Gemeinsame Pressemitteilung von Umweltbundesamt und Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz Bundesumweltministerin Lemke und UBA-Präsident Messner geben Startschuss für neuen Experimentierraum zur Analyse von Umweltdaten Bundesumwelt- und -verbraucherschutzministerin Steffi Lemke und der Präsident des Umweltbundesamts (UBA) Prof. Dr. Dirk Messner haben heute das Anwendungslabor für Künstliche Intelligenz und Big Data (KI-Lab) am UBA eröffnet. Das KI-Lab soll Grundlagen schaffen, um mit Künstlicher Intelligenz (KI) die Analyse großer Mengen von Umweltdaten (Big Data) stärker zu vereinfachen. Alle Behörden im Umweltressort werden das KI-Lab für ihre Arbeit nutzen, das heute seine Arbeit aufnimmt. Steffi Lemke, Bundesumwelt- und -verbraucherschutzministerin: „Die Potentiale von KI und Big Data sind immens – auch für den Schutz von Umwelt, Klima und Natur. Sie auf nachhaltige Weise zu heben, ist eine wichtige Gemeinschaftsaufgabe und gehört zu verantwortungsvoller Digitalisierung. Das neue KI-Lab ist innovativ und ermöglicht den Behörden des Umweltressorts, passgenaue Anwendungen für Herausforderungen zu entwickeln – zum Beispiel für die effizientere Auswertung von Satellitendaten, um den Ausbau von Wind- und Sonnenstrom besser planen zu können. Diese Anwendungen sollen die Arbeit der Behörden unterstützen und das Verständnis von Problemen, Lösungen und Zusammenhängen im Umweltbereich sowohl bei den Behörden selbst als auch in der Öffentlichkeit verbessern. Das hat Modellcharakter.“ UBA -Präsident Prof. Dr. Dirk Messner: „Digitale Transformation und künstliche Intelligenz sind ein Paradigmenwechsel auch im Umweltschutz. Wir werden Umweltdaten künftig völlig anders und auch besser analysieren können. Dazu müssen wir neue datenwissenschaftliche Methoden für die Umwelt- und Nachhaltigkeitsforschung nutzen und Kompetenzen im gesamten Umweltressort aufbauen. Sonst werden wir nicht Schritt halten bei der so wichtigen Verwaltungsdigitalisierung. Unser Anwendungslabor ist dafür ein einmaliger Experimentier- und Gestaltungsraum für die Analyse von Umweltdaten.“ Das KI-Lab nutzt datenwissenschaftliche Methoden und Technologien, um die heterogenen, komplexen und bisher oft schwer zugänglichen Datenbestände in der Umweltverwaltung besser zu verwerten. Das umfasst Erdbeobachtungs- und Messdaten, Prozessdaten für eine Verwaltungs- und Vollzugsoptimierung und viele andere weitere Umwelt-, Natur- und Strahlenschutzdaten. Erste Beispiele für die mögliche Anwendung von KI sind etwa das Identifizieren von Wind- und Photovoltaik-Anlagen in Satellitendaten für eine bessere Planung. Auch lassen sich illegal in Online-Handelsplattformen angebotene und geschützte Tier- und Pflanzenarten besser aufspüren. Mit dem KI-Lab können alle Behörden des Umweltressorts KI-Anwendungen auf Basis von Umweltdaten entwickeln – neben dem UBA sind dies das Bundesamt für Naturschutz, das Bundesamt für Strahlenschutz und das Bundesamt für die Sicherheit der nuklearen Entsorgung. Das KI-Lab ist eine Initiative im Rahmen der Umweltpolitischen Digitalagenda des BMUV und Teil des BMUV 5-Punkte-Programms „Künstliche Intelligenz für Umwelt und Klima“. Hierfür stehen aus Mitteln des Konjunktur- und Zukunftspaketes der Bundesregierung (2021) 26,4 Millionen Euro zur Verfügung. Es werden rund 30 Mitarbeitende, zunächst befristet bis 2025, an den Standorten Leipzig, Berlin und Dessau-Roßlau beschäftigt. Das KI-Lab legt besonderen Wert auf den verantwortungsvollen Umgang mit Daten und entwickelt Lösungen zur ressourcenschonenden Nutzung von KI und Big Data (Responsible & Green AI). Dabei stehen verschiedene Aspekte nachhaltiger Software im Raum: Vom möglichst energieeffizienten Einsatz der Hardware über passgenaue und ethische Auswahl der Daten und Algorithmen, bis zur Verwertbarkeit durch dritte im Rahmen von Open-Source. Das KI-Lab arbeitet aktuell daran, wirkungsvolle nationale und