Als Grundlage für die Planung und Bewertung von wasserwirtschaftlichen Maßnahmen werden in der Regel umfangreiche Abfluss-Kennwerte, oft in hoher räumlicher Auflösung, benötigt. Das Institut für Wasser und Gewässerentwicklung - Bereich Hydrologie hat Anfang 2000 in Kooperation mit der LUBW damit begonnen, abgestimmte Regionalisierungsverfahren für Baden-Württemberg zu entwickeln. Die neuen Verfahren basieren auf multiplen Regressionsmodellen und erlauben die Beschreibung von Abfluss-Kennwerten auf Basis maßgebender Einzugsgebietskenngrößen und Landschaftsgroßräumen. Die Anpassung und Plausibilisierung der Verfahren erfolgte anhand von Beobachtungszeitreihen an 448 Pegeln in Baden-Württemberg. Über alle Pegel zeigen die Modellanpassungen sehr gute Übereinstimmungen mit den statistisch ermittelten Kennwerten. Mit der Anwendung dieser neuartigen Verfahren wurde es möglich regionalisierte Abfluss-Kennwerte flächendeckend für Baden-Württemberg zu bestimmen und der wasserwirtschaftlichen Praxis zur Verfügung zu stellen. Inzwischen liegen in Baden-Württemberg die Abflusskennwerte für mehr als 13.000 Gewässerstellen bzw. deren Einzugsgebiete vor. Ebenso eine Vielzahl von Abflusslängsschnitte für die wichtigsten Gewässerläufe. Die regionalisierten Abfluss-Kennwerte finden in der wasserwirtschaftlichen Praxis enormen Anklang und sind heute aus der wasserwirtschaftlichen Bearbeitung nicht mehr wegzudenken. Vielmehr wachsen die Anforderungen hinsichtlich Inhalt und Umfang immer weiter. Vom IWG wurden daher in den vergangenen Jahren in mehreren Überarbeitungen kontinuierliche Anpassungen und Weiterentwicklungen vorgenommen. Seit 2007 liegen landesweit für alle baden-württembergische Fließgewässer die wichtigsten Abfluss-Kennwerte wie bspw. Mittlere Abflüsse (MQ), Mittelwerte und Jährlichkeiten von Hochwasserabflüssen (MHQ, HQT), Niedrigwasserabflüssen (MNQ, NQT) und Niedrigwasser-Dauern (MND, NDT) vor. Zudem werden hinsichtlich der Anforderungen der Hochwassergefahrenkarten (HWGK) ein Extremabfluss HQExtrem und zur Bemessung von Hochwasserrückhaltebecken entsprechend DIN 19700 Hochwasserabflüsse mit Jährlichkeiten zwischen T = 200 und 10.000 a abgeschätzt.
Im geplanten Projekt sollen landwirtschaftliche Aktivität während der vergangenen 6000 Jahre und zeitgleiche Klima- und terrestrische und marine Ökosystemänderungen im Ostseegebiet erfasst werden. Dies soll durch Untersuchung multidekadaler palynologischer Records von vier IODP-Expedition-347-Sites erreicht werden. Haupthypothesen des Projekts: a) Landwirtschaftliche Aktivität begann in Küstenbereichen früher als im Hinterland und breitete sich von Süden nach Norden aus. b) Aus landwirtschaftlicher Aktivität folgten Umweltveränderungen wie zum Beispiel Waldrodung. c) Die Intensität von Getreideanbau wurde durch Klimaparameter, zum Beispiel Niederschläge, beeinflusst. D) Landwirtschaft nahm Einfluss auf marine Ökosysteme, der in den Vergesellschaftungen mariner Palynomorpher und weiterer Mikrofossilien nachgewiesen werden kann. Die vier gewählten Sites liegen im Südwesten (Site M0059), im Zentralbereich (M0063) und im Nordwesten (Sites M0061/M0062) der Ostsee. Landwirtschaftliche Aktivität soll über das Auftreten von Pollenkörnern kultivierter Pflanzen, insbesondere Getreidearten wie Roggen (Secale) oder Weizen (Triticum), erkannt werden. Die vergangenen ca. 1600 Jahre sollen in besonders hoher zeitlicher Auflösung (ca. 25-50 Jahre) untersucht werden.Das Projekt würde eine Analyse des zeitlichen Rahmens landwirtschaftlicher Aktivität erlauben, z.B. die Dauer bis Getreideanbau in den verschiedenen Gegenden des Ostseegebiets - repräsentiert durch die gewählten Sites - eingeführt wurde, und wann er besonders intensiv war. Zeitliche Unterschiede bei der Getreideanbau-Einführung in küstennahen Bereichen und im Hinterland können durch Vergleich mit bekannten terrestrischen Datensätzen erfasst werden. Das Projekt wird ferner zu einem besseren Verständnis zeitgleicher Änderungen in terrestrischen Ökosystemen während der vergangenen 6000 Jahre, wie