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Flächendeckende Erfassung von Diversitätskriterien zur ökologischen Bewertung von Waldgebieten unter Nutzung räumlicher Informationstechnologien und Fernerkundungsdaten

Ziel dieser Arbeit ist es, ein Verfahren zu entwickeln, welches eine quantitative Erfassung von Diversitätskriterien auf großer Fläche erlaubt. Die Erhaltung der Wälder und ihr Schutz vor Überbenutzung sind von globaler Bedeutung. Auf der Rio-Konferenz der Vereinten Nationen über Umwelt und Entwicklung 1992 war dies ein wichtiger Themenbereich (s. auch 1993 sog. Helsinki-Prozess ). 1994 wurden in Genf sechs Kriterien und 27 Indikatoren politisch verbindlich beschlossen. Erhaltung, Schutz und angemessene Verbesserung der biologischen Diversität in Forstökosystemen stellt eines dieser Kriterien dar. Eine Operationalisierung dieses Indikators ist in unterschiedlicher Form möglich. In vorliegender Arbeit sollen Informationen aus 2-D und 3-D Fernerkundungsdaten (inklusive flugzeuggetragener Daten, wie Luftbild oder Laserscannerdaten) abgeleitet werden. Die Informationen aus Fernerkundungsdaten sollen im Rahmen eines GIS um Karteninformationen und terrestrische Daten ergänzt werden. Aus der flächendeckend vorliegenden 2-D und 3-D Information werden Maßzahlen und Indizes berechnet, die Nachbarschaftsbeziehungen, räumliche Muster und Vielfalt innerhalb und zwischen den ökologischen Bezugseinheiten (alpha und beta-Diversität) sowie des Gesamtlandschaftsausschnittes (gamma-Diversität) quantitativ beschreiben. Die hergeleiteten Diversitätswerte und Diversitätindizes sollen dabei in Bezug zur terrestrischen Ansprache gesetzt werden. Die Nutzbarkeit des entwickelten Modells für die Bewertung von Lebensräumen soll schließlich anhand einer sehr gut untersuchten Zielart überprüft werden. Es ist zu erwarten, dass mit Nutzung der genannten Informationstechnologien eine mehr quantitative Erfassung der Diversitätskriterien, bei höherer Effizienz möglich sein wird. Die Bewertung von Lebensräumen kann damit transparenter und besser nachvollziehbar werden. Des weiteren erlaubt das methodische Vorgehen eine flächige Charakterisierung von Lebensräumen, wie sie für system-analytische Ansätze und die Modellierung von räumlichen und zeitlichen Prozessen notwendig.

Fachliche Beratung und Mitarbeit bei der Weiterführung des Umweltmanagementsystems an der TU Dresden

Seit dem 8. Januar 2003 ist die TU Dresden in das EMAS-Verzeichnis bei der IHK Dresden eingetragen und somit die erste technische Universität mit einem validierten Umweltmanagementsystem nach EMAS (Registrierungsurkunde). Die Validierung ist insbesondere auf den erfolgreichen Abschluss des Projektes 'Multiplikatorwirkung und Implementierung des Öko-Audits nach EMAS II in Hochschuleinrichtungen am Beispiel der TU Dresden' zurückzuführen. Mit der Implementierung eines Umweltmanagementsystems ist zwar ein erster Schritt getan, jedoch besteht die Hauptarbeit für die TU Dresden nun, das geschaffene System zu erhalten und weiterzuentwickeln. Für diese Aufgabe wurde ein Umweltmanagementbeauftragter von der Universitätsleitung bestimmt. Dieser ist in der Gruppe Umweltschutz des Dezernates Technik angesiedelt und wird durch eine Umweltkoordinatorin, den Arbeitskreis Öko-Audit, die Arbeitsgruppe Öko-Audit und die Kommission Umwelt, deren Vorsitzende Frau Prof.Dr. Edeltraud Günther ist, tatkräftig unterstützt. Die Professur Betriebliche Umweltökonomie arbeitet in dem Arbeitskreis und der Arbeitsgruppe Öko-Audit mit und steht dem Umweltmanagementbeauftragten jederzeit für fachliche Beratung zum Umweltmanagement zur Verfügung. Ein wesentlicher Erfolg der TU Dresden auf dem Weg zu einer umweltbewussten Universität ist die Aufnahme in die Umweltallianz Sachsen, die am 08. Juli 2003 stattgefunden hat. Informationen zum Umweltmanagementsystem der TU Dresden sind unter 'http://www.tu-dresden.de/emas' zu finden.

