Die Strukturbildung auf der Wolkenskala wird mit zwei Methoden untersucht. Zum einen werden hochaufgelöste numerische Wolkensimulationen durchgeführt und die Resultate auf Strukturbildung hin analysiert. Zum anderen werden die grundlegenden Gleichungen mit mathematischen Methoden untersucht, um Strukturbildung zu identifizieren. In einem Syntheseschritt werden beiderlei Resultate verwendet, um Minimalmodelle zur Beschreibung von Wolkenstrukturen zu entwickeln. Diese Modelle werden schließlich zur Bestimmung der Wirkung von Wolkenstrukturen auf größerskalige Prozesse benutzt.
Wir beantragen eine Sachbeihilfe zur statischen Analyse der langen (ca. 278 m) Sedimentkerne aus dem Chew Bahir Becken, im Rahmen des ICDP-finanzierten Hominin Sites and Paleolakes Drilling Projects (HSPDP). Das Ziel des Projektes ist es, (1) eine robuste Alterstiefenmodell für die Sedimentkerne zu erstellen, (2), den Paläoklimazeitreihen aus dem Chew Bahir Becken mit anderen Datensätzen innerhalb und außerhalb des HSPDP zu korrelieren, (3) Trends, Rhythmen und Ereignisse in den Paläoklimadaten zu entdecken, und (4) wiederkehrende, chacteristische Typen von Klimaübergängen in den Zeitreihen aufzuspüren, stets im Vergleich zu anderen Paläoklimadaten innerhalb und ausserhalb von HSPDP. Diese Aufgabe wird von einem/er Doktoranden/in erfüllt, der/die in einem Team von Spezialisten auf dem Gebiet der mathematischen Geowissenschaften an der Universität Potsdam und dem Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung arbeiten werden, aber auch von den größeren Chew Bahir und HSPDP Projekten profitieren werden. Der/die Doktorand/in, ein/e Geowissenschaftler/in mit einer ausgeprägten Faszination für mathematische Methoden in Kombination mit Kenntnissen in Sedimentologie und Proxygenese im Becken, sowie soliden Kenntnissen in Statistik und Programmierung, wird mit linearen Techniken arbeiten, um ein Alterstiefenmodell zu errechnen und Klimaübergänge/zyklitäten aufzuspüren. Er/sie wird nichtlineare Methoden einsetzen, um komplexere oder versteckte Prozesse in den Daten zu erkennen. Die Ergebnisses des Projektes werden helfen, die Rolle von Klimaveränderungen (Zeitpunkt, Art, Geschwindigkeit, Größe und Gleichzeitigkeit der Änderungen, speziell der Glazial-Interglazial Übergänge) für die Evolution der Säugetiere (inklusive der Menschen) während des Pleistozäns (Eiszeitalters) besser zu verstehen.
Die synoptischen Daten zur Hydrodynamik aus EasyGSH-DB wurden mit der Modellfamilie UnTRIM2-SediMorph-UnK für den Zeitraum von 1996 bis einschließlich 2015 berechnet. Die Modellkonfiguration, -kalibrierung und –validierung kann dem offiziellen Validierungsdokument (https://doi.org/10.18451/k2_easygsh_1) entnommen werden. Informationen zur Qualität und Beschaffenheit der Produktjahre 1996-2015 können den jeweiligen Jahreskennblättern entnommen werden. Beim nachfolgenden Link muss vom Nutzer die Jahreszahl ohne „<>“ ergänzt werden: https://doi.org/10.18451/k2_easygsh_jkbl_<1996-2015>. Die synoptischen Daten wurden nach der Berechnung vom unstrukturierten Modellgitter in ein regelmäßiges NetCDF Raster mit einer Rasterweite von 1.000m überführt und in geographische Koordinaten transformiert. Die zeitlichen Abstände wurden auf 20 Minuten Intervalle festgelegt. Die zeitaufgelösten Daten zur Hydrodynamik in der Deutschen Bucht gliedern sich in Jahresscheiben des Wasserstands, der Strömung, der Bodenschubspannung, des Seegangs und des Salzgehalts. Die räumliche Ausdehnung der Bodenschubspannung wurde auf die deutsche 12 Seemeilen Hoheitsgrenze limitiert. Die verbleibenden Ergebnisgrößen sind räumlich auf das EasyGSH-DB Produktgebiet festgelegt. Methode: Das auf der