Entwaldung oder Pflanzenmigration, beitragen. Anwendung verschiedener Klimarekonstruktionsmethoden soll erlauben, klimatische Rahmenbedingungen landwirtschaftlicher Aktivität zu ermitteln. Da marine Sedimente genutzt werden, lassen sich zeitgleiche Änderungen in aquatischen Ökosystemen über die Untersuchung aquatischer Palynomorpher erkennen. So kann herausgefunden werden, ob Landwirtschaft den marinen Raum beeinflusste, z.B. durch erhöhten Nährstoffeintrag. Daten anderer Wissenschaftler (z.B. Diatomeen- und Foraminiferen-basierte Datensätze) sollen in die Analysen einbezogen werden. Die nötige zeitliche Auflösung ist durch hohe Sedimentationsraten in den erbohrten Becken gewährleistet. Pilotstudien während der IODP-Epedition-347-Onshore-Party und derzeit laufender Folgeprojekte zeigen eine gute Palynomorphenerhaltung für alle Sites und exzellente Erhaltung von Chironomidenresten für eine nördliche Site. Die Ergebnisse des geplanten Projekts werden zu einem detaillierten Einblick in die Entwicklung und den Einfluss landwirtschaftlicher Aktivität und die Umwelt- und Klimadynamik im Ostseegebiet beitragen.
Das Zusammenspiel von atmosphärischem Wasser und Zirkulation über Beeinflussung des Strahlungshaushalts, den Transport latenter Wärme und Rückkopplungsmechanismen von Wolken ist eines der bedeutendsten Hindernisse für das Verständnis des Klimasystems. Ein Vergleich zwischen Modellen verschiedener Auflösungen und Parameterisierungen kann wertvolle Einblicke in die Problematik geben. Jedoch werden für aussagekräftige Modelltests Messdaten benötigt. In diesem Zusammenhang können Isotopologen des troposphärischen Wasserdampfs eine wichtige Rolle spielen. Das Isotopologenverhältnis reflektiert die Bedingungen am Ort des Feuchteeintrags sowie verschiedene Umwandlungsprozesse (z.B. in Wolken). Während der letzten Jahre gab es großen Fortschritt beim Modellieren und Messen der Isotopologenverhältnisse, so dass kombinierte Untersuchungen nun global zeitlich und räumlich hochaufgelöst durchführbar sind. Das Ziel dieses Projektes ist es, Wasserdampfisotopologe als neue Methode zu etablieren, um modellierte atmosphärische Feuchteprozesse zu testen und damit einige der größten Herausforderungen der aktuellen Klimaforschung anzugehen. Um statistisch robuste Untersuchungen zu ermöglichen, werden wir eine große Anzahl von (H2O, deltaD)-Paaren messen (deltaD ist das standardisierte Verhältnis zwischen den Isotopologen HD16O und H216O). Zum ersten Mal wird dann ein validierter Beobachtungsdatensatz zur Verfügung stehen, der große Gebiete, lange Zeiträume und verschiedene Tageszeiten abdeckt. Gleichzeitig wird ein hochauflösendes meteorologisches Modell, welches die Isotopologe simuliert, benutzt, um zu untersuchen inwiefern sich Eintrag und Transport von Feuchte in den Isotopologen wiederspiegeln. Diese Kombination von Messung und Modell ist einzigartig zum Testen der Modellierung von Feuchteprozessen. Das Potential der Isotopologen wird anhand von drei klimatisch interessanten Regionen aufgezeigt. Für Europa wird unser Ansatz einen wertvollen Einblick in den Zusammenhang zwischen Feuchteeintrag und den Isotopologen im Falle hochvariablen Wettergeschehens geben. Über dem subtropischen Nordatlantik werden wir Mischprozessen zwischen der marinen Grenzschicht und der freien Troposphäre untersuchen. Die verschiedenartige Einbindung dieser Prozesse in Modelle ist sehr wahrscheinlich ein Grund für die große Unsicherheit bei Rückkopplungsmechanismen von Wolken. Über Westafrika wird die Modellierung des Monsuns getestet (horizontaler Feuchtetransport, Feuchterückfluss von Land in die Troposphäre, und Tagesgänge in Zusammenhang mit vertikalen Mischprozessen). Die Frage, wie organisierte Konvektion die Monsunzirkulation und die Feuchtetransportwege beeinflusst, wird dabei von besonderem Interesse sein. In Kombination werden die Ergebnisse helfen, Defizite in aktuellen Wetter- und Klimamodellen aufzuspüren und besser zu verstehen, und dadurch einen wichtigen Beitrag für zukünftige Modellverbesserungen liefern.
