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Meteorological Observation and Assimilation of the Atmosphere on Long term (Dead Sea, Israel)

Since 2006, the Institute for Meteorology and Climate Research (IMK-TRO) is involved in intensive field measurements at the Dead Sea. Long term measurements of meteorological parameters, particle concentrations and ozone mixing ratios were initiated - accompanied by short term activities like vertical profiling and determination of radiation and the surface energy balance. Objective and Results: The objective is to study the mesoscale wind systems and their role in the distribution of pollutants near the Dead Sea. Preliminary data evaluation shows that a complexe superposition of various wind systems is abundant. The existence of the widespread lake plays a mayor role in the development of atmospheric layering during the course of the day. However, synoptic influence can disturb the regional system. Since September 2006 an permanent meteorological station is working at Massada National Monument approx. at elevation sea level. Measurements of the actual week are shown here . The whole data set is available on request.

Sameneigenschaften von Pflanzen alpiner Lebensräume - Eine Klassifizierung und funktionelle Analyse

Globale Erwärmung und veränderte Landnutzung haben in neuerer Zeit bereits zu merklichen Änderungen der alpinen Vegetation geführt. Dem Überdauerungsvermögen alpiner Arten am Wuchsort und ihrer Fähigkeit zur Ausbreitung kommt mit zunehmender Dynamik von Umweltveränderungen eine besondere Bedeutung zu. Notwendige Grundlage von Prognosen zu Vegetationsveränderungen, aber auch von evolutionsbiologischen Modellen, ist die Kenntnis ausbreitungs- und überdauerungsrelevanter Samenmerkmale, die ich für den größten Teil der alpinen und subalpinen Pflanzenarten während meines Aufenthaltes in Basel erstellen konnte. Der Datensatz enthält Angaben über Gewicht, Form, Ausbreitungstyp u.a. Eigenschaften von ca. 540 Arten der Alpen, die z.T. aus eigenen Aufsammlungen, v.a. aber aus dem umfangreichen Samenherbar des Botanischen Institutes stammen. Zusätzlich wurde die Variabilität des Diasporengewichtes (DG) für einige Arten auf der Populationsebene, und in Abhängigkeit von der Meereshöhe gemessen. Eine zentrale Frage war, welche Eigenschaften der adulten Pflanze (Wuchshöhe, Lebensform, Lichtzahl, Feuchtezahl u.a.) mit dem DG korreliert sind, und ob sich das DG alpiner Arten signifikant von dem der Arten tieferer Regionen unterscheiden. Ein phylogenetisch balancierter Vergleichs-Datensatz, der die DG s und Eigenschaften von Arten tieferer Regionen umfasst, steht kurz vor der Vollendung. Erste vergleichende Analysen innerhalb zweier artenreicher Pflanzenfamilien zeigten ein signifikant höheres Diasporengewicht der alpinen Arten. Eine signifikante Veränderung des DG s mit der Höhe konnte anhand der Untersuchung von ca. 50 Populationen von Carex flacca nicht gefunden werden. Keimungsökologische Studien zu zwei alpinen Carex-Arten wurden abgeschlossen und ausgewertet. Beide Arten haben die Fähigkeit, eine Diasporenbank im Boden aufzubauen, und besitzen Dormanzeigenschaften, die den Keimungszeitpunkt auf eine kurze Periode nach der Schneeschmelze eingrenzen.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1889: Regional Sea Level Change and Society (SeaLevel), Teilprojekt: Küstennahe und regionale Meeresspiegeländerungen und Subsidenz - Das Gefährungspotential in Indonesien und Südostasien

