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Schwerpunktprogramm (SPP) 1158: Antarctic Research with Comparable Investigations in Arctic Sea Ice Areas; Bereich Infrastruktur - Antarktisforschung mit vergleichenden Untersuchungen in arktischen Eisgebieten, COALA – Kontinuierliche Beobachtungen von Aerosol-Wolken-Interaktion in der Antarktis

Das unvollständige Verständnis der Wechselwirkung von Aerosolpartikeln mit Strahlung, Wolken und Niederschlag ist eine Schlüsselfrage der Atmosphärenforschung. Detaillierte Beobachtungen sind erforderlich, um die komplexen Zusammenhänge zwischen den beteiligten Prozessen zu erfassen. Dies gilt insbesondere für die abgelegene Region der Antarktis, wo bodengestützte, vertikal aufgelöste Langzeitbeobachtungen von Aerosol, Wolken und Niederschlag selten sind und Satellitenbeobachtungen technischen Beschränkungen unterliegen. Um die Messlücke mit modernsten Beobachtungen zu schließen, wird TROPOS die Messplattform OCEANET-Atmosphere zwischen den Südsommern 2022/23 und 2023/24 an der Station Neumayer III (70,67°S, 8,27°W) einsetzen. OCEANET-Atmosphere ist ein autonomer, polar-erprobter, modifizierter 20-Fuss-Messcontainer, der erst kürzlich erfolgreich während MOSAiC (Multidisciplinary drifting Observatory for the Study of Arctic Climate) eingesetzt wurde. Die Instrumentierung während COALA umfasst ein Mehrwellenlängen-Polarisations- und ein Doppler-Lidar, ein 35-GHz-Wolkenradar, ein Mikrowellenradiometer sowie jeweils ein 1-d und 2-d-Niederschlags-Disdrometer. OCEANET ist die einzige polare Einzelcontainer-Plattform, die mit Mehrwellenlängen-Lidar, Radar und Mikrowellenradiometer Wolken und Niederschlag sowie mit Doppler-Lidar und -Radar turbulente Luftbewegungen in Wolken an verschiedenen Messstandorten beobachten kann.Die zeitliche und vertikale Auflösung des gewonnenen Datensatzes wird in der Größenordnung von 30 s (2 s für Vertikalgeschwindigkeitsbeobachtungen) und 30 m liegen. COALA ist ein 3-Jahres-Projekt. Ein Postdoktorand wird für den Einsatz von OCEANET-Atmosphere bei Neumayer III und die Datenanalyse verantwortlich sein und dabei von Experten am TROPOS unterstützt. Die Beobachtungen werden in erster Linie dazu dienen, die Schlüsselhypothese von COALA zu untersuchen, dass Aerosol aus dem Südlichen Ozean, den mittleren Breiten und den Subtropen der südlichen Hemisphäre in die Antarktis transportiert wird, wo es die Bildung und Entwicklung von Wolken und Niederschlag beeinflusst. Die Arbeiten konzentrieren sich auf (1) die Untersuchung des Ursprungs, der Häufigkeit und der Eigenschaften des Aerosols über der Station Neumayer III, (2) die Untersuchung des Einflusses von Oberflächen- und Grenzschicht-Kopplungseffekten auf die Eigenschaften und die Entwicklung von tiefen Wolken, (3) die Untersuchung des Beitrags von Dynamik (orographische Wellen), Aerosol und Meteorologie zur Verteilung der Eis- und Flüssigphase in Wolken über Neumayer III, (4) zur Untersuchung der vertikalen Struktur von Wolken und ihrer Beziehung zur Niederschlagsbildung und (5) zur Bewertung regionaler Kontraste in den Eigenschaften von Aerosolen und Wolken und den damit verbundenen Aerosol-Wolken-Wechselwirkungsprozessen, indem die Neumayer-III-Beobachtungen von vorhandenen Datensätzen aus Südchile, Zypern, Deutschland und der Arktis kontrastiert werden.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1158: Antarctic Research with Comparable Investigations in Arctic Sea Ice Areas; Bereich Infrastruktur - Antarktisforschung mit vergleichenden Untersuchungen in arktischen Eisgebieten, Ausbreitung und genetischer Austausch zwischen Flechtenpopulationen in Patagonien und der Antarktischen Halbinsel (unter Berücksichtigung anthropogener Einflüsse)

