Die menschliche Gesellschaft zeichnet sich durch komplexe soziale Organisationsformen aus, die im Laufe der Zeit weltweit vielfältige Siedlungsmuster hervorgebracht haben. Stadtgrenzen markieren eine willkürliche Trennung zwischen einem (urbanen) Innenraum unter starker menschlicher Kontrolle und einem (ruralen) Äußeren, das stärker natürlichen, biophysikalischen Prozessen ausgesetzt ist. Tatsächlich sind aber beide Räume seit jeher eng miteinander verknüpft, und werden mit immer intensiverer Nutzung natürlicher Ressourcen zunehmend durch rural-urbane Transformationsprozesse geprägt. Im Anthropozän haben Urbanisierung und die damit verbundenen sozialen und ökologischen Veränderungen globale Dimensionen erreicht. "Rurales" und "Urbanes" gehen dabei auf verschiedenen Skalenebenen immer wieder neue Beziehungen ein und werden zu einer sich oft selbst organisierenden Einheit von großer wissenschaftlicher, gesellschaftlicher und politischer Bedeutung. Der vorliegende Antrag zur Einrichtung der Forschungsgruppe „Nachhaltige Rurbanität“ befasst sich mit diesem Phänomen und begreift es als einen sich ständig neu erfindenden Zustand des Seins und Werdens. Geleitet von drei übergeordneten Hypothesen nutzen die 10 natur- und sozialwissenschaftlichen Projekte Fallstudien in rurbanen Ballungsgebieten Indiens, Westafrikas und Marokkos, um Wirkmechanismen, Folgen und Steuerungsprozesse von Rurbanität beispielhaft zu untersuchen. Ein interdisziplinärer, sozial-ökologischer Forschungsansatz erlaubt die Schaffung von Synergien zwischen den Fachkulturen und verschiedenen Wissenschaftsdisziplinen, unter Einbeziehung von Perspektiven des Globalen Südens. Dieser gemeinsame Rahmen ist Voraussetzung dafür, kontextuelle empirische Forschung mit theoriegeleiteten analytischen Vergleichen zu verbinden, sowie innovative Methoden für die Systemanalyse und die Synthese der Ergebnisse zu nutzen. Dadurch lassen sich rural-urbane Transformation und das daraus abgeleitete Phänomen der Rurbanität in seiner skalen- und regionsübergreifenden Komplexität verstehen und dessen zentrale Implikationen für eine nachhaltige Landnutzungs- und Gesellschaftsentwicklung bewerten.
Ziel des Projektes ist die partizipative Entwicklung eines web-basierten Dashboards für die Wärmewende, mit dem die Auswirkungen verschiedener Transformationspfade für die Wärmewende flächenaufgelöst in nutzerfreundlicher Form dargestellt werden. Das Forschungsvorhaben unterstützt damit die Verbreitung von technischen, regulatorischen, organisatorischen und (sozio-)ökonomischen Entwicklungen im Bereich der Wärmewende, indem durch die Bereitstellung von Daten und Analysen die Auswirkungen der Entwicklungspfade für relevante Akteure der Wärmewende sichtbar gemacht werden. In engem Austausch mit Akteuren der Wärmewende wird ein Modellierungs- und Visualisierungsrahmen geschaffen, der die Auswirkungen auf die zentralen Infrastrukturen, die planerischen Notwendigkeiten sowie die sozio-ökonomischen Folgewirkungen regional und lokal differenziert betrachtet. In den Szenarien werden verschiedene Ausbaupfade der Technologien sowie verschiedene sozio-ökonomische und weitere Rahmenbedingungen betrachtet. Das Dashboard wird auf einer Webplattform mit interaktiven Karten und weiteren Grafiken zur Verfügung gestellt. Um eine breite Nutzung der Ergebnisse zu ermöglichen, werden die Szenarien sowie das Dashboard in enger Kooperation mit zentralen Akteuren der Wärmewende entwickelt. Die Zusammenarbeit erfolgt über einen Projektbeirat, in dem verschiedene Akteure vertreten sind. Die Hauptziele des Öko-Instituts sind: - Entwicklung einer interaktiven Webplattform, in der die Auswirkungen verschiedener Transformationspfade für die Wärmewende in Form von Grafiken und GIS-basierten Karten für ein breites Feld an Akteuren im Kontext der Wärmewende sichtbar gemacht werden. - Analyse und Aufbereitung von flächenaufgelösten Daten, die für die Wärmewende relevant sind. Die Daten werden als open data zur Verfügung gestellt. - Die quantitative und modellgestützte flächenaufgelöste Analyse der Entwicklung des Wärmesektors in Deutschland als Teil der Entwicklung des gesamten Energiesystems
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.
