Frame: The project is part of the GLP (Global land project) fast track action (http://bbs2008.wikidot.com) Decreasing uncertainty in predicting biome boundary shifts which aims at improving the simulation of biome boundary shifts at large spatial scales, working group Migration . The long-term goal is to improve existing vegetation models or to develop new models that are reliable and robust and can be included in Earth System models for studying biosphere-atmosphere feedbacks. Rationale: Because of the nature of terrestrial plant population and community dynamics and dispersal, and the pace of climate change, predicting the future distribution of plant species is challenging. Many coupled GCM's assume simply that the boundaries between major terrestrial biomes are either static, or adjusted non-mechanistically to follow the change of climate without time lags. In some DGVM's, a non-mechanistic treatment of biome boundaries is employed with assumed delays. Recent model simulations with both explicit seed dispersal and population and community dynamics suggest that range shifts of forest biomes will be both complex and extremely delayed (several millennia delay for centennial warming). Research topics: the effect of plant population processes and dispersal on migration, the effect of spatial heterogeneity (e.g. fragmentation or barriers) on dispersal and migration, methods to incorporate these effects into large scale models like such as DGVM's, the lags due to species migration and their effects on feedbacks to the earth system. Methods: Starting from the forest landscape model TreeMig which describes tree species migration by explicitly simulating seed dispersal on a grid of 1km wide cells, we develop numerical approaches to describe migration across heterogenous grid cells. These approaches are either aggregated models of within-cell migration speed, e.g. derived from meta-modelling, or simulating spread in a subset of smaller cells within each grid cell and then extrapolating to the larger cell. We test our methods with simulations on south-north transects in Siberia and assess the effect of species migration on the feedbacks to the earth system.
Forschung im Fachgebiet der Hydrogeologie, fuer eine praktische Problemloesung mit dem Ziel, das Gefaehrdungspotential verfuellter und rekultivierter Deponien (sog Verdachtsflaechen) in Bezug auf moegliche Ausbreitungspfade, potentielle Schadstoffbelastung, in Abhaengigkeit von der Ausbreitungsgeschwindigkeit abzuschaetzen.
Im Botanischen Alpengarten am Schachen (Garmisch-Partenkirchen) soll ein phänologisches Beobachtungsprogramm als Basis für ein langfristiges Monitoring etabliert werden. Er ist dabei Teil eines Netzwerkes von Gärten, die die Auswirkungen der Klimaveränderungen auf pflanzliche Lebensrhythmen in arktisch-alpinen Regionen untersuchen. In der kurzen Vegetationszeit wird das phänologische Verhalten zehn heimischer Arten beobachtet und ein neuer Beobachtungsschlüssel ausgearbeitet. Zusätzlich werden entlang von Höhengradienten phänologische Beobachtungen an Baumarten der montanen Stufe durchgeführt und in Abhängigkeit von Höhe und Standorteigenschaften analysiert. Somit soll jeweils die aktuelle und potentielle Lage der Baum- bzw. Waldgrenze bestimmt sowie deren potentiellen Wanderungsgeschwindigkeiten abgeschätzt werden. Dazu sollen anhand von eigenen Aufnahmen und entsprechenden Datenbanken höhenabhängige Veränderungen der Saatgutmenge und Keimfähigkeit untersucht werden. Durch den Vergleich der aus den Klimadaten gewonnenen Vegetationsperiode und den tatsächlich beobachteten Temperaturreaktionen soll ein zeitlicher Trend der Verschiebung von Wachstumszonen und Baumgrenze abgeleitet werden. Die Ergebnisse liefern