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Aus der Atmosphäre in den Boden - wie Druckfluktuationen den Gastransport im Boden beeinflussen

Das Projekt "Aus der Atmosphäre in den Boden - wie Druckfluktuationen den Gastransport im Boden beeinflussen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Institut für Geo- und Umweltnaturwissenschaften, Professur für Bodenökologie durchgeführt. Gasaustausch findet in der Atmosphäre primär durch turbulenten und laminaren Fluss statt. Im Boden dagegen spielt advektiver Gastransport eine untergeordnete Rolle, stattdessen dominiert Diffusion die Transportprozesse. Trotz der Unterschiedlichkeit und scheinbaren Unabhängigkeit dieser Prozesse wurde während Freilanduntersuchungen ein Anstieg von Gastransportraten im Boden um mehrere 10 % während Phasen starken Windes beobachtet. Dieser Anstieg ist auf wind-induzierte Druckfluktuationen zurückzuführen, die sich in das luftgefüllte Porensystem des Bodens fortpflanzen und zu einem minimal oszillierenden Luftmassenfluss führen (Pressure-pumping Effekt). Durch den oszillierenden Charakter des Luftmassenflusses ist der direkte Beitrag zum Gastransport sehr gering. Die damit einhergehende Dispersion führt jedoch zu einem Anstieg der effektiven Gastransportrate entgegen des Konzentrationsgradienten. Wird der Pressure-pumping (PP) Effekt bei der Bestimmung von Gasflüssen mit der Gradienten- und Kammermethode nicht berücksichtigt, kann dies zu großen Unsicherheiten in der Bestimmung von Bodengasflüssen führen. Insbesondere für das langfristige Monitoring von treibhausrelevanten Gasflüssen stellen diese Unsicherheiten ein zentrales Problem dar. Wir stellen vier Hypothesen auf:(H1) Der PP-Effekt ist abhängig von Bodeneigenschaften.(H2) Die Ausprägung von Luftdruckfluktuationen ist abhängig von der Rauigkeit verschiedener Landnutzungen (Wald, Grasland, landwirtschaftliche Kulturen, Stadt)(H3) Kammermessungen werden durch Luftdruckfluktuationen beeinflusst.(H4) Der Austausch und Umsatz von Methan in Böden von Mittelgebirgswäldern wird durch den PP-Effekt verstärkt. Die Hypothesen 1, 3 und 4 werden mittels Laboruntersuchungen von Proben verschiedener Böden und Bodenfeuchtebedingungen überprüft. Die Hypothese 2 wird durch Freilandmessungen an verschiedenen Standorten überprüft. Ziele des Vorhabens sind: (Z1) Modelle zu entwickeln, die die Quantifizierung des Einflusses der Bodenstruktur auf den PP-Effekt ermöglichen, (Z2) den Effekt der Oberflächenrauigkeit auf Luftdruckschwankungen zu quantifizieren, (Z3) Schwellenwerte zu definieren, die die Bestimmung von Standorten mit ausgeprägtem PP-Effekt ermöglichen, (Z4) Faktoren für die Berücksichtigung des PP-Effekts für Kammermessungen zu entwickeln, (Z5) Faktoren für die Berücksichtigung des PP-Effekts für die Gradienten Methode zu entwickeln, (Z6) den Einfluss des PP-Effekts auf die Methanaufnahme von Böden in Mittelgebirgswäldern zu bestimmen. Ein besseres Verständnis des bisher nur unzureichend untersuchten PP-Effekts wird wesentlich dazu beitragen, die Verlässlichkeit und Präzision von Messungen von Bodengasflüssen zu steigern, die die Grundlage für weitergehende Forschung darstellen.