(1) Terrestrische Biota der Antarktis sind durch geografische Isolation und inselhafte Verteilung geprägt. Die isolierte Lage der Antarktis und die Beschränkung auf weit voneinander entfernte kleine Habitatflecken haben zu einem hohen Endemiten-Anteil und einer starken Regionalisierung der Fauna und Flora geführt. Genetische Differenzierung, lokale Anpassung und die Evolution kryptischer Arten sind die Folge. Die Biodiversitäts-Konvention (CBD) betrachtet genetische Diversität als einen Eckpfeiler biologischer Vielfalt und stellt sie damit in eine Reihe mit der Diversität von Arten und Ökosystemen. Durch Einschleppung ortsfremder Arten und Homogenisierung bislang getrennter Genpools bedroht der Mensch jedoch zunehmend diese Isolation und genetische Differenzierung vieler antarktischer Biota. (2) Obwohl Flechten als wichtigste Primärproduzenten antarktische terrestrische Lebensräume dominieren, fehlen zurzeit Daten zu ihrer genetischen Struktur und Diversität. Der Umfang inter- und intrakontinentalen Genflusses ist bisher völlig unbekannt. Es ist deswegen derzeit unmöglich, den aktuellen und zukünftigen menschlichen Einfluss auf antarktische Flechtenpopulationen auch nur annähernd abzuschätzen.(3) Wir schlagen vor, mittels molekulargenetischer Daten die populationsgenetische Struktur von sechs weit verbreiteten Flechtenarten mit unterschiedlichen Ausbreitungsstrategien zu untersuchen. Dabei soll die Nullhypothese überprüft werden, dass Flechtenpopulationen genetisch nicht differenziert sind. Zusätzlich wollen wir abschätzen, ob menschliche Aktivitäten zur Einschleppung ortsfremder Arten oder Genotypen und zur Homogenisierung von Genpools beitragen. Hierfür sollen Lokalitäten mit hohem und niedrigem menschlichen Einfluss verglichen werden. Das Projekt schafft damit unverzichtbare Grunddaten für die Entwicklung von Schutzstrategien in der Antarktis.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1803: EarthShape: Earth Surface Shaping by Biota, Diversität und funktionelle Merkmale mikrobieller Gemeinschaften im unterirdischen terrestrischen Lebensraum entlang eines klimatischen Gradienten: von der Oberfläche zur Verwitterungsfront in der Tiefe

In dem Projekt werden Diversität und funktionelle Eigenschaften von mikrobiellen Gemeinschaften erfassten, die im unterirdischen Teil der 'Critical Zone (CZ)' terrestrischer Lebensräumen leben, entlang eines Gradienten von Aridität, d.h. dem EarthShape Transekt in der küstennahen Cordillera in Chile. Es wird überprüft, ob (1) der terrestrische unterirdische Lebensraum verbunden mit der oberirdischen CZ und damit von klimatischen Bedingungen beeinflusst ist. Die CZ ist eine dünne lebende Schicht der Erde, die Atmosphäre und Geosphäre verbindet. Sie wird zunehmend von menschlichen Aktivitäten beeinflusst. Der unterirdische Teil der CZ mit der Verwitterungszone ist ein aktiver Teil der tiefen Biosphäre, die aus Lebensräumen unterhalb der Erdoberfläche besteht und zu den am wenigsten verstandenen Lebensräumen der Erde zählt. Verwitterungsprozesse transformieren hartes und biologisch inertes Muttergestein zu brüchigem verwitterten Gestein, das eine hervorragende Grundlage für Organismen darstellt und aus dem sich Boden entwickelt. Daher ist die Verwitterung von Gestein ganz entscheidend für die Aufrechterhaltung des Lebens, da sie Nährstoffe für die Organismen bereitstellt. Mit Gestein verbundene Lebensformen haben vermutlich Schlüsselrollen, um die Erde so zu gestalten, dass Leben möglich ist. Außerdem wird das Projekt untersuchen, (2) ob die Artenvielfalt und die damit verbundene Abundanz der mikrobiellen Verwitterungsprozesse an der Verwitterungsfront in der Tiefe zunehmen. Die mikrobiellen Gemeinschaften in der Übergangszone von Muttergestein zu Saprolit könnten einen gemeinsam phylogenetischen Ursprung mit nicht-photoautotrophen Organismen von Felsoberflächen haben. Dagegen könnten Gemeinschaften, die zu Verwitterungsprozessen im Saprolit in Bezug stehen, einen phylogenetischen Ursprung mit den mikrobiellen Gemeinschaften aus Böden teilen. (3) Pro- und eukaryotische Mikroorganismen bilden ein Netzwerk, das die Auflösung von Mineralien hauptsächlich an der Verwitterungsfront und in tiefen Saproliten-Profilen steuert. Tiefe taxonomisch Einblicke auf Artniveau werden durch DNA-Sequenzierung (pair-end reads), die auf Amplikon-basiertem Metabarcoding beruht, möglich. Gensequenzen funktioneller Gene werden verwendet, um Abundanzen und phylogenetische Diversität von Aktivitäten der Biomassebildung und Mineralienverwitterung zu bestimmen. Ein neuartiges aufwändiges Protokoll zur Extraktion von DNA wird verwendet, das intrazelluläre DNA lebender Zellen von dem extrazellulären DNA Pool und Dauerstadien (bakteriellen Endosporen) abzutrennen erlaubt. Das ist wichtig, um die Hypothese, ein Fortschreiten der Verwitterungsfront sei ein rezentes Merkmal, das auch heute noch evolviert, entlang des EarthShape-Transekts zu evaluieren. Das Projekt nutzt die Bohrkampagne wie von der DeepEarthshape-Gruppe vorgeschlagen, d.h. eine Bohrung durch Boden und Saprolit bis zum unverwitterten Mutterboden an den vier Untersuchungsgebieten entlang des Ariditätsgradienten.

