Modelle und Methoden, die aus den Teilprojekten des SFB/Transregio entwickelt werden, sollen in einem Gesamtmodell zusammengeführt werden, das in diesem Teilprojekt ausgelegt wird. Basierend auf einer fein aufgelösten Referenz-LES wird die Eignung der instationären Simulationsmodelle für die Vorhersage von Oxyfuel-Feuerräumen zunächst untersucht und bewertet. Ein Verbrennungsmodell, das auf dem feld-basiert transportierten 'filtered density function'-Verfahren beruht und für Oxyfuel-Bedingungen angepasst wird, soll bereitgestellt werden. Alle Modelle werden in den CFD Code FASTEST3D integriert und mit Hilfe der experimentellen Daten aus dem SFB/Transregio validiert.
Die Atmosphäre und die Vegetation der Erdoberfläche beeinflussen sich gegenseitig durch bidirektionale Austauschprozesse. Modelle zur Wetter- und Klimavorhersage basieren auf einem mechanistischen Verständnis dieser Interaktionen. Die Vorhersagen und die grundlegenden Theorien funktionieren allerdings nur im Falle einer gut durchmischten (turbulenten) atmosphärischen Grenzschicht. Wenn jedoch stabile atmosphärische Bedingungen vorherrschen, wie typischerweise nachts der Fall, dann sind die bisherigen Theorien nicht ausreichend, um zuverlässige Vorhersagen zu treffen. Um oberflächennahe turbulente Austauschprozesse während stabiler atmosphärischer Schichtung mechanistisch zu verstehen und neue Theorien zu entwickeln, sind zunächst neuartige Mess- und Analyse-Methoden notwendig. Ziel dieses Projekts ist die Beobachtung und Charakterisierung von oberflächennahen Prozessen in der stabilen atmosphärischen Grenzschicht durch eine neuartige Kombination von Mess- und Analysemethoden. Mit einem hochauflösenden in-situ Messkubus (20x20x5m), der sich innerhalb eines größeren mittels Fernerkundung überwachten Raumes (500x500x1000m) befindet, können Bewegung und Strukturen von Temperatur gleichzeitig in Raum und Zeit erfasst werden. Dieser skalenübergreifende Ansatz erlaubt es, nicht-periodische, nicht gut gemischte und räumlich heterogene Bewegungen der Luft nahe der Erdoberfläche zu erfassen. Die gewonnenen Daten werden mittels neuester stochastischer Auswerteverfahren analysiert, um die (nicht-)turbulenten Bedingungen und deren Durchmischung zu charakterisieren. Der wissenschaftliche Gewinn des Projektes liegt in einem wegweisenden innovativen Ansatz, um Modelle in den Bereichen Strömungsmechanik und Erd-System Wissenschaften zu validieren, und so zu einem verbesserten Verständnis unseres Lebensraums, der Schnittstelle zwischen Land und Atmosphäre, zu führen.
The project aims to theorize the scalar organization of natural resource governance in the European Union. This research agenda is inspired by critical geographers' work on the politics of scale. The research will examine an analytical framework derived from theories of institutional change and multi-level govern-ance to fill this theoretical gap. Furthermore, it will review conceptualizations of the state in institutional economics, evaluate their adequacy to capture the role of the state in the dynamics identified, and develop them further. The described processes may imply shifts in administrative levels, shifts in relations between different levels and changes in spatial delimitations of competent jurisdictions that result, for example, from decentralization or the introduction of river basin oriented administrative structures. The research investigates the implications of two European Directives: the Water Framework Directive (WFD) and the Marine Strategy Framework Directive (MSFD). They both have potentially great significance for the organization of marine and water governance at the level of Member States and below, and adhere to similar regulatory ideas for achieving good ecological status of waters. A multiple case study on changes in the scalar reorganization of marine and water governance that result from the implementation of the Directives will be carried out. It will rely on qualitative and quantitative data gathering based on semi-structured interviews and review of secondary and tertiary sources looking at Portugal, Spain, and Germany. It specifically addresses the role of social ecological transactions, the structure of decision making processes and the role of changes in contextual factors (such as ideologies, interdependent institutions and technology).
