This subproject aims at the development of spectral electrical impedance tomography (EIT) as a non-destructive tool for the imaging, characterization and monitoring of root structure and function in the subsoil at the field scale. The approach takes advantage of the capacitive properties of the soil-root interface associated with induced electrical polarization processes at the root membrane. These give rise to a characteristic electrical signature (impedance spectrum), which is measurable in an imaging framework using EIT. In the first project phase, the methodology is developed by means of controlled rhizotron experiments in the laboratory. The goal is to establish quantitative relationships between characteristics of the measured impedance spectra and parameters describing root system morphology, root growth and activity in dependence on root type, soil type and structure (with/without biopores), as well as ambient conditions. Parallel to this work, sophisticated EIT inversion algorithms, which take the natural characteristics of root system architecture into account when solving the inherent inverse problem, will be developed and tested in numerical experiments. Thus the project will provide an understanding of electrical impedance spectra in terms of root structure and function, as well as specifically adapted EIT inversion algorithms for the imaging and monitoring of root dynamics. The method will be applied at the field scale (central field trial in Klein-Altendorf), where non-destructive tools for the imaging and monitoring of subsoil root dynamics are strongly desired, but at present still lacking.
Hauptziel von TV1 ist die Untersuchung verschiedener Hauptbaumarten entlang der deutschen Mittelgebirgsschwelle in Bezug auf ihre Reaktion auf klimatische Extremereignisse. Dazu werden langfristige Klima-Wachstumsbeziehungen ermittelt und mit hochfrequenten physiologischen Messungen am Baum kombiniert. Zur Erklärung der beobachteten Reaktionsmuster werden verschiedene Standortfaktoren und Umweltparameter hinzugezogen. Dabei werden Klima, Boden und Topographie genauso berücksichtigt wie die Bestandshistorie und Managementfaktoren. Ein weiteres Ziel von TV1 ist die Entwicklung eines neuen Strahlungsmoduls. Dies soll in das standardisierte DHC-Monitoringsystem integriert werden, um die kurzwellige Strahlung photosynthetisch und photomorphogenetisch relevanter Spektralbereiche in Echtzeit zu erfassen. Die Spektralanalyse liefert Einblicke in die Kroneneigenschaften und damit in das Stresslevel der Bäume. Durch die Kopplung mit den gemessenen Kohlenstoff- und Wasserflüssen sowie weiteren DHC-Daten können die Strahlungsdaten zudem Aufschluss über verschiedene Aspekte der Morphogenese geben. Die Erkenntnisse aus TV1 dienen dem Prozessverständnis und bilden eine wichtige Basis für die Berechnung von Energie-, Wasser- und Kohlenstoffbilanzen ausgewählter Waldbestände. Sie fließen in die im Gesamtprojekt verwendeten Modelle ein und werden genutzt, um Zusammenhänge zwischen Energieinput, Wachstum und Stress zu quantifizieren. Die Strahlungsdaten dienen zudem der Verbesserung der Validierung von Fernerkundungsprodukten. Neben den genannten Forschungsaktivitäten übernimmt TV1 die Koordination des Verbundvorhabens und leitet die Bereiche Kommunikation und Transfer. Dazu gehört die Organisation von Projektmeetings und Workshops unter Einbezug relevanter AkteurInnen aus Forstpraxis und -verwaltung sowie die Entwicklung eines Leitfadens mit Handlungsempfehlungen für die Forstpraxis. Dieser soll basierend auf den Forschungsergebnissen zum Projektende veröffentlicht werden.