Karyotaxonomische Untersuchungen an ausgewählten Amaryllidaceae-Sippen von Chile

Zahlreiche, zumeist endemische, chilenische Monocotylen-Sippen werden im Rahmen eines Gemeinschaftsprojektes der Landwirtschaftlichen und Biologischen Fakultät der Universität Talca, Chile, hinsichtlich ihrer Verwendbarkeit für kommerzielle Zwecke (Zierpflanzen) untersucht. Die biologische Begleitforschung zielt auf die Lösung verschiedener taxonomischer Probleme, z.B. die Aufgliederung der Gattung Hippeastrum s.l. (Amaryllidaceae) auf Basis der Chromosomengrundzahlen und des Karyotyps.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1488: Planetary Magnetism (PlanetMag), Evolution of geomagnetic dipole moment and South Atlantic Anomaly

The geomagnetic field shields our habitat against solar wind and radiation from space. Due to the geometry of the field, the shielding in general is weakest at high latitudes. It is also anomalously weak in a region around the south Atlantic known as South Atlantic Anomaly (SAA), and the global dipole moment has been decreasing by nearly 10 percent since direct measurements of field intensity became possible in 1832. Due to our limited understanding of the geodynamo processes in Earths core, it is impossible to reliably predict the future evolution of both dipole moment and SAA over the coming decades. However, lack of magnetic field shielding as would be a consequence of further weakening of dipole moment and SAA region field intensity would cause increasing problems for modern technology, in particular satellites, which are vulnerable to radiation damage. A better understanding of the underlying processes is required to estimate the future development of magnetic field characteristics. The study of the past evolution of such characteristics based on historical, archeo- and paleomagnetic data, on time-scales of centuries to millennia, is essential to detect any recurrences and periodicities and provide new insights in dynamo processes in comparison to or in combination with numerical dynamo simulations. We propose to develop two new global spherical harmonic geomagnetic field models, spanning 1 and 10 kyrs, respectively, and designed in particular to study how long the uninterrupted decay of the dipole moment has been going on prior to 1832, and if the SAA is a recurring structure of the field.We will combine for the first time all available historical and archeomagnetic data, both directions and intensities, in a spherical harmonic model spanning the past 1000 years. Existing modelling methods will be adapted accordingly, and existing data bases will be complemented with newly published data. We will further acquire some new archeomagnetic data from the Cape Verde islands from historical times to better constrain the early evolution of the present-day SAA. In order to study the long-term field evolution and possible recurrences of similar weak field structures in this region, we will produce new paleomagnetic records from available marine sediment cores off the coasts of West Africa, Brazil and Chile. This region is weakly constrained in previous millennial scale models. Apart from our main aim to gain better insights into the previous evolution of dipole moment and SAA, the models will be used to study relations between dipole and non-dipole field contributions, hemispheric symmetries and large-scale flux patterns at the core-mantle boundary. These observational findings will provide new insights into geodynamo processes when compared with numerical dynamo simulation results.Moreover, the models can be used to estimate past geomagnetic shielding above Earths surface against solar wind and for nuclide production from galactic cosmic rays.

Durchführung von Maßnahmen zur Umsetzung der Klimarahmenkonvention: Ländermaßnahme Chile. Nationale Strategiestudie zum CDM

Schwerpunktprogramm (SPP) 1803: EarthShape: Earth Surface Shaping by Biota, Koordination des DFG Schwerpunktprogramms 1803 (Phase I): EarthShape- Earth Surface Shaping by Biota