Niederschlagslebenszyklus in Passatwindkumuli

Das Projekt "Niederschlagslebenszyklus in Passatwindkumuli" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität zu Köln, Department für Geowissenschaften, Institut für Geologie und Mineralogie, Abteilung Kristallographie durchgeführt. Passatwindkumuli spielen eine essentielle Rolle im Strahlungshaushalt der Erde und sind verantwortlich für bis zu 20 % des tropischen Niederschlags. Noch ist nicht bekannt, wie Passatwindkumuli auf die globale Erwärmung reagieren werden. Durch Niederschlag verändern sich Wolkeneigenschaften, aber auch die Grenzschichtstruktur und -dynamik. Aufgrund der Vielzahl der beteiligten Prozesse ist die Niederschlagsentwicklung in Modellen ist unsicher. Die Konfiguration der Simulationen und Wahl der Parameterisierung, wie das Autokonversionsschema, beeinflussen Niederschlagsfluss, Wolkenstruktur und â€Ìorganisation. Bisher konnten Vergleiche mit Beobachtungen noch nicht zur Reduktion der Unsicherheit des Autokonversionsschemas beitragen. Radarreflektivität, die mit Standardmethoden aus bodengebundenen Messungen abgeleitet wird, erkennt Niederschlag erst in einem fortgeschrittenen Stadium, was es schwierig macht, die verschiedenen, den Regen verursachenden Faktoren zu entflechten. Durch die Verdunstung des Niederschlags unterhalb der Wolkenunterkante (WUK) bestimmt dieser die Stärke der Coldpools und ist so bedeutend für die Organisation von Konvektion und somit die Klimasensitivität: Daher ist es essentiell Verdunstungsraten zu bestimmen und deren räumlich-zeitliche Variabilität zu verstehen. Zwar gibt es Parameterisierungen der Verdunstung unterhalb der WUK, allerdings sind diese von der Größe der Regentropfen abhängig, welche jedoch schlecht direkt zu beobachten ist.Ziel dieses Antrages ist die Bestimmung von Faktoren, welche die Niederschlagsformation in Passatwindkumuli beeinflussen. Dazu werden neuartige Radarbeobachtungen dieser Prozesse zur genaueren Beschreibung der Niederschlagsentwicklung in Grobstruktursimulationen (LES) herangezogen. Die räumlich-zeitliche Verdunstungsverteilung wird unterhalb der WUK in den Passatwindkumuli untersucht und treibende Faktoren identifiziert. Das Forschungsvorhaben ergänzt die bevorstehende EUREC4A (A Field Campaign to Elucidate the Couplings Between Clouds, Convection and Circulation) Kampagne und nutzt die langjährige Datenreihe des Barbados Cloud Observatory (BCO).Die synergetischen bodengebundenen Beobachtungen und der neue Ansatz, Niederschlag in Wolken mit Hilfe höherer Momente des Wolkenradardopplerspektrums zu bestimmen, werden erstmalig zur Beobachtungen von Passatwindkumuli und der Charakterisierung des Niederschlagslebenszyklus zu angewendet. Damit wird es möglich die Niederschlagsentwicklung in den hochauflösenden ICON-LEM und DHARMA-LES Modellen zu evaluieren. Für einen statistischen Vergleich der Simulationen und der Beobachtungen wird der Vorwärtsoperator PAMTRA verwendet, so dass im Beobachtungsraum untersucht werden kann, inwiefern die Modelle die beobachteten, mittleren Werte und Abhängigkeiten reproduzieren können und systematischen Fehler identifiziert werden. Damit trägt das Vorhaben zum Grand Challenge on Cloud Circulation and Climate Sensitivity des Weltklimaforschungsprogramm WRCP bei.

Pilzinfektionen auf Phytoplankton unbekannter Störfaktor für das Wachstum von Phytoplankton, sowie für Recycling- und Sedimentationsprozesse

