Navigation Lock Filling - Modeled Geometry and Physical Model Measurement Data This data set provides the geometry files and physical model measurement data for the filling process of a large navigation lock with a ship in the lock chamber from a water saving basin. The measured data contains water levels, pressure differences, forces on the ship and the opening height of the valves. The lock consists of a lock chamber with a pressure chamber underneath. Both chambers are hydraulically connected with vertical cylindrical filling nozzles inside the floor between both chambers. The three lateral saving basins are connected to the pressure chamber via two lateral culverts each of smoothly varying rectangular shape. Each saving basin has two of these connecting culverts. A vertical lifting valve in each culvert allows the controlled filling operation from the saving basins into the pressure chamber. In the experiment, the lock chamber is filled from the lowest saving basin. The physical model was constructed at a scale of 1:25. The provided data (geometry and model test results) is scaled to prototype scale by Froude's similitude. The data was used in the following publication: Thorenz, C., Schulze, L. (2021): Numerical Investigations of Ship Forces During Lockage. Journal of Coastal and Hydraulic Strucures. Please cite the paper when using the data.
Anhand von Experimenten im physikalischen Modell wurden durch Bodenformen verursachte Strömungs- und Turbulenzprozesse untersucht. Hierzu wurden Laborversuche in einer Strömungsumlaufrinne mit abstrahierten Modelldünen durchgeführt. Für die Erhebung eines umfangreichen Datensatzes zur Beschreibung des Strömungsfeldes über einer Bodenform wurde eine Modelldüne eingesetzt, deren Geometrie sich an in der Weser beobachteten Dünen mit sogenanntem Ebb Slip Face (EbbSF) orientiert. Die Dünenabmessungen und hydrodynamischen Größen wurden im Maßstab 1:10 nach Froude skaliert. Die Modelldüne wurde als zweidimensionale Einzeldüne eingebaut und einer unidirektionalen Strömung konstanter Geschwindigkeit und gleichbleibendem Wasserstand ausgesetzt. Durch die Verwendung von Riffelblech für die Herstellung der Modelldüne wurde die natürliche Oberflächenrauheit realer Dünen nicht nachgebildet. Für die Strömungsmessungen wurde im Bereich über und hinter dem Modellkörper eine enge Verteilung der Messpositionen gewählt, sodass ein umfassender Rohdatensatz mit hochfrequenten, akustischen Strömungsdaten bereitgestellt wird. Literatur: - Carstensen, C., Holzwarth, I. (2023): Flow and Turbulence over an Estuarine Dune – Large-Scale Flume Experiments. Die Küste. https://doi.org/10.18171/1.093103 - Bundesanstalt für Wasserbau (2021): FAUST. Teilprojekt E: Laboruntersuchungen BAW. FuE-Abschlussbericht B3955.02.04.70230. https://hdl.handle.net/20.500.11970/108336 Zitat für diesen Datensatz (Daten DOI): - Bundesanstalt für Wasserbau (2021): Laborversuche in einer Strömungsrinne mit skalierter Modelldüne (EbbSF) [Data set]. Bundesanstalt für Wasserbau. https://doi.org/10.48437/02.2021.K.9900.0001
Bei der Betrachtung der Einwirkung von Erschütterungen wird in den gültigen Regelwerken zwischen zwei Einwirkungsarten unterschieden: Einwirkungen auf Gebäude Erschütterungsimmissionen können an Gebäuden Sachschäden verursachen, die den Gebrauchswert des betroffenen Gebäudes vermindern. Einwirkungen auf Menschen in Gebäuden In Wohnungen sind Erschütterungsimmissionen nach allgemeiner Lebenserfahrung wesensfremd und werden von Menschen dort als belästigend empfunden. Diese beiden unterschiedlichen Einwirkungsarten werden von den gültigen Regelwerken zur Beurteilung von Erschütterungsimmissionen durch angepasste Beurteilungssysteme berücksichtigt. Einwirkungen auf Gebäude Schäden die nach Erschütterungseinwirkungen an einem Gebäude auftreten können, sind u. a. Beeinträchtigung der Standsicherheit des Gebäudes, Verminderung der Tragfähigkeit von Decken und bei Wohngebäuden z.B. auch Risse im Putz von Wänden. Die Beurteilung, ob solche Schäden durch Erschütterungen verursacht wurden, erfolgt mittels eines Vergleiches von Messwerten des Erschütterungsereignisses mit noch zulässigen Anhaltswerten aus der DIN 4150 - Teil 3. Beurteilungsgröße ist das Betragsmaximum der im Gebäude beobachtete Schwinggeschwindigkeit v max in Abhängigkeit von der Schwingfrequenz. In welcher Grössenordnung Erschütterungsimmissionen noch zulässig sind, hängt dabei unter anderem vom Gebäudetyp ab. Für Industriegebäude sind höhere Erschütterungsimmissionen zulässig, als für Wohnhäuser oder Gebäude, die unter Denkmalschutz stehen. Um Materialermüdungseffekte zu berücksichtigen, sind in der Norm ausserdem unterschiedliche Anhaltswerte für kurzzeitige Ereignisse und für Dauererschütterungen aufgeführt. Auch das Schwingungsverhalten von einzelnen Gebäudeteilen wird mit unterschiedlichen Anhaltswerten für Gebäudefundament, Obergeschosse und frei schwingenden Decken berücksichtigt. Gebäudeschäden treten nach den bisherigen Erfahrungen nicht auf, wenn die in der Norm genannten Anhaltswerte eingehalten werden. Einwirkungen auf Menschen in Gebäuden Ob ein Mensch Erschütterungsimmissionen als belästigend empfindet, hängt nicht nur von physikalischen Parametern wie Stärke, Frequenz und zeitlichem Verlauf des eigentlichen Erschütterungsereignisses ab, sondern auch vom Menschen selbst. Gesundheitszustand, Art der Tätigkeit während der Erschütterungswahrnehmung, Grad der Gewöhnung und der Erwartungshaltung an den