s/mathematisches methode/Mathematische Methode/gi
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.
Die Forschung entwickelt die Grundlagen fuer die oekonomische Theorie der Nutzungsstrategien fuer natuerliche Ressourcen weiter. Hier stehen vor allem zwei Schwerpunkte an: Uebergang von nicht-erneuerbaren auf quasi-unerschoepfliche Ressourcen (Bsp fossile Energietraeger auf Solarsysteme) und Nutzung von regenerierbaren natuerlichen Ressourcen mit komplexen oekologischen Interpendenzen in 2-Species-Systemen. Innerhalb dieses inhaltlichen Schwerpunktes werden mathematische Methoden und Modellierungen weiter entwickelt: Beispielsweise finden Seminare und eigene Entwicklungen zu Modellierung mit GAMS (Meta-Sprache fuer komplexe Systemanalysen) am Lehrstuhl statt. Als drittes ergibt sich ein Schwerpunkt bezueglich der Anwendungen auf umweltoekonomische Probleme, da Umweltqualitaet zumindest teilweise als regenerierbare natuerliche Ressource modelliert werden kann.
In dem Vorhaben wird die genotypische Diversität bei parthenogenetischen Hornmilben (Acari, Oribatida) anhand molekularer Analysen der DNS-Regionen für die ribosomale Spacer-Region ITS l und des mitochondrialen Gens für die Cytochromaxidase I (COI) untersucht. Hierzu werden zwei Schwerpunkte gesetzt: (1) Ein evolutionsbiologischer Teil beschäftigt sich mit der weltweiten genotypischen Vielfalt einer parthenogenetischen Hornmilbenart, Platynothrus peltifer, anhand Analyse der ribosomalen ITS 1-Region und der COI-Gene. Auch sollen weitere geeignete DNS-Regionen und molekulare Arbeitsmethoden zur Identifizierung genotypischer Diversität parthenogenetischer Oribatiden identifiziert und analysiert werden. (2) In einem ökologischen Teil soll die genetische Diversität von parthenogenetischen und sexuellen Hornmilbenarten in unterschiedlichen Sukzessionsstadien verglichen werden. Innerhalb der parthenogenetischen Arten wird eine in frühen Sukzessionsstadien auftretende Art (Tectocepheus velatus) mit einer spät auftretenden Art (Platynothrus peltifer) verglichen, und es sollen in gleichen Sukzessionsstadien auftretende bisexuelle und parthenogenetische Arten verglichen werden (Steganacarus magnus als sexuelle und Platynothrus peltifer als parthenogenetische Art). Die Daten werden mit verschiedenen mathematischen Algorithmen ausgewertet und unterschiedliche phylogenetische Programme werden auf ihre Eignung zur Identifizierung genotypischer Diversität bei geringer Variabilität überprüft.
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 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 pneumatische Spuelung stellt eine Moeglichkeit der Wasserforschung mittels Druckluft in Rohrleitungen dar. Das Wasser wird bei einer Spuelung mit Hilfe der Druckluft mit relativ hoher Geschwindigkeit ganz oder teilweise aus der Leistung gedrueckt. Der Zusammenhang zwischen Luftdruck und Abflussgeschwindigkeit bei einer pneumatischen Spuelung soll allgemeingueltig theoretisch hergeleitet werden und durch Versuche und eventuell an bestehenden Anlagen ueberprueft werden.
