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Forschergruppe (FOR) 2337: Denitrifikation in landwirtschaftlichen Böden: Prozesssteuerung und Modellierung auf verschiedenen Skalen (DASIM), Teilprojekt: Bodeninkubationen zur Gewinnung von Modellvalidierungsdatensätzen und Experimente zur Quantifizierung des anaeroben Volumenanteils im Boden

Robuste Datensätze zur Validierung von N2 Flüssen aus Denitrifikationsmodellen sind rar, vor allem wegen der begrenzten Verfügbarkeit geeigneter Methoden, aber auch aufgrund der extremen raum-zeitlichen Heterogenität der Denitrifikation. Der anaerobe Volumenanteil im Boden, eine wesentliche Steuergröße der Denitrifikation, ist bekanntlich von der räumlichen Verteilung der Gasdiffusivität und der Respiration abhängig. Durch die begrenzte Messbarkeit seiner Regelfaktoren wurde der anaerobe Volumenanteil im Boden bisher kaum quantifiziert. Heute stehen jedoch besser geeignete Methoden zur Verfügung. Diese Aspekte werden wir in vier Abschnitten behandeln. 1. Neue und verbesserte Stabilisotopenmethoden sollen eingesetzt werden, um Datensätze zu erheben, die die Aktivität der Denitrifikation und ihre Regelung in hoher räumlichen und zeitlichen Genauigkeit und Auflösung abbilden. Diese Datensätze dienen der Validierung bestehender und Kalibrierung neuer Denitrifikationsmodelle, die in Teilprojekten von DASIM (P7, P8, PC) angewendet und/oder entwickelt werden sollen. 2. Durch Inkubationsversuche mit variierter Bodenmenge unter standardisierten Bedingungen werden wir das für die Denitrifikation repräsentative Elementarvolumen als Grundlage für das Hochskalieren bei der Modellierung untersuchen. 3. Zur Bestimmung des anaeroben Bodenvolumenanteils werden wir in Kooperation mit P1 und P8 die räumliche Verteilung der Gasdiffusivität sowie Denitrifikationsaktivitäten unter definierten Sauerstoffverhältnissen messen. Diese verschiedenen Ansätze werden kreuzvalidiert und der aussichtsreichste wird bei der Validierung des anaeroben Volumens in den neuen Denitrifikationsmodellen (P8) Anwendung finden. 4. Wir werden testen, ob die räumlichen Verteilungen der Denitrifikationsaktivität sowie ihrer Kontrollfaktoren mit NanoSIMS bestimmt werden können und ob NanoSIMS geeignet ist, um in Phase 2 von DASIM heterogene mikroskalige Prozesse in größerem Umfang zu untersuchen. Diese Tests beinhalten die Messung der Verteilung der organischen Substanz in ausgewählten Bodenaggregaten und eine neue 15N-Tracermethode zur Lokalisierung von Nitratabbau in Aggregaten.

Bilder aus dem PC Radarkomposit Deutschland - Images from the PC composite Germany

Radarbilder PC des operationellen DWD-Radarverbundes - Radar images PC from the operational DWD radar composite

Bilder aus dem PC Radarkomposit Deutschland - Images from the PC composite Germany

Radarbilder PC des operationellen DWD-Radarverbundes - Radar images PC from the operational DWD radar composite

Bilder aus dem Radarkomposit PC - Images from the PC composite

Radarbilder PC des operationellen DWD-Radarverbundes - Radar images PL from the operational DWD radar composite

Bilder aus dem Radarkomposit PC - Images from the PC composite

Radarbilder PC des operationellen DWD-Radarverbundes - Radar images PL from the operational DWD radar composite

Entwicklung der Fehlerschätzungsmethode für Datenassimilation für allgemeine Ozean-Zirkulationsmodelle