internationale Netzwerke und Kollaborationen zum Thema KI und deren Nutzung im Umweltressort zu etablieren. Ziel ist es, im gesamten Umweltressort methodisch und technisch relevante Kompetenzen aufzubauen. Die Behörden wollen voneinander lernen und so der digitalen Transformation in der Umweltverwaltung Anschub geben. „Wir arbeiten bei der Umsetzung von Beispielanwendungen (Use Cases) mit ganz unterschiedlichen Expertinnen und Experten aus dem Umweltressort eng zusammen: von der Meeresforschung, über Strahlenschutz bis hin zur Atmosphärenphysik im urbanen Raum. Es ist uns ein Anliegen, dass das KI-Lab sowohl eine Wirkung nach außen entfacht, als auch ins eigene Haus wirkt.“ so Robert Wagner, Leiter des KI-Lab am UBA.
Der Luftverkehr trägt signifikant zum anthropogenen Klimaantrieb durch Emissionen von Treibhausgasen, Partikeln und Stickoxiden sowie durch Veränderungen der hohen Bewölkung bei. Eine wichtige, aber bislang nur unzureichend erforschte Komponente stellen Kondensstreifen-Zirren dar. Diese bezeichnen einen Wolkentyp, der sich aus jungen, linienförmigen Kondensstreifen und den sich daraus entwickelnden Zirruswolken unterschiedlichen Alters und Form zusammensetzt. Der Strahlungsantrieb aufgrund dieser Kondensstreifen-Zirren wurde im Institut für Physik der Atmosphäre nun erstmals abgeschätzt und die Resultate wurden in Nature Climate Change veröffentlicht.
Die Geophysik ist im weitesten Sinne die Wissenschaft von der Erforschung und Beschreibung der Erde und ihres Umfeldes mit den Methoden der Physik. Die Geophysik ist im wesentlichen die Physik der festen Erde sowie der oberen (leitfähigen) Atmosphäre. Dabei beschäftigt sich die Geophysik mit Phänomenen, die in Raum und Zeit viele Größenordnungen umfassen. Zur Unterstützung der geologischen Landesaufnahme, der Rohstofferkundung und der Hydrogeologie werden geophysikalische Messverfahren eingesetzt. Das sind allgemein Messungen von physikalischen Parametern, wie z.B. elektrischer Widerstand, Magnetisierung oder Ausbreitungsgeschwindigkeit elastischer Wellen, an der Erdoberfläche oder in Bohrlöchern, um den Aufbau des Untergrunds zu erkunden. Magnetische und gravimetrische Messungen können wichtige Hinweise auf die Zusammensetzung des tieferen Untergrundes liefern. Unter Magnetik werden jene Verfahren der Geophysik verstanden, die sich mit dem natürlichen Erdmagnetfeld und dessen Wirkung auf die Erdkruste befassen. Die Gravimetrie befasst sich mit der Schwerkraft der Erde. Mehr Geoelektrische Messungen sind Messungen des spezifischen Widerstandes von Gesteinen oder anderen Materialien über eine direkte Einspeisung von Gleichströmen oder sehr niederfrequenten Wechselströmen in den Untergrund. Mit sehr unterschiedlichen Verfahren kann die Verteilung des elektrischen Widerstands im Untergrund erkundet werden. Mehr Die Seismik misst die Laufzeit von seismischen Wellen die künstlich an der Eroberfläche oder in flachen Bohrungen erzeugt werden, im Untergrund Brechung und Reflexion erfahren und mit Geophonen registriert werden. Bei der refraktionsseismischen Methode wird die Verteilung der seismischen Geschwindigkeiten im Untergrund ermittelt. Mehr Neben Messungen an der Erdoberfläche können mit speziellen Messsonden physikalische Parameter in Bohrlöchern beobachtet werden. Am HLNUG gibt es hierfür eine Multisonde mit drei Aufnehmern in einem Gehäuse, die an einem Messkabel mit einer elektrischen Winde bis zu 500 m tief kontinuierlich Messwerte aufzeichnen kann. Mehr Dr. Benjamin Homuth Tel. 0611-6939 303