Systemanalyse von Pflanzenkrankheiten

Mit Hilfe von systemanalytisch aufgebauten Programmen versuchen wir den Befallsverlauf von Pflanzenkrankheiten zu simulieren und die darauf einwirkenden Faktoren zu analysieren. Weitgehend abgeschlossen ist der Simulator Epidem fuer Apfelschorf. In Bearbeitung befindet sich ein Simulator fuer Gerstenmehltau. Mit einer Arbeitsgruppe von der Agric. Research Organ. (Volcani Center) Israel wird an einem von der DFG gefoerderten Vorhaben ueber Kompensationsphaenomen in Angriff genommen.

Erprobung neuer Ortungsverfahren und Systeme fuer den Kuestenbereich

Im Hinblick auf die Erneuerung der Funkortungssysteme im Bereich der deutschen Nordseekueste und der Deutschen Bucht sind die auf dem internationalen Markt angebotenen Systeme und Verfahren zu ermitteln und Loesungsmoeglichkeiten vorzuschlagen. Die Benutzer dieser Ortungsketten (WSV, Forschungsstellen, Bundesmarine, Laender) stellen an neue Ortungsverfahren erhoehte Anforderungen hinsichtlich der Genauigkeit und der Ueberdeckungsbereiche vor allem im kuestennahen Gebiet.

Systemanalytische Erfassung und Rekonstruktion des jungquartären Landschafts- und Klimawandels in zentralasiatischen Trockengebieten am Beispiel des Ordos-Plateaus (VR China)

Mit Hilfe der beantragten Sachmittelbeihilfe sollen Untersuchungen zur systemanalytischen Erfassung und Rekonstruktion des raum-zeitlichen Landschafts- und Klimawandels in einem ausgewählten Randbereich des zentralasiatischen Trockengürtels durchgeführt werden. Dabei liegt der zeitliche Schwerpunkt auf der Betrachtung der letzten 100.000 Jahre, um einerseits die vom Menschen unbeeinflusste Entwicklung im Jungpleistozän bzw. Früh-Holozän und andererseits den vom Menschen im Laufe des Holozäns zunehmend (mit-) beeinflußten Wandel in diesem klimatisch-ökologisch sensiblen Raum zu erfassen. Während der initialen Geländekampagne sollen Ablauf und Wirkungsweise morphologischer Prozesse und die Wechselwirkung zwischen unterschiedlichen Prozessen, Formen und Faktoren unter Betrachtung der räumlichen Varianz analysiert sowie mittels eines historisch-genetischen Ansatzes Aussagen zur Landschaftsentwicklung vorgenommen werden. Ferner sind Untersuchungen zur Vegetationsabdeckung und der aktuellen Landnutzung geplant. Bei der Erfassung rezenter Landschaftsveränderungen und der -degradation ist der temporäre Vergleich zeitversetzter, deckungsgleicher Landsat-Aufnahmen vorgesehen, wobei z.T. auf frühere Ergebnisse zurückgegriffen werden kann. Durch den Einsatz von GIS und eines Programmiersystems zur Analyse und Diskretisierung von Oberflächen ist das landschaftsökologische Inventar im Sinne einer Differenzierung morphologischer, hydrologischer und anthropo-biogener Elemente zu erfassen. Die so gewonnen Befunde zur raum-zeitlichen Landschafts- und Klimaveränderung sollen letztlich mit den bisherigen Modellvorstellungen über großräumig landschaftlich-klimatische Umstellungen verknüpft werden und letztlich auch planungsrelevante Analogien zur Abschätzung potentiell zukünftiger landschaftsökologischer Veränderungen in dieser Region liefern.