Aufenthaltsort sind eher subjektive Parameter, die beeinflussen, ob Erschütterungen als erheblich belästigend empfunden werden. Sekundäreffekte, wie z.B. Schwingungsbewegungen von Pflanzen oder hörbares Klirren von Gläsern können zudem das Belästigungsempfinden vergrössern. Im Beurteilungssystem der DIN 4150 - Teil 2 wird versucht, Beurteilungsgrössen aus physikalischen Messgrössen abzuleiten, die eine objektive Beurteilung der Belästigungssituation ermöglichen. Ein Mensch kann vereinfacht in einem physikalischen Modell auch als Schwingungssensor abgebildet werden, der im Frequenzbereich zwischen 5 Hz und 80 Hz besonders empfindlich ist. Für tiefere Frequenzen nimmt die Schwingungsempfindlichkeit des Menschen deutlich ab. Eine entsprechende Empfindlichkeitskurve wurde in der DIN 4150 - Teil 2 als sogenannte KB-Bewertung im Beurteilungsverfahren berücksichtigt. Normierte Erschütterungsfühlschwelle des Menschen in Abhängigkeit von der Frequenz, Abbildung: LANUV Neben der physikalischen Fühlkurve des Menschen werden im Beurteilungsverfahren auch die maximale Grösse, Dauer und Häufigkeit der Erschütterungseinwirkungen und der berechtigte Anspruch an den Aufenthaltsort berücksichtigt. Beurteilung der Erschütterungseinwirkung auf Menschen in Gebäuden Für eine Beurteilung der Erschütterungseinwirkungen auf Mensch in Gebäuden nach DIN 4150-2 wird aus den bei einer Messung aufgezeichneten Schwinggeschwindigkeiten v(t) die bewertete Schwingstärke KB F (t) berechnet. Es handelt sich hierbei um eine Art Pegelschrieb der aufgetretenen Schwingstärken, bei dessen Berechnung die frequenzabhängige Fühlkurve des Menschen und ein gleitendes Mittel über den Betrag der Schwinggeschwindigkeiten eingehen. Aufzeichnung von Erschütterungsimmissionen in der Nachbarschaft einer Schmiede. Oben: Schwinggeschwindigkeit v(t), in mm/s. Unten: Bewertete Schwingstärke KB F(t) der gleichen Aufzeichnung, Abbildung: LANUV Dieser gleitende Mittelwert ist die Basis zur Bildung der Beurteilungsgrössen nach DIN 4150 - Teil 2. Das Beurteilungsverfahren zur Klärung, ob belästigende Erschütterungen im Sinne der DIN 4150 - Teil 2 vorliegen, ist dann in mehrere Schritte unterteilt und berücksichtigt den unterschiedlichen Schutzanspruch vor Erschütterungsimmissionen, resultierend aus der Gebietseinordnung (z.B. Wohngebiet oder Gewerbegebiet), , ob die Erschütterungen nur tagsüber oder auch nachts auftreten, , die maximal auftretenden Erschütterungen und die Dauer der Erschütterungseinwirkungen. Ende der Auflistung Darüber hinaus werden einige Sonderregelungen getroffen für Erschütterungsimmissionen verursacht durch seltene Ereignisse (z.B. Gewinnungssprengungen in Steinbrüchen) , Bautätigkeit , Verkehr. Eine erhebliche Belästigungen von Menschen, die sich in Wohnungen oder vergleichbar genutzten Räumen aufhalten, liegt in der Regel nicht vor, wenn die in der Norm genannten Anhaltswerte unterschritten werden.
Der vom Menschen ausgelöste globale Klimawandel ist eine in der Fachwelt anerkannte Tatsache. Die ersten Folgen des Klimawandels sind in Sachsen-Anhalt bereits spürbar. Die Auswirkungen des Klimawandels wird man in Sachsen-Anhalt in den kommenden Jahrzehnten vermehrt zu spüren bekommen. Der Themenkomplex Klimawandel lässt sich generell in zwei Bereiche aufteilen: Die Klimaanalyse umfasst alle Auswertungen von Klimadaten in der Vergangenheit. Im Themenbereich Klimaprojektion werden mögliche Klimaentwicklungen in der Zukunft auf der Grundlage von Klimamodellrechnungen betrachtet. Bei der Klimaanalyse ist es wichtig, von heute beginnend in der Geschichte zurückzuschauen, um die Klimageschichte des Planeten bewerten zu können. Nur so können aktuelle und künftige Entwicklungen in die Klimageschichte eingeordnet und Extremereignisse bewertet werden. Unterschied zwischen Wetter, Witterung und Klima Wetter: Als Wetter wird der physikalische Zustand der Atmosphäre zu einem bestimmten Zeitpunkt oder in einem auch kürzeren Zeitraum an einem bestimmten Ort oder in einem Gebiet bezeichnet, wie er durch die meteorologischen Elemente und ihr Zusammenwirken gekennzeichnet ist. Witterung: Als Witterung wird der allgemeine, durchschnittliche oder auch vorherrschende Charakter des Wetterablaufs eines bestimmten Zeitraums (von einigen Tagen bis zu ganzen Jahreszeiten) bezeichnet. Klima: Das Klima ist definiert als die Zusammenfassung der Wettererscheinungen, die den mittleren Zustand der Atmosphäre an einem bestimmten Ort oder in einem mehr oder weniger großen Gebiet charakterisieren. Hierbei wird ein Zeitraum von mindestens 30 Jahren zugrunde gelegt. Die Weltorganisation für Meteorologie (World Meteorological Organisation - WMO) empfiehlt den Zeitraum 1961 bis 1990 als Klimareferenzperiode zur langfristigen Betrachtung der Entwicklungen des Klimawandels. Klimawandel: Als Klimawandel werden die langfristigen Veränderungen dieses mittleren Zustandes der Atmosphäre (Klima) bezeichnet. Dabei ist es unerheblich, ob die Veränderungen natürlichen Ursprungs sind oder nicht. Das Klima unterliegt verschiedenen Einflüssen wie bspw. der Sonnenaktivität und den Erdbahnparametern, sowie Vulkanausbrüchen oder der Plattentektonik aber auch dem Einfluss des Menschen. Dabei kann festgehalten werden: Die durch den Menschen hervorgerufene Klimaerwärmung seit Beginn der Industrialisierung ist wissenschaftlicher Konsens. Der Treibhauseffekt Der Treibhauseffekt ist ein auch ohne den Menschen vorkommendes Phänomen: Die Erdoberfläche strahlt langwellige Wärmestrahlung