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Forschergruppe (FOR) 2131: Datenassimilation in terrestrischen Systemen; Data Assimilation for Improved Characterisation of Fluxes across Compartmental Interfaces, Teilprojekt: Identifizierbarkeit von Boden- und Ökosystemzustandsgrößen und -parametern in integrierten Grundwasser-Landoberfläche-Atmosphäre-Modellen durch multivariate Datenassimilation

Wir werden eine Strategie zur Assimilation der Landoberflächentemperatur implementieren, bei der verschiedene Beobachtungen innerhalb eines Tages verwendet werden, um sensitive Landoberflächenparameter und -zustandsgrößen anzupassen. Wir werden zudem einen Operator zur Assimilation des Blattflächenindex entwickeln, um damit dynamische Vegetationszustandsgrößen und sensitive Ökosystemparameter anzupassen. Der Nutzen der genannten Daten in Kombination mit Bodenfeuchtebeobachtungen wird mit Hilfe synthetischer Experimente ermittelt. Im Besonderen wird dabei untersucht, ob die Parameterschätzung verbessert werden kann und in welchem Ausmaß die Assimilation bestimmter Datentypen die Zustandsgrößen anderer Kompartimente verbessert. Hierbei werden realistische Szenarien verwendet, welche verschiedene Unsicherheitsquellen und unbekannte Parameter beinhalten. Synthetische Experimenten werden zunächst mit der Landkomponente von TerrSysMP-PDAF (CLM-ParFlow-PDAF) mit Hilfe eines gemeinsamen Testfalles mit P5, P6 und P7 durchgeführt. Wir werden zudem Beiträge zu den Experimenten mit dem gesamten TerrSysMP-PDAF liefern, welche von C1 koordiniert werden. Im letzten Schritt werden Tests mit dem Rureinzugsgebiet durchgeführt.

Vagante Spinnen (Lycosidae) als generalistische Prädatoren in einem Wald-Wiese-Gradienten: Phänologie, Regulationsfaktoren und Stellung im Nahrungsnetz

Das beantragte Projekt untersucht biotische Regulationsmechanismen epigäischer Prädatoren mit einem breiten Nahrungsspektrum. Polyphage Prädatoren und ihre Beuteorganismen bilden einen zentralen Komplex des Nahrungsnetzes von vielen terrestrischen Lebensräumen. Durch die Nutzung von Beute aus dem oberirdischen wie dem unterirdischen Nahrungsnetz verknüpfen generalistische Prädatoren diese beiden Subsysteme terrestrischer Ökosysteme. Exemplarisch werden zwei Arten von Wolfsspinnen (Lycosidae) einer Wald-Wiese-Übergangszone untersucht. In diesem Habitat koexistieren verschiedene Lycosidenarten, dominant sind Pardosa pullata und P. lugubris. Für diese beiden Arten wird die Phänologie, das Nahrungsspektrum und wichtige biotische Steuergrößen der Populationen (Angebot an Beute, Intra-Gilde-Prädation, Kannibalismus, Parasitoide) untersucht. Durch die Analyse der Gehalte der natürlichen Isotope 13C und 15N wird die Stellung dieser beiden Arten im Nahrungsnetz bestimmt und ihr Beutespektrum im Labor und im Freiland analysiert. Die Untersuchungen sollen die Funktion von generalistischen Prädatoren im Nahrungsnetz terrestrischer Ökosysteme exemplarisch beleuchten und wesentliche biotische Interaktionen, die als Steuergrößen für generalistische Prädatoren wichtig sind, aufdecken.

Ready for Take-Off!? Integration der drohnengestützten Fernerkundung in das Monitoring von Offenland-FFH-Lebensraumtypen

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Das Monitoring von Schutzgebieten, z. B. in Natura?2000-Gebieten oder auf DBU-Naturerbeflächen, erfordert eine regelmäßige Erhebung des Erhaltungszustands von Flora-Fauna-Habitat(Lebensraum)-Typen (FFH-Typen), um notwendige Managementmaßnahmen ableiten zu können. Hierfür existieren für alle Lebensraumtypen standardisierte Kartieranleitungen mit zugehörigen Bewertungsschemata, die bislang im Rahmen aufwändiger Feldbegehungen durch Expert*innen umgesetzt werden. Angesichts der Vielzahl an Schutzgebieten und Lebensraumtypen geraten die zuständigen Behörden zunehmend an personelle und finanzielle Grenzen. Gleichzeitig eröffnen aktuelle technische und wissenschaftliche Entwicklungen im Bereich der Drohnenfernerkundung neue Möglichkeiten für eine flächendeckende, objektivere und effizientere Erfassung von Ökosystemparametern. In unserem Vorhaben wollen wir Methoden der Drohnenfernerkundung zur Erfassung des Erhaltungszustands von FFH-Typen des Offenlandes auf ihre Praxistauglichkeit hin prüfen und weiterentwickeln. Ziel ist es, eine Wissensdatenbank zu erstellen, welche Indikatoren der Habitatqualität mit den dazugehörigen geprüften und standardisierten Methoden verknüpft. Diese Wissensdatenbank soll künftig als Grundlage für die Weiterentwicklung bestehender Kartierleitfäden dienen und damit einen Beitrag zur Effizienzsteigerung und Qualitätsverbesserung im Schutzgebietsmonitoring leisten.

