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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.

Wirkung fluktuierender Temperaturverläufe auf Struktur und Funktion des Bodensystems

Temperatur ist ein zentraler Umweltfaktor, der die Aktivität von Bodenorganismen, die Abbaurate organischer Substanz und Bodenprozesse steuert. Temperatur beeinflusst damit die Zusammensetzung der Organismengemeinschaft und deren Funktion. Trotz der fundamentalen Bedeutung von Temperatur existiert nur sehr wenig Information über deren direkte und indirekte Wirkung auf die Struktur und Funktion von Zersetzersystemen. Vor allem die Wirkung von fluktuierenden Temperaturbedingungen ist kaum bekannt. Kenntnisse der Wirkung von Temperaturschwankungen sind dabei zur Beurteilung der Auswirkungen von globalen Klimaveränderungen essentiell. Der Schwerpunkt des beantragten Projekts ist deshalb die Untersuchung von Auswirkungen saisonaler und diurnaler Temperaturschwankungen auf die Struktur von Zersetzergemeinschaften und auf Bodenprozesse. Die Auswirkungen werden in Systemen unterschiedlicher Komplexität untersucht, die sich wechselseitig ergänzen. Grundlage für die Interpretation von Auswirkungen von Temperaturschwankungen bilden drei Themenkomplexe: (1) Die Bedeutung des Ressourcenangebots als Steuergröße für Saprophagen; (2) Konkurrenz zwischen ökologisch ähnlichen saprophagen Arten und deren langfristige Auswirkung; (3) Einfluss großkörperiger Saprophager als 'Ökosystem-Ingenieure' auf die Organismengemeinschaft des Bodens und ihre Funktion.

Generationenübergreifende Anpassungstrategien an Ozeanversauerung und -erwärmung in Fischen

Anthropogene CO2 Emissionen werden zum Teil von den Ozeanen absorbiert und führen zu erniedrigten marinen pH und Karbonatwerten, dieser Prozess wird Ozeanversauerung genannt. Ozeanversauerung geht mit Ozeanerwärmung einher, zusammen bedrohen beide Umweltveränderungen das Leben im Meer. Fische wurden bisher als recht unempfindlich gegenüber diesen Veränderungen im Meerwasser eingeschätzt, da sie über hoch entwickelte Säure-Base- und Ionenregulation verfügen. Daher haben nur wenige physiologische Studien den Einfluss von Hyperkapnie auf die Physiologie und das Verhalten von Fischen untersucht, und häufig wurden dabei auch CO2 Partialdrücke eingesetzt, die weit jenseits der vom IPCC prognostizierten Werte für die nahe Zukunft liegen. Weiterhin wurden bisher nur wenige Lebensstadien untersucht, obwohl es immer mehr Anhaltspunkte dafür gibt, dass besonders die frühen Lebensstadien, die noch nicht über voll ausgeprägte homeostatische Kapazitäten und Verhaltenrepertoire verfügen, besonders empfindliche gegenüber OAW reagieren. Weiterhin lassen viele aktuelle Studien eine integrative Analyse von physiologischen Antworten auf zellulärer, Gewebe- und Ganztierebene vermissen, außerdem fehlt uns ein generelles Verständnis des evolutionären (generationenübergreifenden) Anpassungspotentials von Fischen an den Klimawandel. FITNESS versucht kritische Wissenslücken zu schließen, indem die synergistischen Auswirkungen von OAW auf Zell-, Gewebe- und Ganztierebene an verschiedenen Lebensstadien (Embryonen, Larven, Jungfische und Adulte) an warm-temperaten Wolfsbarschen (Dicentrarchus labrax) untersucht werden. Dabei untersucht FITNESS die physiologischen Reaktionen zwischen F0 und F1 Generationen von Fischen, von denen bereits die Elterntiere verschiedenen OAW-Szenarien ausgesetzt waren; weiterhin werden auch Wildpopulationen untersucht. Damit bereitet FITNESS den Weg für eine ganzheitlichere Analyse der Populationsakklimatisation und -adaptation, indem phänotypische Veränderungen mit Darwin'schen Fitnessfaktoren verknüpft und die Vererbbarkeit physiologischer Schlüsselparameter untersucht werden. Um weiterhin unser Ursache-Wirkungs-Verständnis von OAW voran zu treiben, werden konzeptionelle Modelle eingesetzt, die die Antworten auf Zell-, Gewebe- und Ganztierebene parametrisieren und in physiologisch-bioenergetische Modelle einfließen lassen, um mögliche Anpassungskapazitäten und Abstriche in Wachstum, Reproduktion und Mortalitätsrisiko abzuschätzen. FITNESS profitiert dabei von den großzügigen Aquakulturkapazitäten in Frankreich, in denen eine große Anzahl von Fischen (größer als 1000) über zwei Generationen hinweg sowohl unter Labor- als auch unter Feldbedingungen verfolgt werden kann. Weiterhin kommen FITNESS die enge Zusammenarbeit mit aktuellen Ozeanversauerungsprojekten in Deutschland (BIOACID) und Portugal zugute, die sich mit Kalt- bzw. Warmwasserfischen beschäftigen und somit Vergleiche über einen weiten Bereich von Temperaturfenstern erlauben.

