Die Nukleation von Eispartikeln spielt eine wichtige Rolle bei der Wolken- und Niederschlagsbildung, mit Konsequenten für die atmosphärische Chemie, die Wolkenphysik und das Erdklima. Für eine Quantifizierung und Vorhersage des Einflusses von Wolken in Wettervorhersage- und Klimamodellen muss die Bildung von Eispartikeln daher in einer realistischen Art und Weise beschrieben werden. Einer der wichtigen Bildungsmechanismen ist dabei die heterogene Eisnukleation im Immersionsmodus, bei dem Eis an der Oberfläche eines in einem wässrigen Tröpfchen suspendierten Eiskeims - zum Beispiel eines Mineralstaub- Partikels - gebildet wird. Wir werden im Rahmen dieses Forschungsprojekts zahlreiche Gefrierexperimente im Immersionsmodus durchführen. So werden eine Reihe verschiedener, als Aerosolpartikel in der Atmosphäre vorkommende Materialien auf ihre Eisnukleationseigenschaften hin untersucht werden. Insbesondere sollen hier die Temperatur- und Zeitabhängigkeit der von diesen Materialien ausgelösten Eisnukleation quantifiziert werden. Dabei werden wir spezielles Augenmerk auf die systematische Untersuchung der von porösen Materialien ausgelösten Eisnukleation legen. Es sollen sowohl synthetische Materialien wie beispielsweise mesoporöse Silikate untersucht werden, als auch natürlich vorkommende Materialien wie etwa mikroporöse Zeolithe.
Als Grundlage für hochaufgelöste Klimarekonstruktionen der letzten Jahrtausende dienen jahrgenau datierbare natürliche Klimaproxies wie Jahresringe von Bäumen. Bisher konzentrierten sich dendroklimatologische Untersuchungen in Europa auf Temperaturrekonstruktionen borealer und alpiner Waldgrenzstandorte. In weitaus geringerem Umfang liegen dagegen hydroklimatische Rekonstruktionen basierend auf niederschlagssensitiven Baumarten der Tieflagen (kleiner als 1000 m NN) vor, obgleich hydroklimatische Schwankungen in der Abschätzung zukünftiger und historischer Klimaveränderungen eine wichtige Rolle spielen. Die Steuerungsfaktoren, das Ausmaß und die zeitliche Abfolge dekadischer bis mehrhundertjähriger Schwankungen im Baumwachstum, welche für die Rekonstruktion des gesamten Spektrums hydroklimatischer Variabilität von entscheidender Bedeutung sind, wurden bisher kaum untersucht und verstanden. In dem geplanten Projekt sollen nun zum ersten Mal langfristige Wachstumstrends auf verschiedenen raum-zeitlichen Skalen von acht europäischen Baumarten über die letzten 1.000 Jahre gegenübergestellt werden. Die hauptsächlich aus archäologischen und historischen Holzfunden generierten Jahrringdaten von Eiche, Buche, Erle, Esche, Ulme, Tanne, Kiefer und Fichte, in Verbindung mit Daten lebender Bäume, decken die letzten 1.000 Jahre lückenlos mit hoher Belegung ab. Dieser einmalige Datenbestand mit rund 60.000 Jahrringserien ökologisch und ökonomisch wichtiger heimischer Baumarten wird von europäischen Jahrringforschern bereitgestellt. Das Ziel des geplanten Projektes ist ein besseres Verständnis der raum-zeitlichen Variabilität von niederfrequenten Wachstumstrends und die Identifizierung gemeinsamer Faktoren, die das längerfristige Baumwachstum in Europa maßgeblich steuern (z.B. Klima und/oder Vulkanemissionen, Kohlenstoffdioxidgehalt der Atmosphäre oder Veränderungen der Sonnenaktivität). Die angewandten Methoden umfassen neue Standardisierungsverfahren, Trend- und Spektralanalysen sowie Filterungsverfahren, um niederfrequente Schwankungen der Jahrringchronologien zu detektieren und extrahieren. Faktoren, die das langfristige Baumwachstum maßgeblich steuern, werden unter Einbeziehung verschiedener Klimaparameter (Temperatur, Niederschlag, Abflussmengen von Flüssen, Grundwasserstände) sowie Zeitreihen externer und interner Einflüsse auf das Klimasystem identifiziert. Darüber hinaus werden die langfristigen Wachstumstrends mit Zeitreihen anderer Paläoarchive verglichen. Die in dem geplanten Projekt gewonnenen neuen Erkenntnisse über klimabedingter, langfristiger Wachstumsschwankungen und deren Ursachen werden eine deutlich bessere Grundlage für zukünftige valide Klimarekonstruktionen, globale Klimamodelle und für die Quantifizierung von Langzeitveränderungen des globalen Kohlenstoffkreislaufs schaffen.