Methode der Finiten Differenzen / Finite Volumen basierende zwei- und drei-dimensionale mathematische Verfahren UNTRIM2 dient der Simulation stationärer und instationärer Strömungs- und Transportprozesse in Gewässern mit freier Wasseroberfläche. Im Gegensatz zu klassischen Finite Differenzen Verfahren arbeitet UNTRIM2 auf einem unstrukturierten orthogonalen Gitter. Die Topografie des Modellgebietes kann mit Hilfe der SubGrid-Technolgie unterhalb der Auflösung des Berechnungsgitters mit großer Genauigkeit beschrieben werden. Eine genauere Beschreibung des Programms UnTRIM2 befindet sich im BAWiki (http://wiki.baw.de/de/index.php/UNTRIM2). Daten: Die synoptischen Daten der Hydrodynamik liegen auf Basis von netCDF Dateien vor. Weiterverarbeitung: Die synoptischen Daten wurden gerastert und analysiert, die daraus gewonnen Produkte sind unter: - EasyGSH-DB: Harmonische Analyse des Wasserstandes (FRQW) - EasyGSH-DB: Langzeitkennwerte des Salzgehaltes (LZKS) - EasyGSH-DB: Langzeitkennwerte des Seegangs (LZSS) - EasyGSH-DB: Langzeitkennwerte des Wasserstands (LZKW) - EasyGSH-DB: Tidekennwerte der Bodenschubspannung (TDKB) - EasyGSH-DB: Tidekennwerte der Strömungsgeschwindigkeit (TDKV) - EasyGSH-DB: Tidekennwerte des Salzgehaltes (TDKS) - EasyGSH-DB: Tidekennwerte des Wasserstandes (TDKW) zufinden (siehe Untergeordnete Objekte). Literatur: - Hagen, R., et.al., (2019), Validierungsdokument - EasyGSH-DB - Teil: UnTRIM-SediMorph-Unk, doi: https://doi.org/10.18451/k2_easygsh_1 Zitat für diesen Datensatz (Daten DOI): Hagen, R., Plüß, A., Schrage, N., Dreier, N. (2020): EasyGSH-DB: Themengebiet - synoptische Hydrodynamik. Bundesanstalt für Wasserbau. https://doi.org/10.48437/02.2020.K2.7000.0004 English: Synoptic hydrodynamics data from EasyGSH-DB were computed using the UnTRIM2-SediMorph-UnK model family for the period from 1996 to 2015, inclusive. Download: The data for download can be found under References ("Weitere Verweise"), where the data can be downloaded directly or via the web page redirection to the EasyGSH-DB portal or THREDDS Data Server.
Die 4D-Var Datenassimilation (4D-var DA) ist eine spezielle Methode, die zur Initialisierung von Klima- und Wettervorsagen durch die Schätzung von Klimamodellparametern benutzt wird, in dem Modelle an beobachtende Daten angepasst werden. Aus verschiedenen Gründen führen DA unvermeidliche methodische Fehler ein, die sich auf die Genauigkeit der Modellvorhersagen auswirken. Aktuelle Methoden zur Fehlerkorrektur brauchen erhebliche Computerressourcen. Dies ist ein Grund, warum die Verwendung dieser Methoden in der Klimamodellierung begrenzt ist und sie nur in vereinfachten Versionen angewandt werden. Die Entwicklung einer konzeptuell neuartigen, robusten und effizienten, nichtlinear-variationellen Fehlerschätzungsmethode (NOVFEM) ist Ziel dieses Projekts. Diese Methode wird Fehler von DA Methoden schätzen und die notwendigen Korrekturen bestimmen. Im Besonderen ist es geplant, VOVFEM im Rahmen einer Anwendung in Klimavorhersagesystemen zu entwickeln. Der Vorteil der vorgeschlagenen Methode ist, dass der Algorithmus auf einer abstrakten mathematischen Formulierung basiert und deshalb in vielen geophysikalischen Bereichen angewandt werden kann. Eine weitere Innovation dieses Projekts ist die Entwicklung einer Methode zur schnellen und einfachen Berechnung von inversen Kovarianzmatrizen, die z. B. Anwendung in DA finden. Die vorgeschlagenen Methode ist im Vergleich mit existieren Methoden effizienter. Es wird erwartet, dass die theoretischen Ergebnisse dieses Projekt national und international veröffentlicht werden und ein freier Zugang zur NOVFEM Software wird bereitgestellt werden.
