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Numerische Simulationen von Nebelereignissen in der Namib Region (NaFoLiCa-M)

In der Trockenwüste Namib an der Westküste Afrikas sind Nebelereignisse von großer Bedeutung nicht nur für die Pflanzen- und Tierwelt, sondern insbesondere auch für die Gewinnung von Trinkwasser mit Hilfe von Nebelwasserkollektoren. Um eine ökonomische Nutzung der Trinkwassergewinnung zu ermöglichen, sind genaue Kenntnisse der raumzeitlichen Entwicklung von Nebelereignissen unerlässlich. Aufgrund der komplexen topographischen Strukturen in der Namib Region lassen sich diese Kenntnisse flächendeckend nur mit Hilfe numerischer Simulationen gewinnen. Im vorliegenden Projekt soll, basierend auf dem mesoskaligen Wettervorhersagemodell COSMO des Deutschen Wetterdienstes, das dreidimensionale Nebelmodell COSMO-FOG entwickelt werden, mit dem Nebelereignisse in der Namib Region simuliert werden können. In COSMO-FOG sollen insbesondere die speziellen topographischen Gegebenheiten im Untersuchungsgebiet (Atlantischer Ozean, Küstenwüste, Große Randstufe) berücksichtigt werden, um das Auftreten der dort vorkommenden unterschiedlichen Nebelereignisse (Advektionsnebel, Strahlungsnebel, Hochnebel, etc.) realistisch simulieren zu können. Das beantragte Projekt ist Teil eines Paketantrags bestehend aus drei Einzelprojekten, zu denen neben NaFoLiCa-M auch bodengebundene Messungen (NaFoLiCa-F) sowie auf Fernerkundung basierende Nebelbeobachtungen (NaFoLiCa-S) gehören. Verknüpfungen zwischen den Teilprojekten bestehen in der gemeinsamen Prozessanalyse durch Verbindung der bodengebundenen und satellitengestützten Messungen sowie im Einsatz von COSMO-FOG zur Ermittlung der raumzeitlichen Nebelstrukturen.

TrilaWatt: Topographie (WCS)

Definitionen: In den Geowissenschaften beschreibt eine Topographie die Erdoberfläche. In aquatischen Systemen wird der Begriff oft synonym zum Begriff “Bathymetrie” für die Höhenlage der Gewässersohle verwendet. Im Forschungsprojekt TrilaWatt bezeichnen topographische Daten die subtidale, intertidale und supratidale Höhenverteilung im Bereich der 12 Seemeilen-Zone des Wattenmeers. Datenerzeugung: Die Basis der Datenerzeugung bilden topographische Modelle aus einer umfangreichen Datenbasis von See- und Landvermessungen verschiedenster Datentypen. Diese werden mit einem datengetriebenem Simulationsmodell über räumlich-zeitliche Interpolationsverfahren zusammengelegt. Als Kompromisse zwischen der ständige morphodynamische Aktivität im Wattenmeer und der deutlich geringeren Messfrequenz werden in TrilaWatt topographische Modelle als Jahrestopographien erstellt. Produkt: Für den Zeitraum von 2015 bis einschließlich 2021 wird ein gerastertes topographisches Modell in der 12 Seemeilen Zone des Wattenmeers mit einer gerasterten Auflösung von 10 m in Raum und Zeit zum jeweiligen Gültigkeitszeitraum des 01.07. interpoliert. Das Datenprodukt wird im GeoTIFF Format bereitgestellt. Zur Einschätzung der Unschärfe des topographischen Datensatzes werden zu jedem Datenprodukt Datenquellenkarten und Datendichtekarten veröffentlicht. Weiterhin werden prototypische Topographien für die Jahre 1996-2014 (NL) sowie für 2022 (NL und DE) bereitgestellt. Weitere Produkte: Min-Z/Max-Z, Morphologischer Raum und Morphologischer Drive (2015-2021). Zitat für diesen Datensatz (DOI) - Zeitraum 2015-2021: Milbradt, P., Pineda, D. (2024): TrilaWatt: Topographie (2015-2021) [Dataset]. Bundesanstalt für Wasserbau. https://doi.org/10.48437/366eab-3640c8 Zitat für diesen Datensatz (DOI) - Zeitraum 1996-2014, 2022: Milbradt, P., Pineda Leiva, D. F. (2025): TrilaWatt: Topographie (1996-2014, 2022) [Data set]. Bundesanstalt für Wasserbau. https://doi.org/10.48437/4baaf0-aeaf58 English: Topography describes the study of the forms and features of land surfaces. Topographic data in aquatic systems is often also referred to as bathymetry. TrilaWatt topography data merged a large number of observational data to annual topographies using a data-driven interpolation model. Data are distributed in 10m grids as GeoTIFF files within the 12 nautical mile zone of the Wadden Sea's coast line. Additional products: Min-Z/Max-Z, Bed Elevation Range and morphological Drive (2015-2021). Download A download is located under references (in German: "Verweise und Downloads").

