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Prognosen zur Ausbreitung von Neophyten auf Grundlage geostatistischer Analysen der Gesamtareale unter Berücksichtigung populationsbiologischer Merkmale

Hauptziel der geplanten Untersuchung ist eine genaue und differenzierte Ermittlung potentiell klimatischer Areale für etablierte und bisher nicht etablierte Neophyten. Grundlage bildet die Berechnung des Klimaraumes der Arten auf der Basis ihrer Heimatareale. Der Klimaraum des Heimatareals wird auf die gesamte Welt übertragen. Durch diese Modellierung werden die klimatisch potentiellen Areale ermittelt und gleichzeitig erhält man eine Kontrolle, ob der berechnete Klimaraum wirklich das Heimatareal der Arten widerspiegelt (Rückmodellierung). Vor dem Hintergrund der Kenntnis potentiell klimatischer Areale werden die in der Literatur aufgeführten allgemeinen Merkmale invasiver Pflanzen analysiert. Ziel ist es, wichtige Merkmalskombinationen für eine erfolgreiche Etablierung zu finden, aber auch Merkmale, die Ursache für ein Ausbleiben einer erfolgreichen Etablierung trotz klimatisch ähnlichem Areal sind. Aus der Analyse potentieller klimatischer Areale und der allgemeinen Merkmale invasiver Pflanzen werden Prognosen über das zukünftige Verhalten bisher noch unbeständiger Arten abgeleitet.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1294: Bereich Infrastruktur - Atmospheric and Earth system research with the 'High Altitude and Long Range Research Aircraft' (HALO), Einfluss von Jet-Front Systemen in der oberen Troposphäre auf die mesoskalige Struktur der Tropopauseninversionsschicht und Stratosphären-Troposphären Austausch (MESO-TIL)

Der vorliegende Antrag ist der HALO Mission WISE zuzuordnen. Ein besonderes Augenmerk liegt dabei auf der Bildung der Tropopauseninversionsschicht (TIL) und deren Einfluss auf Stratosphären-Troposphären Austausch (STE) auf der Mesoskala. Diesem Projekt dienen idealisierte Studien der TIL in baroklinen Lebenszyklen als Grundlage. Die Hauptziele sind dabei die Überprüfung der Ergebnisse der idealisierten Studien zur TIL Bildung genauso wie ein erweitertes Verständnis der Prozesse, die zum STE auf der Mesoskala beitragen. Dabei soll auf drei wissenschaftliche Fragestellungen genauer eingegangen werden: (1) Wie stark schwankt die TIL in ihrem Auftreten über dem Nordatlantik, vor allem im Bereich barokliner Lebenszyklen und im Bereich von STE? (2) Welche Prozesse liefern den größten Beitrag zur TIL auf der Mesoskala und welchen Einfluss hat dies auf STE? (3) Wie groß ist der Beitrag von klein-skaligen Wellen in der unteren Stratosphäre auf die TIL Bildung und die Ausdehnung der extratropischen Mischungsschicht? Eine Kombination von Methoden wird verwendet werden um diese Fragen zu beantworten. Analysedaten des EZMW werden zusammen mit Lagrangeschen Methoden benutzt, um die TIL und STE über dem Nordatlantik zu untersuchen. Der Nordatlantik ist das Gebiet, das auch während WISE untersucht werden soll. Darüber hinaus sollen für WISE hoch aufgelöste Modellsimulationen mit dem neuen numerischen Wettervorhersagemodell ICON durchgeführt werden. Dabei sollen zum einen die Beiträge diverser Prozesse auf die Bildung der TIL am Beispiel von realen Zyklonen und Antizyklonen untersucht werden. Des Weiteren sollen die Modelldaten zusammen mit Beobachtungsdaten verwendet werden um den Einfluss der TIL und von klein-skaligen Wellen auf die vertikale Ausdehnung der extratropischen Mischungsschicht zu bestimmen.