Die Forschung entwickelt die Grundlagen fuer die oekonomische Theorie der Nutzungsstrategien fuer natuerliche Ressourcen weiter. Hier stehen vor allem zwei Schwerpunkte an: Uebergang von nicht-erneuerbaren auf quasi-unerschoepfliche Ressourcen (Bsp fossile Energietraeger auf Solarsysteme) und Nutzung von regenerierbaren natuerlichen Ressourcen mit komplexen oekologischen Interpendenzen in 2-Species-Systemen. Innerhalb dieses inhaltlichen Schwerpunktes werden mathematische Methoden und Modellierungen weiter entwickelt: Beispielsweise finden Seminare und eigene Entwicklungen zu Modellierung mit GAMS (Meta-Sprache fuer komplexe Systemanalysen) am Lehrstuhl statt. Als drittes ergibt sich ein Schwerpunkt bezueglich der Anwendungen auf umweltoekonomische Probleme, da Umweltqualitaet zumindest teilweise als regenerierbare natuerliche Ressource modelliert werden kann.
Konvektive Stürme sind verantwortlich für Unwetter, wie z.B. großer Hagel, Sturzfluten und starke Windböen. Ein kritischer Faktor, der bestimmt, wie schädlich diese Ereignisse sind, ist die Wolkenmikrophysik innerhalb des konvektiven Systems. Die Prozesse der Wolkenmikrophysik tragen direkt zur Bildung von großem Hagel und Regen bei, verändern aber zusätzlich die Umgebung, in der sich die Konvektion durch latente Erwärmung und Abkühlung entwickelt. Diese Veränderungen in der Struktur des konvektiven Sturms wirken sich dann auch darauf aus, welche mikrophysikalischen Prozesse wo im Sturm aktiv sind . Über die Existenz dieser komplexen Wechselwirkungen wurde in zahlreichen Publikationen berichtet. Allerdings gibt es bisher keine Studien, die einen systematischen Ansatz zur Erforschung der Wechselwirkungen zwischen Wolkenmikrophysik und konvektiver Dynamik verfolgen. In diesem Projekt werden wir eine systematische Analyse der Wechselwirkungen zwischen den Prozessen der Wolkenmikrophysik, der Struktur konvektiver Systeme und dessen Lebenszyklus sowie der daraus resultierenden Unwetterlage durchführen. Modellsimulationen mit ICON (~1 km Auflösung) werden anhand der mikrophysikalischen Prozesse, der Sturmstruktur und des Lebenszyklus von Dual-Polarisations-Radardaten ausgewertet.Das Hauptziel dieses Projektes ist es, einen Rahmen für die Verbesserung der konvektionszulassenden Simulation von schweren konvektiven Wetterereignissen zu schaffen. Dies wird erreicht durch 1) Analyse der Prozesse der Wolkenmikrophysik, die für die Erzeugung von Niederschlägen, die zu einem Schadensereignis führen, am wichtigsten sind, 2) Evaluierung, wie gut der Lebenszyklus, die Sturmstruktur und die mikrophysikalischen Prozesse von konvektiven Stürmen, die von ICON simuliert werden, den polarimetrischen Radarbeobachtungen entsprechen. 3) Untersuchung der Empfindlichkeit der Sturmstruktur und des Lebenszyklus für die Darstellung mikrophysikalischer Prozesse.Daher wird das ICON-Modell modifiziert, um die mikrophysikalischen Prozessraten in 3D auszugeben. Mikrophysikalisches "Piggybacking" wird ebenfalls integriert, um rein mikrophysikalische Effekte von gekoppelten mikrophysikalisch-dynamischen Effekten zu trennen.Am Ende dieses Projektes werden wir in der Lage sein, die derzeitige Fähigkeit von ICON zusammenzufassen, konvektive Stürme und deren schädliche Niederschläge zu simulieren, zu identifizieren, welche Prozesse für die Erzeugung der schädlichen Niederschläge am wichtigsten sind, und Verbesserungen zu empfehlen, um aktuelle Mängel im Modellsystem zu beheben. Das Endergebnis wird nicht nur ein verbessertes Verständnis der realen und modellierten Konvektion sein, sondern auch spezifische Empfehlungen zur Verbesserung der Vorhersage von schädliche Niederschläge aus Konvektion geben.