Sichere und nachhaltige kunststoffbasierte Batteriegehäuse; Methodenentwicklung zur virtuellen Auslegung gegen Folgen des thermischen Durchgehens

Bisher wird die Sicherheit von Batteriegehäusesystemen gegenüber thermischem Durchgehen und Propagation im Wesentlichen durch zeit- und kostenintensive, iterative Experimente während der Produktentwicklungsphase überprüft. Nach aktuellem Stand der Technik werden überwiegend metallische Werkstoffe für Batteriegehäuse verwendet. Konzepte für leichtere und nachhaltigere Batteriegehäuse aus Kunststoffen stehen zwar zur Verfügung, der Nachweis der Sicherheit ist allerdings sehr aufwendig und teuer. Von einer stärkeren Integration von Simulationsmethoden wird eine deutliche Verbesserung des Entwicklungsprozesses erwartet. Ziel ist zukünftig die Sicherheit von kunststoffbasierten Batteriegehäusen bei geringeren Kosten und Entwicklungszeiten zu gewährleisten. Es käme dabei sowohl bei der Herstellung der Gehäuse als auch im Betrieb von Elektrofahrzeugen zu einer CO2-Einsparung. Das Projekt SiKuBa setzt bei der Entwicklung und Validierung von Simulationsmodellen zur Auslegung sicherer Kunststoff-Batteriegehäuse unter thermischem Durchgehen an. Die Entstehung und Ausbreitung der gefährlichen Gas- und Partikelströme sowie deren Interaktion mit Strukturelementen wird experimentell analysiert und in strömungs- und strukturmechanische Simulationsmodelle überführt. Die Modelle eröffnen eine effiziente Möglichkeit neuartige Konzepte zur Verlangsamung und Unterdrückung der Propagation virtuell zu untersuchen. Der somit mögliche Einsatz sicherer und nachhaltiger kunststoffbasierter Gehäuselösungen kann dabei einen wesentlichen Beitrag zur Akzeptanz der Elektromobilität leisten. Kautex fokussiert sich hauptsächlich auf die Entwicklung von Schutzkonzepten für den Lastfall des thermischen Durchgehens. Neben der Weiterentwicklung lokaler Schutzmaßnahmen werden neuartige Konzepte zur schnellen Abführung heißer Gase erarbeitet. Darüber hinaus ist Kautex für die Auslegung und Fertigung von Demonstratoren verantwortlich und wird die Simulationsarbeiten im Projekt unterstützen.

Energieeffizienzerhöhung im Abfall- und Recyclingstoff-Sortierprozess durch Anwendung von Methoden der künstlichen Intelligenz, Teilvorhaben: Sensortechnologie und Datenakquise

Im FuE-Vorhaben EnSort sollen im hoch-komplexen Sortierprozess von recycelbaren Abfallstoffen (Verpackungsmaterialien, gelbe Tonne aus Haushalten etc.) zu Wertstoffen mit Hilfe der Künstlichen Intelligenz über zu erfassende und auszuwertende Materialerkennungsdaten Aggregate mit hohem spezifischen Energieverbrauch optimiert werden. Dazu muss die Anpassungsfähigkeit der Anlage an sich ändernde Input- und flexibel geforderte Outputqualitäten erhöht werden. Für die vorauslaufende Digitalisierung des bisher überwiegend manuell geregelten Prozesses ist ein Modell zur vollständigen Simulation des Sortierprozess als digitaler Zwilling zu erstellen. Dieses 'Betriebsmodell' wird im großtechnischen Praxisbetrieb einer Sortieranlage für Leichtverpackungsabfälle (LVP) iterativ verbessert und verifiziert. Die Energieeffizienzsteigerung ist später Resultat einer sich an die ständig wechselnden In- und Outputparameter anpassende Prozessregelung. Weiterhin wird über eine intelligente voll automatisierte Regelung der Gesamtanlage die Auslastung der Einzelaggregate optimiert und damit der Durchsatz erhöht. So sinkt der spezifische Energieverbrauch. Zusätzlich wird die Herstellung der Ballen, zu denen die Recyclate zur Volumenreduktion für die Transportwege gepresst werden, optimiert. Hierzu werden Erkenntnisse aus rein betrieblichen sowie durch das BMWi geförderten Vorhaben genutzt.