Forschergruppe (FOR) 2416: Space-Time Dynamics of Extreme Floods (SPATE), Teilprojekt: Hydrologie extremer Hochwasser - Ereignisanalysen

In den letzten zwei Jahrzehnten ereigneten sich in Deutschland und Österreich eine Reihe extremer Hochwasser, die mit den größten derartigen Ereignissen seit Beginn der systematischen Abflussbeobachtungen zu Beginn des 20. Jahrhunderts vergleichbar waren, oder diese sogar in ihrer Größe überschritten. Derartige Rekordhochwasser unterscheiden sich in mehrfacher Hinsicht von kleineren Hochwasserereignissen. Das Ausmaß, die Dauer und die räumliche Ausdehnung eines extremen Hochwassers werden von einer Reihe von Faktoren (beispielsweise durch den Niederschlag und seine räumliche und zeitliche Verteilung, den Vorfeuchtebedingungen und den Einzugsgebietseigenschaften wie Flächennutzung, Böden, Flussnetzen und anderen) gesteuert. Das Zusammenwirken des Regens in seiner ereignisspezifischen räumlichen und zeitlichen Verteilung mit der Bodenfeuchte ist oft der auslösende Faktor, da es eine extreme Abflussbildung bedingt. Sobald eine Hochwasserwelle sich im Flussnetz stromabwärts bewegt, wird ihr weitere Verlauf durch die Wechselwirkungen zwischen der Abflussbildung in den verschiedenen Teilbereichen des Einzugsgebietes, der Überlagerung von Hochwasserwellen aus Zuflüssen und den zur Verfügung stehenden Retentionsvolumina in den Überschwemmungsgebieten bestimmt. Welche Kombinationen dieser Faktoren extreme Hochwasserereignisse bedingen, stellt eine wichtige und interessante hydrologische Frage dar. Oft werden nur einige dieser Faktoren die Hochwasserentstehung dominieren und selten werden alle diese Faktoren gleichzeitig im Bereich ihres Maximums auftreten. Große Realisierungen einiger Wirkungsfaktoren reichen aber in der Regel aus, um extreme Hochwasserereignisse zu bedingen. In diesem Projekt werden diese Faktoren und deren Kombinationen im Rahmen einer detaillierten Analyse von extremen Hochwasserereignissen in verschiedenen Regionen Deutschlands und Österreichs untersucht. Aus der Anwendung eines einheitlichen analytischen Rahmens sind weitergehende Einblicke in den Hochwasserentstehungsprozess zu erwarten. Die Ergebnisse der Ereignisanalysen können durch regionalen Vergleiche verallgemeinert werden. Die Erkenntnisse zur Steuerung der hydrologischen Prozesse der Hochwasserentstehung werden in einem neuen GIS-basierte deterministischen Modellen zusammengefasst, um so das Wissen über die Entstehung von extremen Hochwasserereignissen zu verallgemeinern und zu formalisieren.

Vorhersage der Stabilität von Lebensgemeinschaften aus dem Beitrag einzelner Arten zu Resistenz, Resilienz und Erholung