Hinweise auf potentiell gefährdete Arten, die aufgrund zu langsamer Reaktionsfähigkeit oder fehlender Rückzugsmöglichkeiten durch starke Temperaturerhöhung bedroht sind. Im einem weiteren Teilprojekt werden biogene und anthropogene Quellen von flüchtigen Kohlenwasserstoffverbindungen (NMHCs) als wichtige, klimarelevante Ozonvorläufersubstanzen und deren Verbreitung unter verschiedenen meteorologischen Bedingungen entlang der Höhengradienten untersucht. Die genaue Zusammensetzung dieser NMHCs liefert entscheidende Informationen über die Beiträge von Emissionen biogener und anthropogener Herkunft zur Produktion von Ozon, Aerosolen und anderer photochemisch gebildeter klimarelevanter Substanzen. Hierbei ist es wichtig die Entstehungs- und Transportmechanismen dieser Substanzen auch in meteorologisch und topographisch komplexen Systemen zu verstehen. Bisherige Untersuchungen waren v.a. auf Ballungszentren mit hohem Anteil anthropogener Emissionen bzw. Flugzeugmessungen in der freien Atmosphäre konzentriert Die Entwicklung der Mischungsverhältnisse unter dem Aspekt unterschiedlicher Höhenstufen und meteorologischer Bedingungen längs von Gradienten mit Höhendifferenzen von ca. 2000 m, ist weitgehend unbekannt. Hierbei sollen sowohl großräumige Transporte und troposphärische Hintergrundkonzentrationen auf der Umweltforschungsstation Schneefernerhaus (UFS) sowie lokale biogene und anthropogene Emissionsprozesse kombiniert untersucht werden. Die Kombination mit weiteren auf der UFS kontinuierlich gemessenen Spurengasen und Aerosolen ermöglicht eine Aufschlüsselung und Quantifizierung der Quellbeiträge und liefert wichtige Hinweise zur Diskriminierung von Luftmassen aus der atmosphärischen Grenzschicht bzw. der freien Troposphäre.
Ziel ist die Ausbildung einer Doktorandin / eines Doktoranden auf dem Gebiet der Containmentsicherheit und Verbrennungsmodellierung im Rahmen des KEK Programms. Bei schweren Störfällen in Kernkraftwerken kann es zur Freisetzung großer Mengen Wasserstoff kommen. Aufgrund der weiten Zünd- und Explosionsgrenzen von Wasserstoff- Luft Gemischen ist die Bildung von zündfähigen Gemischwolken höchst wahrscheinlich. Die numerische Modellierung der Flammenausbreitung in solchen Szenarien ist insbesondere für magere Wasserstoff-Luft Gemische höchst anspruchsvoll und bisher für deterministische Sicherheitsanalysen nicht ausreichend fortgeschritten. Bestehende Ansätze unterschätzen die Ausbreitungsgeschwindigkeiten der Verbrennung und damit die entstehenden Drucklasten systematisch. Instabilitätsmechanismen der Flammenfront erschweren die Modellierung. Daher soll im Rahmen dieses Vorhabens eine Modellierungsstrategie erarbeitet und in ANSYS-CFX implementiert werden. Neben einer umfassenden Literaturrecherche werden Validierungsversuche durchgeführt, die durch hoch zeitaufgelöste optische Messtechniken eine Charakterisierung von Flammenfronten erlauben. Numerische Arbeiten: Nach einer umfassenden Literaturrecherche zu bestehenden Modellierungsansätzen und Brenngesetzen erfolgt eine Evaluierung der Ergebnisse. Geeignete Ansätze werden in ANSYS-CFX implementiert und mit GraVent-Versuchsanlage gewonnen Validierungsdaten verglichen. Abschließend wird die Gittersensitivität der Modellierung überprüft. Experimentelle Arbeiten: Um für die numerische Modellierung von magerer Wasserstoffverbrennung Validierungsdaten zu generieren, sollen Versuche an der GraVent-Versuchsanlage des Antragsstellers durchgeführt werden. Hierfür wird zunächst die optische Zugänglichkeit der Anlage verbessert, sodass OH PLIF Messungen in variablen Ebenen der Kanalquerrichtung erfolgen können. Diese Messungen bieten Einblick in die Dynamik von Flammenfronten in mageren Wasserstoff-Luft Gemischen.