Im IpsPro-Verbundvorhaben entwickeln Forschende der FVA Baden-Württemberg, des Staatsbetriebs Sachsenforst und der Universität Hamburg das Borkenkäfer-Frühwarnsystem IpsRisk, mit dessen Hilfe die Abschätzung des Risikos für Buchdruckerbefall verbessert werden soll. Gesamtziel ist es, die aktuelle Gefährdungssituation durch den Buchdrucker in potenziell bedrohten Fichtenbeständen mit möglichst hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung einschätzen zu können. Hierfür werden verschiedene Teilrisiken, die sich aus Standorts-, Klima- und Wasserhaushaltsverhältnissen, Eigenschaften der Fichtenbestände, der Schwärmaktivität des Buchdruckers, beobachtetem Vorbefall sowie dem Brutraumangebot (z.B. Windwürfe) ableiten, kombiniert. Das resultierende Befallsrisiko durch den Buchdrucker wird in IpsRisk tagesaktuell und standortsgenau in Form einer Warnkarte dargestellt und soll zukünftig Waldbesitzenden, -bewirtschaftenden und weiteren Interessierten frei zugänglich, online zur Verfügung gestellt werden. Indem IpsRisk dadurch eine Fokussierung des Monitorings auf besonders gefährdete Bestände ermöglicht, kann das Borkenkäfer-Management wesentlich effizienter gestaltet werden. Das IpsPro-Verbundvorhaben wird durch die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe, einen Förderträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft, gefördert. Es ist in drei Teilvorhaben sowie insgesamt sieben Arbeitspakete (AP) gegliedert und hat eine Laufzeit vom 01.11.2017 bis 31.10.2021. Das Teilvorhaben 1 'Buchdruckerphänologie (AP 2) und Trockenstress-Disposition (AP 3)' sowie das AP 7 'Systemoptimierung und Validierung' werden an der FVA Baden-Württemberg bearbeitet. Buchdruckerphänologie (Abteilung Waldschutz): Entwicklung und Schwärmverhalten des Buchdruckers werden stark durch die Witterung, insbesondere die Temperatur, beeinflusst. Daraus folgt ein komplexes räumliches und zeitliches Muster von Schwärm- und somit Befallsintensität. Um dies im Borkenkäfer-Frühwarnsystem IpsRisk abbilden zu können, kommen das Borkenkäfer-Phänologiemodell PHENIPS und aus historischen Fallenfangdaten generierte Verteilungsfunktionen zum Einsatz. Ein weiterer wichtiger Faktor in der Abschätzung von Borkenkäferbefall ist die Populationsgröße, welche anhand des Vorjahresbefalls abgeschätzt werden kann. Eigene sehr detaillierte Aufnahmen in den Nationalparken Schwarzwald und Hunsrück-Hochwald ermöglichen ein vertiefendes Verständnis von Phänologie sowie lokaler Befallsdynamik im Jahresverlauf; eine außergewöhnliche Datenbasis, mit der IpsRisk kalibriert werden kann. Trockenstress-Disposition (Abteilung Boden und Umwelt): Die aktuelle Wasserverfügbarkeit sowie die zurückliegende Trockenstresshistorie beeinflussen maßgeblich die Anfälligkeit von Fichtenbeständen gegenüber Borkenkäferbefall. Im IpsPro-Verbundvorhaben wird daher die Wasserversorgung der Fichtenwälder räumlich und zeitlich hochaufgelöst mithilfe des Wasserhaushaltsmodells RoGeR modelliert. Der daraus abgeleitete Trockenstress-Indikator 'relatives pflanzenverfügbares Wasser im Wurzelraum' geht als tagesaktuelles, dynamisches Teilrisiko in das Borkenkäfer-Frühwarnsystem IpsRisk ein. Im Rahmen von IpsPro wurden 2018 in den Nationalparken Schwarzwald und Hunsrück-Hochwald Bodenfeuchtemessflächen auf repräsentativen, Fichten-dominierten Standorten eingerichtet, auf denen die Bodenfeuchte in 30 und 60 cm Tiefe stündlich und in zehnfacher Wiederholung erfasst wird. Die Bodenfeuchtemessungen dienen der Einschätzung der aktuellen Situation und werden in erster Linie zur Plausibilisierung von RoGeR herangezogen. Aufgrund der zunehmenden Relevanz der Wasserversorgung für die Vitalität von Wäldern wird das kontinuierliche Bodenfeuchtemonitoring auch nach Projektende weiter fortgeführt werden. (Text gekürzt)