Eine Verlässlichkeit von Vorhersagen des Klimawandels ist nur dann gegeben, wenn die dabei verwendeten numerischen Modelle das gegenwärtige Klima aus den richtigen Gründen korrekt simulieren. Offene Fragen betreffen z.B. dynamische Aspekte wie die Vorhersage einer Verstärkung der Brewer-Dobson-Zirkulation, den dynamischen Einfluss der Stratosphäre auf die Troposphäre und ein Überschießen in der Erholung der Ozonschicht. Eine besonders große Unsicherheit stellen in diesem Zusammenhang interne Schwerewellen (SW) dar, die durch gegenwärtige Chemie-Klimamodelle nicht aufgelöst werden. Ihr Einfluss muss durch Parametrisierungen erfasst werden, die heutzutage stark vereinfacht sind. Die Forschergruppe (FG) wird explizite Modelle für die Anregung, Ausbreitung und Dissipation von SW formulieren, die mathematisch und physikalisch konsistent sind. Diese werden anhand von prozessauflösenden Simulationen und Messungen validiert. Spezielle Beachtung werden die Mehrskalenwechselwirkungen von SW mit Turbulenz und der balancierten Strömung finden, sowie die Wechselwirkung von kleinskaligen, nichtaufgelösten SW mit großskaligen, aufgelösten SW. Die entwickelten Modelle werden in eine einheitliche SW-Parametrisierung münden, von den Quellen bis zur Dissipation. Sowohl die SW-Parametrisierung als auch globale SW-erlaubende und lokale SW-auflösende Simulationen sollen verwendet werden, um die Unsicherheiten der SW-Effekte auf die atmosphärische Zirkulation, auf großskalige dynamische Prozesse und auf den Klimawandel einzuschränken. Die Untersuchungen der Wellenprozesse selbst als auch ihrer globalen Auswirkungen werden auf der engen interdisziplinären Wechselwirkung zwischen Mathematik, Theorie, hochauflösender numerischer Modellierung und Messungen basieren. Diese Kombination begründet sich darin, dass nur Messungen den direkten Bezug zur Realität haben, nur Theorie uns verstehen lehrt, und nur hochauflösende Modellierung eine detaillierte Diagnose erlaubt. Ein dergleichen umfassendes Programm übersteigt bei weitem die Möglichkeiten einzelner Institute oder ihrer bilateralen Zusammenarbeit. Es erfordert hingegen eine FG, in der experimentelle, numerische, theoretische und mathematische Erfahrungen zusammengeführt werden. Die langfristigen Ergebnisse der FG sollen sein:- Eine erweiterte und vertiefte Kenntnis der räumlichen, zeitlichen und spektralen Verteilung von SW in der Atmosphäre.- Ein wesentlich verbessertes Verständnis der Prozesse, welche die korrespondierende SW-Dynamik erzeugen und kontrollieren.- Darauf aufbauend eine Verbesserung der Belastbarkeit und Vollständigkeit der Parametrisierung von SW als Subgitterskalenphänomen, Quellprozesse, SW-Ausbreitung, die Wechselwirkung von SW mit der aufgelösten Strömung und SW-Dissipation betreffend.- Als Ergebnis ein verlässlicheres Verhalten von SW-Parametrisierungen unter anomalen Bedingungen, z.B. dem Klimawandel.
The aim of this project is to co-estimate models of the core and ionosphere magnetic fields, with the longer-term view of building a 'comprehensive' model of the Earths magnetic field. In this first step we would like to take advantage of the progresses made in the understanding of the ionosphere by global M-I-T modelling to better separate the core and ionospheric signals in satellite data. The magnetic signal generated in the ionosphere is particularly difficult to handle because satellite data provide only information on a very narrow local time window at a time. To get around this difficulty, we would like to apply a technique derived from assimilation methods and that has been already successfully applied in outer-core flow studies. The technique relies on a theoretical model of the ionosphere such as the Upper Atmosphere Model (UAM), where statistics on the deviations from a simple background model are estimated. The derived statistics provided in a covariance matrix format can then be use directly in the magnetic data inversion process to obtain the expected core and ionospheric models. We plan to apply the technique on the German CHAMP satellite data selected for magnetically quiet times. As an output we should obtain a model of the ionospheric magnetic variation field tailored for the selected data and a core-lithosphere field model where possible leakage from ionospheric signals are avoided or at least reduced. The technique can in theory be easily extended to handle the large-scale field generated in the magnetosphere.