Monitoring und Modellstudie zu Desertifikation und Einfluessen von Klimaaenderungen im Messara-Tal auf Kreta

Messungen der radiometrischen Eigenschaften im Messara-Tal sowie der Waermefluesse und der Verdunstung ueber einem Olivenfeld wurden am Ende des Sommers und am Ende des Winters durchgefuehrt mit dem Ziel, die Verdunstung als einen Teil des Wasserkreislaufs zu erfassen und gleichzeitig, um die in Berlin empfangenen und aufbereiteten taeglichen Satellitendaten hinsichtlich des daraus berechneten Vegetationsindexes zu validieren. Die jahreszeitliche Welle der Vegetationsentwicklung in Kreta wird aus diesen Daten sehr deutlich.

Gebäudestudie Thüringen - Energieeffizienz und Erneuerbare Energien

Thüringen hat das Ziel, den Anteil zukunftssicherer, erneuerbarer Energien am Endenergieverbrauch bis 2020 auf 30 Prozent zu steigern. Um eine Doppelstrategie aus mehr erneuerbare Wärme und weniger Wärmebedarf umzusetzen, sollten landesrechtliche Regelungen und Fördermaßnahmen erarbeitet werden, die auf eine Erhöhung des Anteils erneuerbarer Energien an der Wärmeversorgung der Bestandsgebäude im Freistaat Thüringen und eine Steigerung der Energieeffizienz abzielen. Als Grundlage dafür erarbeitete Ecofys eine Gebäudestudie, die folgende Informationen umfasst: - Energetischer Ist-Zustand der bestehenden Gebäude (Energieeffizienz, Einsatz erneuerbarer Energien), diesbezügliche Entwicklungen seit 1990 sowie deren Zusammenhang mit den jeweiligen Wärmeschutzvorschriften. - Auswirkung des EEWärmeG des Bundes auf Energieeffizienz und Anteil erneuerbarer Wärme an Neubauten. - Handlungsempfehlungen zur Steigerung des Anteils erneuerbar erzeugter Wärme. Die Handlungsempfehlungen wurden gemeinsam von Ecofys und dem Hamburg Institut erarbeitet.

Einfluß von atmosphärischer CO2-Konzentration und pflanzlicher Artdiversität auf bodenlebende Nematoden und Mikroarthropoden eines Mesobrometums

Erhöhte atmosphärische CO2-Konzentrationen führen über vermehrtes Wurzelwachstum und vermehrte Abgabe von Wurzelexudaten zu einer intensivierten Verlagerung von Kohlenstoff in den Boden. Diese zusätzlichen Energiequellen für die Bodenmikroflora gestatten theoretisch erhöhtes mikrobielles Wachstum und erhöhte Aktivität und vermögen daher bodenbiologische Prozesse (Abbau des Bestandesabfalls, Nährstoffmineralisierung) massiv zu beeinflussen. In vielen Untersuchungen konnte dieses erwartete Anwachsen der mikrobiellen Biomasse und Aktivität jedoch nicht festgestellt werden. Möglicherweise wird die erhöhte mikrobielle Biomasse unter bestimmten Umständen effizient von bakterien- und pilzfressenden Bodentieren genutzt und der erhöhte C-Input in den Boden in tierischer Biomasse festgelegt. Untersuchungen zur Reaktion der Bodenfauna auf erhöhte atmosphärische CO2-Konzentrationen fehlen allerdings nahezu völlig. In unserem Projekt verfolgen wir die Reaktion microbivorer Organismen (Mikroarthropoden und Nematoden) in zwei vom Institut für Botanik der Universität Basel in einem Halbtrockenrasen bei Nenzlingen (CH) durchgeführten mehrjährigen CO2-Anreicherungsexperimenten.

Biopositive Wirkungen der ultravioletten Strahlung

Physiologisch dosierte Bestrahlungen mit ultraviolettem Licht haben guenstige Wirkungen auf das immunologische Abwehrsystem und auf die Kreislaufregulation. Entsprechende Befunde wurden bisher bei Bewohnern einer geriatrischen Einrichtung (Immunologie) und bei Teilnehmern einer koronaren Sportgruppe (Kreislaufmessungen) erhoben.