Die 4D-Var Datenassimilation (4D-var DA) ist eine spezielle Methode, die zur Initialisierung von Klima- und Wettervorsagen durch die Schätzung von Klimamodellparametern benutzt wird, in dem Modelle an beobachtende Daten angepasst werden. Aus verschiedenen Gründen führen DA unvermeidliche methodische Fehler ein, die sich auf die Genauigkeit der Modellvorhersagen auswirken. Aktuelle Methoden zur Fehlerkorrektur brauchen erhebliche Computerressourcen. Dies ist ein Grund, warum die Verwendung dieser Methoden in der Klimamodellierung begrenzt ist und sie nur in vereinfachten Versionen angewandt werden. Die Entwicklung einer konzeptuell neuartigen, robusten und effizienten, nichtlinear-variationellen Fehlerschätzungsmethode (NOVFEM) ist Ziel dieses Projekts. Diese Methode wird Fehler von DA Methoden schätzen und die notwendigen Korrekturen bestimmen. Im Besonderen ist es geplant, VOVFEM im Rahmen einer Anwendung in Klimavorhersagesystemen zu entwickeln. Der Vorteil der vorgeschlagenen Methode ist, dass der Algorithmus auf einer abstrakten mathematischen Formulierung basiert und deshalb in vielen geophysikalischen Bereichen angewandt werden kann. Eine weitere Innovation dieses Projekts ist die Entwicklung einer Methode zur schnellen und einfachen Berechnung von inversen Kovarianzmatrizen, die z. B. Anwendung in DA finden. Die vorgeschlagenen Methode ist im Vergleich mit existieren Methoden effizienter. Es wird erwartet, dass die theoretischen Ergebnisse dieses Projekt national und international veröffentlicht werden und ein freier Zugang zur NOVFEM Software wird bereitgestellt werden.

Schwerpunktprogramm (SPP) 527: Bereich Infrastruktur - International Ocean Discovery Program, Teilprojekt: Seismische Voruntersuchungen für eine IODP Bohrung auf dem Kapverden Plateau

Hauptfragestellungen des IODP-Vorschlags 'Cenozoic climate, productivity, and sediment transport at the NW African continental margin' sind: i) das NW-Afrikanische Klima in einer wärmeren Welt und ii) die Reaktion hochproduktiver Ökosysteme auf andere Klimabedingungen als heute. Dazu sollen Sedimentkerne in sechs Gebieten vor NW-Afrika erbohrt werden. Eine zentrale Lokation für die Arbeiten liegt auf dem Kapverden Plateau in der Nähe der ODP-Bohrung 659. Für dieses Gebiet existieren jedoch keine modernen hochauflösenden seismischen Daten. Solche Daten werden im Rahmen der Meteor-Ausfahrt M155 im Zeitraum vom 26. Mai bis 30. Juni 2019 gesammelt. Hauptziel dieses DFG-Antrags ist die Bearbeitung und Interpretation der neuen seismischen Daten, um die Sedimente des Kapverden Plateaus seismisch-stratigraphisch einzuordnen. Die seismischen Untersuchungen zielen darauf ab, eine Lokation zu identifizieren, an dem das Plio-Pleistozän dünner und das Miozän mächtiger ist als in der ODP-Bohrung 659. Damit wäre es möglich mittels APC-XCB tiefer in das Miozän zu bohren, was von entscheidender Bedeutung für die Gewinnung von qualitativ hochwertigen Kernen für Paläoklimauntersuchungen ist.

Wertebasierte Optimierung von Asset Management Strategien für Mittelspannungsnetze mittels Künstlicher Intelligenz, Teilvorhaben: Wirtschaftlichkeitsprüfung und Plausibilisierung sowie Entwicklung von vereinfachten Beratungskonzepten und Verbreitung der Kenntnisse in der Branche