Hauptziel von TV1 ist die Untersuchung verschiedener Hauptbaumarten entlang der deutschen Mittelgebirgsschwelle in Bezug auf ihre Reaktion auf klimatische Extremereignisse. Dazu werden langfristige Klima-Wachstumsbeziehungen ermittelt und mit hochfrequenten physiologischen Messungen am Baum kombiniert. Zur Erklärung der beobachteten Reaktionsmuster werden verschiedene Standortfaktoren und Umweltparameter hinzugezogen. Dabei werden Klima, Boden und Topographie genauso berücksichtigt wie die Bestandshistorie und Managementfaktoren. Ein weiteres Ziel von TV1 ist die Entwicklung eines neuen Strahlungsmoduls. Dies soll in das standardisierte DHC-Monitoringsystem integriert werden, um die kurzwellige Strahlung photosynthetisch und photomorphogenetisch relevanter Spektralbereiche in Echtzeit zu erfassen. Die Spektralanalyse liefert Einblicke in die Kroneneigenschaften und damit in das Stresslevel der Bäume. Durch die Kopplung mit den gemessenen Kohlenstoff- und Wasserflüssen sowie weiteren DHC-Daten können die Strahlungsdaten zudem Aufschluss über verschiedene Aspekte der Morphogenese geben. Die Erkenntnisse aus TV1 dienen dem Prozessverständnis und bilden eine wichtige Basis für die Berechnung von Energie-, Wasser- und Kohlenstoffbilanzen ausgewählter Waldbestände. Sie fließen in die im Gesamtprojekt verwendeten Modelle ein und werden genutzt, um Zusammenhänge zwischen Energieinput, Wachstum und Stress zu quantifizieren. Die Strahlungsdaten dienen zudem der Verbesserung der Validierung von Fernerkundungsprodukten. Neben den genannten Forschungsaktivitäten übernimmt TV1 die Koordination des Verbundvorhabens und leitet die Bereiche Kommunikation und Transfer. Dazu gehört die Organisation von Projektmeetings und Workshops unter Einbezug relevanter AkteurInnen aus Forstpraxis und -verwaltung sowie die Entwicklung eines Leitfadens mit Handlungsempfehlungen für die Forstpraxis. Dieser soll basierend auf den Forschungsergebnissen zum Projektende veröffentlicht werden.
Beobachtungen zeigen drastische Veränderungen in der Arktis bedingt durch den Klimawandel. In den Regionen, in denen der Anteil des mehrjährigen Eises an der Eisdecke abnimmt, weist das Meereis erhöhte Driftgeschwindigkeiten auf, da das dünnere und mechanisch schwächere einjährige Eis stärker auf den Windantrieb reagiert.Ein besseres Verständnis der Meereisdynamik ist daher notwendig um dessen Entwicklung und Variabilität im Zuge des Klimawandels besser vorhersagen zu können. Insbesondere auf lokaler Skala hängt die dynamische Entwicklung des Meereises von seiner Belastung und Deformation ab, welche umgekehrt wieder für die Veränderung des Eises, beispielsweise für das Aufbrechen der Eisdecke und für die Dispersion des Eises verantwortlich sind.In dieser Studie planen wir die Kinematik des Meereises anhand der Finite Scale Lyapunov Exponents (FSLEs) durch Beobachtungen von auf dem Meereis ausgebrachten Bojen zu untersuchen. Zunächst werden statistische Methoden zur Ausbreitung von Partikeln, wie Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen und Frequenzspektren, analysiert. Die FSLEs können beispielsweise für eine Charakterisierung von Dynamiken, welche eine vielskalige Natur besitzen, wie es bei Meereis der Fall ist, genutzt werden. Die Tatsache, dass die FSLEs die Einheit Hertz haben, lässt den Rückschluss zu, dass diese als Indikator für die Vorhersagbarkeit der Strömung genutzt werden können: Das Inverse stellt eine typische Zeitskala für die Separation von Teilchen und daher auch für die Deformierung von Meereis dar. FSLEs stehen außerdem in direktem Zusammenhang mit der horizontalen Dispersion von Teilchen (Bojen) und können anzeigen, ob die Separation der Bojen im Laufe der Zeit exponentiell (chaotisch) oder linear (diffusiv) verläuft oder ob sie einer anomalen Diffusion unterliegt. Die Wiederholung der Berechnungen für unterschiedliche Regionen und Jahre wird hoffentlich die Abhängigkeit der dynamischen Merkmale von unterschiedlichen klimatischen Bedingungen aufzeigen.
Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung und Erprobung eines neuartigen, modularen Bird- und BatRecorders (BBR 2.0), ein Antikollisionssystem für den vogel- und fledermausfreundlichen Betrieb von Windkraftanlagen, anpassbar auf beliebige Windparklayouts für Offenland- und Waldstandorte. Basis der Entwicklung des BBR 2.0 Systems ist die Prototypentwicklung des kamerabasierten BirdRecorder-Systems, das im Rahmen eines vom Bundesamt für Naturschutz geförderten Vorhabens entwickelt wurde. Mit einer neuartigen Kombination von scannenden Lidarsensoren und Laserentfernungsmesstechnik mit fest installierten und nachgeführten Kameras im sichtbaren und nahen Infrarot Spektralbereich ist die Detektion und Verfolgung der Flugbahn von tag- und nachtaktiven Vögeln und Fledermäusen im Umkreis von Windenergieanlagen möglich. Mit Methoden der künstlichen Intelligenz erfolgt die Arterkennung von Vögeln und Fledermäusen, um Kollisionen mit Windenergieanlagen weitgehend vermeiden zu können. Mittels Modularisierung des BBR 2.0 Systems wird ein Systembaukasten von Sensoren, Komponenten und Modulen entwickelt, der je nach geforderter Beobachtungssituation am Standort, für den vogel- und fledermausfreundlichen Betrieb von einzelnen WEAs bis zu großen Windparks zusammengestellt, konfiguriert und betrieben werden kann. Damit können die bisherigen, meist pauschalen Abschaltzeiten von WEAs bedarfsgerecht minimiert werden, um den Ertrag von bestehenden und neuen Windparks zu steigern. Das entwickelte BBR 2.0 System wird zusammen mit Partnern in mehreren Windparks in unterschiedlichen Naturräumen erprobt. Das Vorhaben wird von einer projektbegleitenden Arbeitsgruppe begleitet und beraten, in der Vertreter:innen aller relevanten Stakeholder aus dem Bereich Windenergie, Naturschutz sowie Branchenverbände vertreten sein werden.
Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung und Erprobung eines neuartigen, modularen Bird- und BatRecorders (BBR 2.0), ein Antikollisionssystem für den vogel- und fledermausfreundlichen Betrieb von Windkraftanlagen, anpassbar auf beliebige Windparklayouts für Offenland- und Waldstandorte. Basis der Entwicklung des BBR 2.0 Systems ist die Prototypentwicklung des kamerabasierten BirdRecorder-Systems, das im Rahmen eines vom Bundesamt für Naturschutz geförderten Vorhabens entwickelt wurde. Mit einer neuartigen Kombination von scannenden Lidarsensoren und Laserentfernungsmesstechnik mit fest installierten und nachgeführten Kameras im sichtbaren und nahen Infrarot Spektralbereich ist die Detektion und Verfolgung der Flugbahn von tag- und nachtaktiven Vögeln und Fledermäusen im Umkreis von Windenergieanlagen möglich. Mit Methoden der künstlichen Intelligenz erfolgt die Arterkennung von Vögeln und Fledermäusen, um Kollisionen mit Windenergieanlagen weitgehend vermeiden zu können. Mittels Modularisierung des BBR 2.0 Systems wird ein Systembaukasten von Sensoren, Komponenten und Modulen entwickelt, der je nach geforderter Beobachtungssituation am Standort, für den vogel- und fledermausfreundlichen Betrieb von einzelnen WEAs bis zu großen Windparks zusammengestellt, konfiguriert und betrieben werden kann. Damit können die bisherigen, meist pauschalen Abschaltzeiten von WEAs bedarfsgerecht minimiert werden, um den Ertrag von bestehenden und neuen Windparks zu steigern. Das entwickelte BBR 2.0 System wird zusammen mit Partnern in mehreren Windparks in unterschiedlichen Naturräumen erprobt. Das Vorhaben wird von einer projektbegleitenden Arbeitsgruppe begleitet und beraten, in der Vertreter:innen aller relevanten Stakeholder aus dem Bereich Windenergie, Naturschutz sowie Branchenverbände vertreten sein werden.
Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung und Erprobung eines neuartigen, modularen Bird- und BatRecorders (BBR 2.0) als Antikollisionssystem für den vogel- und fledermausfreundlichen Betrieb von Windkraftanlagen, anpassbar auf beliebige Windparklayouts für Offenland- und Waldstandorte. Basis der Entwicklung des BBR 2.0 Systems ist die Prototypentwicklung des kamerabasierten BirdRecorder-Systems, das im Rahmen eines vom Bundesamt für Naturschutz geförderten Vorhabens entwickelt wurde. Mit einer neuartigen Kombination von scannenden Lidarsensoren und Laserentfernungsmesstechnik mit fest installierten und nachgeführten Kameras im sichtbaren und nahen Infrarot Spektralbereich ist die Detektion und Verfolgung der Flugbahn von tag- und nachtaktiven Vögeln und Fledermäusen im Umkreis von Windenergieanlagen möglich. Mit Methoden der künstlichen Intelligenz erfolgt die Arterkennung von Vögeln und Fledermäusen, um Kollisionen mit Windenergieanlagen weitgehend vermeiden zu können. Mittels Modularisierung des BBR 2.0 Systems wird ein Systembaukasten von Sensoren, Komponenten und Modulen entwickelt, der je nach geforderter Beobachtungssituation am Standort, für den vogel- und fledermausfreundlichen Betrieb von einzelnen WEAs bis zu großen Windparks zusammengestellt, konfiguriert und kontinuierlich betrieben werden kann. Damit können die bisherigen, meist pauschalen Abschaltzeiten von WEAs bedarfsgerecht minimiert werden, um den Ertrag von bestehenden und neuen Windparks zu steigern. Das entwickelte BBR 2.0 wird zusammen mit Partnern in mehreren Windparks in unterschiedlichen Naturräumen erprobt. Das Vorhaben wird von einer projektbegleitenden Arbeitsgruppe begleitet und beraten, in der Vertreter:innen aller relevanten Stakeholder aus dem Bereich Windenergie, Naturschutz und Branchenverbände vertreten sein werden.