Die Bevölkerungszunahme in Städten erfordert zukünftig die Entwicklung eines nachhaltigen Managements von städtischen Wasser- und Abwassersystemen. Ein grundlegendes Problem aller Forschungsansätze in Bezug auf nachhaltige urbane Systeme ist das unzulängliche Wissen über die verschiedenen urbanen Kontaminationsquellen. Folglich muss eine Bilanzierung der Stoffflüsse in diesen Systemen und im urbanen Untergrund durchgeführt werden. Ziel der Untersuchungen während des geplanten Forschungsaufenthaltes in Australien ist deshalb die interdisziplinäre Bewertung des Gesamtkomplexes der urbanen Wasser- und Abwassersysteme und deren Auswirkungen auf das urbane Grundwasser in Abhängigkeit unterschiedlicher Randbedingungen. So soll beispielsweise durch Analyse der für ausgewählte Stoffkomponenten relevanten Transport-, Retardations- und Abbauprozesse die raum-zeitlich differenzierte Schadstoffdynamik im urbanen Untergrund erfasst, und die Folgewinkungen auf die abstromig gelegenen Ökosysteme quantitativ bewertet werden. Dies soll im Vergleich zu den in Deutschland laufenden Untersuchungen unter Einbeziehung von prozess-bezogenen, numerischen Modellen geschehen. Mit diesen Untersuchungen in Australien sollen wichtige Beiträge zur geplanten Habilitationsschrift erarbeitet werden. Das Ergebnis dieser Forschungen soll dann ein auf andere urbane Räume übertragbares Expertensystem zur Analyse, Prognose und Entwicklung von nachhaltigen urbanen Wasser- und Abwassersystemen sein.
Es soll die Frage bearbeitet werden, ob die vielfältigen gesellschaftlichen und natürlichen Ursachen sowie Folgen von Landnutzungsänderungen, wie sie in einer großen Zahl von Fallstudien zu regionalen Entscheidungsformen Globaler Umweltveränderungen vorliegen, sich zu einem überschaubaren Satz von typischen Mustern der Mensch-Natur-Interaktionen verdichten lassen. Hierzu soll eine neue entwickelte Methode der Überprüfung der Gültigkeit von Ursache-Wirkungsgeflechten verwendet werden, bei der beobachtete Zeitverläufe von sozial- und naturräumlichen Variablen auf ihre Konsistenz mit hypothetisierten Ursache-Wirkungszusammenhängen zwischen diesen Variablen untersucht werden, wobei die neue mathematische Theorie der qualitativen Differentialgleichungen verwendet werden sollen. Diese Methode der Identifikation typischer qualitativer Ursache-Wirkungsmuster auf der Basis strenger mathematischer Validierung soll in einer vergleichenden Studie über gut dokumentierte Regionen vornehmlich in Brasilien, Mexiko, Indonesien und Burkina Faso exemplifiziert werden (...). In der ersten Phase des Projektes soll sowohl bezüglich der Zusammenhangshypothesen als auch der qualitativen Zeitverläufe auf bestehende Literatur zu den Untersuchungsregionen zurückgegriffen werden. (...) Weitergehendes Ziel ist es, einige wenige typische Ursache-Wirkungsmuster zu identifizieren und zu validieren, um damit zu einer systematischen Herleitung von mustergültigen Politikoptionen zur Eindämmung nicht-nachhaltiger Landnutzungsentwicklungen zu kommen.
