Die Häufigkeit und das Ausmaß extremer hydrologischer Ereignisse werden höchstwahrscheinlich durch den Klimawandel verstärkt. Hochalpine Einzugsgebiete sind besonders sensible Räume, da diese Regionen der Hydrosphäre stark durch Veränderungen im Temperatur- und Niederschlagsregime beeinflusst werden. Die starke Kopplung zwischen der Hydrologie und weiteren Komponenten der Geosystem in hoch gelegenen Einzugsgebieten erfordert eine detaillierte Beschreibung der ablaufenden hydrologischen Prozesse. Dieser Umstand rechtfertigt die Einrichtung dieses Teilprojekts der im Rahmen des SEHAG Projektes (Sensitivity of high Alpine geosystems to climate change since 1850) beantragten Forschergruppe. Die Innovation der vorgeschlagenen Forschungsrichtung liegt in der Untersuchung der Veränderungen in der Hydrosphäre zwischen 1850 und 2050 und wie diese mit den übrigen Komponenten der Geosystem in hochalpinen Lagen interagieren. Insbesondere werden wir gründliche Zeitreihenanalysen zur Untersuchung der Korrelation zwischen Klimawandel und den Jährlichkeiten extremer hydrologischer Ereignisse (z.B.: zeitliche Verteilung von Niederschlagsereignissen innerhalb eines Jahres und Einsetzen der Schnee- und Gletscherschmelze) durchführen. Daneben wollen wir verifizieren ob es möglich ist die Qualität der hydrologischen Modelle für hochalpine Einzugsgebiete durch 'multi-objective' Kalibrierungsansätze zu verbessern. Archive spielen dabei eine wichtige Rolle als Datenquelle zur Rekonstruktion der meteorologischen Bedingungen der Vergangenheit. Außerdem ermöglicht die Zusammenarbeit mit anderen Teilprojekten die Kalibrierung des hydrologischen Modells, sowohl gegen den Abfluss, als auch gegen Permafrost- sowie Schnee- und Gletschermessungen. Darüber hinaus werden uns die geplanten experimentellen Messungen erlauben die 'multi-objective' Kalibrierung auf weitere Parameter, wie die elektrische Leitfähigkeit des Abflusses oder die Wassertemperatur der Wildbäche auszuweiten. Das resultierende, kalibrierte Modellergebnis, für das eine intensive Unsicherheitsanalyse durchgeführt werden wird, wird dann von den weitern Teilprojekten genutzt, um die Veränderungen in der Geosystem zu interpretieren.
Lange homogene beobachtete Zeitserien von Klimavariablen werden nicht nur an der Erdoberfläche sondern auch in der freien Atmosphäre benötigt, denn Klimaanomalien und Klimaänderungen haben eine dreidimensionale räumliche Struktur. In-situ Beobachtungen der freien Atmosphäre, vor allem Radiosonden- und Ballondaten, sind in der Nordhemisphäre etwa seit den 1930er Jahren verfügbar, und globale Bedeckung ist seit dem internationalen geophysikalischen Jahr (IGY) 1958 gegeben. Um das volle Potential der Daten auszuschöpfen müssen (i) künstliche systematische Fehler und Sprünge aus den Stationszeitreihen entfernt werden und die Daten müssen (ii) mit einem geeigneten dynamischen Datenassimilations-system im Rahmen sogenannter Reanalysen assimiliert werden. Die Entfernung künstlicher Sprünge aus den Beobachtungsreihen nennt man Homogenisierung. Das Fehlern homogener Klimareihen der freien Atmosphäre zurück bis in die 1970er oder sogar 1930er Jahre wurde vom Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) als großer Unsicherheitsfaktor identifiziert, der unsere Fähigkeit zur Diagnose von Klimaänderungen wesentlich einschränkt. Im Projekt P18120-N10 (Ende im Mai 2009) hat der Antragsteller weltweit führende Homogeni-sierungsmethoden für Radiosondentemperaturen und -winde entwickelt. Die berechneten Korrekturen werden in laufenden Reanalyseprojekten über die Satellitenperiode (1979-) am europäischen Zentrum für mittelfristige Wettervorhersage (EZMW) und an der National