Das Projekt "Research group (FOR) 2416: Space-Time Dynamics of Extreme Floods (SPATE)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bochum, Lehrstuhl für Hydrologie, Wasserwirtschaft und Umwelttechnik durchgeführt. River floods are extremely important to society because of their potential damage and fatalities. Floods are also very interesting research subjects because of the intriguing non-linear interactions and feedbacks involved, interesting issues of generalisation and the need for investigating them in an interdisciplinary way. Extreme floods are not very well understood to date but new, high resolution data and new concepts for quantifying interactions promise a major breakthrough of a body of research carried out in a coordinated way. The objective of this Research Unit is to understand in a coherent way the atmospheric, catchment and river system processes and their interactions leading to extreme river floods and how these evolve in space and time. An innovative and coherent concept has been adopted in order to maximise the potential of the cooperation between the research partners which consists of three layers of integration: research themes focusing on the science questions, subprojects revolving around specific research tasks, and a joint study object of extreme floods in Germany and Austria. Using scales as a binding element, the research plan is organised into the research themes of event processes, spatial (regional) variability, temporal (decadal) variability, and uncertainty and predictability. The members of the Research Unit have been selected to obtain a team of leading experts with expertise that is complementary in terms of processes, methods and regional knowledge. The cooperation and communication strategy will be implemented through themed cluster groups, combining several subprojects, regular meetings of the cluster groups, an annual project symposium and a private cloud facilitating data exchange on the joint study object. Equal opportunity policies will be adopted and female and early career scientists will be promoted in a major way. Overall, the outcomes of the Research Unit will constitute a step change in the understanding of the coupled system of flood processes in the atmosphere, catchments and rivers which will have major implications for a range of sciences and the society.
Das Projekt "Forschergruppe (FOR) 1095: Stratospheric Change and its Role for Climate Prediction (SHARP)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Berlin, Institut für Meteorologie WE03, Fachrichtung Dynamik der Atmosphäre, Arbeitsgruppe Atmosphärendynamik durchgeführt. Future global climate change resulting from anthropogenic activity is now inevitable. The consequences for the stratosphere are poorly understood. A better understanding of the interactions between atmospheric chemistry and climate change is urgently required. This is a prerequisite for impact assessment and the definition of mitigation strategies. The DFG Research Unit Stratospheric Change and its Role for Climate Prediction (SHARP) addresses this issue and aims to improve our understanding and ability to predict global climate change and its interplay with the stratosphere. SHARP follows the recommendations for research, formulated by the Stratospheric Processes and their Role in Climate (SPARC) Programme of the World Climate Research Programme (WCRP). SHARP will focus on the quantitative detection, attribution and prediction of changes in stratospheric dynamics and composition linked to climate change and their implications for the troposphere. The evolution of the stratosphere over the next decades in response to climate change is of crucial significance for the atmosphere as a whole. A unique window of opportunity exists to exploit the investment in the development of remote sensing and atmospheric modelling for scientific objectives of societal relevance, which provide the evidence base needed by international policymakers. To address these issues SHARP brings together excellent national expertise in state-of-the-art climate models and observations, in particular those derived from satellite instruments. SHARP will provide an important contribution by German scientists to the upcoming international WMO/UNEP and IPCC assessments.