Das EarthShape-Programm definiert vier überprüfbare Hypothesen, die darauf ausgerichtet sind, den Einfluss von Biota auf Oberflächenprozesse zu quantifizieren. Dies wird durch einen einzigartigen interdisziplinären Forschungsansatz erzielt, der die traditionellen Bereiche der Geowissenschaften, Biologie, Geomorphologie sowie der Hydrologie umfasst. Dieser Koordinations-Antrag nimmt mehrere Aufgaben administrativer Art in Angriff, die der Überprüfung der wissenschaftlichen Hypothesen und der Entwicklung eines interdisziplinären Umfelds für zukünftige Forschung im Bereich der Oberflächenprozesse in Deutschland dienen. Diese Aufgaben beinhalten: a) Bereitstellen grundlegender Messinstrumente und Datensätze, die für viele EarthShape-Unterprogramme wichtig sind b) Koordination von Geländearbeit, Genehmigungen und internationalen Kollaborationen in entlegenen Gebieten Chiles; c) Förderung der Weiterentwicklung und Mobilität der Teilnehmer als Forscher in einem interdisziplinären Umfeld mit Hilfe von Tagungen zur Ergänzung von Fähigkeiten für junge Wissenschaftler, Gleichstellungsmaßnahmen und Projektseminaren. In diesem Antrag erläutern wir die Hauptziele sowie administrativen und finanziellen Bedürfnisse des EarthShape-Programms innerhalb der nächsten drei Jahre. Im Rahmen dessen legen wir die wichtigsten Komponenten dar, die die Koordinatoren und der Lenkungsausschuss in den vergangenen vier Jahren als essentielle Bestandteile eines erfolgreichen Programms ins Auge gefasst haben. Diese Erwägungen umfassen: a) die Erfordernis, an den vorgeschlagenen Forschungs Clustern zu arbeiten und Zeitskalen zu überbrücken, wie es im ursprünglichen EarthShape-Forschungsantrag dargestellt wurde, b) das Zusammenbringen von Wissenschaftlern unterschiedlicher Forschungsrichtungen, um die interdisziplinäre Zusammenarbeit zu stärken, und c) die Notwendigkeit, dass die Teilnehmer in den ausgewählten Schwerpunktgegenden (oder deren nahem Umfeld) forschen, um den Gegenvergleich und das Zusammenführen der Ergebnisse aus den verschiedenen Projekten zu ermöglichen.

Optimierter Betrieb von Solarturm-Receivern

In OPTOP werden Design und Betrieb des Receivers als zentraler Schnittstelle der Solar Island eines Solarturmkraftwerks verbessert. Dafür wird innovative Messtechnik in ein Monitoringsystem basierend auf Machine Learning und Digital Twin integriert. Das Projekt OPTOP hat drei Kernthemen: a) Sensorik für Receiver: In einem integralen Messkonzept für den Receiver wird die verbesserte Erfassung der Receiveroberflächentemperatur mittels Infrarotkameras, eine nicht-invasive Erfassung der Fluidtemperatur im Receiver, eine betriebsbegleitende Strahlungsdichtemessung und die kamerabasierte Reflexionsgradvermessung des Receivers implementiert. Die Sensordaten werden gemäß den Prinzipien von Industrie 4.0 und dem IoT aufbereitet und für die Betriebsoptimierung und das Receivermonitoring bereitgestellt. b) Receivermonitoring und intelligente Betriebsstrategien: Basierend auf dem umfassenden Sensorinput und einem parallellaufenden Digital Twin-Modell des Receivers wird ein Monitoringsystem entwickelt, das mittels Machine Learning-Methoden ein Überschreiten der Receiver-Betriebsgrenzen im Voraus erkennt und dem Betreiber einen sicheren Betrieb erleichtert. Darauf aufbauend wird mit dynamischen Zielpunkt- und Defokussierstrategien und O&M-Zyklen eine intelligente Betriebsstrategie entwickelt, die den Betrieb der Solar Island sowohl energetisch als auch ökonomisch optimiert. c) Transientes Receiverdesign: Eine Methodik für das Design des Receivers als zentraler Schnittstelle der Solar Island wird entwickelt, welche das integrale System für maximalen Ertrag im transienten Kraftwerksbetrieb optimiert. Dafür wird der Einsatz variabler Flussschemata untersucht, für welche - um die Grenzen des erlaubten Einsatzbereichs nicht zu überschreiten - die umfassende Kenntnis des Receiverzustands im Betrieb basierend auf Sensorik und Digital Twin notwendig ist. Die entwickelte Sensorik und Simulations-Methodik wird im Labor und im Turmsystem Cerro Dominador in Chile implementiert und getestet.

KI-basierte Erfassung und Monitoring von klimainduzierten Naturkatastrophen und Analyse der Exposition

Model Output Statistics for ANTOFAGASTA (85442)

DWD’s fully automatic MOSMIX product optimizes and interprets the forecast calculations of the NWP models ICON (DWD) and IFS (ECMWF), combines these and calculates statistically optimized weather forecasts in terms of point forecasts (PFCs). Thus, statistically corrected, updated forecasts for the next ten days are calculated for about 5400 locations around the world. Most forecasting locations are spread over Germany and Europe. MOSMIX forecasts (PFCs) include nearly all common meteorological parameters measured by weather stations. For further information please refer to: [in German: https://www.dwd.de/DE/leistungen/met_verfahren_mosmix/met_verfahren_mosmix.html ] [in English: https://www.dwd.de/EN/ourservices/met_application_mosmix/met_application_mosmix.html ]

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