Der grundlegenden Steuer- und Reglerarchitektur einer Windenergieanlage (WEA) liegt eine Trennung zwischen stationär-orientierter Betriebsführung und dynamisch-orientierter Basisregelung zugrunde. Das historisch gewachsene komplexe Geflecht aus verschachtelten Regelkreisen ist wartungsaufwendig und behindert die im Zuge der Energiewende dringend benötigten Erweiterungen um weitere Sensoren, Aktuatoren und Regelziele. eco4wind verfolgt deshalb eine fundamentale komplexitätsreduzierende Überarbeitung dieser Steuerungsarchitektur, um die Bestandsinfrastruktur durch eine intelligentere Informationsverarbeitung zwischen Sensorik und Aktorik besser, d.h. wirtschaftlicher als aktuell, zu nutzen. Kern der Entwicklung ist eine innovative Echtzeitbetriebsführungsfunktion (EBF) auf Basis von modellprädiktiver Regelung (MPC), die als neuartiges Bindeglied zwischen konventioneller Betriebsführung und Basisregelung eine zentrale Rolle einnimmt. Die Universität Freiburg (ALU) leistet einen maßgeblichen Projektbeitrag zur echtzeitfähigen Realisierung des optimierungsbasierten MPC-Konzepts der EBF auf WEA-Steuerungshardware. Insbesondere entwickelt die ALU maßgeschneiderte, echtzeitfähige Algorithmen zur numerischen Lösung der herausgearbeiteten EBF-Optimalsteuerungsprobleme und konzipiert im Rahmen der Engineering-Toolkette die automatische Umsetzung dieser Algorithmen in hocheffizientem Code für die ressourcenbeschränkte WT Hardware.
a) Umweltdegradation, Klimavariabilität und Klimawandel sind Faktoren, die zu Migrationsentscheidungen beitragen. Dies gilt eindeutig für die Flucht aufgrund plötzlicher Extremereignisse, die einen Verbleib in einer Region nicht erlauben. In welchem Ausmaß Umweltzerstörung und Folgen des Klimawandels, die sich über einen längeren Zeitraum hin entwickeln, zu Migrationsentscheidungen führen, die Wanderungsbewegungen innerhalb eines Staates oder Staatsgrenzen überschreitend sein können, ist derzeit noch unzureichend geklärt. Prognosen möglicher Migrationsströme aufgrund von Umweltzerstörung, Ressourcenproblemen und Klimawandel durch verschiedene Autor*Innen und Institutionen beruhen vielfach auf unterschiedlichen Annahmen und der Berücksichtigung einer Vielzahl von kontextbezogenen Variablen (sowohl umweltbezogene als auch nicht umweltbezogene). Die Folge sind abweichende und zum Teil konträre Schlussfolgerungen. Ebenso sind Ansätze und Theorien zur Erklärung und zum Verständnis umweltbezogener Migrationsentscheidungen sowie die verwendeten Definitionen in diesem Forschungsfeld uneinheitlich und divers. b) In dem UFOPLAN-Vorhaben sollen die wesentlichen Ansätze und Prognosemodelle für Umwelt- und Klimamigration sowie deren Ergebnisse ausgewertet, synoptisch zusammengestellt und kritisch diskutiert werden. Die potentiellen Folgen umweltbezogener und klimabedingter Migrationsströme für Europa und Deutschland sollen herausgearbeitet und in einem Bericht dargestellt werden. Im Rahmen des Vorhabens ist ein Fachgespräch mit internationaler Beteiligung vorgesehen. Ziel des Fachgesprächs ist ein Austausch über die Verlässlichkeit der diversen Ansätze und Prognosemodelle für Umwelt-migration und Umweltflüchtlinge. Außerdem ist eine internationale öffentliche Veranstaltung geplant, in der die Ergebnisse des Vorhabens vorgestellt und diskutiert werden.