Die EFL übernimmt im Projekt PAMAd zentrale Aufgaben in der Entwicklung eines datengetriebenen und KI-gestützten Asset-Management-Systems für Verteilnetzbetreiber. Der Fokus liegt auf der Modellierung und Analyse von Kostenstrukturen, der Integration unternehmensspezifischer Werte in Entscheidungsprozesse sowie der Validierung und Optimierung KI-basierter Instandhaltungsstrategien. Zu Beginn des Projekts strukturiert und analysiert die EFL die Lebenszykluskosten von Betriebsmitteln in der Mittelspannungsebene. Dabei werden Kostenmodelle entwickelt, die CAPEX, OPEX und Netzregulierungsmechanismen berücksichtigen. Parallel erfolgt die Erarbeitung einer unternehmensspezifischen Wertebasis, die Versorgungssicherheit, Nachhaltigkeit und wirtschaftliche Zielsetzungen der Netzbetreiber integriert. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Validierung der entwickelten KI-Modelle. Die EFL analysiert, inwiefern KI-gestützte Strategien im Vergleich zu klassischen Asset-Management-Methoden wirtschaftliche und technische Vorteile bieten. Hierzu werden Szenarien simuliert, Ergebnisse validiert und praxisnahe Entscheidungshilfen für Netzbetreiber abgeleitet. Zusätzlich entwickelt die EFL Methoden zur optimalen Darstellung von Modellergebnissen in Form geeigneter Kennzahlen und Visualisierungen. Diese ermöglichen eine transparente und anwendungsfreundliche Nutzung der Ergebnisse durch Asset Manager. Die Erkenntnisse aus dem Projekt fließen in Empfehlungen für Netzbetreiber ein und werden durch Fachveröffentlichungen sowie Branchenforen einer breiteren Fachöffentlichkeit zugänglich gemacht.

Energetische Querschnittserhebung deutscher Theaterspielstätten und Monitoring des Opern- und Schauspielhauses Köln mit Schwerpunkt Komfortuntersuchungen

Vorhabenziel: Das Forschungsprojekt bearbeitet zwei Schwerpunkte: Die energetische Querschnittsanalyse von deutschen Theaterspielstätten und das Intensivmonitoring des denkmalgeschützten, aktuell in Sanierung befindlichen Opern- und Schauspielhauses Köln nach seiner Wiedereröffnung 2015. Ziel ist die Analyse von 10- 15 charakteristischen Gebäuden für ein Benchmarking der durch ihre Frequentierung stark öffentlich wahrgenommenen Theaterspielstätten. Detaillierte vergleichende Angaben zu Energiekennwerten, Wirtschaftlichkeit, Lebenszykluskosten und Nutzerzufriedenheit wurden für den Gebäudetypus bislang nicht erhoben, diese erfasst das Forschungsprojekt u.a. mit dem Schwerpunkt Komfortuntersuchung im Monitoring. Arbeitsplanung: Für die energetischen Querschnittsanalysen werden Berechnungen mit den Bilanzierungswerkzeugen TEK-Tool und EnerCalc, sowie Kurzzeitmessungen und Nutzerbefragungen durchgeführt. Für das Intensivmonitoring des Opern- und Schauspielhauses wird ein Messkonzept erarbeitet, welches in Phase 2 mit Messungen, Nutzerbefragung, Auswertungen und Optimierungen umgesetzt wird. Ein mögliches Überführen in ein Langzeitmonitoring wird vorbereitet. Geplante Ergebnisverwertung: Das im Forschungsprojekt erarbeitete Energie-Benchmarking für den Gebäudetypus Theaterspielstätten ermöglicht den Häusern eine Positionierung im Bereich Energie und die Identifizierung von Hochverbrauchern. Die erarbeiteten Kennwerte des Gebäudetypus Theaterspielstätten sollen über den Normenausschuss die Nutzungsrandbedingungen für Theater- und Veranstaltungsbauten der DIN 18599 weiter optimieren helfen. Die erfassten Daten erweitern die EnOB-Datenbank um Theaterspielstätten. In die Forschungsarbeiten werden Studierende einbezogen, ein fachübergreifendes Studienmodul 'Optimierung von Sanierungskonzepten mittels Monitoring' wird entwickelt. Die Bilanzierungswerkzeuge TEK und EnerCalc werden über die Lehre weiter verbreitet und die den Entwicklern gespiegelten Erfahrungen mit TEK helfen die Werkzeuge weiter zu optimieren.

Nachhaltige Schiffskabinen für eine Kreislaufwirtschaft im Schiffbau, Vorhaben: Ökonomische Gestaltungsgrundsätze modularer Niedrigenergiekabinen für die maritime Kreislaufwirtschaft und Kabinenklimatisierung

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