Entwicklung eines neuen Verfahrens zur Modellierung der Strömungen mit freier Oberfläche gekoppelt mit der Umströmung von Schiffen in freifließenden Wasserstraßen. Aufgabenstellung und Ziel Im Rahmen dieses in Zusammenarbeit mit der Universität Trient (Dipartimento di Ingegneria Civile Ambientale e Meccanica, Università di Trento) bearbeiteten Projektes wurde ein neuartiges Verfahren für die Interaktion Schiff-Wasserstraße entwickelt und implementiert. Es sind prinzipiell zwei Anwendungsfälle anvisiert – die Beurteilung der schiffsinduzierten Belastungen an Ufern von Gewässern und die Dimensionierung von Wasserstraßen, insbesondere bei Engstellen und in freifließenden Flüssen. Das entwickelte Modell befindet sich aufgrund der erfassten physikalischen Phänomene und Skalen einerseits konzeptuell im mesoskaligen Bereich von geophysikalischen Modellen für ganzheitlich betrachtete Strömungen in Gewässern wie Flussstrecken – andererseits modelliert das Verfahren gleichzeitig die Interaktion zwischen den Strömungen und den navigierenden Schiffen. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Es handelt sich um eine Entwicklung, die die Möglichkeiten der Modellierung der fahrenden Schiffe in mesoskaliger Betrachtung (z. B. Flussstrecken mittlerer Länge) mit dem Zweck erweitern soll, die Methodik zur Befahrbarkeitsbewertung und Dimensionierung von Wasserstraßen zu verbessern und als Fernziel eine Kopplung an den Schiffsführungssimulator zu realisieren. Die verwendeten rechnerischen Netze sind wesentlich gröber als es in etablierten CFD-Verfahren des Schiffbaus üblich ist, wodurch das Verfahren rechnerisch wesentlich effizienter ist. Untersuchungsmethoden Das mathematische Modell nimmt als Ausgangspunkt das in BAW eingesetzte mathematische Verfahren nach Casulli und Stelling (2011), implementiert in UnTRIM2, d. h. ein semi-implizites Finite-Volumen-Schema zur gleichzeitigen Betrachtung der Strömungen mit und ohne freie Oberfläche, jedoch mit der Verwendung von generischen Flachwassergleichungen in der konservativen Form als grundlegendem System der partiellen Differentialgleichungen (PDE). Im Gegensatz zu UnTRIM2 wird für die Diskretisierung der Variablen ein kartesisches gestaffeltes Gitter verwendet, um die horizontale Bewegung der schwimmenden Körper möglichst genau und rechnerisch effizient zu erfassen. Durch die zusätzliche Verwendung der Subgrid-Technologie profitiert die Simulation von hochauflösenden digitalen Geländemodellen (DGM) und einer detailgetreuen Abbildung der Schiffsgeometrie (Tessellationen in STL-Dateien), um eine gitterunabhängige Erfassung des Wasservolumens über dem Boden und unter dem Schiff zu ermöglichen. Aufgrund der Struktur des Verfahrens kann die Dimensionalität des Modells mit der Anzahl der gewählten Zellebenen und -reihen automatisch von dreidimensional auf zweidimensional (vertikal oder horizontal integriert) bis hin zu eindimensional reduziert werden. Das Modell für die Strömungen mit freier Oberfläche und unter dem Schiff basiert auf einer nichtlinearen Tiefen- bzw. Volumenfunktion, wodurch die Überflutung und das Trockenfallen an Gewässerufern ein integraler Bestandteil des Verfahrens ist. Das Schiff wird im Modell als beweglicher starrer Körper mit sechs Freiheitsgraden betrachtet und seine Dynamik wird mittels eines Systems gewöhnlicher Differentialgleichungen (ODE) beschrieben. Die beiden Systeme für die externen Strömungen bzw. die Schiffsdynamik werden durch die Volumenfunktion gekoppelt. Die Veränderung der Volumenfunktion aufgrund der Schiffsbewegungen verstärkt die Nichtlinearität des zu lösenden Gleichungssystems, das gleichzeitig trockene Zellen an Ufern, nasse freie Oberflächenzellen und unter Druck stehende Zellen beinhaltet. Die Lösung dieses Systems wird durch die Verwendung eines verschachtelten iterativen Newton-Lösers erreicht. (Text gekürzt)
Es wird gezeigt, welche mathematischen Bearbeitungsverfahren fuer die Ermittlung der Umweltgefaehrlichkeit von Chemikalien geeignet sind. Schlussfolgerungen betreffen auch die Praxis.
| Origin | Count |
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| Type | Count |
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| Förderprogramm | 617 |
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