Klimaänderungen sind als natürliche Phänomene in allen Epochen der Erdgeschichte zu finden. Neben diesen natürlichen Variationen stehen heute zunehmend die anthropogen Änderungen im Fokus der Aufmerksamkeit. Dabei kommt dem Anstieg des Meeresspiegels in der Öffentlichkeit eine herausragende Bedeutung zu, da die gesellschaftlichen und ökonomischen Konsequenzen bereits allgemein sichtbar und spürbar sind. Viele Megastädte der Welt liegen in Küstenregionen und nehmen insgesamt fast ein Drittel der Weltbevölkerung auf. Die durch den Meeresspiegelanstieg verursachte Bedrohung wird zudem durch eine natürliche oder anthropogen verursachte Subsidenz in vielen Fällen noch vergrößert. Somit ist eine umfassende und genaue Bestimmung von Meeresspiegelanstieg und die Bestimmung von Subsidenzraten die Voraussetzung für eine sinnvolle Küstenplanung, Landnutzung und den Erhalt der ökonomischen und ökologischen Lebensgrundlagen. Seit 1991 wird der Meeresspiegel durch Radaraltimeter kontinuierlich und hochgenau erfasst. Ungeachtet dieser langen Zeitspanne fällt es heute immer noch schwer, konsistente Beschreibungen des globalen Meeresspiegels zu liefern. Das Projekt wird die Ursachen in einer fokussierten Region (Südostasien) untersuchen und Lösungsstrategien erarbeiten. Meeresspiegeländerungen werden mittelfristig durch saisonale und jährliche Variationen beeinflusst. Diese Prozesse überlagern die globale Änderung des Meeresspiegels als Rauschen und erschweren somit die Bestimmung von Langzeittrends. Gezeitenpegel, die teilweise seit über 100 Jahren Messungen liefern, sind ein probates Mittel, langfristige Änderungen zu untersuchen und Extremereignisse zu detektieren. GNSS-Sensoren an oder der Nähe von Pegeln erlauben die Ableitung geozentrische Meeresspiegeländerungen und die Trennung von Landdriften (GIA, Subsidenz). Die genaue Bestimmung des Zustandes des Meeresspiegels, die Analyse von GNSS-korrigierten Pegelmessungen und die Erfassung der Subsidenz in Megastädten sind zentrale Forschungsgegenstände und unentbehrlich für die vorausschauende Planung und Entwicklung von Küstensiedlungen. In dem Projekt planen wir (1) die Nutzung und Verbesserung der Datenbasis, bestehend aus Radaraltimetrie, GNSS-Sensoren, Gezeitenpegeln und dem zeitvariablen Schwerefeld, mit dem Ziel, regionale Änderungen des Meeresspiegels und der Subsidenz möglichst präzise zu erfassen; (2) die Variabilität des Meeresspiegels in Südostasien und vor Java/Indonesien zu analysieren und Ursachen dafür zu identifizieren; (3) lokale Änderungen des Meersspiegels aus Pegeln in Südostasien zu untersuchen, und Extremereignissen zu identifizieren, zu analysieren und zu beschreiben; (4) die Informationen mit den Ergebnissen anderer Projekte desselben Zielgebietes zu kombinieren und zu einer konsistenten Beschreibung der Gefährdung durch Meeresspiegelanstieg und Subsidenz von der Messung bis hin zur Auswirkung auf die Gesellschaft für einzelne Städte zu gelangen.

Waldlücken- und Wuchsdynamik der Baumarten tropischer Bergregenwälder in Süd-Ecuador und Costa Rica

Der hochdiverse tropische Regenwald weist eine Fülle verschiedener struktureller Parameter auf, die sich je nach Exposition und Meereshöhe graduell oder abrupt ändern. Schichtung, Bestandesarchitektur, Lebensformenanteile (Palmen, Baumfarne, Hochstauden, Epiphyten etc.), Diversitätsgrößen, Durchwurzelung, Nähr- und Spurenelementverteilung ändern sich entlang von Höhengradienten oder auch entsprechend unterschiedlicher Störungsregime. Beispiele dieser Kenngrößen und ihrer Funktion sollen erfasst werden und insbesondere mit dem Auftreten der Baumlücken verknüpft werden. Baumlücken ('gaps') spielen für die Regeneration und damit Erhaltung der hohen Biodiversität und heterogenen Bestandesstruktur in Primärwäldern eine entscheidende Rolle. Wahrscheinlich lässt sich in Primärwäldern ein großer Teil der für jede Art wesentlichen Kennfaktoren, wie Regenerationsdynamik, Keimung, Jungwuchs, Alterspyramide, Zuwachsraten, etc. aus der Baumlückendynamik ableiten. Für Bergregenwälder muß dies allerdings erst noch aufgezeigt werden. Die Einbeziehung verschiedener Störungsursachen rezenter Baumfallücken gibt Hinweise auf mögliche Entwicklungsrichtungen der Waldlücken, also auch auf ihre mögliche weitere Sukzession. Je nach Artenzahl an vorkommenden Baumarten sind vergleichende Untersuchungstransekte notwendig, die in Ecuador einerseits, in Costa Rica andererseits zur Verfügung stehen und damit ideale Vergleichsmöglichkeiten bieten.

