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Entwicklung und Einsatz von GNSS-Fernerkundungsverfahren für die Erdbeobachtung

Die Radiookkultations-(RO)-Technik verwendet auf niedrigfliegenden (Low Earth Orbiter, LEO) Satelliten installierte Empfänger, um GPS/GNSS-Signale zu empfangen und Bogenmessungen der Erdatmosphäre und Ionosphäre durchzuführen. Aufgrund des Erfolgs der FormoSat-3/COSMIC- (Constellation Observing System for Meteorology, Ionosphere and Climate, FS3/COSMIC) -Mission, bestehend aus sechs Mikro-LEO-Satelliten, hat das gemeinsame US- und taiwanesische RO-Team beschlossen, eine COSMIC-Folgemission (sog. FS7/COSMIC2) voranzubringen. Die GNSS-RO-Nutzlast mit Namen Tri-G GNSS Radio-occultation System (TGRS) wird mehrkanalige GPS-, GLONASS- und Galileo-Satellitensignale empfangen und in der Lage sein, mehr als 10.000 RO-Beobachtungen täglich zu verfolgen, nachdem sowohl schwache als auch starke Bahnneigungs-Konstellationen vollständig abgedeckt worden sind. Man geht davon aus, die dichteren RO-Szintillationsbeobachtungen zu nutzen, um die Struktur der Erdatmosphäre und -ionosphäre genau zu analysieren und zu modellieren.Zusätzlich könnte die spezielle Art von GNSS-Multipfadverzögerungen, die von der Erdoberfläche reflektiert werden, verwendet werden, um Erdoberflächenumgebungsdaten, wie Ozeanhöhen und Seegang, zu erfassen. Die Empfindlichkeit dieser Signalcharakteristika gegenüber Ausbreitungseffekten ist für verschiedene Arten der Umweltfernerkundung geeignet. Dies hat einen Bedarf deutlich gemacht, geeignete Empfänger zu entwerfen und zu entwickeln, die reflektierte und gestreute GPS/GNSS-Signale in Echtzeit erfassen und verarbeiten können, um die Speicherung riesiger Mengen an Rohdaten zu vermeiden. Wir schlagen auch vor, das feldprogrammierbare Gatterfeld (Field Programmable Gate Array, FPGA) auf die GPS/GNSS-Reflektometrieinstrumente anzuwenden, wobei eine hohe Synchronität und ein größtmöglicher Nutzen aus den verfügbaren Hardware-Ressourcen zu erzielen wäre. Mittels Simulink/Matlab kann das FPGA auch komplexe Delay-Doppler-Map- (DDM) -Daten in Echtzeit durch Korrelation der phasengleichen und Quadraturkomponenten der Basisbandsignale berechnen. Diese Studie wird neue Ziele und Ergebnisse der GNSS-Fernerkundung der Atmosphäre, Ionosphäre, und der Ozeane sowie neue Möglichkeiten für die zukünftige FS7/COSMIC2-Mission aufzeigen.Das Projekt wird am Institut für Geodäsie und Geoinformationstechnik TU Berlin in enger Kooperation mit Wissenschaftlern des GFZ, Potsdam und des GPS Science and Application Research Center (GPSARC) der NCU, Taiwan durchgeführt.Die Ziele des Projekts lassen sich wie folgt zusammenfassen:(1) Nutzung von GPS/GNSS-RO-Atmosphärendaten und Entwicklung hochentwickelter Algorithmen für die untere Troposphäre und klimatologische Untersuchungen,(2) Erfassung und Überwachung der sporadischen E(Es)-Schicht, Szintillationen und damit zusammenhängender Effekte einschließlich vertikaler Kopplungen und(3) Entwicklung eines Echtzeit-FPGA-basierten GPS/GNSS-Reflektometers für Anwendungen im Bereich von Meereshöhen- und Seegangsmessungen.

Diversität, metabolische Aktivität und Anpassung von Bakterien in marinen Oberflächenfilmen

Neue Befunde zeigen, dass die Umsetzung von organischem Material durch Bakterioneuston in marinen Oberflächenfilmen (engl. sea-surface microlayer, SML) eine Rolle spielen, bei der Kontrolle des Flusses von klimarelevanten Spurengasen, sowie bei der Speicherung von anthropogenen Ablagerungen aus der Atmosphäre. Unsere früheren Untersuchungen weisen auf die Bedeutung der bakteriellen Aktivität bzgl. des Kohlenstoffzyklus in der SML hin, heben aber auch die vielen unbekannten Einflüsse des Bakterioneuston in der SML hervor. Besonders photochemische Umwandlung von organischem Material, in Verbindung mit schädlichen Effekten durch Sonnenstrahlung auf die Bakterien in der SML, wurden bisher nicht detailliert untersucht. Demzufolge besteht unsere Motivation für das vorgeschlagene Projekt darin, das Wissen über Stoffwechselprozesse und Anpassungen von Bakterien in der SML in ihrer Gesamtheit, aber auch auf Einzelzell- und Stammebene, in Bezug auf physikalische und chemische Variabilität in dieser Grenzschicht zu untersuchen. Des Weiteren ist das Zooplankton eine wichtige Komponente für die Verbindung zwischen Phytoplankton, Bakterien und den höheren Ebenen des Nahrungsnetzes in der SML, wobei auch hier für das Verständnis relevante Daten fehlen. Daher werden wir im Rahmen des Projektes zum ersten Mal Studien zur Verbreitung des Zooplanktons sowie zu dessen Fressverhalten in der SML der Nordsee durchführen.