In Teilprojekt A3 werden Modelle zur Beschreibung der Chlor- und Schwefelchemie bei der Oxyfuel-Verbrennung entwickelt, mit denen die Bildung Cl- und S-haltiger Minoritätenspezies vorhergesagt werden kann, um so die Rückwirkung von Cl- und S-haltigen Spezies auf die Verbrennung zu berücksichtigen. Experimentellen Untersuchungen hierzu erfolgen in einem Flugstromreaktor sowie mittels thermogravimetrischer Analyse. Eine extraktive Messtechnik mit Massenspektrometer für hochreaktive S- und Cl-Spezies wird entwickelt und erprobt.
Laminare Oxyfuel-Flammen werden in einer Gegenstromanordnung untersucht. Als Brennstoffe werden unter anderem gasförmige Entgasungssurrogate und Kohlestaub verwendet. Hier wird besonders die Gasphasenchemie betrachtet, aber auch deren Beeinflussung durch die Entgasung und den Koksabbrand. Das Teilprojekt trägt dazu bei, die Interaktion von Strömung und Verbrennung von gasförmigen und festen Brennstoffen unter Oxyfuel-Bedingungen grundlegend zu verstehen und Modelle hierfür zu entwickeln. Der hier zu entwickelnde reaktionskinetische Gasphasen-Mechanismus dient als Grundlage für großskalige numerische Simulationen.
Moderne Wettervorhersagen und Klimaprognosen sind stark abhängig von numerischen Simulationen, welche die atmosphärischen Zustandsgrößen auf ein Gitternetz, das die Erde umspannt, abbilden. Die numerischen Modelle lösen die fluidmechanischen auf Elementarprinzipien basierenden Bewegungsgleichungen für alle Zustandsgrößen auf jedem Gitterpunkt. Die Gitterweite ist begrenzt durch die Rechenleistung, so dass Phänomene kleinerer Skalen als die Gitterweite von den Modellen nicht aufgelöst werden. Das Brechen interner Schwerewellen ist eines dieser Phänomene. Atmosphärische Schwerewellen werden meistens in der Troposphäre angeregt, wandern aufwärts und werden instabil, da ihre Amplitude durch die dünner werdende Hintergrundluft wächst. Schließlich brechen sie. Die höhenmäßige Amplitudenverstärkung ist, im Besonderen, theoretisch nicht gut verstanden. Das Wellenbrechen spielt eine wichtige Rolle für die Genauigkeit der Vorhersagen, so dass es nicht vernachlässigt werden darf. Eine bewährte Abhilfe ist durch Parametrisierungen gegeben. Sie schätzen den Einfluss der nicht aufgelösten Effekte mithilfe der aufgelösten Zustandsgrößen ab. Die Qualität der Parametrisierung hängt konstruktionsbedingt von den betrachteten Skalen ab. Mit zunehmender Rechenleistung wird die Auflösung der Modelle verfeinert, die Skalen dadurch verkürzt und genauere Parametrisierungen werden notwendig. In diesem Projekt wird eine Theorie für Schwerewellenbrechen entwickelt, die in Parametrisierungen der nächsten Generation Anwendung findet und dabei Methoden aus Numerik, Asymptotik und Funkionalanalysis verbindet. Als erstes werden asymptotische wandernde Wellenlösungen der skalierten Bestimmungsgleichungen, welche erstmals die realistische höhenmäßige Amplitudenverstärkung berücksichtigen, hergeleitet. Diese Lösungen werden gegenüber den kompletten nichtlinearen Eulergleichungen, die den Elementarprinzipien entsprechen, validiert und der Einfluss von Dissipation untersucht. Wandernde Wellenlösungen gehören zu einer spezielle Lösungsklasse, die es gestattet Stabilität analytisch zu erforschen. Aus dem Gebiet der Funktionalanalysis wird die spektrale Stabilitätsanalyse angewandt, um Kriterien zur Vorhersage instabiler Wellen herzuleiten. Diese Kriterien werden Parametrisierungen als Schwellwerte für Wellenbrechen dienen.