Instabilitäten der Eisschilde, Teilprojekt: 2 Interaktion vom Grönländischen und Antarktischen Eisschild mit dem globalen Klimasystem und der festen Erde

Spät- und postglaziale Umweltbedingungen im Bereich der ganzjährigen südhemisphärischen Westwinddrift; eine Fallstudie an Seesediment-, Torf- und Dendroarchiven der Südanden

Im Rahmen einer interdisziplinären Studie sollen palynologische, sedimentologische und geochemische Untersuchungen an Seesedimenten und Torfkernen sowie dendroökologische Studien dazu beitragen, spät- und postglaziale Klimaschwankungen der Westwinddriftzone sowie regionale Klima- und Umwelteinflüsse (z.B. Vulkanismus) zu analysieren. Die regionalen Klimaeinflüsse sollen räumlich- und parameterbegrenzt modelliert werden. Datierungen früherer Meeresspiegelstände sollen Phasen und Dynamik der durch die Eisabschmelzung verursachten isostatischen Hebung der Anden aufzeigen. Außerdem soll der Einfluss globaler anthropogener Klimafaktoren und Stoffemissionen auf der dünn besiedelten Südhalbkugel anhand der natürlichen Variabilität von atmosphärisch eingetragenen Spurenelementen in Torfkernen untersucht werden. Die gewonnenen Proxydaten sollen das globale Datennetz von Paläoumwelt- und Klimadaten des jungen Quartärs wesentlich ergänzen.

Schwerpunktprogramm (SPP) 527: Bereich Infrastruktur - International Ocean Discovery Program, Teilprojekt: Mechanismen der Glazial/Interglazial-Zyklen des späten Oligozän

Hauptanliegen des beantragten Projektes ist es, ein mechanistisches Verständnis der zugrundeliegenden Prozesse zu bekommen, die zu signifikanten Unterschieden in der Morphologie spät-oligozäner Glazial/Interglazial (G/I) Zyklen in IODP Site U1406 (Neufundland, IODP Expedition 342) geführt haben. Ein vorhandener suborbital-aufgelöster Datensatz von stabilen Sauerstoffisotopen gemessen an benthischen Foraminiferen von Site U1406 zeigt im Zeitinterval ca. 25.6 bis 23.9 Millionen Jahre zwei wesentlich unterschiedliche Morphologien von G/I Zyklen. Die häufigere Morphologie ist U-förmig ('Kontrollintervall') und von Glazialen vor der 'Middle-Pleistocene Transition' (MPT) bekannt. Die andere vorkommende Morphologie ist durch einen langsamen Anstieg der Sauerstoffisotopen benthischer Foraminiferen gekennzeichnet, welcher von einem abrupten Abfall der Sauerstoffisotopenwerte gefolgt wird ('Targetintervall'). Diese Morphologie ist fundamental verschieden von der U-förmigen Morphologie anderer oligozäner Glazialzyklen, zeigt aber erstaunliche Übereinstimmungen mit dem 'Sägezahnmuster' der G/I-Zyklen des späten Pleistozän. Um die Magnitude und Dauer von Eisvolumen-Fluktuationen und damit einhergehend des Meeresspiegels während der Target- und Kontrollintervalle zu rekonstruieren, sollen delta 18O und Mg/Ca Datensätze generiert werden. Bodenwassertemperaturen zeigen für beide Intervalle überraschend gleichförmige Werte zwischen 2 Grad C und 4 Grad C an. Ebenfalls zeigen beide Intervalle keine Korrelation der Bodenwassertemperaturen mit den beobachteten G/I-Zyklen. Dies wird besonders bei der Betrachtung der Delta18O Werte des Meerwassers und dessen Umrechnung in Meeresspiegelschwankungen deutlich. Die beobachteten Unterschiede im Meeresspiegel zwischen den beiden bearbeiteten Intervallen zeigen einen substantiellen Rückgang des antarktischen Eisschildes an. Im Vergleich zur Obliquität zeigt sich, dass die Meeresspiegelschwankungen im Kontrollintervall nahezu linear zur Obliquität schwanken, während die Meeresspiegelschwankungen im Targetintervall von schwächeren Obliquitätsamplituden geprägt sind. Diese Beobachtung legt einen nicht-linearen Schwellenwert der Steuerung des antarktischen Eisschildes durch die Obliquität nahe. Ob solch ein Schwellenwert existierte und was die exakten klimatischen Rahmenbedingungen für solch einen Schwellenwert waren, kann mit den bisherigen Daten allerdings nicht eindeutig getestet werden. Daher wird beantragt, die existierenden Datensätze von Site U1406 auf das Zeitintervall zwischen 26 und 24,5 Millionen Jahre auszudehnen. Dabei soll der in der ersten Projektphase erfolgreich angewendete Ansatz aus einer Kombination von stabilen isotopen- und Mg/Ca-Daten weiterverfolgt werden.