Die Auswirkungen des Reaktorunfalls in Tschernobyl auf Baden-Wuerttemberg hatten gezeigt, dass das Land fuer derartige, weit unterhalb der Katastrophenschutzschwelle liegende Ereignis nicht ausreichend vorbereitet war. Es dauerte daher relativ lange, bis eine genaue Darstellung der radiologischen Lage moeglich war. Um die Verfuegbarkeit der radioaktiven Caesiumnuklide aus den Boeden von Waldgebieten und Weideflaechen fuer die Aufnahme in die menschliche Nahrungskette zu ermitteln, wurden in verschiedenen Teilabschnitten Untersuchungen ueber den Transfer von Radiocaesium von Boden in Pflanzen sowie ueber Pflanzen in Tiere, ueber Eindringgeschwindigkeit und Verteilung der Nuklide in die verschiedenen Bodenschichten und ueber das Verhalten von Radiocaesium in Seen durchgefuehrt. Dabei wurden u.a. folgende Parameter besonders beachtet: Dicke der organischen Bodenauflage, Bodentyp, Humusform, geologische Bodenformation, Hoehenlage, Niederschlagsmenge, pH-Wert, Desorbierbarkeit aus dem Boden, Bindung des Caesiums an Tonmineralien im Sediment der Seen. Bei allen Arbeiten musste sehr sorgfaeltig zwischen dem alten Caesium aus den Nuklearwaffenversuchen und dem frischen Caesium aus dem Tschernobylunfall unterschieden werden. Das Maximum der Cs-Konzentration befindet sich meistens im untersten Horizont der organischen Auflage oder im obersten Horizont des Mineralbodens. Die vertikale Migrationsgeschwindigkeit des Radiocaesiums ist sehr gering, erkennbar an der vergleichbaren Tiefenverteilung des Caesiums aus den Kernwaffentests. Das Maximum dieses Caesiums liegt nur unwesentlich (wenige cm) tiefer. Es kann somit davon ausgegangen werden, dass sich das Tschernobylcaesium in den naechsten 25 Jahren immer noch in den oberen 20 cm eines unbeaarbeiteten Bodens befinden wird. Das heisst: Zum einen ist mit einer Kontamination des Grundwassers in absehbarer Zeit nicht zu rechnen, zum anderen muss aber von einer mehrere Jahrzehnte andauernden Pflanzenverfuegbarkeit der Caesiumnuklide ausgegangen werden: Zur Bestimmung der Transferfaktoren von Radiocaesium aus dem Boden in Pflanzen wurden folgende Pflanzen ausgewaehlt: Dornfarn, Heidelbeere, Himbeere, Waldklee und Brombeere. Dabei stellte sich heraus, dass der Dornfarm auf allen Boeden den groessten, Waldklee und Brombeere immer den niedrigsten Transferfaktor haben. Der Unterschied zwischen diesen Transferfaktoren an einem Standort betraegt bis zu einer Groessenordnung, an verschiedenen Standorten kann er fuer die gleiche Pflanzenart auch zwei Groessenoerdnungen betragen. Die groesste Bedeutung fuer die Hoehe des Transferfaktors haben Humusform (Moder- bzw. Rohhumus), die Dicke der Humusauflage (3 - 7 cm) und der pH-Wert (3 - 4). Geologie und Niederschlag haben nur einen mittelbaren Einfluss auf den Transferfaktor, indem sie die Entwicklung bestimmter Humusformen foerdern. Ein direkter Einfluss konnte nicht nachgewiesen werden.