Reallabor: Demonstration von Sektorkopplung - Wind-Elektrolyse für Erzeugung, Speicherung und Transport von grünem Wasserstoff, Teilvorhaben: Konzeptionierung und Testbetrieb einer direktgekoppelten Großelektrolyse

WaX: Smarte multifunktionelle Wasserspeicher - Eine Lösung für saisonale Hochwasserereignisse und zunehmende Dürreperioden, Teilprojekt 1

Erfassung des Quecksilbervorkommens in wenig belasteten Oekosystemen

Ziel des Vorhabens ist die Erfassung der Quecksilberbelastung von Waeldern und Baechen 3. Ordnung. Ueber die reine quantitative Erfassung des Quecksilbers hinaus wird geprueft, welche Folgen gleiche Hg-Vorkommen fuer Organismen gleicher trophischer Stufen haben. Da die bisherigen Arbeiten ausserordentliche Unterschiede in der Quecksilberspeicherung dieser Organismen ergeben haben, wird geprueft, welche Faktoren fuer die Speicherung bzw. Ausscheidung von Bedeutung sind. Allgemein konnte teilweise eine ausserordentlich hohe Hg-Belastung in Waldgebieten Norddeutschlands ermittelt werden.

Untersuchung von Solarzellen mit geeigneter Anpasselektronik, Wechselrichter und rechnergestuetzter Messwerterfassung

1) Im Rahmen des Forschungsprojektes wurde eine Anlage zur photovoltaischen Energiewandlung beschafft und auf dem Dach eines Laborgebaeudes der Fachhochschule Bochum installiert. Kenndaten und Leistungsmerkmale verschiedener Module werden untersucht, um Aussagen ueber Einsatzmoeglichkeiten am Standort Gelsenkirchen treffen zu koennen. Nachgeschaltete Anlagenkomponenten zur Speicherung und Wandlung der elektrischen Energie werden in bezug auf ihren Wirkungsgrad und auf Oberwellen oder weitere Stoersignale untersucht. Daneben dient die Anlage der Ausbildung von Studenten in diesem neuen Arbeitsgebiet der Energietechnik. Es ergeben sich Ausbildungs- und Entwicklungsmoeglichkeiten aus dem Bereich der Leistungselektronik und der Informationsverarbeitung.2) Die vorhandene Solaranlage besteht aus 16 Solarzellenmodulen mit je 50 Watt Peak-Leistung. Zur Zeit wird die maximale Leistung der Anlage auf 1600 Watt erweitert. Ueber einen angeschlossenen Rechner kann die Solaranlage wahlweise entweder im Inselbetrieb oder alternativ in Verbindung mit einem Wechselrichter im Netzparallelbetrieb arbeiten. Im Inselbetrieb sind die Module mit einem Laderegler verbunden, der sie je nach Ladezustand mit einem angeschlossenen Bleiakkumulator-Speicher oder einem Gleichstromverbraucher verbindet. Verbraucher koennen auch ueber einen Wechselrichter im Inselbetrieb mit der gespeicherten Energie des Akkus betrieben werden.

Saisonale Kaeltespeicherung im Erdreich

Zielsetzung: Bereits 1987 wurde in einem Firmengebaeude in Wetzlar erstmals der Erdsondenteil einer erdgekoppelten Waermepumpe als Kaeltespeicher benutzt und direkt zur Kuehlung eines Konferenzraumes im Sommer herangezogen. Nunmehr sollen durch weitere Untersuchungen die Einsatzfaehigkeit und Auslegungskriterien fuer derartige energiesparende Raumkuehlungsanlagen festgestellt werden. Arbeiten und bisherige Ergebnisse: In zwei Gebaeuden (Technorama, Duesseldorf, und Betriebsgebaeude Geotherm, Linden) wird eine Raumkuehlung mit Kaeltespeicherung im Erdreich betrieben. Dabei ist in Linden nur die direkte Kaelterueckgewinnung vorgesehen, waehrend in Duesseldorf zur Deckung des Spitzenbedarfs reversible Waermepumpen zugeschaltet werden koennen. Beide Anlagen haben im Sommer 1991 voll zufriedenstellend gearbeitet. Studien fuer den Einsatz in anderen Gebaeuden liegen vor; fuer die Auslegungsrechnung wurden PC-Programme der Universitaet Lund, Schweden, eingesetzt. In einem eigenen Projekt wurde ein Bericht zum Stand der Technik erstellt.