ab. Diese langwellige, nach oben gerichtete Strahlung wird durch Bestandteile der Atmosphäre, die Treibhausgase, absorbiert (aufgenommen) und wieder emittiert (abgegeben). Diese Strahlungsemission geschieht dabei in alle Richtungen, sodass die eigentlich nach oben gerichtete langwellige (also Wärme-)Strahlung zum Teil in der Atmosphäre gehalten wird. Diese erwärmt sich somit. Treibhausgase kommen natürlicher Weise in der Atmosphäre vor. Natürlich in der Atmosphäre vorkommende Treibhausgase sind bspw. Kohlenstoffdioxid (CO 2 ), Methan (CH 4 ), Lachgas (N 2 O) und Wasserdampf (H 2 O). Im Fall des Wasserdampfes verdeutlicht ein einfaches Beispiel den Effekt: In einer sternenklaren Nacht kühlt die Atmosphäre wesentlich schneller aus als bei bedeckten Verhältnissen. Die Erdatmosphäre schützt die Erde somit vor dem Auskühlen: im Gleichgewicht des Strahlungshaushalts ohne Atmosphäre läge die mittlere Erdoberflächentemperatur bei -18 °C. Ausgehend von einer globalen Mitteltemperatur von rund 15 °C wäre es ohne den Treibhauseffekt auf der Erde somit um ca. 33 Kelvin kälter. Die Konzentrationen der Treibhause CO 2 , CH 4 und N 2 O steigen seit Jahrzehnten durch den menschlichen Ausstoß an. In den letzten 60 Jahren hat die CO 2 -Konzentration um 25% zugenommen. Die Konzentration von Methan hat sich mehr als verdoppelt. Dabei gilt zu beachten, dass Methan eine deutlich stärkere Treibhauswirkung hat als CO 2 . Die Atmosphäre ist ein komplexes System. So hängen die verschiedenen physikalischen Größen und Vorgänge wie bspw. Temperatur, Verdunstung sowie Niederschlag/Wasserkreislauf miteinander zusammen. Verändert sich eine Variable (im Falle des Klimawandels die Temperatur), verändern sich auch die anderen Prozesse und Zustände der Atmosphäre. Weiterhin hängen die verschiedenen Komponenten des Klimasystems (Atmosphäre, Hydrosphäre, Kryosphäre, Biosphäre, Lithosphäre/ Pedosphäre) miteinander zusammen. Um nur einige der prominentesten Beispiele zu nennen: Die Temperaturerhöhung der Atmosphäre hat bspw. Auswirkungen auf den Meeresspiegel der Ozeane (Hydrosphäre; z. B. Abschmelzen der Gletscher (Kryosphäre) sowie Dichteabnahme und damit Ausdehnung des Meerwassers) oder den Säuregehalt des Ozeans. Dies wiederum führt zu Beeinflussung des Ökosystems Meer (Biosphäre; bspw. Absterben von Korallenriffen). Weiterhin ist hiervon auch direkt der Lebensraum des Menschen betroffen: Besonders Inselstaaten sind vom Meeresspiegelanstieg bedroht. Zudem bricht mit den absterbenden Korallenriffen ein bedeutsamer Küstenschutz weg. Die globale Lufttemperatur hat seit 1850 um 1,1 K zugenommen. 2023 war global das erste Jahre, dass mehr als 1,5 K wärmer war als vorindustriell (Quelle: https://climate.copernicus.eu/global-climate-highlights-2023 ). Aber auch die Meerestemperaturen steigen an und puffern so einen Teil der Erwärmung der Atmosphäre zunächst ab. Der Anstieg der Temperaturen führt aber sowohl ober, als auch unterhalb der Wasseroberfläche zu Veränderungen von Gletschern, Eisschilden, Strömungen, Flora, Fauna und vielem mehr. Besonders empfindliche Systeme drohen irreversibel geschädigt zu werden, mit Folgen für den ganzen Planeten. Die Rede ist von sogenannten Kipppunkten im Klimasystem der Erde. Die Schnelligkeit der Erwärmung und der damit einhergehenden Veränderungen stellt eine besondere Herausforderung dar. Aus diesen Gründen ist sowohl die Anpassung an bereits stattgefundene oder nicht mehr vermeidbare Klimaveränderungen zwingend nötig, als auch der Schutz des Klimas insgesamt, um noch weiterreichende Veränderungen zu verhindern. Der Klimawandel wirkt sich auch auf regionaler Ebene aus. So steigt bspw. schon heute die Hitzebelastung in mitteldeutschen Sommern. Weiterhin können sich die Niederschlagsverhältnisse innerhalb des Jahres verschieben bzw. durch stabile Wetterlagen kann es immer häufiger zu länger anhaltenden Witterungsverhältnissen kommen, die unter Umständen zu Dürre oder Hochwassergefahr führen. Das Mittel der Temperaturverteilung verschiebt sich in Richtung warm bei zunehmender Bandbreite mit den Hitzeextremen. Globale Klimamodelle sind komplexe physikalische Modelle, die das Klimasystem der Erde anhand physikalisch-numerischer Gleichungen computergestützt und zeitabhängig beschreiben. Kalibrierte Modelle ermöglichen unter definierten Annahmen über die zukünftige Treibhauskonzentrationsentwicklung die Simulation möglicher zukünftiger Klimaentwicklungen (siehe Klimaszenarien). Modelle und ihre Eigenschaften Man nutzt zur Berechnung des zukünftigen Klimas globale Zirkulationsmodelle (General Circulation Model bzw. Global Climate Model - GCMs). Globale Modelle stellen ein unverzichtbares Instrumentarium für voraussichtliche Veränderungen der Häufigkeit und Dauer von charakteristischen Großwetterlagen dar und besitzen eine horizontale Auflösung von ca. 200 km x 200 km Gitterabstand (IPCC). Zeitliche Entwicklung der Modelle Die Entwicklung der globalen Zirkulationsmodelle ist wesentlich an die Entwicklung der Computerkapazitäten gebunden. Erst die Fortschritte in der Rechenleistung großer Computeranlagen haben es ermöglicht, dass sich die Komplexität der Modelle, die Länge der Simulation und die räumliche Auflösung steigern ließen. Die ersten Modellrechnungen wurden mit reinen Atmosphärenmodellen durchgeführt, die aus Wettermodellen abgeleitet wurden. Seit den 1960er Jahren wurden Atmosphären- und Ozeanmodelle miteinander gekoppelt, zunächst mit einer sehr rudimentären Dynamik. In den