Aeronautics and Space Administration (NASA) benutzt. Ein neues Projekt mit folgenden Zielen wird nun beantragt: (i) Entwicklung eines vereinheitlichten Homogenisierungssystems, das Temperatur, Feuchte und Winddaten gemeinsam homogenisiert. Es soll homogene Datensätze dieser Parameter zurück bis 1958 liefern. (ii) die Schätzung systematischer Fehler in Radiosondenmessungen während des Datenassimilationsprozesses ('online bias estimation'). (iii) Untersuchung und wenn möglich Homogenisierung des Radiosondendatensatzes von 1938-1958. Ziel (i) geht auf die Tatsache ein, dass seit 1958 zwar ein globaler Radiosondenfeuchte- und Winddatensatz zur Verfügung steht, aber keine Korrekturen, die umfassend genug sind, um für eine Klimadatenassimulation hilfreich zu sein. Homogenisierte Temperaturreihen der Universität Wien und von anderen Quellen existieren, aber enthalten immer noch bedeutende Inkonsistenzen, die entfernt werden müssen, wie neuere Forschungsergebnisse gezeigt haben. Die gemeinsame Betrachtung aller Parameter ist ein neuer Ansatz, der zu verbesserter Brucherkennung führen sollte, weil Brüche in verschiedenen Parametern oft synchron auftreten aber nicht in allen Zeitserien erkennbar sind. Die Homogenisierung der Zeitreihenin späteren Perioden sollte auch durch überarbeitete Brucherkennungsverfahren und neu rekalibrierte Satellitenradianzen deutlich verbessert werden können. usw.
Der Datensatz beinhaltet die Hydrogeologische Räume als Hintergrundkarte der Zeitreihenanalysen zur Abweichung der Grundwasserneubildung im Grundwasserkörper von 1961 bis 2020 (mGROWA22). Die Zeitreihenanalysen beinhalten die Änderung der jährlichen Grundwasserneubildung von 1961 bis 2020 jeweils im Vergleich zur Referenzperiode 1961 bis 1990 eines Grundwasserkörpers ausschließlich auf niedersächsischem Gebiet. Die Grafiken zeigen Jahre mit überdurchschnittlicher (lila Balken), unterdurchschnittlicher (brauner Balken) Grundwasserneubildung und den linearen Trend. Hintergrundinformationen zum Wasserhaushaltsmodell mGROWA finden Sie im Geobericht 36 und zu den hydrogeologischen Räumen im Geobericht 3 des LBEG.
Der Datensatz beinhaltet die Änderung der jährlichen Grundwasserneubildung von 1961 bis 2020 jeweils im Vergleich zur Referenzperiode 1961 bis 1990 eines Grundwasserkörpers ausschließlich auf niedersächsischem Gebiet. Die Grafiken zeigen Jahre mit überdurchschnittlicher (lila Balken), unterdurchschnittlicher (brauner Balken) Grundwasserneubildung und den linearen Trend.
Begehungen im Umfeld von Tierhaltungen sollen in Anlehnung an Zeitreihenanalysen und in Verbindung mit Ausbreitungsrechnungen einer Erfassung der Wahrnehmungshaeufigkeit von Geruchsstoffen und einer Bewertung zugefuehrt werden
Im Lauf der letzten Dekaden wurde für große Teile der Arktis eine signifikante Erwärmung der Erdoberfläche und des oberflächennahen Untergrunds beobachtet. Deren Folgen zeigen sich bereits heute - beispielsweise in einer Ausbreitung der Buschvegetation und einer Vertiefung der saisonalen Auftauschicht. In Anbetracht der Bedeutung von Änderungen in Permafrostregionen für Umwelt, Infrastruktur und Klimasystem besteht ein dringender Bedarf, Parameter dieses Raumes großflächig zu bestimmen und kontinuierlich zu überwachen. Durch die Weite und spärlichen Besiedelung der Arktis sind diese Umweltdaten jedoch nur unzureichend verfügbar und ihre Erhebung ist kostenintensiv. In diesem Kontext können fernerkundliche Daten einen wichtigen Beitrag leisten; Flugzeug- und Satellitengestützte Systeme ermöglichen eine effiziente und flächendeckende Aufnahme von Oberflächeneigenschaften. Ziel des Projekts ist die Identifizierung und Quantifizierung von Zusammenhängen zwischen