Das Projekt "Pilzinfektionen auf Phytoplankton unbekannter Störfaktor für das Wachstum von Phytoplankton, sowie für Recycling- und Sedimentationsprozesse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde (IOW), Sektion Marine Geologie durchgeführt. Pilze sind eine der am diversesten, jedoch am wenigsten untersuchten mikrobiellen Gruppen in marinen Gewässern. Eine Untergruppe der Pilze, kurz als Chytridien bekannt, umfasst häufig auftretende Parasiten auf Phytoplankton, welche eine starke Belastung für das Phytoplanktonwachstum, die Entwicklung von Algenblüten und deren Populationsdynamiken darstellen. Parasitäre Chytridien befallen alle Hauptgruppen von Phytoplankton und treten bevorzugt in Küstenregionen mit hoher Phytoplanktonbiomasse und Produktivität auf. Die Auswirkungen von parasitären Pilzen auf Stoffkreisläufe und die Funktion von Ökosystemen sind jedoch kaum bekannt bzw. quantifiziert. Die Emmy Noether-Nachwuchsgruppe wird die funktionelle und quantitative Rolle parasitärer Pilze für die Phytoplanktonproduktivität und den Stoffkreislauf in Brack- und Meerwasser untersuchen. Unsere Ziele sind (1) Betrachtung der Wechselwirkungen zwischen Phytoplankton und Chytridien auf Einzelzell-Ebene, (2) Untersuchungen der integrativen Rolle von Chytridien in aquatischen Nahrungsnetzen und (3) Aufklärung der Auswirkungen von parasitären Pilzen auf Remineralisierungs- und Sedimentationsprozesse. Unser umfassender Ansatz beinhaltet experimentelle Studien mit Phytoplanktonâ€ÌPilz Co-Kulturen sowie mit natürlichen Planktongemeinschaften, mittels Analysen auf Zell- und Mikoskalen-Ebene bis hin zu mesoskaligen Stoffflüssen entlang der Wassersäule. Im Wesentlichen werden wir den Transfer von Kohlenstoff und Stickstoff vom Phytoplankton durch das pelagische Nahrungsnetz innerhalb der photischen Zone bis hin zum Absinken als Detritus in die Tiefe verfolgen. Das Projektergebnis soll ein ganzheitliches Verständnis der Rolle von Chytridien an der Basis aquatischer Nahrungsnetze und Produktivität fördern, einschließlich der zugrunde liegenden Mechanismen und Größenordnungen. Angesichts der potenziellen Signifikanz parasitärer Pilze für die Abschwächung von Produktivität, Sinkstoffflüssen aber auch von toxischen Algenblüten in Küstengebieten, sollen die gewonnenen Daten mit lokalen und globalen Stoffkreisläufen verknüpft und in zukünftige Entscheidungen zum Küstenmanagement implementiert werden.

SP 1.5 Molekulare Charakterisierung von gelösten organischen Stoffen in der Meeresoberflächen-Mikroschicht (SML) und deren Einfluss auf den anorganischen Kohlenstoffkreislauf

Das Projekt "SP 1.5 Molekulare Charakterisierung von gelösten organischen Stoffen in der Meeresoberflächen-Mikroschicht (SML) und deren Einfluss auf den anorganischen Kohlenstoffkreislauf" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, Institut für Chemie und Biologie des Meeres durchgeführt. Unsere Motivation ist es, die Rolle von gelöstem organischem Material (DOM) in marinen Oberflächenfilmen (SML) als eine Schlüsselkomponente zu verstehen, die den Gasaustausch zwischen Atmosphäre und Meer, die Karbonatchemie, sowie die Ökophysiologie der assoziierten Organismen beeinflusst (Engel et al., 2017). Während unserer Vorarbeiten haben wir Hinweise auf einen bisher unbekannten Zusammenhang zwischen DOM und Karbonatchemie in der SML gefunden, sowie auf eine hohe räumlich-zeitliche Dynamik in der DOM-Zusammensetzung. Obwohl die hohe Heterogenität des SML-DOM-Geometabolom (d.h. die Gesamtheit des DOM-Pools, der durch biotische und abiotische Prozesse produziert und modifiziert wird) bekannt ist, gibt es wenige detaillierte Studien darüber. Insgesamt gibt es noch kein mechanistisches Verständnis darüber, unter welchen Bedingungen DOM in der SML in verschiedene chemische Fraktionen aufgeteilt wird. Dies liegt an der derzeit geringen Verfügbarkeit von Daten von einer größeren Anzahl von Untersuchungsstandorten unter unterschiedlichen Umwelt- und Versuchsbedingungen, sowie an einen Mangel an interdisziplinären Studien, die Physik, Geochemie und Biologie kombinieren. Mit anderen Worten, uns fehlen grundlegende (organo-)geochemische Informationen von der größten Luft-Wasser-Grenzfläche der Erde, mit unbekannten Konsequenzen für den damit verbundenen Austausch von klimarelevanten Gasen. In diesem Projekt streben wir an, diese Lücke durch sich ergänzende Messungen der DOM-Zusammensetzung und anorganischer Kohlenstoff-Systemparameter zu schließen. Die Relevanz für die Forschungseinheit BASS ergibt sich aus dem Ziel unseres Teilprojekts, die fehlenden grundlegenden biogeochemischen Informationen des SML-DOM-Inventars zur Verfügung zu stellen und sie in den Kontext der Ökosystemprozesse in der SML zu setzen, einschließlich der DOM-Produktion (SP1.1) sowie des mikrobiellen (SP1.2) und photochemischen (SP1.4) Umsatzes. Darüber hinaus werden wir den Beitrag des DOM-Geometaboloms zum Säure-Basen-Gleichgewicht der SML untersuchen, von dem wir erwarten, dass es die Gasgleichgewichte in der Grenzfläche - insbesondere im Kohlensäuresystem und damit auch die Treibhausgasflüsse - beeinflusst (SP2.1).