folgenden Jahren wurden Modelle der Atmosphäre und des Ozeans getrennt weiterentwickelt. Seit den 1990er Jahren wurden immer mehr Komponenten des Klimasystems miteinbezogen und die Modelle wurden immer komplexer. So wurden Anfang der 1990er Jahre Modellrechnungen durchgeführt, die auch die Wirkung der in der Summe abkühlend wirkenden Aerosole berücksichtigten. Außerdem wurden Modelle für den ozeanischen und terrestrischen Kohlenstoffkreislauf entwickelt und in gekoppelten Simulationen für den Bericht des Weltklimarates IPCC von 2007 genutzt. Eine dynamische Vegetation und die Chemie der Atmosphäre sind weitere Bausteine der Modellentwicklung. Das Resultat sind sogenannte Erdsystemmodelle. In jüngster Zeit sind verbesserte biogeochemische Kreisläufe und dynamische Eisschilde, die mit Klimaänderungen in Wechselwirkung stehen, hinzugekommen. Das langfristige Ziel ist es, dass möglichst alle Komponenten des Klimasystems einschließlich ihrer Rückkopplungen und der externen Störungen simuliert werden können. Um Aussagen über das zukünftige Klima treffen zu können, werden Globale Klimamodelle in Verbindung mit Szenarien genutzt. Diese Klimaszenarien beinhalten Annahmen über die zukünftige Entwicklung von Treibhausgasen und ggf. die Gesellschaft. Sie stellen eine sogenannte Randbedingung von Klimamodellrechnungen für die Zukunft (= Klimaprojektionen) dar. Der 5. IPCC-Bericht verwendete Szenarien mit repräsentativen Konzentrationspfaden (RCP), die den möglichen zukünftigen Verlauf der absoluten Treibhausgaskonzentration in der Atmosphäre beschreiben. Im neueren 6. IPCC-Bericht fanden gemeinsame sozioökonomische Entwicklungspfade (Shared Socioeconomic Pathways, SSP) Anwendungen, die stärker den möglichen künftigen Einfluss der gesellschaftlichen und ökonomischen Entwicklung der Menschheit als Ausgangspunkt für den Ausstoß von Treibhausgasen betrachten. Die unterschiedlichen RCP Szenarien sind in der Abbildung dargestellt. Der Zahlenwert hinter dem RCP entspricht dem zusätzlichen Strahlungsantrieb. Der anthropogene Strahlungsantrieb ist hierbei ein Maß für den Einfluss, den ein einzelner Faktor auf die Veränderung des Strahlungshaushalts der Atmosphäre und damit auf den Klimawandel hat. Er wird in Watt pro Quadratmeter angegeben. Ein positiver Strahlungsantrieb, z.B. durch die zunehmende Konzentration langlebiger Treibhausgase, führt zu einer Erwärmung der bodennahen Luftschicht. Ein negativer, z.B. durch die Zunahme von Aerosolen, hingegen bewirkt eine Abkühlung ( weitere Informationen ). Bei RCP2.6 würden also 2,6 W/m² mehr in der Atmosphäre verbleiben. Das Szenario des RCP2.6 ist dabei das Szenario mit konsequentem globalem Klimaschutz, dass das Ziel von 1,5 K Erwärmung bis 2100 einhalten könnte. Mit moderatem Klimaschutz rechnet das Szenario RCP4.5, hier würde man global rund 2 K Erwärmung bis 2100 erreichen. Das RCP6.0 ist das Szenario mit wenig globalem Klimaschutz. Hierbei würde sich die Erwärmung bis 2100 auf etwa 3 K belaufen. Ohne Klimaschutz (RCP8.5) würde die Treibhausgaskonzentration in der Atmosphäre weiter ungebremst zunehmen. Die globale Temperatur würde bis 2100 um mehr als 4 K zunehmen mit entsprechend verheerenden Folgen für unseren Planeten. Die neuere Szenarienfamilie des 6. IPCC Berichts teilt sich recht ähnlich zu der Szenarienfamilie der RCPs auf, auch wenn sich diese im Detail unterscheiden. So wurden zunächst Narrative der sozioökonomischen Entwicklung aufgespannt, welche von „Nachhaltigkeit“ bis „Fossile Entwicklung“ reichen. Für diese verschiedenen Narrative (SSP1 bis SSP5) können verschiedene Strahlungsantriebe eintreten. Nach dem nachhaltigen Szenario mit konsequentem globalem Klimaschutz (SSP1-2.6) kann das 2-Grad-Ziel erreicht werden. Das Szenario SSP2-4.5 mit moderatem Klimaschutz geht von einer Erwärmung von knapp 3 K bis Ende des Jahrhunderts aus. Im Falle des SSP3-7.0 wird von einer Zunahme von Konflikten auf der Erde ausgegangen, die globalen Klimaschutz deutlich erschweren. Demnach würde die globale Temperatur um etwa 4 K ggü. dem vorindustriellen Wert ansteigen. Im SSP5-8.5 gelingt es der Menschheit nicht, Klimaschutz bis zum Ende des Jahrhunderts global umzusetzen. Dies führt zu einer Erwärmung von etwa 5 K. Die Szenarien zeigen, dass konsequenter globaler Klimaschutz bis hinunter auf die Ebene der Bundesländer in Deutschland alternativlos ist, wenn man tiefgreifende Veränderungen vermeiden will. Weiterhin stellen die Szenarien und Klimaprojektionen die Basis für die zu entwickelnden Maßnahmenkonzepte zur Anpassung an den zu erwartenden Klimawandel dar. Letzte Aktualisierung: 18.09.2024
Definition: Globale Klimamodelle sind komplexe physikalische Modelle, die das Klimasystem der Erde anhand physikalisch-numerischer Gleichungen computergestützt und zeitabhängig beschreiben. Kalibrierte Modelle ermöglichen die Simulation möglicher zukünftiger Klimaentwicklungen. Modelle und ihre Eigenschaften: Man unterscheidet zwischen einfachen konzeptionellen Modellen, Modellen mittlerer Komplexität und den hochkomplexen globalen Zirkulationsmodellen (General Circulation Model bzw. Global Climate Model - GCMs). Erweiterte Formen sind beispielsweise gekoppelte Atmosphäre-Ozean-Modelle (AOGCM, atmosphere-ocean general circulation/global climate models). Mathematisch (noch) nicht beschreibbare Prozesse werden hierbei parametrisiert, sprich mit fixen Werten gerechnet. Alternativ kann die Berechnung des Modells auch über spektrale Methoden erfolgen (spektrale Methoden sind