Ökologische Stabilität ist der Schlüssel zur Vorhersage der Folgen von Umweltveränderungen, denn sie umfasst Aspekte der Antwort auf verschiedene Störungsszenarien, zum Beispiel die Fähigkeit, Veränderungen zu widerstehen, diese zu absorbieren oder sich von ihnen zu erholen. Die wichtigsten Fortschritte bei der wissenschaftlichen Bewertung der ökologischen Stabilität in jüngster Zeit ergaben sich aus i) der Anerkennung der mehrdimensionalen Natur der Stabilität, ii) der Unterscheidung zwischen der Stabilität funktioneller Eigenschaften eines Ökosystems und der Stabilität der Zusammensetzung der Gemeinschaft und iii) der Erkenntnis der Bedeutung der räumlichen Dynamik für das Verständnis der lokalen Stabilitätseigenschaften. Trotz dieser Fortschritte wird unser Verständnis der Stabilität (und ihrer Verwendung in den Ökologie- und Umweltwissenschaften) immer noch durch unsere Unfähigkeit behindert, die Stabilität der Gemeinschaft anhand artspezifischer Leistungen und Merkmale vorherzusagen. Das Verständnis der Beiträge der Arten zur Stabilität ist das Hauptziel dieses Projektantrages. Wir werden Metriken verfeinern und testen, die die Reaktionen der Arten auf sich ändernde Umgebungen erfassen, und diese Metriken verwenden, um die Stabilität von Lebensgemeinschaften anhand der Leistung einzelner Arten vorherzusagen und die vorhergesagte Stabilität mit der beobachteten zu vergleichen. Die Arbeit ist in vier Arbeitspakete unterteilt, die Simulationen und Datenanalyse (WP 1) kombinieren mit drei experimentellen Arbeitspaketen zunehmender Komplexität (WP2-4). Die Metaanalyse in WP 1 verwendet kürzlich entwickelte Methoden zur Zerlegung von Stabilität, um Arten zu identifizieren, die zur Stabilität oder Verwundbarkeit in verschiedenen Arten von Ökosystemen und Organismen beitragen. Für die Experimente werden marine Planktongemeinschaften unterschiedlichen Trends und Temperaturschwankungen ausgesetzt sein. Diese Experimente werden von einem Bottom-up-Ansatz ausgehen, bei dem Arten mit bekannten Reaktionen zu Artenpaaren und Zusammenstellungen mit geringer Diversität kombiniert werden, wobei die erwartete mit der beobachteten Stabilität verglichen wird (WP 2). In WP 3 werden wir mithilfe eines Metacommunity-Setups testen, wie die Vorhersagbarkeit von Stabilitätsaspekten wie Resistenz, Resilienz, Erholungsfähigkeit und zeitliche Stabilität von der Konnektivität im Raum abhängt. Schließlich werden wir Mesokosmen verwenden, um zu testen, ob dieselben Merkmale die Stabilität der Phytoplanktongemeinschaft in Abwesenheit oder Gegenwart eines generalistischen Zooplankton-Verbrauchers beeinflussen.

Modellierung von Transferpfaden

Fuer das Verhalten organischer Schadstoffe im System Boden-Pflanze-Luft wurde ein auf einem Massenbilanzmodell basierendes Transfermodell entwickelt und fuer verschiedene Chemikalien (PCDD/F, Pestizide u.a.) verifiziert. Das Modell hat Eingang in die europaeische Risikorichtlinie, die multimediale Modellierung und die Expositionsanalyse von Altlasten gefunden. Insbesondere konnten die Beitraege von Wurzelaufnahme und atmosphaerischer Deposition zur Kontamination von Pflanzen als Funktion der Stoffeigenschaften geklaert werden. QSAR-Beziehungen zwischen der chemischen Struktur und der oekotoxischer Wirkung von chemischen Substanzen unterschiedlicher Strukturklassen auf Gefaesspflanzen konnten durch multivariate Methoden, u.a. Fuzzy-Clustering, ermittelt werden.

Ozonbelastung und Zirkulationsdynamik im Becken von Mexiko

Ziel der geplanten Arbeiten ist es, Gesetzmäßigkeiten zwischen der raum-zeitlichen Dynamik der Ozonkonzentration und deren Vorläuferstoffe sowie den meteorologischen Variablen Temperatur, Luftfeuchte, Strahlung, Luftmassenstabilität, Windgeschwindigkeit und Windrichtung im Boden, 700- und 500 hPa-Niveau so herauszuarbeiten, dass Prognosen der zu erwartenden Ozonbelastung möglichst 24 Stunden im voraus für den Bereich der Mexico City Metropolitan Area (MCMA) möglich werden. Neben statistischen Verfahren sollen dazu auch künstliche Neuronale Netzwerke eingesetzt werden. Bereits vorliegende Ergebnisse von Modellrechnungen sollen durch die Datenauswertungen verifiziert und ggf. Anregungen zur Verbesserung der Modelle herausgearbeitet werden.