Um die Durchgängigkeit in den Bundeswasserstraßen für Fische zu gewährleisten, ist eine genaue Kenntnis über die Schwimmleistungen der vorkommender Fischarten und der unterschiedlichen Altersklassen notwendig. Die Schwimmleistungen sind zum einen durch Schwimmgeschwindigkeiten als auch die Ausdauer der Fische charakterisiert. Diese Werte stellen physiologische Grenzwerte dar, welche die spezifischen Fische maximal leisten können. Solche Daten sind bei der Planung, aber auch bei der Funktionskontrolle von Fischaufstiegsanlagen von enormer Bedeutung, um die Durchgängigkeit der Anlage abzuschätzen. Im Unterwasser von Querbauwerken als auch in Fischaufstiegsanlagen treten im Vergleich zu frei fließenden Strecken veränderte hydraulische Parameter auf, z.B. erhöhte Turbulenz, was die Schwimmleistung beeinflusst. Daher soll der Einfluss der Turbulenz auf die Schwimmleistung und das Schwimmverhalten der Fische untersucht werden. Einige Fischarten zeigen bei der Wanderung in Flüssen ein Schwarmverhalten. Es wird bislang vermutet, dass Fischschwärme andere geometrische und hydraulische Rahmenbedingungen für das Durchschwimmen von Fischaufstiegsanlagen benötigen als einzeln schwimmende Fische. Dafür sollen zunächst das Schwarmverhalten von einheimischen Fischarten in Fließgewässern charakterisiert werden. Des Weiteren soll geklärt werden, inwieweit sich das Schwimmen in Schwärmen auf die Nutzung von Fischaufstiegsanlagen auswirkt.
Reactions in porous media (e.g. the degradation of pollutants in soils and groundwater) strongly depend on the mixing of the reaction partners by diffusion and dispersion. Groundwater flows laminar with slow velocities - thus no turbulent mixing like in open streams will occur. Goal of this Research Unit is to elucidate these mixing processes and the respective reactions at a high spatial and temporal resolution. Therefore new measurement techniques (e.g. fiber optical sensors) will be applied, which allow the determination of concentration gradients in porous media at high resolution which was not attained before. A profound understanding and the identification of relevant processes at the appropriate scale is a prerequisite for prediction of fate and transport of pollutants (e.g. for risk assessment studies in soils and sediments). Mass transfer coupled to reaction is also important in adjacent fields of research such as chemical engineering, e.g. water treatment especially in case of complex contaminations which often are encountered in groundwater. The Research Unit investigates all relevant scales starting from diffusion and catalysis in micro-pores, to the dissolution kinetics of coal tars in the inter-particle pores of coarse grained porous media and finally the biodegradation in heterogeneous aquifers. A central element of all subprojects is the numerical simulation of reactive transport - in future these numerical models can be used for the prediction of fate and transport of pollutants in our environment.
The proposed project aims at developing a new approach to quantify the amount of gas hydrate (GH) in continental margin sediments by the complementary use of geochemical models and the implementation of the effective medium theory (EMT) for seismic modelling and inversion. Reflection seismics provides 2-D information on variations in P-wave interval velocities using migration velocity analysis (MVA), which will be inverted to determine in situ GH concentrations. In contrast, numerical models will provide reliable predictions of the formation potential of methane and GH when calibrated against geochemical data from ODP sites. Preliminary results show that the prediction of GH inventories by seismic methods is highly sensitive to the accurate determination of porosities. This may cause large uncertainties, which can be reduced by calibration against the numerical model. The basic strategy is to use the geochemical approach as constraint for basic parameterisations of the geophysical model in the vicinity of ODP sites. In turn, a well-calibrated geophysical model will then provide useful model inputs along seismic lines where no drilling data are available for geochemical modelling. This approach will yield solid information on regional variables (e.g. sediment thickness, heat flow, degradation constants), which can be used for empirical predictions of the GH inventory and distribution. In addition, selected key studies will be performed for high flux scenarios (e.g. mud volcanoes) to improve estimates of their proportional significance for the total GH inventory.
| Origin | Count |
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| Bund | 48 |
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| Förderprogramm | 48 |
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| offen | 48 |
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