Verkehrsmodellierung, -simulation und -optimierung auf mikroskopischer Systemebene

Der Straßenverkehr kann auf unterschiedlichen Ebenen untersucht werden. Die im folgenden beschriebenen Forschungsvorhaben betrachten das System Straßenverkehr aus einer mikroskopischen Sicht, also die der einzelnen Verkehrsteilnehmer und ihrer Fahrzeuge. Ein Schwerpunkt liegt in der Unterstützung der Koordination von Mobilität im individuellen Personenverkehr, da sich hier häufig eine geringe Effizienz der eingesetzten Ressourcen. Dies ist bspw. am durchschnittlichen Besetzungsgrad von Pkw im Berufsverkehr zu beobachten. Hier liegt also ein erhebliches Potenzial für den Einsatz von rechnerbasierten Vermittlungs- und Optimierungsverfahren vor. Dazu wird ein Modell der Mobilität im individuellen Personenverkehr als ganzzahliges lineares Programm erstellt, das sich als Grundlage für die Anwendung von Optimierungsverfahren eignet. Ziele der Optimierung sind global betrachtet die Steigerung der Effizienz, ausgedrückt etwa durch die Reduzierung der gefahrenen Kilometer, und individuell gesehen die Erfüllung des eigenen Mobilitätswunsches. Als Verfahren werden zum einen exakte Optimierungsmethoden, hier speziell Branch-und-Cut-Verfahren mit Spalten-Erzeugung, zum anderen praktisch einsetzbare, heuristische Online-Algorithmen verwendet. Dieser duale Ansatz erlaubt die Bewertung der entwickelten Heuristiken. Um das Vermittlungssystem auch praktisch einsetzen zu können, entsteht derzeit eine Internet-basierte Benutzungsoberfläche. Ein anderer Schwerpunkt liegt auf der simulativen Untersuchung von Straßenverkehr mittels individuenorientierter Modelle. Zur Erstellung derartiger Simulationsmodelle entsteht derzeit ein Framework, das die elementaren Modellbestandteile abstrakt enthält und für spezielle Fragestellungen weiterentwickelt und mit einer graphischen Benutzungsoberfläche versehen wird.

Deutscher Beitrag zu Klimaprojektionen für CMIP7 - AR7 Fast Track, DECK- und ScenarioMIP-Simulationen, Teilprojekt 3: Entwicklung von maschinellen Lernverfahren, Evaluation mit ESMVal und Erweiterung des ESMValTool (DLR)

Dekarbonisierung der Wärmenetze zur Bereitstellung industrieller Prozesswärme+kommunaler Fernwärme am Pilotstandort Wörth am Rhein durch Nutzung der Tiefengeothermie, Teilvorhaben: Modellierung von Störungsreaktivierung und seismische Mikrozonierung

Energetisch Lokal Optimiertes System für einen emissionsarmen Gebäudebestand mittels Digitalen Zwillingen, Teilvorhaben: Entwicklung eines Produktzwillings zur Produktionsflexibilisierung

Modellierung Risikorelevanter Spätphasenphänomene in Leichtwasserreaktoren

Anwendung räumlich expliziter landschaftsökologischer Simulationsmodelle zur Bestimmung optimaler anthropogener Nutzung von Ökosystemen

Regionalisierte Agrarökosystemmodelle sind in der Lage die Konsequenzen menschlichen Wirtschaftens auf den Flächen in Bezug auf Stoffhaushalt und Stoffdynamik der Region zu beschreiben, zu analysieren und zu bewerten. Systematische Vergleiche zwischen Nutzungsarten werden i.d.R. mittels des Konzeptes der Szenariensimulationen untersucht. In diesem Projekt soll die Technik der Szenariensimulation für agrarökologische Standortmodell ersetzt werden durch die Integration der Simulationsmodell in Methoden der numerischen Kontrolltheorie. Die Anwendung der Kontrolltheorie liefert neben Aussagen über Stoffhaushalt und -dynamik auch Aussagen über die standortspezifisch optimale Managementstrategie und erlaubt so unterschiedliche Managementziele zu vergleichen und zu bewerten. Diese Methode soll systematisch für ein regionales Modell weiterentwickelt und angewendet werden. Konkreter Untersuchungsgegenstand ist das regionale Patuxent Watershed Landscape Modell der University of Maryland, USA. Die nötigen Methoden zur optimalen Kontrolle ökologischer Modelle sind in der Arbeitsgruppe des Antragstellers im Rahmen des SFB 179 'Wasser- und Stoffdynamik in Agrarökosystemen' entwickelt und validiert worden.

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