Lebenszyklusverlängerung von bestehenden und zukünftigen stationären Batteriespeichersystemen durch hybride Zustandsprognose, Teilvorhaben: Statistische und Machine-Learning basierte Methoden zur Alterungsbestimmung

Im Teilprojekt 'Statistische und Machine-Learning basierte Methoden zur Alterungsbestimmung' werden zunächst literaturbekanntere Modelle zur Alterung von Batteriezellen um statistische Informationen aus Labordaten erweitert und im Folgenden (mittels unterschiedlicher Modellansäte) in ein Gesamtmodel hybridisiert. Dabei spielt die Abbildung von Modellunsicherheiten und Parameter-Variationen eine zentrale Rolle. Methodisch werden dazu neben statistischen Verfahren insbesondere auch Techniken des maschinellen Lernens eingesetzt. Eine anwendungsorientierte Analyse von ökonomischen und ökologischen Parametern in unterschiedlichen Use-Cases, sowie eine Simulation des Alterungsverhaltens in Second-Life / Zero-Life Anwendungsfällen auf Basis der entwickelten Alterung-Prognose-Modelle rundet das Teilprojekt ab.

Stechmücken und stechmückenübertragene Zoonosen in Deutschland, Teilprojekt 2

Fünf Partnerinstitutionen (Bernhard-Nocht-Institut für Tropenmedizin, BNITM; Friedrich-Loeffler-Institut, FLI; Universität Oldenburg, CvO; Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung, ZALF; Gesellschaft zur Förderung der Stechmückenbekämpfung, GFS) und ein assoziierter Partner (Fraunhofer Institut für Zelltherapie und Immunologie, IZI) werden in CuliFo3 Effekte biotischer und abiotischer Faktoren auf das Auftreten tier- und humanmedizinisch bedeutender Arboviren in Deutschland analysieren. Das wissenschaftliche Konzept baut auf Erkenntnisse der zuvor vom BLE finanzierten Projekte CuliFo und CuliFo2 auf. Ergebnisse werden genutzt, um zeitnahe gezielte Reaktionen zum Management von Risikosituationen zu ermöglichen und adäquate Maßnahmenkataloge zu entwickeln. Für ein Frühwarnsystem wird der Einfluss von insektenspezifischen Viren auf die Arbovirus-Replikation in Vektoren, von Ko-Infektionen mit Arboviren auf die Vektorkapazität, die Ausscheidungsdynamik und minimale Infektionsdosis von Arboviren für Culiciden erforscht. Ebenso, ob Infektionen von Vögeln mit USUV oder TBEV zu Kreuzprotektion gegenüber WNV führen. Die klinische Relevanz von Arbovirus-Infektionen wird über Untersuchung von Blutspender- und Patientenproben und toten Wildvögeln erfolgen und die Arbovirus-Surveillance durch Analyse des Viroms von Culiciden und Vögeln und die Validierung des Einsatzes von FTA-Karten. Modellierung von Landschaftsstrukturen als Stechmückenhabitat, Erfassung von Flugaktivitäten, physikalisch-chemischer und ökologischer Parameter sowie der Rastplätze von Stechmücken tragen zum besseren Verständnis der Vektorökologie bei. Die biologische Bekämpfung von Culiciden-Larven durch Copepoden sowie mit mikrobiellen Bekämpfungsstoffen wird als umweltverträgliche und nachhaltige Strategie evaluiert. Eine Kosten-Nutzen-Analyse zur Wirksamkeit und zu sozioökonomischen Konsequenzen von Maßnahmen zur Bekämpfung von Arboviren untersucht Vor- und Nachteile der verschiedenen Methoden.