Eigenschaften der Erdoberfläche, welche durch Fernerkundung abgeleitet werden können, und Eigenschaften des Untergrunds, die den Zustand von Permafrostgebieten charakterisieren. Basierend auf diesen Ergebnissen ist ein weiteres Ziel die Erstellung von konzeptionellen Modellen, welche die Verschränkung und Verbindung von Umwelt-Parameter zeigen. Die Arbeiten werden in einem skalenübergreifenden Multi-Sensor-Ansatz durchgeführt. Der Fokus wird dabei auf die Identifizierung der Kopplungen zwischen Oberfläche und Untergrund, sowie auf den Einfluss des Betrachtungsmaßstabs gelegt. Als fernerkundliche Daten stehen zur Verfügung: (1) grob aufgelöste optische und thermische Satellitendaten, (2) mittel-aufgelöste Radar- und Multi-Spektraldaten und (3) hoch-aufgelöste Thermal-, Hyperspektral- und Laserscanner-Daten von regionalen Befliegungen. Die Charakterisierung des Untergrunds erfolgt mittels (1) geomorphologischer Kartierung, (2) Zeitreihen-Analyse der Temperatur und Bodenfeuchte aus abgeteuften Sensoren, (3) Ground Penetrating Radar (GPR) und (4) elektrischen Widerstandsmessungen. Fernerkundliche Daten der Erdoberfläche und geophysikalische Daten zum Untergrund werden mit multivariaten statistischen Methoden analysiert - mit dem Ziel Zusammenhängen zwischen Oberflächen- und Untergrund-Parametern des periglazialen Systems zu identifizieren und zu quantifizieren. Als Untersuchungsgebiete wurden die Mackenzie Delta Region und das Peel Plateau identifiziert. Beide Regionen liegen in Nord Kanada und zeigen innerhalb geringer Distanzen verschiedenartige, durch Permafrost geprägte Ökosysteme. Zudem stehen durch Vorstudien Daten zur Verfügung; zum einen Referenzdaten von Feld-Kampagnen und zum anderen Satellitenbilder verschiedener Sensoren. Darüber hinaus wird vom Alfred Wegener Institut eine Befliegung dieser Gebiete geplant und finanziert. Das Flugzeug wird mit einer vielfältigen Instrumentenauswahl bestückt; u. a. ein flugzeuggetragenes GPR, ein Laserscanner und eine hyperspektral Kamera.
Daten zur Luftschadstoffbelastung in Form von Immissionskonzentrationen sollen aktualisiert, analysiert und bewertet werden. Bislang wurde die Belastung durch Schwefeldioxid in den Vordergrund gestellt. Verhaeltnismaessig lange Zeitreihen (z.T. 10 Jahre und mehr) und eine raeumlich fast zufriedenstellende Anordnung von Messnetzen ermoeglichen jetzt erste Aussagen ueber die raeumliche und zeitliche Entwicklung der Belastungssituation. Die weiteren wichtigen Schadstoffkomponenten wurden - abgesehen vom Stickstoffdioxid in Reinluftgebieten - noch nicht so gruendlich untersucht wie das Schwefeldioxid. Die Stickoxide sollen daher zusammen mit Schwebstaub in den kuenftigen Analysen ein staerkere Beruecksichtigung finden als bisher. Ueber diese Schadstoffe liegen zwar weniger dichte Messnetze vor; trotzdem werden raeumlich gut differenzierte Aussagen erwartet. Forschungsfragen sind: Entwickelt sich die Belastung durch NO2 und Schwebstaub parallel zu der durch SO2 verursachten Belastung ? Wie sind Schwankungen der Belastung innerhalb der einzelnen Regionstypen zu bewerten ? Lassen sich die Zeitreihen meteorologisch bereinigen, um die Wirkungen von Massnahmen der Luftreinhaltung zu erkennen und zu bewerten ? Koennen mit Hilfe der Belastungsdaten der verschiedenen Schadstoffkomponenten regional differenzierte Belastungstypen herausgearbeitet werden ? Diese Frage ist unter raumplanerischen Aspekten von groesstem Interesse, da sie die Verbindung zur raeumlichen Emissionsstruktur herstellt. Vervollstaendigung und Aktualisierung der Immissionsdaten aus den Laendermessnetzen; Zeitreihenanalysen der NO2- und Schwebstaubbelastung im Vergleich zur SO2-Belastung; ...