ein wichtiges Werkzeug zum numerischen Lösen partieller Differentialgleichungen).Globale Modelle stellen ein unverzichtbares Instrumentarium für voraussichtliche Veränderungen der Häufigkeit und Dauer von charakteristischen Großwetterlagen dar und besitzen eine Auflösung von ca. 200x200km Gitterabstand (IPCC). Eine Visualisierung der räumlichen Auflösung verschiedener Gitterabstände kann der unten aufgeführten Abbildung entnommen werden. Beispiele globaler Klimamodelle sind: HadCM3 (Hadley coupled model, version 3): Dieses Klimamodell fand, neben einigen anderen, beispielsweise im vierten Sachstandsbericht des IPCC Anwendung. HadGEM1 (Hadley global environment model 1): Weiterentwicklung des HadCM3 Klimamodells (insbesondere bei der Repräsentation des Einflusses von Wolken und Seeeis). ECHAM-4 und ECHAM-5: globales atmosphärisches Zirkulationsmodell, das am Hamburger Max-Planck-Institut ( MPI ) für Meteorologie entwickelt wurde. Eine Übersicht der chronologischen Entwicklungen von Klimamodellen kann der nachfolgenden Abbildung entnommen werden. zurück
Dieses Beratungsangebot unterstützt Sie bei der Erstellung einer kommunalen Klimaanpassungsstrategie, um so ein abgestimmtes und kommunales Maßnahmenkonzept zur Anpassung an die Folgen des Klimawandels für Ihre Gemeinde entwickeln zu können. Grundlageninformationen überspringen und gleich zur Vorgehensweise Die nachfolgenden Inhalte sollen Ihnen beim Verständnis grundlegender Aspekte des Klimawandels und dem Umgang mit Modelldaten helfen. Für die Erstellung Ihrer kommunalen Anpassunsstrategie schlagen wir Ihnen weiter unten auf dieser Seite ein für Sachsen-Anhalt geeignetes Klimamodell-Ensemble vor, das Sie auch ohne tiefgreifendes Verständnis der Prozesse in der Klimamodellierung verwenden können. Definition Globale Klimamodelle sind komplexe physikalische Modelle, die das Klimasystem der Erde anhand physikalisch-numerischer Gleichungen computergestützt und zeitabhängig beschreiben. Kalibrierte Modelle ermöglichen die Simulation möglicher zukünftiger Klimaentwicklungen. Modelle und ihre Eigenschaften Man unterscheidet zwischen einfachen konzeptionellen Modellen, Modellen mittlerer Komplexität und den hochkomplexen globalen Zirkulationsmodellen (General Circulation Model bzw. Global Climate Model – GCMs). Erweiterte Formen sind beispielsweise gekoppelte Atmosphäre-Ozean-Modelle (AOGCM, atmosphere-ocean general circulation/global climate models). Mathematisch (noch) nicht beschreibbare Prozesse werden hierbei parametrisiert, sprich mit fixen Werten gerechnet. Alternativ kann die Berechnung des Modells auch über spektrale Methoden erfolgen (spektrale Methoden sind ein wichtiges Werkzeug zum numerischen Lösen partieller Differentialgleichungen). Globale Modelle stellen ein unverzichtbares Instrumentarium für voraussichtliche Veränderungen der Häufigkeit und Dauer von charakteristischen Großwetterlagen dar und besitzen eine Auflösung von ca. 200x200km Gitterabstand (IPCC). Eine Visualisierung der räumlichen Auflösung verschiedener Gitterabstände kann der nebenstehenden Abbildung entnommen werden. Beispiele HadGEM2-ES: Hadley Centre Global Environmental Model (Version 2) – Earth System; Großbritannien MPI-ESM: Earth System Modell des Max-Planck-Institutes für Meteorologie ( MPI ). Quelle: https://www.max-wissen.de/Fachwissen/show/5584?seite=4 Übersicht der chronologischen Entwicklungen von Klimamodellen Quelle: http://wiki.bildungsserver.de/klimawandel/index.php/Datei:Modellentwicklung.jpg Regionalisierte Modelle ermöglichen – im Gegensatz zu den Resultaten globaler Modelle – Aussagen, die auch auf Landkreis- sowie Kommunaler Ebene relevant sein können. Regionalisierte Modellergebnisse basieren auf den Globalmodelle, „brechen“ diese aber auf die regionale Ebene herunter. Regionale Modelle verwenden wesentliche Ergebnisse der Globalen Modelle als Eingangsgrößen und sind deshalb auch nicht unabhängig von Ihnen. In einem sogenannten „dynamic downscaling“ oder auch „Nesting“ genannten Ansatz, werden regionale Modelle mit ihrer hohen räumlichen Auflösung (häufig 1 bis 10km Raster) in Globale Modelle eingebettet. Die Einbettung und Verwendung wesentlicher Ergebnisse der Globalen Modelle als Eingangsgrößen rührt daher, dass regionale Klimamodelle lediglich einen Ausschnitt der Atmosphäre betrachten und deshalb geeignete Randbedingungen an den Grenzen des Simulationsgebietes benötigen. Diese Randbedingungen stammen aus Simulationen der globalen Klimamodelle. Man spricht in diesem Zusammenhang davon, dass ein regionales Klimamodell durch ein globales Klimamodell angetrieben wird. Neben dem zuvor beschriebenen „dynamic downscaling“ Ansatz, welcher mittels physikalischer Algorithmen Auflösungen von unter 10 km erreicht, existieren noch statistische Ansätze. Bei diesem statistischen Downscaling kommen statistische Methoden zum Einsatz die Auflösungen von bis zu 1 km erreichen. Kombinationen beider Verfahren sind ebenso möglich und finden Verwendung. Quelle: Deutscher Wetterdienst Beispiele WETTREG2018 CCLM 4-8-17 Paläoklima Forschungsgegenstand der Paläoklimatologie ist die Klimavergangenheit der Erde. Eine Vielzahl von Wissenschaftlern aus den Bereichen Meteorologie, Geologie, Physik, Biologie, Geschichte (Historie),… arbeiten interdisziplinär zusammen, um anhand verschiedener Klimaarchive die klimatologische Geschichte der Erde zu rekonstruieren. Eine interessante Zeitreise durch das Klima der Erde wurde hier ansprechend visualisiert. Betrachtet