgrößen erschwert. Laboruntersuchungen sind in ihren Dimensionen begrenzt und werden durch die künstliche Umgebung beeinflusst. Eine alternative Möglichkeit für die Bewertung der Effizienz von Fischtreppen sind numerische Simulationsmethoden für die Hydraulik und das Verhalten von Fischen. Sie zielen auf eine quantitative Bewertung von baulichen Alternativen ab, wie sie in der Planungspraxis häufig benötigt wird. 2015 wurde in der BAW in enger Kooperation mit der Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) ein Forschungsprojekt begonnen, um einen neuen Ansatz auf der Basis individuenbasierter Modellierung zu entwickeln.

Douglasie in Mitteleuropa und Südamerika: Ein kontinentübergreifende Lösung für eine integrative Waldbewirtschaftung oder eine mögliche Bedrohung heimischer Lebensgemeinschaften?

Um die Bereitstellung verschiedener Ökosystemdienstleistungen aufrechtzuerhalten, müssen Wälder an mögliche zukünftige Umweltbedingungen angepasst werden. Eine Anpassungsstrategie ist die Förderung nicht heimischer Baumarten, die vermutlich besser an die neuen klimatischen Bedingungen adaptiert sind. Der Anbau nichtheimischer Baumarten wird jedoch kritisch gesehen und kontrovers diskutiert, da sich die Dynamik von Waldökosystemen durch eine nichtheimische Art verändern kann. Eine Baumart, die aufgrund ihrer guten Wuchsleistung in vielen Teilen der Welt eingeführt wurde, ist die in Nordamerika beheimatete Douglasie (Pseudotsuga menziesii). Auch wenn sie oft in Reinbeständen angebaut wird, gibt es sowohl in Mitteleuropa (mit Fagus sylvatica) als auch in Südamerika (mit Nothofagus spec.) Erfahrungen mit dem Anbau von Douglasie in Mischung mit einheimischen Baumarten. Die ähnlichen Voraussetzungen in Mitteleuropa und Chile ermöglichen die Untersuchung allgemeiner Hypothesen zu Mischungseffekten zwischen einheimischen und nichtheimischen Baumarten. Darüber hinaus bietet ein solcher kontinentübergreifender Ansatz die Möglichkeit, die wichtigsten Invasionsmuster in unterschiedlichen Umweltbedingungen zu untersuchen - ein wichtiges Thema im Hinblick auf die Etablierung nichtheimischer Baumarten. Die drei Hauptziele dieses Projekts sind (1) die Analyse und Gegenüberstellung des invasiven Potenzials der Douglasie in Chile und Mitteleuropa, um die treibenden Kräfte und Hindernisse für die Etablierung dieser Art zu ermitteln, (2) die Gegenüberstellung und der Vergleich der Pflanzenartenvielfalt und ihrer Eigenschaften in Misch- und Reinbeständen aus einheimischen Laubbäumen und Douglasie in verschiedenen Ländern, um allgemeingültige Muster oder lokale Abhängigkeiten zu erkennen, und (3) eine Untersuchung der Mischungseffekte von Douglasie mit einheimischen Laubbaumarten auf die komplexe Beziehung zwischen Waldstruktur, Baum- und Bestandswachstum. Wir haben bereits ein Netz von Untersuchungsstandorten in Mitteleuropa (8 Standorte in Deutschland und 8 Standorte in der Schweiz) und Chile (9 Standorte) in Regionen mit Douglasien und einheimischen Laubbaumarten eingerichtet. Wir beantragen ein Projekt, das aus zwei Teilprojekten besteht, in denen die Auswirkungen der Douglasie in Rein- und Mischbeständen auf Bestands- und Landschaftsebene untersucht werden, wobei der Schwerpunkt auf der Invasivität (Teilprojekt 1), den Bestandsstrukturen (Teilprojekt 2) und den Auswirkungen der Douglasie auf die biologische Vielfalt und die Merkmalszusammensetzung (Teilprojekt 1) liegt. Die Teilprojekte sind eng miteinander verknüpft, indem kontinentübergreifend der Einfluss der Waldstruktur in Rein- und Mischbeständen auf die biologische Vielfalt untersucht wird. Durch ein besseres Verständnis der Mischungseffekte zwischen nichtheimischen und heimischen Arten auf verschiedene Waldfunktionen wird dieses Projekt zur Entwicklung eines anpassungsfähigen Waldmanagements beitragen.