Die Konzentrationen vieler natürlicherweise in der bodennahen Atmosphäre vorhandener Luftinhaltsstoffe sind aufgrund vielfältiger menschlicher Aktivitäten wie Einsatz fossiler Energieträger, industrielle Produktion und Intensivierung der Landwirtschaft in den letzten Jahrzehnten beträchtlich angestiegen. Der globale Anstieg klimawirksamer Spurengase wie Kohlenstoffdioxid (CO2), Methan (CH4), Distickstoffoxid (N2O), FCKW und Ozon (O3) soll nach Modellrechnungen bei anhaltenden bzw. weiter steigenden Emissionen im Verlauf des nächsten Jahrhunderts zu Veränderungen des globalen und regionalen Klimas führen. Weiterhin ist auch ein Anstieg der bodennahen UV-B-Strahlung nicht auszuschließen, sofern sich der Abbau der stratosphärischen Ozonschicht weiter fortsetzt. Gleichzeitig können Organismen und Ökosysteme unmittelbar durch die steigenden CO2- und O3-Konzentrationen beeinflusst werden. Ziel dieses Projektes ist es deshalb, die Auswirkungen des sich ändernden chemischen (insbesondere steigende CO2- und O3-Konzentrationen) und physikalischen (steigende globale Lufttemperaturen) Klimas auf Flora, Fauna und Boden eines extensiv genutzten Grünland-Ökosystems beispielhaft zu erfassen. Aufgrund der relativ geringen Häufigkeit und Intensität der Bewirtschaftungsmaßnahmen und der langen Lebensdauer bietet sich das Dauergrünland unter Wiesennutzung als besonders geeignetes System zur Abschätzung der langfristigen Auswirkungen von Klimaveränderungen im Ökosystem an. Das Vorhaben lässt sich in folgende Schwerpunkte gliedern: - Kontinuierliche Bestimmung der Konzentrationen von Luftinhaltsstoffen in der Umgebungsluft (insbesondere Ozon, CO2 und Stickstoffoxide) - Kontinuierliche Bestimmung des Austausches klimarelevanter Spurengase in der Grenzschicht Biosphäre/Atmosphäre (insbesondere CO2, H2O, Ozon, N2O, Methan) - Zeitreihenuntersuchungen auf Dauerbeobachtungsflächen - Experimentelle Manipulation der Konzentration von Luftinhaltsstoffen ( CO2, Ozon) in der Umgebungsluft zur Abschätzung ihrer langfristigen Auswirkungen auf Flora, Fauna und Boden des Ökosystems.
An allen 32 Standorten soll Folgendes durchgeführt werden: (a) bodenphysikalische und -chemische Analysen bis zu einer Tiefe von 2 m anhand einer Kombination aus falsche Zeitreihen- und longitudi-nalen Ansätzen; (b) Messungen mikrobiell gesteuerter Stickstoffumsetzungen im Boden und mikro-bieller Biomasse im Oberboden; (c) ganzjährige in-situ Messungen von NO, N2O, CH4 und CO2- Flüssen sowie Messungen der entsprechenden Einflussgrößen; (d) Entwicklung von Regressionsmo-dellen zwischen jährlichen Spurengasflüssen und einfach zu messenden Proxy- Variablen der Kont-rollgrößen im Boden; und (e) Messungen der Boden-CH4 und -CO2-Flüsse sowie in-situ Inkubationen von Epiphyten auf Ölpalmen.
Untersuchungen an Eiskernen auf Grönland zeigen Temperaturschwankungen in Polargebieten von 5 bis 10 Grad C innerhalb weniger Dekaden in den letzten 15000 Jahren. Derartige Schwankungen könnten zukünftig, trotz steigender CO2-Emissionsraten, zu extremen Abkühlungen des Erdklimas führen. Sedimentationsraten von bis zu 20 cm/100 Jahre in den Fjorden, die sowohl marine als auch terrestrische Signale in den Sedimenten archivieren, dokumentieren Ursachen und Konsequenzen dieser rapiden Klima- wechsel. Unter besonderer Berücksichtigung des organischen Kohlenstoffflusses sollen hochauflösende Zeitreihen mit folgenden Zielen erstellt werden: - Charakterisierung und Quantifizierung vertikaler(autochthoner) und lateraler (alochthoner) organischer Stoffflüsse in Fjorden und ihre Erhaltung im Sediment. - Klimagesteuerter Eintrag von organischer Substanz in Fjorde hoher Breiten; hochauflösende Rekonstruktion spätglazialer und holozäner Klimazyklen. - Computersimulation verschiedener Ablagerungsszenarien kohlenstoffreicher Sedimente in Fjorden sowie laterale und vertikale Organo-Faziesveränderungen.
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