Das Hauptziel ist es, Prozesse der Destabilisierung am Waldrand zu erfassen und diejenigen Faktoren, Prozesse und Grundsätze zu erkennen, die die Stabilität der Nutzungssysteme am Waldrand in ihrer räumlichen und zeitlichen Dimension ermöglichen. Das Forschungsgebiet bilden der Lore Lindu-Nationalpark und seine Umgebung in Zentralsulawesi, Indonesien. Die Wechselbeziehungen zwischen sozioökonomischen und ökologischen Prozessen stehen im Mittelpunkt der Forschung. Zentrale Hypothesen sind:-- Die Stabilität der Waldrandzone ist eine Funktion der Stabilität der Landnutzungssysteme (Art und Intensität der Ressourcennutzung). -- Mit einer nachhaltigen Landnutzung werden irreversible Veränderungen im Wasser- und Nährstoffkreislauf vermieden.-- Funktionen der Biodiversität beeinflussen die Nachhaltigkeit der Landnutzung und damit die Stabilität in der Regenwaldrandzone.-- Materielle und energetische Prozesse werden im Waldrandsystem maßgeblich gesellschaftlich gesteuert. Langfristige Ziele sind:-- Identifizierung ökologischer und sozioökonomischer Indikatoren der Instabilität sowie deren Erprobung im Hinblick auf ihre Generalisierbarkeit.-- Entwicklung allgemeiner Grundsätze und Verfahrensweisen der Ressourcennutzung, die die Stabilität der Waldränder erhalten oder darauf hinwirken.-- Entwicklung eines systemanalytischen Rahmens für 'Rapid Appraisals' von Waldrandgebieten über die Identifizierung kritischer Größen.Charakteristisch ist die kontinuierliche deutsch-indonesische wissenschaftliche Zusammenarbeit. Indonesische Kooperationspartner sind das Institut Pertanian Bogor auf Java und die Universität von Palu in Sulawesi. Teams von deutschen und indonesischen Wissenschaftlern sowie Nachwuchswissenschaftlern bemühen sich um interdisziplinäre, internationale und interkulturelle Zusammenarbeit. Die Ergebnisse können von erheblicher Bedeutung für entwicklungsorientierte Organisationen sein. Es wird ein Rückkoppelungsmechanismus entwickelt, um die wissenschaftlichen Ergebnisse in entwicklungsorientierten Projekten überprüfen zu können und einen Wissenstransfer in anwendungsorientierte Projekte zu gewährleisten. Zudem wird erprobt, inwieweit die Partizipation der lokalen Bevölkerung am Forschungsprozess langfristig zur Anwendung der Forschungsergebnisse beitragen kann.
Die Transformation von Regenwäldern zu Ölpalmen-Plantagen führt zu dramatischen Verlusten an biologischer Vielfalt und ökologischen Funktionen. Um Verbesserungsmöglichkeiten in einer Ölpalmen-Landschaft zu untersuchen, pflanzten wir Bauminseln zur Biodiversitäts-Anreicherung. Die Anpflanzungen umfassen vier Inselgrößen und sechs native Baumarten in verschiedenen Diversitätsstufen mit insgesamt 56 Experimentalflächen. Wir untersuchen (1) das Baumwachstum, (2) die pflanzliche Sukzession und (3) den Einfluss der umgebenden Landschaft. Darüber hinaus analysieren wir ökologische und ökonomische Zielkonflikte und integrieren interdisziplinäre Studien.
