Im Rahmen des Transregionalen Sonderforschungsbereiches TR32 wurden erfolgreich Muster in Bodentypen mit geophysikalische Messmethoden identifiziert. Wir erweitern diese lokalen Analysen auf einen größeren Bereich, indem wir sie mit weiteren regional vorhandenen Daten kombinieren. Wir entwickeln und verwenden neuartige Methoden, um Bodenmuster zu charakterisieren und daraufhin auf einem größeren räumlichen Bereich zu simulieren und mit zusätzlichen Messungen zu testen, um schlussendlich einen Beitrag zu Prozesssimulationen bis zum Umfang von Wassereinzugsgebieten leisten zu können.
Dieses Projekt analysiert den Nutzen und Wert von passiven L-Band Satellitenbeobachtungen für die Ensemble-basierte Datenassimilation mit vollgekoppelten Erdsystemmodellen für mesoskalige Einzugsgebiete. Modellauflösungen sind dabei typischerweise in der Größenordnung von 100 m für die Landkomponenten und 1 km für die Atmosphärenkomponente des gekoppelten Modells; diese ist viel höher als die der Satellitenbeobachtungen, die typischerweise mehrere 10 Kilometer beträgt. Ensemble-basierte Datenassimilation erfordert die Erzeugung von synthetischen Beobachtungen aus dem Erdsystemmodell heraus mit Hilfe eines Beobachtungsoperators, der dann mit Beobachtungen verglichen wird um das Analyseensemble zu generieren. Da der Modellzustand nicht notwendigerweise alle Informationen enthält, die der Beobachtungsoperator benötigt (dieser ist im Wesentlichen ein Strahlungstransportmodell) muss die fehlende Information aus externen Datenquellen extrahiert werden. Die zentralen Projektziele sind die Weiterentwicklung einen geeigneten Beobachtungsoperators, der es erlaubt Satellitenbeobachtungen im L-Band zu erzeugen, sowie dessen Nutzung für die Datenassimilation mit Hilfe der Terrestrial Systems Modeling Platform (TerrSysMP, Shrestha et al. 2014) gekoppelt mit dem Parallelized Data Assimilation Framework (PDAF, Nerger et al. 2013). Während wir in Phase I hauptsächlich einen flexiblen Beobachtungsoperator erstellt und validiert haben, konzentrieren wir uns in Phase II, neben weiteren Verbesserungen des Operators bezüglich Vegetation und seiner Operationalisierung, auf die eigentliche Datenassimilation. Diese umfasst (a) die Bestimmung des Biases zwischen virtuellen Beobachtungen des Datenassimilationsmodells und solchen des virtuellen wie des realen Einzugsgebietes, (b) Datenassimilationsexperimente zur Quantifizierung des Wertes solcher Beobachtungen auch im Vergleich zu anderen Beobachtungen, sowie (c) Vorverarbeitungs- und Filterungsmethoden um die niedrig aufgelösten Messungen optimal für die Systemzustandsschätzung auszunutzen.
Muster in funktionellen und strukturellen Bodeneigenschaften werden basierend auf Daten komplementärer geophysikalischer Verfahren charakterisiert. EIT (Elektrische Impedanztomographie) und GPR (Bodenradar) Daten werden genutzt, um Wurzelwachstum und -aktivität in ihrer Beziehung zur Bodenfeuchtedynamik innerhalb einzelner Parzellen zu untersuchen. Die raumzeitlichen Muster in den Bodeneigenschaften bis zur Wassereinzugsgebietsskala werden mittels EMI (Elektromagnetische Induktion) und GPR Messungen charakterisiert. Basierend auf beobachteten Mustern werden Konzeptualisierung und Parametrisierung der im TR32 genutzten hydrologischen Modelle verbessert.
Forschungs- und Service-Aktivitäten umfassen (i) Weiterentwicklung der TR32-Projektdatenbank (TR32DB) und (ii) Analyse von räumlichen Daten. Kontinuierliche Datenmanagementaktivitäten sind Wartung, Schnittstellenentwicklung, Nutzer-Funktionalitäten und Web-Mapping-Dienste, Bereitstellung von TR32DB-DOIs, sowie Training und Support der TR32-Mitglieder. Eine nahezu wartungsfreie Version der TR32DB, die 'TR32DB-Box', wird entwickelt und umgesetzt. Es erfolgen (Geo-) Datenerfassung, -beschaffung, -bereitstellung und dazugehörige Lizenzverwaltung. Räumliche Datenanalysen werden durchgeführt, um qualitativ hochwertige Landnutzungsdaten zu erzeugen.
Das Ziel des Projektes ist die Quantifizierung der Auswirkung von Landnutzungsänderungen in tropischen Gebieten auf biogeochemische Kreisläufe durch die Integration von Daten zahlreicher Gruppen des Sonderforschungsbereichs in einen biogeochemischen Modellierungsansatz. Dafür wollen wir das prozess-orientierte Landoberflächenmodel CLM für die dominierenden Landnutzungsarten in der Provinz Jambi auf Sumatra (Indonesien) anpassen und neue Beschreibungen der entsprechenden Funktionellen Vegetationseinheiten entwickeln. Nach der Modelvalidierung anhand von Messdaten, wollen wir die Auswirkungen von historischen, gegenwärtigen und zukünftigen Landnutzungsänderungen auf biogeochemische Kreisläufe auf Landschaftsebene untersuchen. Für die zukünftigen Auswirkungen werden Szenarien, die in dem Fokus entwickelt werden, verwendet.