Die atlantische meridionale Zirkulation (AMOC) ist wesentlicher Bestandteil der Wärmeflüsse im Klimasystem, deren Veränderung in Bezug auf den künftigen Klimawandel nur schwer vorherzusagen ist. In diesem Projekt richten wir unseren Blick in die Vergangenheit auf das Marine Isotopenstadium (MIS) 11, dass vor rund 410,000 Jahren mit ähnlichen Orbitalparametern zu einer rund 30,000 Jahre andauernden Warmzeit geführt hat. Ein großer Teil des Grönländischen Eisschilds war abgeschmolzen und folglich der Meeresspiegel deutlich gegenüber heute erhöht. Traditionelle Nährstoff-Spurenstoffe liefern Hinweise auf eine starke Tiefenwasserbildung zu dieser besonderen Warmzeit. Um die Herkunft der Wassermassen, deren Strömungswege sowie die Mischungsverhältnisse zu rekonstruieren, hat sich das Isotopenverhältnis 143Nd/144Nd in der authigenen Phase von Tiefseesedimenten als sehr nützlicher Spurenstoff erwiesen. Im Rahmen dieses Projekts, haben wir die Nd-Isotopie aus authigenen Fe-Mn Ablagerungen an zahlreichen ODP/IODP Sedimentkernen, für die Dauer des MIS-11 und der vorangegangenen Eiszeit MIS-12 extrahiert. Im Atlantik ist eine deutliche Zunahme weniger radiogenen Neodyms meßbar, die wahrscheinlich eine stärkere Tiefenwasserbildung selbst in Zeiten einen verstärkten Eisverlustes in Grönland aufweist. Die untersuchten Sedimente bilden den gesamten tiefen Atlantik von Nord nach Süd ab, sowie einige Regionen mit direktem regionalen Einfluß auf die Nd-Isotopie. Neben einer starken Tiefenzirkulation während MIS-11 konnte auch ein wichtiger Beitrag von Wasser aus der Arktis (nahe der Island-Schottland-Schwelle), sowie ein langanhaltender Einfluss von Wasser der Labrador See nachgewiesen werden. Im tiefen Westatlantik sind über den gesamten Zeitraum des Interglazials sehr unradiogenen Nd Isotopenwerte vorzufinden. In diesem Fortsetzungsprojekt, möchten wir die zeitliche Auflösung der Nd-Isotopenuntersuchungen einiger Sedimentkerne aus der Labradorsee und dem Kapbecken verbessern und die Publikation der Ergebnisse mit Fokus auf den Vergleich von MIS-11 und einem zukünftig wärmeren Klima vorantreiben und bewerten.