Instabilitäten der Eisschilde, TP 1: Quantifizierung der Feste-Erde-Komponente in der Klimadynamik Erde

Indonesian Throughflow variability on sub-orbital timescales during Marine Isotopes Stages (MIS) 2 and 3

This project will provide quantitative estimates of the flow of low-salinity warm water through the Indonesian Gateway on suborbital timescales during MIS 2 and 3 (focusing on Dansgaard Oeschger (D-O) oscillations) and will assess the Indonesian Throughflow (ITF) s impact on the hydrography of the eastern Indian Ocean and global thermohaline circulation during this critical interval of high climate variability. ITF fluctuations, associated with sea level change, temperature and salinity variations in the West Pacific Warm Pool (WPWP) strongly influence precipitation over Australia, the strength of the southeast-Asian summer monsoon, and the intensity of warm meridional currents in the Indian Ocean. We will test the hypothesis that increased ITF is associated with warm interstadials of MIS 3, whereas a strong reduction in ITF occurred during stadials. We will use as main proxies planktonic and benthic foraminiferal isotopes in conjunction with Mg/Ca temperature estimates and radiogenic isotopes (mainly Nd) as tracers of Pacific water masses along depth transects in the Timor Passage and the eastern Indian Ocean. This project will provide the paleoceanographic framework that will be crucial to validate and refine circulation models of D-O events and high-frequency climate variability on a global scale.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1889: Regional Sea Level Change and Society (SeaLevel), Teilprojekt: Bestimmung von Wärmeänderungen im Ozean durch Kombination von Satellitengravimetrie, Argo und Radaraltimetrie - ROCSTAR

Veränderungen der Ozeanwärme sind eng mit dem Wärmefluss an der Ozean-Atmosphärengrenze verbunden und spielen daher eine wic--htige Rolle bei der Regulierung des Erdklimas. Allerdings weisen in-situ-Messungen immer noch hohe Ungenauigkeiten auf und sind nur in wenigen Regionen in ausreichender Anzahl vorhanden. ROCSTAR wird neue Einsichten in das Energiebudget der Erde durch die verbesserten Schätzungen der ozeanischen Temperatur (T) und des Salzgehalts (S) liefern. Durch die Kombination der geodätischen Raumverfahren mit Argo-Profilen, werden gleichzeitig die Temperatur, der Salzgehalt und regional variierende Meeresspiegelbeiträge ermittelt. Die daraus resultierenden Schätzungen umfassen die gesamte Ozeansäule und die zugehörigen sterischen Änderungen werden sowohl mit dem beobachteten Meeresbodendruck als auch mit den Meeresspiegelanomalien konsistent sein. Vor diesem Hintergrund verfolgt das Projekt folgende Ziele:1. Erhöhung der Genauigkeit der in sich konsistenten T- und S-Felder und Bereitstellung von realistischen Fehlerschätzungen2. Ermittlung der T- und S-Schätzungen in Regionen mit wenigen Beobachtungen und in den Tiefen des Ozeans3. Quantifizierung der Rolle, welche die flachen und tiefen Schichten des Ozeans in der Energiebilanz der Erde und im Meeresspiegel-Budget spielen4. Identifizierung und Untersuchung von Ozeanwärmehotspots und deren Verbindung zum terrestrischen Wasserkreislauf im Südosten Asiens. ROCSTAR wird innerhalb des SPP1189-Schwerpunkts WPA (Ursprung der regionalen Meeresspiegeländerungen) angesiedelt sein. Das Projekt befasst sich mit globalen Beobachtungen, führt aber intensive Untersuchungen im indischen Ozean und Westpazifik durch, welche die Hauptquellen für Feuchtigkeit, Zyklon und Taifun Entwicklung in der südostasiatischen Region darstellen. Darüber hinaus wird ROCSTAR aktiv an den Öffentlichkeitsarbeiten des SPPs teilnehmen und ein konzeptionelles Brettspiel entwickeln, um Nicht-Wissenschaftlern das regionale Meeresspiegelbudget näher zu bringen.

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