Stechmücken und stechmückenübertragene Zoonosen in Deutschland, Teilprojekt 4

Fünf Partnerinstitutionen (Bernhard-Nocht-Institut für Tropenmedizin, BNITM; Friedrich-Loeffler-Institut, FLI; Universität Oldenburg, CvO; Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung, ZALF; Gesellschaft zur Förderung der Stechmückenbekämpfung, GFS) und ein assoziierter Partner (Fraunhofer Institut für Zelltherapie und Immunologie, IZI) werden in CuliFo3 Effekte biotischer und abiotischer Faktoren auf das Auftreten tier- und humanmedizinisch bedeutender Arboviren in Deutschland analysieren. Das wissenschaftliche Konzept baut auf Erkenntnisse der zuvor vom BLE finanzierten Projekte CuliFo und CuliFo2 auf. Ergebnisse werden genutzt, um zeitnahe gezielte Reaktionen zum Management von Risikosituationen zu ermöglichen und adäquate Maßnahmenkataloge zu entwickeln. Für ein Frühwarnsystem wird der Einfluss von insektenspezifischen Viren auf die Arbovirus-Replikation in Vektoren, von Ko-Infektionen mit Arboviren auf die Vektorkapazität, die Ausscheidungsdynamik und minimale Infektionsdosis von Arboviren für Culiciden erforscht. Ebenso, ob Infektionen von Vögeln mit USUV oder TBEV zu Kreuzprotektion gegenüber WNV führen. Die klinische Relevanz von Arbovirus-Infektionen wird über Untersuchung von Blutspender- und Patientenproben und toten Wildvögeln erfolgen und die Arbovirus-Surveillance durch Analyse des Viroms von Culiciden und Vögeln und die Validierung des Einsatzes von FTA-Karten. Modellierung von Landschaftsstrukturen als Stechmückenhabitat, Erfassung von Flugaktivitäten, physikalisch-chemischer und ökologischer Parameter sowie der Rastplätze von Stechmücken tragen zum besseren Verständnis der Vektorökologie bei. Die biologische Bekämpfung von Culiciden-Larven durch Copepoden sowie mit mikrobiellen Bekämpfungsstoffen wird als umweltverträgliche und nachhaltige Strategie evaluiert. Eine Kosten-Nutzen-Analyse zur Wirksamkeit und zu sozioökonomischen Konsequenzen von Maßnahmen zur Bekämpfung von Arboviren untersucht Vor- und Nachteile der verschiedenen Methoden.

Die Lagerungsfaehigkeit von Frischgemuese in Abhaengigkeit von oekologischen Faktoren und unter besonderer Beruecksichtigung physiologischer und mikrobieller Aspekte

Es wird die Lagerungsfaehigkeit in Abhaengigkeit von oekologischen Faktoren (insbesondere Duengung, Boden, Klima) in Parallele mit physiologischen und mikrobiologischen Parametern untersucht. Im Einzelnen stehen in der Pruefung - Atmungsumsatz - Enzymaktivitaet - Dichte der Epiphyten-Mikroflora verschiedener physiologischer Gruppen - Verpilzungstest. Ziel der Arbeit ist das Auffinden von Faktoren, die die Lagerungsfaehigkeit beeinflussen, und die Ausarbeitung von Schnelltestverfahren zur Vorherbestimmung der Lagerungsfaehigkeit.

Oekologie und Physiologie von Bakterien an extrem salzhaltigen Standorten

Standorte von extremer Salinitaet werden auf ihre oekologischen Parameter und die damit selektionierte Bakterienflora untersucht. Ziel: Loesung der Frage, wodurch Mikroorganismen befaehigt sind, in gesaettigten Salzloesungen (evtl. von hoher Alkalinitaet) zu ueberleben und sich diesen Standorten anzupassen. Das Projekt befindet sich gegenwaertig im Stadium einer Bestandsaufnahme. Bisheriges oekologisches Objekt: Alkaliseen in Aegypten.

Stechmücken und stechmückenübertragene Zoonosen in Deutschland, Teilprojekt 5

Regionalisierung landschaftsökologischer Parameter im alpinen Hochgebirgsraum (Walliser Alpen, Gornergrat). Bestimmung der hydrologischen Komplexgrößen Schnee und Bodenwasser sowie Klärung ihrer Bedeutung für das ökologische Prozeßgefüge

Ziel des Vorhabens ist, neben der Aufnahme des systembestimmenden Wirkungsgefüges für die alpine Gebirgsstufe, vor allem ein möglichst wirklichkeitsnahes Landschaftsmodell aufzubauen, um prognostische Aussagen zu potentiellen Umweltveränderungen für die alpine Stufe der Alpen treffen zu können. Das geplante Vorhaben versucht daher, für den alpinen Raum möglichst präzise flächenrelevante Aussagen zu den Systemparametern Vegetation, Biomasse, Relief, Schneedecke, Bodenfeuchte und Bodenwärme zu treffen, um im landschaftsökologischen Sinne das signifikante Beziehungsgefüge dieser Größen herauszustellen. Im Vordergrund der Arbeiten steht vor allem der Einsatz eines neuen feldtauglichen Messprinzips zur Bestimmung des Bodenwassergehalts auf der Basis von Wärmekapazitätsmessungen. Infolge einer engen Bindung des Bodenfeuchteregimes an das Mikrorelief sowie an die hydrologisch bedeutsame Schneedecke, sollen auch diese beiden ökologisch wichtigen Kenngrößen mit Hilfe einer fortschrittlichen Erfassungsmethodik aufgenommen werden (lasergestützter Digitalkompaß, 3D-Software). Es ist insbesondere dieser neue methodische Ansatz, der das geplante Vorhaben klar von bereits durchgeführten landschaftsökologischen Arbeiten in vergleichbaren Räumen löst und daher vielversprechende ökologische Grundlagenergebnisse erwarten läßt. Die vergleichsweise exakten Punkt- und Flächenparameteraufnahmen können aber auch als Beschreibung des ökosystemaren Ist-Zustandes verstanden werden, so daß Aufnahmewiederholungen bereits stattgefundene Systemveränderungen dokumentierten können (Ökosystemmonitoring).

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