Das Projekt "Teilprojekt 4: Vorbereitung von XCH4 MERLIN Daten für ITMS Anwendungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR), Institut für Physik der Atmosphäre Oberpfaffenhofen durchgeführt. Die Entwicklung des Integrierten Treibhausgas-Monitoringsystems (ITMS) für Deutschland erfordert die operationelle Implementierung von Datenflüssen, Datenassimilations- und Inversionssystemen, aufbauend auf der bestmöglichen Modellierung aller beteiligten Prozesse. Das Modul ITMS-B ('Beobachtungsdaten') fokussiert auf die optimale Aufbereitung und Bereitstellung von Beobachtungsdaten entsprechend den Anforderungen des ITMS-Systems. Insbesondere für die Satellitendatensätze ist es notwendig, neue Methoden zur Verbesserung und Charakterisierung der Datenqualität für hohe räumliche Auflösung wie es das ITMS verlangt zu entwickeln und anzuwenden. Das Teilprojekt ITMS-B_I-DLR trägt zu den Zielen des Verbundprojektes ITMS-B_I bei. Hierzu werden synthetische MERLIN Level 1-Daten unter Zuhilfenahme der CHARM-F-Daten aus den CoMet- und MAGIC-Kampagnen erstellt und qualitätsüberprüfte, synthetische MERLIN XCH4-Daten, abgestimmt auf die ITMS-Modell-Bedürfnisse generiert. Als Verantwortlicher für dieses Teilprojekt bringt das DLR langjährige Erfahrungen im Bereich der aktiven Fernerkundung von Treibhausgasen (hier CH4) ein, die auch die Interpretation von atmosphärischen Säulenkonzentrationsdaten vom Flugzeug aus hinsichtlich der Bestimmung von Methan-Emissionen beinhalten. Mit der bevorstehenden CH4-Lidar-Satellitenmission MERLIN (Start geplant 2027) werden XCH4-Daten mit geringeren systematischen Fehlern als von passiven Fernerkundungssystemen wie S5P zur Verfügung stehen. Langfristig sollen beide Arten von XCH4-Daten in das ITMS integriert werden. Daher konzentriert sich dieses Teilprojekt auf die Vorbereitung des MERLIN XCH4-Retrievals für Anwendungen auf und unterhalb der nationalen Skala. Es sollen synthetische XCH4-MERLIN-Daten erzeugt und hinsichtlich des zu erwartenden Messfehlers charakterisiert werden.
Das Projekt "TP10: Vergleichende Forschung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von AdvInno GmbH durchgeführt. Im Rahmen des RUBIN-Projekts hat sich basierend auf dem Nucleus der vom IAP entwickelten LidarCUBE-Technologie ein Konsortium aus regionalen Unternehmen zusammengefunden, die die Entwicklung der Technologie in einen Demonstrator für marktgängige Anwendungen umsetzen wollen. Das Potenzial der Technologie ist bislang nur unzureichend erfasst. Anwendungen außerhalb des Einsatzes im Bereich der Atmosphärenphysik sind weder evaluiert noch getestet. Darüber hinaus verfügen die Bündnispartner über eigene Technologien, die über den Einsatz zur Weiterentwicklung der LidarCUBE-Technologie hinaus u.U. Anwendungs-/Marktpotenzial besitzen. Diese Technologien haben das Potenzial zusätzliche innovative Produkte und Services in der RUBIN-Region zu entwickeln. Daraus entwickelt sich weiteres wirtschaftliches Potenzial für das gesamte Bündnis. Die AdvInno GmbH ('AdvInno') hat sich zum Ziel gesetzt dieses Potential zu heben und Innovationen systematisch zu entwickeln.