Die Biogeochemie der Ozean-Eis-Interaktion in Grönland

In diesem Projekt werden wir die grönländische Küste als ideales Ziel für eine Prozessstudie nutzen, um zu untersuchen, wie sich Veränderungen des Wasserkreislaufs auf die Biogeochemie und Produktivität des Ozeans auswirken.Mit zunehmender jährlicher Abflussmenge aus dem Grönländischen Eisschild (GrIS) stellt sich die Frage, wie sich dieser Süßwasserabfluss auf die Produktivität der Schelfmeere in Grönland auswirkt. Der GrIS ist das zweitgrößte Eisschild der Erde. Wenn Süßwasser vom GrIS in den Ozean gelangt, entstehen in den Küstengewässern der Insel starke physikalische und biogeochemische Gradienten. Diese Gradienten sind am ausgeprägtesten in den Fjorden Grönlands, die flächenmäßig zu den größten maritimen Kohlenstoffsenken gehören. Grönlands Fjorde und Schelfmeere beherbergen auch national wichtige Fischereien, deren Zukunft für die grönländische Wirtschaft von entscheidender Bedeutung ist.Obwohl allgemein anerkannt ist, dass Süßwasser-Gletscher-Inputs die regionale Ozeanzirkulation beeinflussen, steht unser Verständnis von Verbindungen zwischen der Physik der Schmelzwasser-Freisetzung und langfristigen Veränderungen in der marinen Biogeochemie noch in den Anfängen. Ein Thema von aktuellem Interesse für der Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) ist, wie Kryosphäre und Ozean biogeochemisch in einem sich erwärmenden Klima interagieren werden. Das Hauptziel hier wird sein, zu bestimmen, wie die physikalischen und chemischen Veränderungen, die durch erhöhte Süßwassereinträge in den Ozean um Grönland verursacht werden, die Verfügbarkeit von Nährstoffen (Makronährstoffe und Mikronährstoffe) für Phytoplankton und somit die Primärproduktion beeinflussen.Durch die Kombination von Feldforschung mit idealisierten Modellen werden die Auswirkungen der drei wichtigsten unterschiedlichen Süßwasserquellen (Oberflächenabfluss, Untergrundabfluss und Eisbergschmelze) bestimmt. Die Chemie des Mündungs-Mischprozesses, welcher häufig schnelle Veränderungen der chemischen Form und damit der Bioverfügbarkeit von Nährstoffen induziert wenn sich Süß- und Salzwasser mischen, wird untersucht. Der Nährstofflimitierungsstatus von Phytoplanktongemeinschaften in von Süßwasser beeinflussten Gebieten in Grönland wird bestimmt und somit der Nettoeffekt gleichzeitiger Veränderungen der physikalischen und chemischen Zusammensetzung der Wassersäule bewertet.Dadurch wird es möglich sein, die Auswirkungen der Zunahme von Süßwassereintrag in den polaren Ozean, im Hinblick auf Änderungen der Primärproduktion im Meer zu verstehen.

Bestimmung einer Retracking-Fläche innerhalb eines Radargrammstapels zur Verbesserung von Satellitenaltimetrie über Küstenmeeren und Binnengewässern

Das sogenannte Retracking von Einzelwellenformen in der Satellitenaltimetrie über Küstenzonen und Binnengewässern hat seine Grenzen erreicht und bietet im Durchschnitt eine Genauigkeit im Dezimeterbereich. Durch die Analyse von Variationen der Rückstreuleistung entlang der Bin-Koordinate suchen die vorhandenen Retracking-Methoden nach einem Retracker-Offset in der Wellenform. Dies führt zu einer starken Abhängigkeit des Retrackingverfahrens von Messrauschen. Mit dem Start der operativen Sentinel-3-Serie sind wesentlich robustere Algorithmen erforderlich, um hochpräzise Wasserstandsschätzungen über Binnen- und Küstengewässern zu erhalten. Daher ist das Hauptziel dieses Forschungsprojekts, einen solchen robusten Algorithmus zu entwickeln und damit die altimetrische Wasserstandsbestimmung über Binnengewässern und Küstenregionen zu verbessern. Um ein robustes Wellenform-Retracker zu erhalten, ist es unser Ziel, das einen Stapel von benachbarten Wellenform erzeugen (das sogenannte Radargram) und schließlich einen Stapel von Radargrammen in der Zeit zu verwenden, den sogenannten Radargrammstapel, für den wir der raum-zeitlichen Variation der zurückgestreuten Leistung profitieren. Der Radargrammstapel erleichtert die Erkennung von Mustern wie Retracking-Gate, Off-Nadir-Muster (z.B. Parabel), oder Küstenlinien. Anstelle eines Retracking-Gates, als Punkt in einer einzelnen Wellenform, kann in einem Radargrammstapel eine Oberfläche, die sogenannte Retracker-Fläche/Mannigfaltigkeit, bestimmt werden. In diesem Forschungsprojekt wird zunächst die raumzeitliche Entwicklung von Satellitenaltimeterbeobachtungen über Wasserobjekten analysiert und werden Muster in Radargrammstapeln charakterisiert. Um ein Retracker-Fläche und die zugehörige Unsicherheit zu definieren, wird anschließend ein Conditional Random Fields (CRF)-Modell entwickelt. Das CRF-Modell profitiert von bedingten Modellen in den Querschnitten Bin-Raum, Bin-Zeit und Raum-Zeit. Anschließend wird eine maximale a-posteriori-Lösung gefunden, die die Retracking- Fläche ergibt. Zu diesem Zweck wird das Problem als Minimierung einer Energiefunktion formuliert, für die die Leistung verschiedener Klassen von Optimierungstechniken untersucht wird. Schließlich werden Wasserstandszeitreihen mit In-situ-Daten validiert und mit der Leistung bestehender Retrackers verglichen. Im Rahmen dieser Studie werden die Altimetrie-Daten aus den drei Missionen Jason-2&3 und Sentinel 3 verwendet. Zur Validierung werden mehrere Fallstudien ausgewählt. Die Idee des Wellenform-Retracking durch Analyse des raumzeitlichen Verhaltens in einer 3D-Datenstruktur wird in diesem Vorschlag zum ersten Mal formuliert und wurde in der Altimetrieforschung bisher nicht berücksichtigt. Dies eröffnet neue Wege für eine wesentlich genauere Abschätzung des Wasserspiegels für operative Missionen und für künftige Missionen über Binnen- und Küstengewässern.

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