Datenassimilationsverfahren vergleichen die Beobachtung einer Variable mit einer A-priori-Schätzung basierend auf einem diskreten dynamischen Modell, um hieraus eine verbesserte Analyse auf dem Modellgitter zu gewinnen. Diese Methode erfordert Wissen über bzw. Annahmen zur Fehlercharakteristik und der Unsicherheit der beobachteten Variablen und ihrer A-priori-Verteilung. Eine der Schwierigkeiten bei diesem Verfahren ist, dass das geophysikalische Modell weder in der Lage ist alle physikalischen Prozesse korrekt abzubilden noch alle zeitlichen und räumliche Skalen beinhaltet, die in den Beobachtungen stets präsent sind. Außerdem sind weitere Annahmen und Approximationen notwendig, um die Modelläquivalente der Beobachtungen durch einen Vorwärtsoperator zu berechnen. Diese Unsicherheiten müssen in den Datenassimilationsalgorithmen durch die Modellfehler- und Beobachtungsfehlerstatistik berücksichtigt werden. Nur dadurch können konvektionserlaubende Modelle optimal mit polarimetrischen Radarbeobachtungen initialisiert werden.Das Ziel diese Projektes ist es, den bestmöglichen Weg für die Assimilation von polarimetrischen Radarbeobachtungen mit einem Ensemble-Kalman-Filter zu finden. Hierzu sollen Methoden entwickelt werden, um den dreidimensionalen Hydrometeorfelder im Assimilationszyklus Störungen aufzuprägen, die den Modellfehler darstellen und so dazu beitragen, die Genauigkeit der Analyse und Vorhersage zu verbessern. Wir werden außerdem untersuchen, welches Verbesserungspotential korrellierte Beobachtungsfehlerstatistiken für polarimetrische Radardaten bieten. Und auch der auf die Beobachtungen zurückzuführende Anteil des Repräsentativitätsfehler wird auf der Basis von hochaufgelösten Modellsimulationen parametrisiert und im Assimilationsverfahren berücksichtigt werden. Im Rahmen dieses Projekts soll auf diese Weise insbesondere das Ziel erreicht werden, die "Erstellung von Analysen von Niederschlagssystemen durch die Assimilation von polarimetrischen Radarbeobachtungen in numerischen Wettervorhersagemodellen".
Schutzmanagement, Lenkung des Ausflugstourismus und wissenschaftliche Analyse pannonischer Felssteppen und Sekundaerrasen; nach Einstellung generationenlanger Nutzung als sogenannte Hutweiden sind Fauna und Vegetation (zahlreiche Arten pannonischer Herkunft mit endemischen Rassen) durch rasch vordringendes Weidekuschelgelaende (hauptsaechlich Weissdorn, Heckenrose) stark gefaehrdet; Rodung und Wiedereinfuehrung der traditionellen Beweidung durch Schafe sollen solche degradierten Flaechen (ueber ein Drittel der Schutzflaeche) eindaemmen bzw revitalisieren. Gleichzeitig: Erhebungen des Lokal- und Mikroklimas, Systemanalyse der Vegetation und Fauna auf produktionsoekologischer und faunistischer Basis; zahlreiche Einzelthemen dzt durch Dissertationen in Arbeit; Anwendungsmoeglichkeiten dieser Pilotstudie fuer aehnliche Trockenrasengebiete in Mitteleuropa moeglich. Ein kuerzlich installierter Oeko-Lehrpfad inkl Broschuere traegt dazu bei, das Grundwissen zu erweitern. Ein Wegenetz mit Informationstafeln leitet den Tourismus abseits der empfindlichen Kernzonen an der Peripherie des Schutzgebietes entlang.
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