Das Projekt "Exzellenzcluster 80 (EXC): Ozean der Zukunft" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel (GEOMAR), Forschungsbereich 1: Ozeanzirkulation und Klimadynamik, Forschungseinheit Physikalische Ozeanographie durchgeführt. Die Zukunft unserer Gesellschaft hängt von der Entwicklung der Weltmeere ab, da die Ozeane einen großen Einfluss auf das Klimageschehen haben, unverzichtbare Ressourcen, aber auch Gefahren bergen. Gleichzeitig werden die Ozeane durch die vom Menschen verursachte CO2-Freisetzung, die Fischerei und andere menschliche Aktivitäten zunehmend verändert. In dem Exzellenzcluster wird daher eine große Gruppe von Wissenschaftlern an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) und den beteiligten Leibniz-Instituten miteinander vernetzt, um den vergangenen Ozeanwandel zu rekonstruieren, den heutigen Ozeanwandel zu untersuchen, die zukünftigen Veränderungen vorherzusagen, die maritimen Ressourcen zu erforschen und Konzepte zu ihrer nachhaltigen Nutzung zu entwickeln sowie die Naturgefahren, die vom Ozean ausgehen, besser einzuschätzen. Durch die Einbindung weiterer Disziplinen (Medizin, Soziologie, Ökonomie, Recht) werden die naturwissenschaftlichen, sozioökonomischen und rechtlichen Aspekte des Ozeans in einem multidisziplinären Ansatz umfassend erforscht. Die Zukunft der Ozeane wurde bisher in keinem vergleichbar breit angelegten Netzwerk exzellenter Forscher untersucht. Die Meeresforschung wird daher durch das Exzellenzcluster auf eine neue Ebene gehoben, auf deren Basis wissenschaftlich fundierte Leitlinien für Politik und Wirtschaft erarbeitet werden können. Die Cluster-Forschung wird unter zwei Themen organisiert: (1) Ozeane und Treibhauseffekt sowie (2) Maritime Ressourcen und Naturgefahren. Zu beiden Themen bestehen bereits profilierte Forschergruppen, die durch weitere Junior-Forschergruppen (JRG) ergänzt werden sollen. Die Forschungsinfrastrukturen werden in Plattformen gebündelt und weiterentwickelt, während Bildungsangebote für Doktoranden und Master-Studenten in einer neuen 'Integrated School of Ocean Sciences' zusammengeführt werden. Das im Cluster erarbeitete Grundlagenwissen wird durch entsprechende Strukturen der Öffentlichkeit, Politik und Wirtschaft zur Verfügung gestellt und zur Anwendung gebracht. Der überwiegende Teil der Cluster-Ressourcen wird jedoch eingesetzt, um JRGs in vielversprechenden neuen Forschungsfeldern zu gründen. Die Leitungspositionen dieser Gruppen werden international ausgeschrieben und den erfolgreichsten Kandidaten wird nach Ende der ersten Förderperiode eine permanente W2/W3-Professur angeboten. Dank der sehr guten Ausstattung der JRGs wird es gelingen, hoch qualifizierte Kandidatinnen und Kandidaten an das Cluster zu binden und die Position der Universität als führender europäischer Standort in der Meeresforschung weiter zu stärken.