Constraining uncertainty of multi decadal climate projections (CONSTRAIN)

Das Projekt "Constraining uncertainty of multi decadal climate projections (CONSTRAIN)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von University Leeds durchgeführt. CONSTRAIN will focus research on three climate science knowledge gaps and a policy-facing knowledge gap that can be resolved over the next 4-5 years to significantly improve our understanding of how natural and human factors affect multi-decadal regional climate change. This will cement EU science as the world-leader in understanding climate sensitivity and climate variability, deliver significantly improved capability to make climate projections for the next 20-50 years, and provide up-to-date scientific evidence for international climate policy in two phases: Phase 1 will deliver a timely characterisation of physical science uncertainty and how it affects projections and committed levels of warming to the 2021 IPCC sixth assessment report; Phase 2 will deliver constrained surface temperature projections for the 2023 UNFCCC Global Stocktake. CONSTRAIN will take full advantage of climate model integrations from the sixth Climate Model Intercomparison Project (CMIP6) and will leverage existing H2020 and ERC projects. Novel CMIP6 analyses will be combined with dedicated high resolution simulations and new observations to address identified knowledge gaps on radiative forcing, cloud feedbacks and the relationship between ocean variability and atmospheric change. A fourth identified knowledge gap is the effective translation of new physical science understanding into an improved evidence base for policy decisions. CONSTRAIN will address this by developing climate model emulators that integrate and operationalise learning from across the consortium to provide new capability to assess impacts of climate change under a broad range of emission scenarios. We will focus on the expected spatially resolved decadal changes until mid-century providing robust evidence on climate sensitivity, and regional temperature, precipitation and circulation changes, thereby enabling evidence-based policy decisions that will directly benefit the EU's adaptation and mitigation strategy.