Forschungsschwerpunkt 2: Nachhaltige Entwicklung und Optimierung von Wasserinfrastrukturen

Ziele wie die Versorgungssicherheit in der Wasserversorgung und der Gewässerschutz in der Abwasserentsorgung werden zusehends durch Fragen der Nachhaltigkeit und der Anforderungen infolge zukünftiger Entwicklungen ergänzt. Dabei hat die Instandhaltung und das Management der bereits weitgehend errichteten Anlagen (Assets) besondere Bedeutung. In diesem Forschungsschwerpunkt werden wissenschaftliche Methoden und Strategien entwickelt, um die Infrastruktur der Wasserver- und Abwasserentsorgung hinsichtlich dieser Ziele zu optimieren. Dabei werden demographische und soziokulturelle Entwicklungen sowie ökonomische und ökologische Nachhaltigkeit einbezogen. Im besonderen werden Forschungsarbeiten zur Sicherstellung der Funktionsfähigkeit bzw. Instandhaltung von Wasserversorgungs- und Abwasserableitungsnetzen, zum Benchmarking und zum Qualitäts- und Risikomanagement in der Wasserver- und Abwasserentsorgung durchgeführt.

Zusammenarbeit Ingenieur/Arbeitsmediziner bei Risikoanalysen

Bei Unfallverhuetung sollte man nicht einseitig an Sicherheit und Zuverlaessigkeit technischer Systeme denken. Neben den Arbeitsmitteln (Einrichtungen) muessen Arbeitsablaeufe geplant werden, wobei durch Gesundheit und Ausbildung begrenzte Einsatzmoeglichkeiten der Menschen beruecksichtigt werden muessen. Z.B. zeigt auch die Analyse der Beinahekatastrophe bei Harrisburg, dass die wichtigsten Probleme Fehlleistungen von Menschen waren. In der Unfallverhuetung muessen Nahtstellen in komplexen Systemen beachtet und koordiniert werden / z.B. Systemsicherheitsprogramme der NASA und der US-AEC). Ingenieure und Aerzte muessen unmittelbare und Hintergrundfaktoren beachten. Zur Reduktion von Folgekosten ist die Wiedereingliederung von Verunfallten wichtig. Die Unfallverhuetungs AG organisiert mit der E.K.A.S. zweijaehrliche Tagungen an der ETH-Z.

Integration von Qualitätsparametern bei der Energieoptimierung von Wassergewinnungen - Entwicklung eines ganzheitlichen Optimierungsansatzes, Teilvorhaben: Praktische Anwendung der erarbeiteten Optimierungsansätze

In zahlreichen Forschungsprojekten wurden bereits Energieverbräuche und Energieeinsparpotentiale in den Bereichen Wassergewinnung, -aufbereitung und -verteilung über separate Systemanalysen untersucht. Nur wenige Forschungsprojekte, wie z.B.das BMBF-geförderte ENERWA-Vorhaben, haben durch die gekoppelte Betrachtung der genannten Bereiche einen ganzheitlichen energetischen Betrachtungsansatz der wasserwirtschaftlichen Wertschöpfungskette erarbeitet. Aber auch diese Ansätze haben bei der energetischen Betrachtung die Wasserressource ausgegrenzt. Ein wichtiger Grund für das Fehlen solcher integrativer Betriebsstrategien ist, dass die Entwicklung innovativer Ansätze mit einem hohen Personalaufwand und finanziellen Risiko verbunden ist, welche im Betrieb durch die Wasserunternehmen nicht geleistet werden kann. Optimierungsmaßnahmen orientieren sich deshalb gemeinhin ausschließlich an den allgemein anerkannten Regeln der Technik und können nur selten darüber hinaus erprobt werden. Das vorliegende Vorhaben zielt daher darauf ab, diese Lücke bestehender Optimierungsansätze zu schließen, indem es intelligente, praxisorientierte Analysewerkzeuge zur integrierten qualitäts- und energieoptimierten Steuerung von Brunnengalerien für Anlagenbetreiber entwickelt. Hierbei kommen innovative Analysemethoden aus den Bereichen Big Data und KI zur Anwendung, um die bereits in der Praxis angewendete Methoden zur energetischen Optimierung von Pump- und Verteilungssystemen in der Wassergewinnung und die durch Grundwasserdargebot und -qualität vorgegebenen Limitierungen bzw. Optimierungspotentiale zu verbinden. Aufbauend auf den praktischen Erkenntnissen wird eine fachlich anerkannte Optimierungsmethodik, bestehend aus praxisorientierten Leitfäden und Tools, entwickelt, welche die wasserwirtschaftliche Nutzung von Einzelbrunnen und Brunnengalerien fokussiert und somit Wasserversorgungsunternehmen und Industriebetriebe mit eigener Wassergewinnung adressiert.