Die Wechselwirkung von Wolken und Aerosol und ihre Rolle im Strahlungshaushalt der Erde ist ein Feld offener Fragen. Der IPCC (2014) nennt große Unsicherheiten und den Bedarf an zusätzlichen wissenschaftlichen Bemühungen, um die Vielzahl der Prozesse und deren Rolle für ein sich wandelndes Klima besser zu verstehen. Dieser Antrag hat die Entwicklung neuartiger Fernerkundungskonzepte zur Beobachtung einiger dieser Prozesse zum Ziel. Aerosol hat direkten Einfluss auf den Strahlungshaushalt und löst eine Serie von indirekten Effekten aus, indem es die Wolken-Mikrophysik, die Wolken-Dynamik, -Lebensdauer, den Wasserkreislauf und sogar die großskalige Zirkulation beeinflusst. Eigenschaften und räumliche Verteilung des Aerosols selbst ändern sich durch die Prozesse während der Wolkenpartikelbildung und ihrer Auflösung. Die Konzentration aktivierter Wolkenkondensationskeime (CCNC) spielt dabei eine entscheidende Rolle. CCNC kann in-situ nur mit sehr begrenzter räumlicher Abdeckung vermessen werden. Gleichzeitig kann sie nicht quantitativ mit herkömmlichen Fernerkundungsmethoden bestimmt werden, da die typische CCN Größe mehr als eine Größenordnung unterhalb der Wellenlänge sichtbarer Strahlung liegt. Daher wurde ein alternativer Ansatz vorgeschlagen: Messungen der von Wolkenseiten reflektierten Solarstrahlung ermöglichen die Ableitung von Vertikalprofilen der Partikelphase sowie ihrer Größe. Es wurde hypothetisiert, dass der Einfluss des Aerosols auf die Entwicklung der Mikrophysik so beobachtbar wird ebenso wie die Ableitung der CCNC. Alternativ kann CCNC auch aus Messungen optischer Eigenschaften der Aerosole abgeleitet werden. Der Zusammenhang zwischen optischer Dicke des Aerosols und CCNC wurde identifiziert, allerdings verbunden mit Unsicherheiten. Der Vorschlag, diese beiden Ansätze zu verbinden und die damit verbundenen Hypothesen zu testen, ist Kern dieses Antrags. Hyper-spektrale Beobachtungen mittels eines schnellen Scanners sind entscheidend, da Wolken sich sehr schnell verändern. Dazu soll ein abbildendes Spektrometer mit Polarisationsfiltern erweitert werden. Mit demselben Messgerät können dann die Mikrophysik der Wolken und die Eigenschaften des Aerosols im umgebenden wolkenlosen Bereich abgeleitet werden. Das Projekt ist im Wesentlichen in zwei Doktorarbeiten aufgeteilt. Highlights: 1) Test zweier Hypothesen, die Kern kommender Flugzeug-Kampagnen und geplanter Satellitenmissionen sind: CCNC kann aus Fernerkundung der Aerosoleigenschaften und aus Profilen der Wolkenmikrophysik abgeleitet werden. 2) Schnelle hyper-spektrale Scanner-Messungen ermöglichen Mikrophysik-Messungen veränderlicher Wolken. Erlauben diese Daten Ableitungen der Veränderung der Mikrophysik abhängig von der Entfernung zur Wolkenseite? 3) Ableitung von Aerosol-Eigenschaften aus polarisierten spektralen Messungen auch in bewölkten Situationen.