CAFE-Brazil Rahmenantrag - Chemie der Atmosphäre: Feldexperiment Brasilien

Das Projekt "CAFE-Brazil Rahmenantrag - Chemie der Atmosphäre: Feldexperiment Brasilien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main, Institut für Atmosphäre und Umwelt durchgeführt. Die wissenschaftliche Messkampagne 'CAFE-Brazil' (Chemistry of the Atmosphere: Field Experiment Brazil) soll mit dem Forschungsflugzeug HALO über dem Amazonasbecken im Dezember 2022 und Januar 2023 durchgeführt werden. Die Basis für die Flugzeugmessungen wird in Manaus, Brasilien, liegen. Die Hauptziele der CAFE-Brazil-Messkampagne sind Studien zur Oxidations-Photochemie in der tropischen Troposphäre, sowie die Erforschung von Aerosolnukleations und Wachstumsprozessen in unverschmutzten, vom Menschen nicht beeinflussten Luftmassen über dem tropischen Regenwald. Es wird der Einfluß von flüchtigen organischen Kohlenwasserstoffemissionen auf die Oxidationskreisläufe untersucht bei niedrigen und mittleren Stickoxidkonzentrationen durch Blitzaktivität. Der Einfluss der organischen Verbindungen auf die Bildung und das Wachstum von neuen Aerosolpartikeln in der oberen Troposphäre, auf die Konzentration und die chemische Komposition wird untersucht, sowie CCN-Eigenschaften.Der universitäre Projektpartner von der Goethe-Universität Frankfurt schlägt vor, ein Chemical Ionization Atmospheric Pressure interface Time Of Flight Mass Spectrometer (CI-APiTOF) auf HALO einzusetzen, um damit die Bildung von hochgradig oxidierten und extrem schwerflüchtigen Kohlenwasserstoffen (HOMs) zu untersuchen, die aus Terpenen stammen. Terpene werden im Amazonasregenwald in großen Mengen von Pflanzen emittiert. Neben der Messung von HOMs wird auch gasförmige Schwefelsäure vom CI-APi-TOF gemessen. Das CI-APiTOF ergänzt den weltweit einmaligen Verbund von wissenschaftlichen Geräten der CAFE-Brazil Messkampagne. Nur dieses Instrument erlaubt die Identifiezierung der Schlüsselsubstanzen, die für die Aerosolneubildung in den Ausflussregionen von hochreichender Konvektion über dem Amazonasgebiet verantwortlich sind.

Infrastructure for the European Network for Earth System modelling - Phase 3 (IS-ENES3)

Das Projekt "Infrastructure for the European Network for Earth System modelling - Phase 3 (IS-ENES3)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Centre National de la Recherche Scientifique durchgeführt.

Improving Models for Marine EnviRonment SErvices (IMMERSE)

Das Projekt "Improving Models for Marine EnviRonment SErvices (IMMERSE)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Centre National de la Recherche Scientifique durchgeführt. The overarching goal of IMMERSE project is to ensure that the Copernicus Marine Environment Monitoring Service (CMEMS) will have continuing access to world-class marine modelling tools for its next generation systems while leveraging advances in space and information technologies, therefore allowing it to address the ever-increasing and evolving demands for marine monitoring and prediction in the 2020s and beyond. In response to the future priorities for CMEMS, IMMERSE will develop new capabilities to: - enable the production of ocean forecasts and analyses that exploit upcoming high resolution satellite datasets, - deliver ocean analyses and forecasts with the higher spatial resolution and additional process complexity demanded by users, - exploit the opportunities of new high performance computing (HPC) technology - allow easy interfacing of CMEMS products with detailed local coastal models. These developments will be delivered in the NEMO ocean model, an established, world-class ocean modelling system that already forms the basis of the majority of CMEMS analysis and forecast products. Hence the pathway from the research in IMMERSE to implementation in CMEMS will be simple and seamless, as the model code developed will be directly applicable in CMEMS models. NEMO has a long track record of producing and maintaining a stable, robustly engineered code base of the type that is needed for operational applications, including CMEMS. The IMMERSE consortium combines world-class expertise in ocean modelling, applied mathematics and HPC, established software engineering processes and infrastructure, and in-depth knowledge of the CMEMS systems and downstream CMEMS systems. Thus IMMERSE is exceptionally well placed to deliver the operational-quality model code required to meet the emerging needs of CMEMS, and maintain it into the future.

Removing the waste streams from the primary Aluminium production and other metal sectors in Europe (RemovAL)

Das Projekt "Removing the waste streams from the primary Aluminium production and other metal sectors in Europe (RemovAL)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Mytilineos Anonimi Etairia - Omilos Epicheiriseon durchgeführt.

A purification/regeneration process of spent plating baths base on functionalized magnetic nanoparticles (PureNano)

Das Projekt "A purification/regeneration process of spent plating baths base on functionalized magnetic nanoparticles (PureNano)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Politecnico Milano durchgeführt.

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