Messungen des Radiumsgehaltes in Brauch- und Abwaessern sowie Getraenken

Es ist zu erwarten, dass der Radiumgehalt der Trinkwaesser in Abhaengigkeit von den geologischen Verhaeltnissen in der Bundesrepublik Deutschland schwankt. In Ergaenzung zu der Erhebung ueber die externe Strahlenexposition der Bevoelkerung soll eine Erhebung ueber die Radiumkonzentration im Trinkwasser der Bundesrepublik Deutschland erfolgen, um Schwankungsbreite eines Beitrages zur inneren Strahlenexposition - in diesem Falle des Knochens - zu erfassen. Speicherung aller anfallenden Daten im EDV-System BIBIDAT. Es wird eine umfassende Erhebung des Radiumgehaltes von Trinkwasser in der Bundesrepublik Deutschland in Zusammenarbeit mit anderen Gruppen durchgefuehrt. Die Daten werden vom Bundesgesundheitsamt gesammelt und im EDV-System BIBIDAT gespeichert. Darueber hinaus werden Abwaesser sowie Getraenke (Bier, Wein, Milch) in bezug auf ihren Radiumgehalt untersucht. Damit soll versucht werden, den Beitrag des mit Fluessigkeiten aufgenommenen Radiums zur inneren Strahlenexposition zu erfassen.

Wechselbeziehung zwischen Rheinwasser und Grundwasser (quantitativ)

Zweck und Ziel: Die instationaeren Austauschvorgaenge zwischen Oberflaechengewaesser und Grundwasser spielen fuer kuerzere Bilanzzeitraeume eine wesentliche Rolle. Die Einspeisungsmengen von Flusswasser in das Grundwasser (Uferfiltrat bzw positive Uferspeicherung) bei Hochwasser im Fluss bewirken einen Anstieg der Grundwasseroberflaeche. Aus Grundwasserstandsbeobachtungen laesst sich die Grundwasservorratsaenderung fuer einen den Messstellen zugehoerigen Bereich berechnen. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Ermittlung der Groesse der Austauschmengen fuer einzelne Hochwasserwellen und fuer laengere Hochwasserzeiten sowie der Dauer der Speicherung dieser Grundwasservorraete. Das Forschungsvorhaben steht im Zusammenhang mit den Untersuchungen zur 'Prognose ueber die Niedrigwasserentwicklung im Rhein' (Forschungsvorhaben Nr. 99 -U). Ausfuehrung: Seit 1981 werden an je 5 Grundwassermessstellen in den Messprofilen Hartheim und Neuenburg im suedlichen Breisgau und an 6 Grundwassermessstellen im Messprofil Urmitz im Neuwieder Becken kontinuierlich Grundwasserstandsaufzeichnungen vorgenommen. Aus diesen Daten wurden repraesentative Hochwasserereignisse zur Berechnung der Grundwasservorratsaenderung ausgewaehlt. Die Berechnungen erfolgten mit einem eigens fuer diesen Zweck erstellten Modellsystem. Im Jahre 1988 konnten taegliche Grundwasserstandsaufzeichnungen an 12 Messstellen noerdlich von Bonn ueber den Zeitraum 1955 bi 1988 vom Landesamt fuer Wasser und Abfall, NRW, uebernommen werden. Diese Daten wurden entsprechend den bisherigen Bearbeitungen im Neuwieder Becken ausgewertet. Ergebnisse: Die Austauschmengen koennen kurzzeitig sehr grosse Werte annehm

Anbau heimischer Wildpflanzen als Nutzpflanzen in semi-ariden Gebieten

Es gibt in der suedlichen Kalahari eine Reihe von Wildpflanzen, die von Einheimischen zur Ernaehrung von Tier und Mensch genutzt werden. Ueber den gezielten und kontrollierten Anbau und die damit moegliche Ertragssteigerung durch flankierende Massnahmen ist bisher nichts bekannt. Auf der Farm Avontuur 120 km nordoestlich von Kuruman soll der Anbau von Tylosema esculentum und Vigna lobatifolia erprobt werden. In den letzten Jahren hat der Farmer eine spezielle Technik zur Speicherung von Bodenwasser entwickelt, dessen Eignung fuer den Anbau dieser Pflanzen geprueft werden soll. Tylosema esculentum ist eine ausdauernde Leguminose, deren Samen genutzt werden. Vigna lobatifolia ist eine einjaehrige Leguminose, deren Wurzelknollen gemessen werden.

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