Die lakustrinen Ablagerungen an den beiden ICDP Sites Chalco (Zentralmexiko) und Petén Itzá (nördliches Guatemala) eröffnen die Gelegenheit Ursachen und Folgen eines sich veränderten kontinentalen Klimas in den nördlichen Neotropen während des letzten Glazial-/Interglazialzyklus zu rekonstruieren. Trotz ihrer vergleichsweise nahen geographischen Lage, zeigen beide Archive deutliche Unterschiede hinsichtlich ihrer klimatischen Entwicklung, insbesondere während des Zeitintervalls zwischen 85 und 50 tausend Jahren, der letzten Vereisungsphase und der Kältephase des Heinrich Stadials (HS) 1. Um die zeitliche und räumliche Entwicklung des Klimas und dessen Effekt auf aquatische und terrestrische Ökosysteme in den nördlichen Neotropen, einer Region von zentraler Bedeutung für globale Klimadynamiken zu rekonstruieren, planen wir beide ICDP Sites mit einem Multiproxyansatz zusammen mit Paläoklimamodellierung in hoher Auflösung zu untersuchen.Unser Ansatz umfasst Untersuchungen beider sedimentärer Archive mit Hilfe von bulk-geochemischen Methoden, Biomarkern und organischen Temperaturproxies mit Paläobioindikatoren und Paläoklimasimulationen über den Zeitraum des letzten Glazial-/Interglazialzyklus (ca. 135 Tausend Jahre) um den (1) Effekt von Klimaveränderungen auf aquatische und terrestrische Ökosysteme (z.B. während der HS 1 bis 6) zu bestimmen und (2) den Einfluss von sich veränderten Ozeanströmungsmustern, wie der Atlantic Meridional Overturning Circulation und der Pacific Ocean Circulation, insbesondere während ausgezeichneter Kalt- und Warmphasen, auf das regionale Klima und das Ökosystem der nördlichen Neotropen festzulegen. Um die proxybasierten Klimarekonstruktionen der Chalco und Petén Itzá Ablagerungen in einen transregionalen Kontext zu stellen, werden wir unsere Ergebnisse mit denen von anderen kontinentalen und marinen Klimaarchiven aus den Neotropen vergleichen. Potentielle 'climate forcing mechanisms' werden mit Hilfe von hoch-aufgelösten Paläoklimasimulationen unter der Verwendung des 'Community Earth System Model (CESM 1)' für Zeitintervalle, die durch kontrastierenden Klimabedingungen zwischen beiden Lokationen ausgezeichnet sind, bestimmt. Ziel der Untersuchungen ist die detaillierte Rekonstruktion der räumlichen und zeitlichen Entwicklung der Klimageschichte der nördlichen Neotropen in Abhängigkeit von sich verändernden Ozeanzirkulationsmustern über die letzten 135 tausend Jahre zu verstehen und zu untersuchen wie und in welcher Geschwindigkeit sich aquatische und terrestrische Ökosysteme an beiden ICDP Lokationen an sich ändernde Umweltbedingungen angepasst haben. Dies ist von entscheidender Bedeutung um vorherzusagen, wie sich die sensiblen Ökosysteme der Neotropen unter einem sich zu erwartendem trockeneren und wärmeren Klima entwickeln werden.
Die zentrale Aufgabe von C1 ist die Erzeugung des virtuellen Einzugsgebietes (VR) mit Hilfe der vollgekoppelten Terrestrial System Modeling Platform (TerrSysMP) und die Entwicklung des Datenassimilationssystems (DAF) durch Kopplung von TerrSysMP mit der Parallel Data Assimilation Platform (PDAF), sowie die Durchführung und Analyse von DAF-Experimenten zusammen mit den Mitgliedern der FOR2131. Dies beinhaltet die stete Aktualisierung der Teilmodelle von TerrSysMP COSMO, CLM und ParFlow, notwendige Erweiterungen wie die Einbeziehung dynamischer Vegetation durch die neueste CLM Version 4.5 und die Verbesserung der Parametrisierungen von Flüssen und Hangabfluss. Die DAF-Entwicklung erfordert in enger Zusammenarbeit mit den FOR2131-Mitgliedern den Einbau von Beobachtungsoperatoren in das DAF, welche die unterschiedlichen räumlichen Auflösungen der VR und des DAF-Modells berücksichtigen. Durch die extremen IT-Anforderungen sowohl für die VR-Erzeugung als auch für die TerrSysMP-PDAF-Läufe ist C1 auch verantwortlich für deren Implementierung auf den IT-Infrastrukturen JUQUEEN und JUROPA des HPSC am Forschungszentrum Jülich JSC. Dies schließt die Vorbereitung und Durchführung von Rechenzeitanträgen der FOR2131 an das Gauss Centre for Supercomputing e.V. (GCS) in Kooperation mit dem SimLab-TerrSys des Geoverbunds ABC/J mit ein.