Aufklaerung der biophysikalischen Wirkungsmechanismen der Lichtreaktion bei der Photosynthese. Schaetzung der Geschwindigkeitskonstanten beim Elektronentransport aus Fluoreszensmessungen am lebenden Blatt. Ziele: Erstellung eines qualitativ und quantitativ korrekten mathematischen Modells. Einsatz von schnellen mathematischen Verfahren der Parameterschaetzung zur Routine-Diagnose von Stress bei Pflanzen unter Belastungen.
Angesichts sich wandelnder Randbedingungen in Umwelt und Gesellschaft werden sich die Häufigkeiten, Intensitäten und Auswirkungen von Naturgefahren ebenfalls ändern. Dies ist von besonderer Bedeutung für Regionen, in denen Risiken durch Naturgefahren bewältigt, gesteuert und gemindert werden müssen. Dafür möchte das Graduiertenkolleg 'Naturgefahren und Risiken in einer Welt im Wandel' (NatRiskChange) die Wissensgrundlage verbessern: Hauptziel ist es, Methoden zu entwickeln, die die Analyse, Quantifizierung und Vorhersage von transienten Gefahren und Risiken verbessern, indem Wissen und Methoden zwischen Systemanalyse, Geo- und Umweltwissenschaften sowie Risikoforschung aktiv ausgetauscht werden. Die mathematisch orientierten Wissenschaftler bringen statistische Methoden, insbesondere Bayessche Statistik, die Theorie der dynamischen Systeme mit einem Schwerpunkt auf nicht-linearen Prozessen und Chaos sowie Rekurrenzplots und andere innovative Methoden zur Analyse geophysikalischer Zeitreihen ein. Die Geo- und Umweltwissenschaften steuern hingegen für verschiedene Naturgefahren Wissen über zugrundeliegende Mechanismen und Prozesse des Wandels bei, inklusive regionaler Besonderheiten, Interaktionen zwischen Gefahren und Vulnerabilitäten. Diese interdisziplinäre Forschung von NatRiskChange begann im Oktober 2015 und wird durch ein Qualifizierungsprogramm in den Bereichen der Statistik, Daten- und Risikoanalyse begleitet. Lehrkonzept und Forschungsprogramm ergänzen sich gegenseitig und sind tief in der Expertise der teilnehmenden Institutionen aus Potsdam und Berlin verankert, um den Weg für neue Forschungsstränge zur Quantifizierung von Veränderungen in Geo-, Hydro- und sozio-ökologischen Systemen zu ebnen.
Methoden der Fuzzy-Set-Theorie können in unterschiedlichen bodenkundlichen Teildisziplinen den üblicherweise angewendeten Methoden der Klassifikation, Behandlung von Datenunsicherheiten und Modellierung deutlich überlegen sein, da sie bei geringeren Informationsverlusten einen flexibleren Umgang mit Parameterunschärfen erlauben. Derzeit besteht ein wachsender Bedarf an der Entwicklung von Verfahren, welche künftig die während der Datenverarbeitung in Bodeninformationssystemen auftretenden Informationsverluste minimieren, die Klassifikationsgüte erhöhen und eine direkte Qualitätsbeurteilung von Karten ermöglichen. In enger Kooperation mit Geologischen Landesämtern ist daher die Erarbeitung entsprechender, auf der Fuzzy-Set-Theorie basierender Verfahren zur automatisierten Bodenklassifikation nach der deutschen Bodenkundlichen Kartieranleitung sowie für die differenzierte Bewertung von Bodenfunktionspotentialen vorgesehen. Um die Ergebnisse hinreichend abzusichern und ihre Interpretationsfähigkeit zu gewährleisten, soll insbesondere die Überprüfung der verwendeten Fuzzy-Parameter und Operatoren im Zentrum der Arbeiten stehen. Unter Nutzung der auch in den Geologischen Landesämtern angewendeten geographischen Informationssysteme zur Durchführung des Vorhabens soll eine mögliche praktische Umsetzung der Ergebnisse im Rahmen von Bodeninformationssystemen untersucht werden.