Das Forschungsprojekt ist Teil einer in groesserem Rahmen erfolgenden systemanalytischen Betrachtung von Wildbacheinzugsgebieten. In diesem Kontext lautet die uebergeordnete Fragestellung: Wie reagieren hydrologische und geomorphologische Prozesse in Wildbacheinzugsgebieten auf Umwelt- und Klimaveraenderungen? Innerhalb des NFP 31 ergibt sich folgendes Konzept: In den fuer langfristige Beobachtungen und Messungen ausgeruesteten Wildbacheinzugsgebieten Rotenbach/Schwarzsee und Erlenbach/Alptal (WSL) sowie im vergleichsweise wesentlich steileren Einzugsgebiet Spissibach/Leissigen (GIUB) werden einerseits wichtige hydrologische und geomorphologische Prozesse in repraesentativen, verschieden ausgestatteten Hang- und Gerinnesequenzen gezielt untersucht und andererseits anhand bestehender Datensaetze kleinere und groessere Hochwasserereignisse mit ihrer Vorgeschichte ausgewertet. Bestehende Modellansaetze werden zur Entwicklung von Teilmodellen zur 'Abflussbildung' und zur 'Feststofflieferung' weitgehend uebernommen und wo noetig angepasst. Diese beiden Teilaspekte werden in der praktischen Durchfuehrung weitgehend gemeinsam und synoptisch bearbeitet. In der Synthese soll ein vorlaeufiges 'Gesamtmodell Wildbach' formuliert werden, das relevante Vorgaenge im Wildbachgeschehen unter heutigen Bedingungen beschreibt. Mit Hilfe dieses Modells und der einzelnen Teilmodelle soll die Sensitivitaet von Teilsystemen und des Gesamtsystems auf Aenderungen des Witterungsablaufs und der Umwelt untersucht werden, wobei auf vorzugebenden Klima- und Umweltszenarien basiert wird.
Durch die Aufnahme von anthropogenem CO2 ist eine Verringerung des ph Wertes im Ozean zu erwarten Dies könnte weitrechende Auswirkungen auf Korallenriffe haben und ist daher von großem wissenschaftlichen Interesse. Die Mehrzahl der bisher durchgeführten Studien zur Ozeanversauerung wurde anhand vereinfachter Systeme im Labor vorgenommen. Obwohl diese Studien wichtig und aufschlussreich waren, wiesen sie jedoch Einschränkungen auf, im Besonderen hinsichtlich natürlicher Veränderungen, Beobachtungsdauer, Altersverteilung, genetischer Vielfalt und Wechselbeziehungen zwischen einzelnen Korallenarten. Eine Möglichkeit diese Einschränkungen zu umgehen, ist die Untersuchung von Korallenriffen in der Umgebung von submarinen CO2-Austritten. Der erhöhte CO2 im Meerwasser dort sorgt für pH und Temperaturbedingungen wie sie als Folge der Ozeanversauerung bis zum Jahr 2100 vorausgesagt werden. Drei solche Korallenriffe in Papua Neu Guinea, Japan und den Nördlichen Marianen-Inseln wurden untersucht und interessanter Weise fiel die Auswirkung der Ozeanversauerung an jedem der Standorte unterschiedlich aus. Eine mögliche Erklärung für die beobachteten Unterschiede könnte sein, dass die Studien nicht alle Parameter berücksichtigten, die sich nachteilig auf die Gesundheit von Korallen auswirken. Im Allgemeinen werden submarine CO2-Austritte von submarinen Hydrothermalquellen mit Temperaturen bis zu 100 °C begleitet. Der hydrothermale Eintrag induziert steile Temperaturgradienten und erhöht die Konzentrationen von Schwermetallen in dem zu untersuchenden Gebiet. Diese zwei Effekte gilt es bei einer solchen Untersuchung zur Ozeanversauerung in Betracht zu ziehen. In diesem Sinne dient die geplante internationale Zusammenarbeit dem Ziel, ein Expertenteam aus der Aquatischen Chemie und der Korallenphysiologie zusammenzubringen, um detaillierte chemische und biologische Untersuchungen an Korallenriffen mit CO2-Austritten vorzunehmen, um die Auswirkungen der Ozeanversauerung besser zu verstehen.
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.
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.
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.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 1330 |
| Europa | 8 |
| Kommune | 2 |
| Land | 35 |
| Weitere | 3 |
| Wirtschaft | 4 |
| Wissenschaft | 458 |
| Zivilgesellschaft | 17 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 1282 |
| Text | 44 |
| unbekannt | 8 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 50 |
| Offen | 1284 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 1250 |
| Englisch | 226 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Archiv | 1 |
| Bild | 2 |
| Dokument | 48 |
| Keine | 730 |
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| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 712 |
| Lebewesen und Lebensräume | 907 |
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| Wasser | 499 |
| Weitere | 1316 |