In Köln wird seit 1989 ein breites Spektrum von zur Zeit 49 Wirbellosengruppen (Insekten, Spinnen und Mollusken) sowie der gebietsfremden, eingeschleppten Tierarten oder Neozoen unter Beteiligung von 51 Wissenschaftlern untersucht. Betrachtet man Biodiversitätin seiner einfachsten Form, dem Artenreichtum, dann ist Köln mit mehr als 5500 registrierten Tierarten die zur Zeit bestuntersuchte und artenreichste Großstadt. Die Bewertung der untersuchten Stadtbiotope stützt sich dabei nicht allein auf die zahlreich nachgewiesenen 'Rote-Liste'-Arten, die für die Wissenschaft neu entdeckten Tierarten oder den Umfang des Artenspektrums. In aktuellen Untersuchungen (Huckenbeck und Wipking) erweisen sich Laufkäfer (Carabidae) als geeignete Instrumente, wenn wichtige Lebenszyklus-Komponenten bei innerstädtischen Populationen mit solchen aus naturnahen Habitaten am Stadtrand verglichen werden sollen, um Biotopinseln in der Innenstadt als 'Quellstrukturen' für die Überlebensfähigkeit von Tierarten zu beurteilen und zum Ziel von (Natur-)Schutzbem ühungen in den flächenhaft immer stärker expandierenden Stadtlandschaften zu machen.
Das Projekt VolARC ist eines von fünf Projekten des Antrags für die zweite Phase der DFG Forschungsgruppe VolImpact (FOR 2820), deren erste Phase im Frühjahr 2019 begann. VolARC befasst sich mit wichtigen und offenen Fragen vulkanischer Effekte auf stratosphärische Aerosole und deren Einfluss auf die Strahlungsbilanz des Erdsystems. Basierend auf den Arbeiten der laufenden Phase I sollen in Phase II folgende drei Themen bearbeitet werden:(1) Konsolidierung des Verständnisses der Entwicklung stratosphärischer Aerosolparameter nach Vulkanausbrüchen und Untersuchung der Gründe für die verbleibenden Unterschiede zwischen beobachteten und modellierten stratosphärischen Aerosolparametern (Aerosolextinktionsprofile, optische Tiefe und insbesondere die Teilchengrößenverteilung stratosphärischer Aerosols), sowie Behebung der Ursachen für die Unterschiede. Insbesondere die zeitliche Entwicklung der Aerosolgrößenverteilung soll besser verstanden werden. (2) Untersuchung des Einflusses von Modellauflösung und Transport auf die Entwicklung vulkanischer Aerosolwolken in der Stratosphäre. In Phase II wird ein “Seamless Simulation”-Ansatz verwendet, der mittels mehrerer Nests eine konsistente Modellierung aller relevanten Prozesse auf den entsprechenden Skalen ermöglicht, von der initialen Entwicklung der Vulkanwolke bis hin zu globalen und längerfristigen Skalen. (3) Untersuchung der Fähigkeit von Limb- und Okkultationsinstrumenten, vulkanische Sulfataerosole in der Stratosphäre nach stärkeren Vulkanausbrüchen zu erfassen. Bereits bei relativ moderaten optischen Tiefen wird die Sichtlinie in Limb-Geometrie optisch dicht und eine robuste Bestimmung der Aerosolextinktion problematisch. Außerdem wird untersucht, ob aktuelle Satelliteninstrument in der Lage sind, eine im Rahmen von Geoengineering Aktivitäten künstliche verstärkte stratosphärische Aerosolschicht zu erfassen und zu überwachen. Diese Themen werden durch die Synergy globaler Satellitenbeobachtung stratosphärischer Aerosolparameter im optischen Spektralbereich und globaler Modellsimulationen mit expliziter Aerosolmikrophysik untersucht. Wir werden u.a. unsere eigenen Algorithmen verwenden um aus Messungen vergangener, aktueller und zukünftiger Satelliteninstrumente (bsp. OMPS-LP, SAGE III and SCIAMACHY) Aerosolparameter abzuleiten. Die Modellsimulationen werden hauptsächlich mit ICON-ART durchgeführt, aber auch MAECHAM-HAM-Simulationen werden zum Vergleich mit Messdaten und ICON-ART-Simulationen zum Einsatz kommen. Das VolARC-Projekt ist sehr gut mit den anderen vier VolImpact-Projekten vernetzt, insbesondere durch die definierten übergreifenden Forschungsthemen an denen jeweils mehrere VolImpact-Projekte beteiligt sind. Diese Themen sind: (1) die Aerosolteilchengrößenverteilung, (2) vulkanische H2O-Injektionen in die mittlere Atmosphäre und (3) Strahlungsantrieb durch vulkanische Effekte. Darüber hinaus wird VolARC alle Aktivitäten zur Seamless-Simulation in VolImpact koordinieren.