man Wetter und klimatologische Untersuchungen in der Bundesrepublik Deutschland, so werden diese vorrangig durch den 1952 gegründeten Deutschen Wetterdienst (DWD) im Rahmen der Daseinsvorsorge erbracht. Auf gemessene Stationsdaten zu einzelnen Klimadaten kann hierbei digital bis ins Jahr 1881 zurück gegriffen werden, größtenteils bis ins Jahr 1951. Geschichtliche Entwicklung der Klimamessung Experimentelle Messungen (1592-1700) Erste regelmäßige Messungen (1700-1850) Frühe Messnetze (1780-1850) Moderne Messnetze (seit 1850) Quelle: http://www.zamg.ac.at/cms/de/klima/informationsportal-klimawandel/klimaforschung/klimamessung/geschichte Klimaprojektionen sind die Ergebnisse der Klimamodellrechnungen. Mit Hilfe der Klimaprojektionen lassen sich die zukünftigen klimatischen Entwicklungen abschätzen. Klimaszenarien stellen unterschiedliche zukünftige Entwicklungspfade der anthropogenen Einflussfaktoren des Klimas dar und definieren die Randbedingungen für die Modellrechnungen. Dazu gehören beispielsweise die Bevölkerungsentwicklung oder der Umfang von Klimaschutzaktivitäten der Weltgemeinschaft. Es handelt sich bei den Projektionen um keine Vorhersagen, sondern um mögliche Entwicklungspfade des zukünftigen Klimas. Klimamodelle, Klimaszenarien und die daraus hervorgehenden Klimaprojektionen sind die Datenbasis für die zu entwickelnden kommunalen Maßnahmenkonzepte. Dabei wurde in der Vergangenheit häufig das Szenario A1B verwendet, da dieses auch als Grundlage für andere Anpassungsstrategien auf Bundes- und Landesebene Verwendung fand. Die aktuelle Szenarienfamielie nennt sich RCP-Szenarien. Für den 5. IPCC-Sachstandsbericht (2013/2014) wurden die RCP-Szenarien von der Wissenschaftsgemeinde in Selbstorganisation entwickelt. Sie stellen den aktuellen Standard dar und wurden gegenüber vorherigen Szearien stark verändert. Als charakteristisch wird nun der sogenannte „ anthropogene Strahlungsantrieb “ betrachtet. Repräsentative Konzentrationspfade bzw. Representative Concentration Pathways (RCPs) Das Szenario RCP2.6 wird auch „Klimaschutz-Szenario“ genannt, da den zugrunde liegenden Annahmen gravierende Klimaschutzmaßnahmen (und damit ein Rückgang der globalen Treihausgaskonzentration in der Atmosphäre) ab 2020 unterstellt werden. Das RCP8.5 wird auch als „Weiter-wie-bisher-Szenario“ bezeichnet, da die diesem Szenario zugrunde liegenden Annahmen nach wie vor von steigenden Kohlendioxidemissionen bis 2100 ausgehen. Quelle: Global Carbon Projekt Das Themengebiet der Klimaprojektionen ist ebenso wie die Wettervorhersage mit gewissen Unsicherheiten behaftet. Beansprucht die Wettervorhersage einen bestimmten kurzfristigen Zustand der unteren Atmosphäre (Troposphäre) an einem bestimmten Ort der Erdoberfläche zu bestimmen bzw. vorherzusagen, so unterscheidet sich Klimaprojektionen hiervon gravierend. Sie zielen auf statistische Durchschnittswerte über größere Zeitabschnitte und flächenhaft ausgedehntere Gebiete bzw. Räume ab. Die verschiedenen Unsicherheiten bei Klimaprognosen lassen sich grob in folgende drei Gruppen einteilen: Unsicherheiten, die die externen Einflussfaktoren auf das Klima betreffen, Unsicherheiten, die aus der begrenzten Kenntnis über das Klimasystem resultieren und Unsicherheiten, die in den Klimamodellen selbst begründet sind. Externe Einflussfaktoren Da niemand die Entwicklung der Weltgesellschaft über die nächsten Jahrzehnte geschweige Jahrhunderte bestimmen kann oder Einflussfaktoren wie die Bevölkerungsentwicklung, Veränderungen des Konsum- oder Nutzungsverhaltens von Energiequellen bzw. dessen Verbrauch, Fortschritte bei technologischen Entwicklungen und weiterer Einflussgrößen wie Kriege, vorhersagen vermag, bedarf es verschiedener Annahmevarianten. Die Abbildung der Unsicherheiten spiegelt sich in den unterschiedlichen Klimaszenarien wieder, denen jeweils unterschiedliche Annahmen zu Grunde liegen. Klimaprojektionen sind folglich immer Wenn-Dann-Aussagen und haben nicht den Anspruch, „die eine“ Zukunft zu zeigen, sondern unter bestimmten Grundannahmen wahrscheinliche zukünftige Entwicklungen zu projizieren. Kenntnis über das Klimasystem Die Kenntnisse über das Klimasystem und seiner Dynamik sind trotz rasch voranschreitender Forschung, wie bei vielen nicht trivialen Themen, noch immer begrenzt. Quantitativ ungewiss ist so beispielsweise, wie sich ein wärmeres Klima zusammen mit einem höheren Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre auf die Vegetation auswirken und deren Veränderung wiederum das Klima und den CO2-Gehalt beeinflussen wird. Viele Aspekte der Atmosphärenchemie und -physik mit ihrem Einfluss auf die Wolkenbildung und deren Einfluss auf den atmosphärischen Strahlenhaushalt sind ebenfalls noch nicht hinreichend erfasst und erforscht worden. Nach jüngsten Erkenntnissen führt die Vernachlässigung von Subsystemen wie Kryosphäre und Biosphäre zu einer Reduktion der regionalen Klimavariabilität. Außerdem bleiben mögliche Wechselwirkungen mit diesen Systemen unberücksichtigt. Klimamodelle Die Klimaforschung ist bei ihrer Berechnung des zukünftigen Klimas auf Computermodellsimulationen angewiesen. Diese stellen eine Art Ersatzrealität für das hochkomplexe Klimasystem dar. Externe Faktoren sowie die interne Dynamik und insbesondere den Einfluss des Menschen gilt es zur berücksichtigen und darzustellen. Oft wird ein Ensemble von Klimamodellen, also viele Modellsimulationen mit verschiedenen Klimamodellen, zur Quantifizierung und Verringerung der