Das Verhalten anthropogener Schadstoffe im Landschaftsmaßstab stellt eine der größten Herausforderungen heutiger Umweltwissenschaften dar. Forschungsergebnisse der letzten zehn Jahre haben wiederholt gezeigt, dass Umsatzraten von Schadstoffen, die im Labor ermittelt wurden, im Widerspruch zu Feldbeobachtungen stehen. Dies weist darauf hin, dass wir die relevanten Prozesse, die den Schadstoffumsatz in der Natur bestimmen, nur unvollständig verstehen. Entsprechend sind wir nicht in der Lage, zukünftige Entwicklungen der Wasser- und Bodenqualität in Folge des Klima- und Landnutzungswandels zuverlässig vorherzusagen. Der SFB CAMPOS beruht auf der Hypothese, dass auf der Feldskala Prozesse maßgeblich sind, die in Laborexperimenten nur schwer zu erfassen sind. Viele Schadstoffe, die unter Laborbedingungen vergleichsweise schnell abgebaut werden, zeigen eine unerwartete Langlebigkeit im Feld; sie werden in Böden und Grundwasserleitern über lange Zeiträume gespeichert und können noch Jahre, nachdem der anthropogene Eintrag aufgehört hat, nachgewiesen werden. Während wichtige, aber langsame Prozesse in Laborstudien möglicherweise übersehen werden, erschwert die ausgeprägte hydrologische und biogeochemische Dynamik die Interpretation konventioneller Beobachtungskampagnen im Feld. CAMPOS zielt darauf ab, reaktive Landschaftselemente zu identifizieren und ihre Prozessdynamik mit ausführlichen Feldstudien zu biogeochemischen Umsätzen von Schadstoffen in einer beispiellosen Auflösung zu quantifizieren. Derartige Studien sind erst durch den enormen Fortschritt in der Analytik und Messtechnik der letzten Jahre (z.B. substanzspezifische Isotopen- und Enantiomeranalytik, 'non-target screening', Bioanalytik, insitu Sensoren, molekularbiologische Techniken inklusive omics) ermöglicht worden, die bislang noch nicht in gezielten Felduntersuchungen kombiniert wurden. Jedes im SFB vorgesehene Projekt vereinigt Expertise aus unterschiedlichen Disziplinen, die notwendig sind, um den Verbleib von Schadstoffen in der Natur zu verstehen. Die untersuchten Landschaftselemente umfassen Fließgewässer, den Übergang zwischen Gerinnen und dem Untergrund, Transekten im Grundwasser sowie verschiedene Bodenkompartimente. Ein neuer stochastischer Modellieransatz ermöglicht es, den reaktiven Stofftransport im Landschaftsmaßstab prozessbasiert zu modellieren und die damit verbundene Unsicherheit zu quantifizieren. Unser neuartiger multidisziplinärer Ansatz quantifiziert das langfristige Verhalten anthropogener Schadstoffe in der Umwelt, indem Einzugsgebiete als biogeochemische Reaktoren betrachtet werde. CAMPOS trägt somit zum Fortschritt der Umweltwissenschaften bei und schafft die Grundlage für realistischere Projektionen der zukünftigen Boden- und Wasserqualität unter den Bedingungen des Klima- und Landnutzungswandels.
Das Projekt WegDemo verfolgt anbindend an das erfolgreiche bis Ende 2007 gelaufene Pilotprojekt WegenerNet, ein dreiteiliges Ziel hin zur Erreichung einer professionell geführten, in Forschung und Region nachgefragten Klima- und Wetterdatenressource WegenerNet: 1.) Aufbereitung der WegenerNet Stationsdaten in operationell verfügbare hochauflösende Wetter- und Klimamonitoring-Felder für alle Daten ab Jänner 2007 (Basisauflösung 1 km x 1 km; gesamtes WegenerNet-Gebiet); 2.) Publikation, Verbreitung und Positionierung der Ergebnisse und Informationen zum aufgebauten (weltweit einzigartigen) Feldexperiment in Forschungs-Community, Öffentlichkeit und Region; 3.) Demonstration des WegenerNet Vollbetriebs in operationeller Form, Festigung der Wartungs-, Service- und Entwicklungsaufgaben bei Stationsinfrastruktur und Sensorik, beim Prozessierungssystem und bei den Nutzerschnittstellen (insbes. Web). Per Sommer 2009 soll das WegenerNet nach Abschluss des WegDemo Projekts schließlich in einen langfristig angelegten operationellen Betrieb als eine in dieser Art international einzigartige Ressource für hoch auflösende Wetter- und Klimabeobachtung übergehen. Weiters werden im Laufe des WegDemo Projektes die Kooperationen mit den komplementären flächendeckenden Messungen im WegenerNet-Gebiet zur hoch auflösenden Blitzbeobachtung (LiNet der Forschungsgruppe Sferics/Dept. f. Physik, Univ. München, D) und zur hoch auflösenden Wolken-, Regen- und Hagelbeobachtung (3D Doppler-Wetterradar der Steirische Hagelabwehrgenossenschaft und TU Graz) intensiviert werden. Ebenso werden (längerfristige) Zukunftsplanungen durchgeführt.