In diesem Projekt wird ein Kohlenstaubbrenner hinsichtlich des Strömungsfeldes, der Partikeldynamik, und des Verbrennungsprozesses sowie deren Interaktionen experimentell detailliert untersucht. Hierfür kommen verschiedene laseroptische Methoden zum Einsatz und werden auf die besonderen Umgebungsbedingungen adaptiert bzw. weiterentwickelt. Die Brenner- und Brennkammergeometrie weisen relevante, aus der Praxis kommende typische Merkmale auf, sind jedoch geometrisch zu kleineren Querschnittsflächen skaliert. Betriebsbedingungen werden parametrisch variiert, um Sensitivitäten bzgl. fluid- und partikeldynamischer Eigenschaften zu untersuchen.
Das Klima ist ein angetriebenes, dissipatives Nichtgleichgewichtssystem, wobei unsere Fähigkeiten die beteiligten Prozesse zu verstehen und simulieren begrenzt sind. Meteorologie und Klimaforschung verfügen noch nicht über eine Theorie zur Beschreibung von Instabilitäten, Gleichgewichtsrelaxation, Vorhersagbarkeit, Variabilität, und der Antwort auf Störungen. Trotz großer Fortschritte stoßen Klima- und Wettervorhersagemodelle nach wie vor auf Barrieren aufgrund der komplexen Randbedingungen und der Multiskaleneffekte. Diese Effekte erfordern die Parametrisierung der nicht aufgelösten Prozesse mit der Folge großer systematischer Fehler. Wir nutzen drei erfolgreiche Ansätze aus der statistischen Mechanik und der Theorie dynamischer Systeme: Covariante Lyapunov Vektoren (CLV), instabile periodische Orbits (UPO) und die Response-Theorie (RT). Dies wird uns erlauben, relevante Probleme der geophysikalischen Strömungsdynamik (GFD) im turbulenten Bereich anzugehen. Wir werden diese Ideen auf komplexere numerische Modelle als frühere Studien ausdehnen.1) Instabilitäten: Wir werden Instabilitäten in turbulenten geophysikalischen Strömungen durch CLVs beschreiben. Im Gegensatz zu klassischen Lyapunov-Vektoren bieten CLVs eine kovariante Aufspaltung der Strömung und physikalisch interpretierbare Muster und erlauben damit eine neue Interpretation von Instabilitäten. Dies wird es uns ermöglichen, eine Verbindung zwischen der Energetik und der dynamischen Eigenschaften herzustellen und damit die mesoskopischen mit den makroskopischen Eigenschaften der Strömung zu verknüpfen.2) Vorhersagbarkeit: Wir werden CLVs und UPOs nutzen, um die Vorhersagbarkeit zu analysieren und Zustände hoher und niedriger Vorhersagbarkeit besser zu verstehen. Wir werden untersuchen auf welche Weise Schwankungen der Lyapunov Exponenten (LE) mit bestimmten Eigenschaften der entsprechenden CLVs zusammenhängen. Wir werden den sogenannten Return-of-Skill in Vorhersagen von Strömungen in einen Zusammenhang mit vorübergehenden Abweichungen in der Summe der positive LEs der Strömung bringen und damit die in der Wettervorhersage beobachteten Schwankungen der Vorhersagbarkeit erklären. Wir werden die Hypothese prüfen inwieweit UPOs die niederfrequente atmosphärische Variabilität erklären können.3) Antworttheorie: Auf der Basis der RT werden wir berechnen wie eine Strömung auf Störungen reagiert, indem nur die Gleichgewichtseigenschaften verwendet werden. Wir werden aus kleinen Ensembles von gestörten Simulationen den Responseoperator empirisch für Klimamodelle ableiten. Dies wird uns eine neue Methode zur Projektion auf verschiedene räumliche und zeitliche Skalen liefern. Wir werden die Antwort von baroklinen Strömungen auf Störungen (z.B. Erwärmung und CO2-Konzentration) analysieren. Wir werden die CLVs nutzen, um die Responseoperatoren in die stabilen, instabilen und neutralen Richtungen zu zerlegen und die Hypothese prüfen inwieweit UPOs mit Resonanzen verbunden sind.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 120 |
| Europa | 3 |
| Global | 1 |
| Land | 1 |
| Wissenschaft | 72 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 120 |
| License | Count |
|---|---|
| Offen | 120 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 46 |
| Englisch | 91 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 99 |
| Webseite | 21 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 89 |
| Lebewesen und Lebensräume | 99 |
| Luft | 81 |
| Mensch und Umwelt | 120 |
| Wasser | 63 |
| Weitere | 120 |