Die Wechselwirkung von Wolken und Aerosol und ihre Rolle im Strahlungshaushalt der Erde ist ein Feld offener Fragen. Der IPCC (2014) nennt große Unsicherheiten und den Bedarf an zusätzlichen wissenschaftlichen Bemühungen, um die Vielzahl der Prozesse und deren Rolle für ein sich wandelndes Klima besser zu verstehen. Dieser Antrag hat die Entwicklung neuartiger Fernerkundungskonzepte zur Beobachtung einiger dieser Prozesse zum Ziel. Aerosol hat direkten Einfluss auf den Strahlungshaushalt und löst eine Serie von indirekten Effekten aus, indem es die Wolken-Mikrophysik, die Wolken-Dynamik, -Lebensdauer, den Wasserkreislauf und sogar die großskalige Zirkulation beeinflusst. Eigenschaften und räumliche Verteilung des Aerosols selbst ändern sich durch die Prozesse während der Wolkenpartikelbildung und ihrer Auflösung. Die Konzentration aktivierter Wolkenkondensationskeime (CCNC) spielt dabei eine entscheidende Rolle. CCNC kann in-situ nur mit sehr begrenzter räumlicher Abdeckung vermessen werden. Gleichzeitig kann sie nicht quantitativ mit herkömmlichen Fernerkundungsmethoden bestimmt werden, da die typische CCN Größe mehr als eine Größenordnung unterhalb der Wellenlänge sichtbarer Strahlung liegt. Daher wurde ein alternativer Ansatz vorgeschlagen: Messungen der von Wolkenseiten reflektierten Solarstrahlung ermöglichen die Ableitung von Vertikalprofilen der Partikelphase sowie ihrer Größe. Es wurde hypothetisiert, dass der Einfluss des Aerosols auf die Entwicklung der Mikrophysik so beobachtbar wird ebenso wie die Ableitung der CCNC. Alternativ kann CCNC auch aus Messungen optischer Eigenschaften der Aerosole abgeleitet werden. Der Zusammenhang zwischen optischer Dicke des Aerosols und CCNC wurde identifiziert, allerdings verbunden mit Unsicherheiten. Der Vorschlag, diese beiden Ansätze zu verbinden und die damit verbundenen Hypothesen zu testen, ist Kern dieses Antrags. Hyper-spektrale Beobachtungen mittels eines schnellen Scanners sind entscheidend, da Wolken sich sehr schnell verändern. Dazu soll ein abbildendes Spektrometer mit Polarisationsfiltern erweitert werden. Mit demselben Messgerät können dann die Mikrophysik der Wolken und die Eigenschaften des Aerosols im umgebenden wolkenlosen Bereich abgeleitet werden. Das Projekt ist im Wesentlichen in zwei Doktorarbeiten aufgeteilt. Highlights: 1) Test zweier Hypothesen, die Kern kommender Flugzeug-Kampagnen und geplanter Satellitenmissionen sind: CCNC kann aus Fernerkundung der Aerosoleigenschaften und aus Profilen der Wolkenmikrophysik abgeleitet werden. 2) Schnelle hyper-spektrale Scanner-Messungen ermöglichen Mikrophysik-Messungen veränderlicher Wolken. Erlauben diese Daten Ableitungen der Veränderung der Mikrophysik abhängig von der Entfernung zur Wolkenseite? 3) Ableitung von Aerosol-Eigenschaften aus polarisierten spektralen Messungen auch in bewölkten Situationen.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 1035 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 1035 |
| License | Count |
|---|---|
| offen | 1035 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 951 |
| Englisch | 183 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 716 |
| Webseite | 319 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 636 |
| Lebewesen und Lebensräume | 716 |
| Luft | 621 |
| Mensch und Umwelt | 1034 |
| Wasser | 526 |
| Weitere | 1035 |