Unsicherheiten benutzt. Ein- und Ausgangsdaten der Module sind miteinander gekoppelt, damit Wechselwirkungen und Rückkopplungen zwischen den Teilen des Klimasystems abgeschätzt werden können. Trotz der zunehmenden Komplexität der globalen Klimamodelle können zahlreiche Prozesse noch unzureichend modelliert werden. Gründe sind die fehlenden räumlich-zeitlichen Auflösungen und die noch unzureichend erforschten Prozesse und Wechselwirkungen (z.B. Wechselwirkung von Feuchtigkeit, Aerosolen und Wolken). Zum Teil werden diese Prozesse parametrisiert (d.h. physikalische Zusammenhänge unbekannter zu bekannten Größen festgeschrieben), manche Prozesse bleiben aber derzeit auch gänzlich unberücksichtigt. Skalierungsaspekte: Die Erstellung bzw. Berechnung Regionaler Modelle aus Globalen Modellen birgt verschiedene Herausforderungen und Kritikpunkte. Zu nennen sind hier u.a.: Starke Vereinfachung und grobe Diskretisierung Subjektivität, abhängig von Annahmen über Zukunft Nichtlinearität und zeitliche Veränderung der vielen komplexen Prozesse, Wechselwirkungen, Rückkopplungen Sensibilität bzgl. Rand und Anfangsbedingungen. Aus diesem Grund sinkt die Wahrscheinlichkeit der Aussagen mit zunehmenden Grad der Abstraktion. Dies sollte bei der Weiterverarbeitung berechneter regionaler Modelle, die beispielsweise zur Validierung bzw. als Eingangsparameter für Stadtmodelle oder weiterer lokaler Untersuchungen verwendet werden, stets Beachtung finden! Zusammenfassung: Die Kombination aller zuvor beschriebenen Unsicherheiten führt zu einer sehr großen Anzahl von möglichen Zukunftsszenarien, welche eine große Spanne an möglichen Klimazuständen zum Ende des 21. Jahrhunderts und darüber hinaus ergeben können. Die Unsicherheiten des menschlichen Verhaltens sind dabei ebenso wichtig wie die Unsicherheiten des Klimasystems selbst. Nach aktuellem Stand der wissenschaftlichen Forschungen tragen sie zur resultierenden Unsicherheitsspanne etwa gleich viel bei. Das bedeutet jedoch nicht, dass den gewonnenen Aussagen kein Vertrauen geschenkt werden sollte oder diese grundsätzlich in Frage zu stellen wären. Vielmehr geben sie eine auf dem aktuellen wissenschaftlichen Erkenntnisstand basierende, mögliche zukünftige Entwicklung des komplexen Systems Klima wieder. Mögliche Abweichungen zwischen Modelloutput und Wirklichkeit stellen im Übrigen auch keine Besonderheit von Klimamodellen dar, sondern treffen auf alle Modelle, auch außerhalb der Klimatologie, zu. Um ein kommunales Anpassungskonzept oder sektorale Maßnahmen zu erarbeiten, sind durch die ausgewählten Akteure die nachfolgenden Arbeitsschritte durchzuführen. Jeder Arbeitsschritt sollte mit einem gemeinsamen Workshop abschließen, um Ergebnisse zu diskutieren und Entscheidungen zu treffen. Planen Sie für den Gesamtprozess mindestens ein Jahr ein. Arbeitsschritt Arbeiten Meilensteine Grundlagenermittlung Naturräumliche, wirtschaftliche und soziodemografische Daten erheben, Klimadaten /-projektionen auswerten, Vulnerabilitätskarten erstellen Workshop zur Darstellung regionaler Klimadaten und -projektionen, Auswahl vulnerabler Bereiche Ermittlung sektoraler Anpassungsmaßnahmen Literaturrecherchen, Interviews mit Akteuren der Sektoren führen, Mögliche Konflikte analysieren Workshop zur Vorstellung sektoraler Anpassungsmaßnahmen Kommunales Maßnahmekonzept Vernetzte Maßnahmen entwickeln, Verantwortliche festlegen, Controlling abstimmen Abschlussworkshop zur Verabschiedung des kommunalen Klimaanpassungskonzeptes Umsetzung einschließlich Öffentlichkeitsarbeit Maßnahmen umsetzen und dokumentieren, Zielgruppenspezifische Öffentlichkeitsarbeit durchführen, Jährliches Anpassungsaudit Workshop zu Ergebnissen des „Anpassungsaudits“ und zur Ableitung neuer/angepasster Maßnahmen
Das Projekt "SIMOPEK: Simulation und Optimierung des Energiekreislaufs von Rechenzentrums-Klimatisierungsnetzen unter Berücksichtigung von Supercomputer-Betriebsszenarien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI durchgeführt. Das Hauptziel des Vorhabens ist die Optimierung der Energieeffizienz von Höchstleistungsrechenzentren durch die Entwicklung von Methoden und Software zur Modellierung und Simulation der Energiekreisläufe beispielhaft für das BAdW-LRZ unter Einbezug des dynamischen Systemverhaltens sowie neuer technischer Komponenten und Konzepte. In dem Projekt wird zum ersten Mal ein Rechenzentrum ganzheitlich betrachtet, nämlich als Einheit aus seiner Infrastruktur, externen Einflussfaktoren, Rechenzentrumszielen, Betriebsszenarien und Rechnerverhalten. Neben der Optimierung bestehender kann SIMOPEK auch für die Planung neuer Rechenzentren eingesetzt werden, wobei insbesondere variables Lastverhalten, verschiedene Kühlungstechnologien und innovative Konzepte zur Abwärmenutzung berücksichtigt werden können. SCAI erarbeitet mehrere Teile eines Energy Aware System Software (EASS) Prototypen zur Simulation, Online-Überwachung und -Optimierung eines Multi-Energiemedien-Rechenzentrumnetzwerks. SCAI entwickelt im Schwerpunkt einen Multi-Energiemediensimulator mit physikalischen Modellen der einzelnen Komponenten des Energiekreislaufs am Beispiel BAdW-LRZ sowie einen passenden, parallelisierten robusten Pareto-Optimierer. SCAI trägt bei zur Definition von Betriebsszenarien und Optimierungszielen, zur Online-Überwachung, Analyse und Optimierung unter Evaluierung bestehender bzw. neuer technischer Konzepte am Beispiel BAdW-LRZ, sowie zur Übertragbarkeit und Verwertung inkl. Open-Source-Aspekt.