Automation biologischer Klaeranlagen

Mit dem Instrumentarium der Systemanalyse werden die Moeglichkeiten zur Automation des Belebtschlammverfahrens untersucht. Es werden mathematische Modelle fuer das Belebungsbecken und das Nachklaerbecken entwickelt und an Messwerten geeicht. Auf der Basis dieser Modelle werden Strategien zur automatischen Steuerung berechnet und auf der Klaeranlage Donaueschingen erprobt.

Divergente Bedingungen bei der Modellierung des Hintergrund-Fehlers in der globalen atmosphärischen Datenassimilation

Bei der Datenassimilation für die numerische Wettervorhersage (NWP) wird die Kurzfristvorhersage (genannt als Hintergrund) durch die neuesten Beobachtungen korrigiert, um erste Bedingungen (Analyse) für die nächste Vorhersage zu schaffen. In diesem Prozess müssen die räumlichen Eigenschaften der Vorhersagefehler modelliert werden, damit sich die Auswirkungen der Beobachtungen physikalisch optimal ausbreiten. Die Reduzierung von Vorhersagefehlern auf synoptischen Skalen in mittleren Breiten, wo die Divergenz eine Größenordnung kleiner ist als die relative Vorticity, wurde erfolgreich mit Hilfe der quasi-geostrophischen Theorie modelliert. Auf diese Weise können Temperaturbeobachtungen Hintergrundfehler im Windfeld korrigieren und umgekehrt. Die Analyseunsicherheiten und kurzfristigen Vorhersagefehler in globalen NWP-Systemen sind jedoch in den Tropen am größten, wo die Divergenz mit der Vorticity vergleichbar oder sogar größer ist. Tropische Analyseunsicherheiten können einen dominierenden Einfluss auf die Genauigkeit der mittel- und weiträumigen Vorhersage in den mittleren Breiten haben. Es wird hier argumentiert, dass die Verringerung der Analyseunsicherheiten in den Tropen ein entscheidender Schritt ist, der erforderlich ist, um das Spektrum nützlicher Vorhersagen in globalen NWP-Modellen zu erweitern. Ziel dieses Projekts ist es, eine neue Randbedingung für die Hintergrundfehlermodelle bei der Datenassimilation zu entwickeln, die Divergenz-dominierte Beziehungen zwischen den tropischen Temperatur- und Windvariablen über viele Skalen hinweg berücksichtigen. Die vorgeschlagene Randbedingung verwendet die Masse-Wind-Beziehungen, die tropische Schwerewellen beschreiben. Es hat sich gezeigt, dass diese Randbedingung viel versprechend für die Verbesserung tropischer Analysen ist. Dieses Projekt wird diese Ideen auf die globale Atmosphäre ausdehnen, indem es 1) einen neuen Datenassimilierungsrahmen entwickelt, der die tropischen und mittleren Breiten Aspekte der atmosphärischen Dynamik miteinander verbindet, 2) die strömungsabhängigen Hintergrundfehlerinformationen aus den Ensemble-Vorhersagen verwendet und 3) das Potential verbesserter tropischer Analysen auf Extratropen abschätzt.

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