Die Fähigkeit, das Wetter bis über eine Woche hinaus vorhersagen zu können, erspart unserer Gesellschaft jährlich Kosten in Milliardenhöhe und trägt entscheidend zum Schutz von Leben und Eigentum bei. Die zunehmende Leistungsfähigkeit unserer Computersysteme und neuartige Beobachtungen haben über die Jahre hinweg zu einer kontinuierlichen Verbesserung der Wettervorhersagequalität geführt. Dennoch kommt es immer noch gelegentlich zu erheblichen Fehlvorhersagen. Dies ist nicht allein auf Defizite in den Vorhersagemethoden zurückzuführen - in einem chaotischen System wie der Atmosphäre gibt es Wettersituationen, die per se schwer vorherzusagen sind. Die gegenwärtige Herausforderung ist daher die Vorhersagbarkeit und insbesondere deren Grenzen, abhängig von der jeweiligen Wettersituation, zu identifizieren um eine bestmögliche Vorhersage bereitstellen zu können. Der TRR 165 wird sich dieser Herausforderung stellen und hat sich zum Ziel gesetzt, durch die Beantwortung der zugrunde liegenden wissenschaftlichen Fragestellungen einer neuen Generation von Wettervorhersagesystemen den Weg zu ebnen. Die wichtigsten Ursachen für verbleibende Unsicherheiten in der derzeitigen numerischen Wettervorhersage sind: A das schnelle Wachstum von Fehlern, die durch nicht oder unzureichend dargestellte physikalische Prozesse wie Konvektion oder Mischung in der Grenzschicht entstehen und letztlich zu Veränderungen der Wellen auf synoptischer Skala führen können, B unser begrenztes Verständnis der physikalischen Prozesse in Wolken und C der relative Einfluss lokaler Faktoren und synoptisch-skaliger Wellen auf das Wetter und dessen Vorhersagbarkeit. Im Rahmen von 'Wellen, Wolken, Wetter' werden diese drei Fragestellungen gemeinsam von Experten der Disziplinen Atmosphärendynamik, Wolkenphysik, Statistik, Inverse Methoden und Visualisierung bearbeitet. Dabei wird TRR 165 eine Vielzahl von Methoden anwenden und neu entwickeln, wie etwa numerische Modelle mit detaillierter Darstellung von Wolkenprozessen und Aerosolen, aber auch Ensemblevorhersagen mit hochentwickelten statistischen Nachbearbeitungsverfahren zur mathematischen Beschreibung der Unsicherheit nutzen. Die zusätzliche Entwicklung neuer, interaktiver Visualisierungsmethoden erlaubt eine rasche und intuitive Erfassung komplexer Informationen, die in Ensemblevorhersagen sowohl zu den Ursachen als auch zur Entwicklung der Unsicherheit meteorologischer Strukturen enthalten sind. Die Gesamtziele von 'Wellen, Wolken, Wetter' sind nur durch die Zusammenführung der Expertise von drei renommierten Forschungsstandorten zu erreichen: München mit der LMU, der TUM, dem DLR; Mainz mit der JGU; und Karlsruhe mit dem KIT. Zudem wird im Rahmen dieses Konsortiums ein innovatives Programm geschaffen, das die Entwicklung von Nachwuchswissenschaftlern im Rahmen eines etablierten Netzwerks erfahrener Wissenschaftler fördern und die Chancengleichheit auf allen Karriereniveaus in den beteiligten Disziplinen verbessern soll.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 615 |
| Europa | 3 |
| Kommune | 2 |
| Land | 13 |
| Wirtschaft | 2 |
| Wissenschaft | 277 |
| Zivilgesellschaft | 12 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 612 |
| Text | 2 |
| unbekannt | 2 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 2 |
| Offen | 614 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 582 |
| Englisch | 87 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Dokument | 7 |
| Keine | 409 |
| Webseite | 206 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 346 |
| Lebewesen und Lebensräume | 384 |
| Luft | 290 |
| Mensch und Umwelt | 616 |
| Wasser | 290 |
| Weitere | 612 |