Neutronenaktivierungsanalyse

Die NAA ist ein sehr leistungsfaehiges Verfahren zur Spuren- und Multielementbestimmung. Sie ist im Prinzip fuer alle Probenarten geeignet. Lediglich aus Sicherheitsgruenden werden die Proben in getrocknetem Zustand in den Reaktoren FRG-1 und FRG-2 bestrahlt. Die NAA wird hier hauptsaechlich in der Umwelt- und Meeresforschung eingesetzt. Da bei solchen Programmen sehr viele Proben zu bearbeiten sind, liegt ein Schwerpunkt der Arbeiten in der Automatisierung und Rationalisierung des Analysenganges. Ein weiterer Schwerpunkt liegt in der statistischen Verarbeitung der Datenflut. Dazu werden Programme zur statistischen Auswertung und Korrelationsanalyse verwendet und weiterentwickelt. Ein dritter Schwerpunkt der Arbeiten liegt in der Radiochemie. Denn neben der rein instrumentellen NAA muessen radiochemische Trennungen durchgefuehrt werden, um die Nachweisempfindlichkeit zu verbessern und stoerende Matrixaktivitaeten vor der Messung abzutrennen. In Einzelfaellen ist dann neben der Gamma-Spektroskopie die Alpha- und Beta-Spektroskopie die vorteilhafteste Methode. Es werden die deutschen Kuestenbereiche der Nord- und Ostsee und einzelne Flussmuendungen erprobt, um die Verteilg.und zeitl. Schwankungen der Schadstoffkonzentrationen zu ermitteln. Dazu werden systematisch Organismen und Sedimentproben genommen, analysiert und statistisch ausgewertet, ebenso Wasser- und Schwebstoffproben. Um aussagekraeftige Ergebnisse zu bekommen, muessen die natuerlichen jahreszeitlichen und langfristigen Aenderungen erfasst werden. Aus dem Spurenelementmuster sollen die Mechanismen der Schadstoffverteilungen aufgeklaert und moegliche Schadstoffquellen lokalisiert werden.

Spurengasflüsse und Stickstoffumsetzungen in stark verwitterten Böden unter Regenwaldtransformationssystemen

An allen 32 Standorten soll Folgendes durchgeführt werden: (a) bodenphysikalische und -chemische Analysen bis zu einer Tiefe von 2 m anhand einer Kombination aus falsche Zeitreihen- und longitudi-nalen Ansätzen; (b) Messungen mikrobiell gesteuerter Stickstoffumsetzungen im Boden und mikro-bieller Biomasse im Oberboden; (c) ganzjährige in-situ Messungen von NO, N2O, CH4 und CO2- Flüssen sowie Messungen der entsprechenden Einflussgrößen; (d) Entwicklung von Regressionsmo-dellen zwischen jährlichen Spurengasflüssen und einfach zu messenden Proxy- Variablen der Kont-rollgrößen im Boden; und (e) Messungen der Boden-CH4 und -CO2-Flüsse sowie in-situ Inkubationen von Epiphyten auf Ölpalmen.

Hydrogeologische Untersuchungen an den Kuesten Siziliens

Ziel: Erfassen des Grundwasserverlaufes an den Kuesten Siziliens. Vorgehensweise: Aufnahme von PAN-SW-Stereoluftbildern, Falschfarben und Multispektralenphotographien, Thermal-Scanner-Aufnahmen in zwei Wellenlaengenbereichen ueber I.-Kuestenstreifen. Untersuchungsmethode: tektonische Bearbeitung der interessierenden Gebiete, analoge Auswertung der multispektralen Aufnahmen hinsichtlich Bodenfeuchte und Vegetationszustandes. Aequidensiten der Thermalaufnahmen. Korrelation der Ergebnisse aus den drei Auswertegaengen.

Umweltfreundliche Kaeltemittel

Nach den Methoden der Quantenthermodynamik dh einer Synthese der Quantenchemie und der statistischen Thermodynamik werden die Idealsgasdaten neuer umweltfreundlicher Kaeltemittel theoretisch berechnet.

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