Die Aufteilung der Nettostrahlung in latenten und fühlbaren Wärmestrom sowie die Infiltrationskapazität hängen stark vom Sättigungszustand des Bodens ab. Die raumzeitliche Verteilung des Bodenwassergehalts ist daher eine Schlüsselvariable für den gekoppelten Austausch von Wasser und Energie zwischen Landoberfläche und Atmosphäre. Die Bedeutung des Bodenwassergehalts erstreckt sich dabei von der lokalen über die regionale bis hin zur kontinentalen Skala. Die Initialisierung und Evaluierung von hydrologischen und atmosphärischen Modellen im Hinblick auf Bodenfeuchte und Schneespeicher ist besonders schwierig, weil die Beobachtungsskala und die räumliche Auflösung in den Modellsystemen üblicherweise nicht übereinstimmen. Wir untersuchen das Potenzial und die Grenzen von feldskaligen, Neutronen basierten Beobachtungen (Cosmic-Ray Neutron Sensing, CRNS) und in situ Sensornetzwerken für die Assimilation in gekoppelten hydrologisch - atmosphärischen Modellen, sowohl für die Bodenfeuchte als auch für das Schneewasseräquivalent. Durch die CRNS Methode erwarten wir erhebliche Verbesserungen für die hydrologische Modellierung, die Landoberflächenmodellierung und damit auch für voll gekoppelte regionale hydrologisch-atmosphärische Simulationen. Die zentralen Ziele des vorgeschlagenen Forschungsvorhabens sind: 1) eine einheitliche Integration von feldskaligen Bodenfeuchte- und Schneewasserdaten in Hydrologie- und Landoberflächenmodelle durch Datenassimilation zu realisieren, 2) den Mehrwert dieser Daten für die hydrologische- und Landoberflächenmodellierung zu bewerten und zu quantifizieren, und 3) die Untersuchung des Einflusses der Assimilation der Bodenfeuchtedaten auf die lokalen Wechselwirkungen zwischen Landoberfläche und Atmosphäre. Wir führen zudem eine integrative Analyse zur Eignung weiterer physikalisch basierter hydrologischer Modelle zur Wiedergabe von Boden- und Schneewasserdynamik auf der Feld- und Regionalskala durch. Darüber hinaus werden wir den Ensemble Kalman Filter (EnKF) Datenassimilationsansatz mit dem Stand-alone-WRF-Hydro (Noah-MP) Modell anwenden und untersuchen, wie simulierte Zustände und Flüsse verbessert werden. Mittels inverser Modellierung ermitteln wir, wie gut die Datenassimilation zur Optimierung statischer Bodenparameter genutzt werden kann. Abschließend analysieren wir den Austausch von Feuchte an der Grenzfläche zwischen Land und Atmosphäre unter Verwendung des voll gekoppelten hydrologisch-atmosphärischen Modellierungssystems WRF-Hydro.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 1099 |
| Europa | 7 |
| Kommune | 1 |
| Land | 41 |
| Schutzgebiete | 1 |
| Wirtschaft | 4 |
| Wissenschaft | 542 |
| Zivilgesellschaft | 6 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 1099 |
| License | Count |
|---|---|
| Offen | 1099 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 997 |
| Englisch | 266 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Dokument | 12 |
| Keine | 559 |
| Webseite | 534 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 776 |
| Lebewesen und Lebensräume | 895 |
| Luft | 761 |
| Mensch und Umwelt | 1098 |
| Wasser | 621 |
| Weitere | 1099 |