Das UBA arbeitet seit Jahren kontinuierlich an der Weiterentwicklung von Ökobilanzen. Des Weiteren entwickelt UBA derzeit eine Methode, die Umweltwirkung von Produkten anhand einer vereinfachten Umweltbewertung (VERUM) abzuschätzen. Zielsetzung dieses Vorhabens ist es, die Basisdaten für die Belastungskategorie 'Flächenverbrauch / temporäre Flächennutzung' zu identifizieren und hinsichtlich ihrer Eignung für Ökobilanzen und VERUM zu verifizieren. Flächenbezogene Wirkungen für Verkehrsträger, Kraftstoffe, Energieträger, Rohstoffe und notwendige Transportdienstleistungen sollen dabei berücksichtigt werden und in einheitliche Datengerüste einfließen. Dabei werden sowohl direkte und indirekte Flächennutzungsänderungen als auch temporäre Flächenbelegungen berücksichtigt. Die Verifizierung der Datensätze erfolgt anhand von beispielhaften Umweltbewertungen ausgewählter Produkte.
Ziel des Verbundprojektes ist es, die Stoffeinträge von hydrothermalen Systemen des Kermadec-Vulkanbogens in den Ozean zu charakterisieren und deren Bedeutung für den globalen Stoffhaushalt der Meere sowie die lokalen chemischen und biologischen Prozesse in der Wassersäule und am Meeresboden zu verstehen. Insbesondere sollen folgende Schwerpunkte untersucht werden: - Geochemische Charakterisierung der hydrothermalen Fluide als Ausgangspunkt für hydrothermale Stoffeinträge in die Wassersäule. - Verfolgen und Quantifizieren des Materialexports von der hydrothermalen Quelle zum Ozean. - Erforschung der Energie- und Materialtransportpfade zwischen Fluiden und Vent-Gemeinschaften in den Hydrothermalfeldern des Kermadec-Bogens. Während der Ausfahrt sollen hydrothermale Fluide, Festphasen, Plumes und biologische Gemeinschaften von verschiedenartigen Hydrothermalquellen im südlichen und mittleren Kermadec-Bogen mit Hilfe des ROV Quest, CTD/Wasserschöpfern und Multicorern interdisziplinär untersucht werden. Das Teilprojekt der Universität Bremen (MARUM) trägt mit seiner Expertise im Bereich Wasser-Gesteins-Wechselwirkungen und der Untersuchung geochemischer Prozesse in submarinen Hydrothermalsystemen sowie der Analyse von Strömungsmessungen hydrothermaler Plumes und der Quantifizierung vertikaler Austauschprozesse im Ozean zum Verbundprojekt bei. Die Untersuchungen zielen auf ein besseres Verständnis der Rolle der Magmenentgasung im Metalltransport zum Meeresboden als auch des Flusses von Metallen in der Wassersäule in hydrothermalen Systemen ab. Auf längerer Sicht werden die daraus resultierenden Erkenntnisse zu bessere Prozessverständnisse des hydrothermalen Massentransfers führen, die sich auf die Exploration mariner Massivsulfidvorkommen und fossiler Analogsysteme auswirken können.
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