Das Projekt "Auswirkungen von Klimaaenderungen auf den Wasserhaushalt alpiner, teilweise vergletscherter Gebiete" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bayerische Akademie der Wissenschaften, Kommission für Glaziologie durchgeführt. In ausgewaehlten Einzugsgebieten des Nationalparks Berchtesgaden und des Wettersteingebirges wurde das konzeptionelle Niederschlag-Abflussmodell HBV-ETH eingesetzt zur Berechnung der wichtigsten Komponenten des Wasserhaushaltes (Schneedeckenspeicher, Gletschermassenhaushalt, Abfluss). Dabei konnte die Sensitivitaet dieser Komponenten auf gezielte Veraenderungen der Lufttemperatur und des Niederschlags gezeigt werden. Im Einzugsgebiet des Vernagtferners (Oetztal, Oesterreich), repraesentiert durch ein DGM mit 100 m Maschenweite, wurde auf physikalischer Grundlage das Abschmelzen der Winterschneedecke, die Eisablation und der daraus resultierende Abfluss berechnet; eine Verifikation der modellierten Ausaperung erfolgte ueber Photographien. Ziele fuer die Foerderphase 1997/98 sind die Ueberpruefung der schon vorliegenden Ergebnisse des Konzeptmodells, insbesondere der simulierten Schneedecke mittels Punktmessungen und Analyse von Luftbildern (Ausaperungsmuster), und der Mitberuecksichtigung karstbedingter Zu- oder Abfluessen in den untersuchten Einzugsgebieten. Das physikalische Modell 'Vernagtferner' soll mit den vorliegenden Datensaetzen fuer weitere Jahre die Energiebilanz und die Schmelzwasserproduktion fuer den 'Ist-Zustand' des Klimas rechnen, und dann unter Verwendung von Szenarien der BayFORKLIM Modelliergruppe die Sensitivitaet auf die vorgegebenen Aenderungen abschaetzen. Es soll gezeigt werden, inwiefern sich die Resultate des physikalischen Ansatzes von denjenigen des konzeptionellen unterschieden. Mittels neuer Visualisierungstechniken sollen die Resultate allgemein verstaendlich dargestellt werden. Enge wissenschaftliche Kontakte mit Forschergruppen in der Schweiz, Frankreich und Oesterreich sollen mithelfen, die von uns erzielten Resultate im Licht der internationalen Forschung zu interpretieren.
Das Projekt "CLEAR - Climate and Environment in Alpine Regions" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Eawag - Das Wasserforschungsinstitut des ETH-Bereichs durchgeführt. Das Projekt ist eine transdisziplinäre Untersuchung über die Konsequenzen der mit dem Klimawandel verbundenen Änderungen in der Alpenregion. Das Projekt verbindet Forschungsgebiete aus den technischen, ökologischen und sozialen Wissenschaften. Dazu ist es in folgende fünf Projektgruppen unterteilt, wobei die ersten vier disziplinär arbeiten, während die fünfte mit der integrierten Bewertung befasst ist: 1. Schnittstelle zwischen Atmosphäre und Hydrosphäre; 2. Schnittstelle zwischen Klima der Vergangenheit und der Gegenwart; 3. Schnittstelle zwischen Klima und Ökologie; 4. Schnittstelle zwischen Klima und Ökonomie; 5. integrierte Bewertung mit Modellwerkzeugen, Fokusgruppen und Politikoptionen. Ziele: Ziele des Projekts sind 1. die Schaffung eines besseren Verständnis der mit dem Klimawandel verbundenen Aspekte, insbesondere im Hinblick auf ihre Komplexität und Unsicherheit, 2. die Bereitstellung einer Vielzahl von neuesten Modellwerkzeugen, 3. die Entwicklung einer umfassenden Methodik für eine integrierte Klimarisikobewertung durch die Nutzung von Fokusgruppen und Computermodellen und 4. die Bereitstellung politikrelevanter Informationen über Strategien und Mechanismen, um Maßnahmen für die Implementation in die Politiken zu testen. KLIMASZENARIO Es werden regionale Klimamodelle zur Untersuchung regionaler Klimavorhersagbarkeit und zur Sensitivität hinsichtlich der globalen Erwärmungsprozesse benutzt, die als ein dynamisches Werkzeug zur Evaluation möglicher 2xCO2-Szenarien für die Alpenregion dienen. Bioklimatische Szenarien werden für die Analyse der Waldökosysteme erstellt. Parameter: physikalische Aspekte des Klimasystems inklusive atmosphärischer, hydrologischer und ozeanographischer Aspekte räumlicher Bezug: Alpenregion (Schweiz) Zeithorizont: 2100 KLIMAFOLGEN Es werden die Folgen für Waldökosysteme, für Pflanzenarten und für den Boden in der sub-alpinen Region betrachtet. Dazu werden die Sensitivitäten der Ökosysteme und ihre Reaktionen auf den Klimawandel untersucht. Ökonomische Folgen für Landwirtschaft und Tourismus und ökonomische Chancen für die Industrie durch Technologiewandel, die aus steigende Energiekosten oder Änderungen im Verbraucherverhalten resultieren, werden ebenfalls analysiert. Sektoren und Handlungsfelder: Biodiversität und Naturschutz, Politik, Kommunikation, Wissenschaft, Umweltschutz, Landwirtschaft, Tourismus, Energiewirtschaft, Bodenschutz ANPASSUNGSMASSNAHMEN Hintergrund und Ziele: Es sollen relevante Informationen über Anpassungsmaßnahmen für die Politik bereitgestellt werden. Dieses soll durch geeignete Modelle, die auch von Nichtwissenschaftlern nutzbar sind, eine verbesserte Risikokommunikation, die Erhöhung der Akzeptanz von Maßnahmen, die Entwicklung neuer Politikwerkzeuge zur Partizipation der Öffentlichkeit und einen effektiven Mitteleinsatz in der Forschungspolitik erreicht werden. Weiterhin soll die Öffentlichkeit über Klimawandel und -folgen besser informiert werden. usw.
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