Das Projekt "PGS: POLSTRACC / GWLCYCLE and SALSA: Teilnahme der universitären Partner an einer koordinierten Arktis Mission mit HALO" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main, Institut für Atmosphäre und Umwelt durchgeführt. Ziel diesen Antrags ist die Teilnahme der universitären Partner an den Messungen der Kampagne PGS (POLSTRACC/ GWLCYCLE/ SALSA), die im Winter 2015/2016 durchgeführt werden sollen. An der geplanten HALO Kampagne sind die Universitäten Frankfurt, Mainz, Heidelberg und Wuppertal beteiligt. Die Universität Mainz ist kein voller Partner dieses Antrages, da es kein Projekt der Universität Mainz (AG Prof. Peter Hoor) in der letzten Phase des Schwerpunktprogramms gab. Der finanzielle Teil der geplanten Aktivitäten der Universität Mainz soll daher über die Universität Frankfurt abgewickelt werden. Der wissenschaftliche Beitrag der Universität Mainz ist allerdings in einer ähnlichen Weise dargestellt wie für die anderen universitären Partner. Das Ziel von PGS ist es, Beobachtungen einer großen Zahl verschieden langlebiger Tracer zur Verfügung zu stellen, um chemische und dynamische Fragestellungen in der UTLS zu untersuchen (POLSTRACC und SALSA) und die Bildung und Propagation von Schwerwellen in der Atmosphäre zu untersuchen. (GWLCYCLE). Die Universitäten Frankfurt und Wuppertal schlagen vor hierfür GC Messungen von verschieden langlebigen Spurengasen und von CO2 (Wuppertal) durchzuführen. Die Universität Mainz schlägt den Betrieb eines Laser Spektrometers für schnelle Messungen von N2O, CH4 und CO vor und die Universität Heidelberg plant Messungen reaktiver Chlor und Bromverbindungen mit Hilfe der DOAS Technik. Die wissenschaftlichen Studien, die mit den gewonnen Daten durchgeführt werden sollen, werden im Antrag umrissen. Es sind Studien zu Herkunft und Transport von Luftmassen in der UTLS, zu Transportzeitskalen und zum chemischen Partitionierung. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass diese wissenschaftlichen Arbeiten zwar hier umrissen werden, die Studien selbst aber aufgrund der begrenzten Personalförderung und der kurzen Laufzeit nicht Teil dieses Antrags sind. Ziel dieses Antrags ist es, die Vorbereitung und Integration der Messgeräte zu ermöglichen, die Messungen durchzuführen und die Daten für die Datenbank auszuwerten. Wir beantragen daher hier den universitären Anteil an den Missionskosten (incl. Zertifizierung der Gesamtnutzlast und der Flugkosten), die Personalmittel, Reisekosten und Verbrauchskosten für die Durchführung der Messungen.
Das Projekt "Mischungsprozesse in der Stratosphäre von kleinen zu globalen Skalen mit einem schnellen hochpräzisen QCL Spektrometer für N2O und CO auf HALO" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Institut für Physik der Atmosphäre durchgeführt. Im Rahmen dieses Antrags werden neuartige hochaufgelöste Spurengasmessungen genutzt, um Mischungsprozesse auf verschiedenen Skalen zu untersuchen um:1)den Effekt der Tropopauseninversionsschicht auf Mischung und Austausch zu untersuchen 2) um den Zerfall von Filamenten zu untersuchen, die aus dem Monsumsystem stammen 3) um den Anteil von Luftmassen aus verschiedenen Quellregion zu quantifizieren, die die extratropische obere Troposphäre/ untere Stratosphäre (ExUTLS) beeinflussen. Zu diesem Zweck schlagen wir vor, der HALO Nutzlast ein neues Messinstrument hinzuzufügen. Dabei handelt es sich um ein Quantenkaskadenlaserabsorptionsspektrometer, das in der Lage ist, simultan CO und N2O mit einer Genauigkeit von 0.1 ppbv/Hz zu messen bei einer Messfrequenz von 3 Hz. Die hohe Präzision der Messungen erlaubt es, Mischungsprozesse mit beispielloser Genauigkeit zu vermessen und Mischung zwischen Luftmassen innerhalb der Stratosphäre zu identifizieren. Damit sollen die Mischungsprozesse, die beim Zerfall von monsunbeeinflussten Filamenten zu einem Spurenstoffaustauch innerhalb der Stratosphäre führen, untersucht werden. Neben den kleinskaligen Prozessen werden auch die großräumigen Verteilungen der Spurenstoffe untersucht. Hierzu sollen CLaMS Trajektorien und ein CO-basierter Budgetansatz kombiniert werden, um Luftmassenanteile aus verschiedenen Ursprungsregionen, die die Zusammensetzung der ExUTLS zur Monsunzeit bestimmen, zu quantifizieren. Dieser Ansatz soll auf die HALO Messungen bei POLSTRCC angewendet werden, um ein komplementäres Bild zur Winterjahreszeit zu erhalten und die Daten in einen jahreszeitlichen Kontext zu setzen.
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