Gibt es eine neue Attraktivität der Städte?

Seit Anfang dieses Jahrzehnts zeigt sich für eine Reihe von deutschen Großstädten wieder eine positive Bevölkerungsentwicklung. Zugleich zeigt sich, dass die Suburbanisierungsprozesse rückläufig sind. Diese Entwicklung wird in Fachkreisen begrüßt, hat es doch den Anschein, als käme die Stadtentwicklung dem Ideal einer kompakten, Ressourcen sparenden Entwicklung näher. Im Rahmen dieses Projektes sollen die Effekte überprüft werden. Außerdem werden die lokalen Ausprägungen eines weiteren Städtewachstums als Forschungsthema in den Blick gerückt. Bedeutet eine positive Bevölkerungsentwicklung automatisch eine neue Attraktivität der Städte? Welche Prozesse und Strategien stecken hinter den Zahlen, wie schlagen sie sich in den Stadtquartieren nieder und wie sind sie zu bewerten? Es soll herausgefunden werden, inwieweit die steigenden Bevölkerungszahlen geplant sind, d.h. ob sie Resultat gezielter Strategien sind und unter welchen Bedingungen kommunale Strategien greifen. Bringt das statisch feststellbare Städtewachstum auf der einen und die gebremste Suburbanisierung auf der anderen Seite die Stadtentwicklung einer kompakten, ausgewogenen, sozialverträglichen und Ressourcen sparenden Entwicklung näher? Ausgangslage: Die Städtelandschaft ist in Deutschland durch gleichzeitig stattfindende Wachstums- und Schrumpfungsprozesse auf der Ebene der Stadtbevölkerung gekennzeichnet. Auch wenn nur die wachsenden oder nur die schrumpfenden Städte betrachtet werden, weisen sie untereinander recht heterogene Entwicklungen auf. Im Vorfeld des Forschungsprojektes hat das Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung (BBSR) ein Arbeitspapier erstellt, in dem die quantitativen Prozesse in deutschen Städten mit Bevölkerungsgewinnen näher unter die Lupe genommen werden. Die Bevölkerungsentwicklung wurde über die vergangenen zehn Jahre betrachtet, Städte wurden mit ihrem Umland verglichen und die Bevölkerungsentwicklung in Relation zur Beschäftigtenentwicklung gesetzt (Rubrik 'Ergebnisse'). Die Ergebnisse führen zur Auswahl von zehn Städten, für die vertiefende Analysen angestellt werden. Die Auswahl wurde erstens geleitet durch die Anforderung eines (geringfügigen) repräsentativen Charakters der ausgewählten Städte. Zweites galt die Bedingung, dass die Städte Mitglied im Netzwerk 'Innenstädtische Raumbeobachtung des BBSR' sind, weil dadurch eine Reihe von Daten unmittelbar verfügbar und Ansprechpartner bekannt sind. Als elfte Stadt hat sich Frankfurt am Main als assoziiertes Mitglied dem aus BBSR und Kommunen bestehenden Forschungskonsortium angeschlossen. Die BBSR-Website Werkstatt-Stadt gibt zum Einstieg und zur Illustration Hinweise auf Projekte, die in den zehn Städten in ihrer 'Wachstumsperiode' umgesetzt wurden und die Kriterien einer nachhaltigen Stadtentwicklung erfüllen.

Forschergruppe (FOR) 409: Systemverständnis: Wasser- und Stoffdynamik urbaner Standorte; System Comprehension: Dynamics of Water and Materials at Urban Locations, Teilprojekt HUMUS: Die organische Bodensubstanz und ihre Wasser- und Stoffbindung in anthropogen beeinflußten Böden

Das Projekt HUMUS hat zum Ziel, die Wasserbindung der organischen Bodensubstanz urbaner Böden zu charakterisieren. Im Zentrum stehen Geleigenschaften und der Nachweis eines Glasüberganges in der organischen Bodensubstanz. Die meisten Untersuchungen erfolgen mit Hilfe der Differential Scanning Kalorimetrie (DSC). Sie werden durch dielektrische Messungen und 1H-NMR-Relaxation (TP GEO) sowie kinetische Untersuchungen zur DOC-Freisetzung und Quellung ergänzt. Die Feldexperimente und Mikrokosmen der Forschergruppe dienen zur Verknüpfung der Wasserbindung der organischen Bodensubstanz mit Faktoren des Wasserhaushaltes (TP BODEN), Mikroorganismen und ihren Biofilmen (TP MIKRO), der Bodenmesofauna (TP FAUNA) sowie unterschiedlichen Elektrolytbedingungen. In der zweiten Projektphase werden Auswirkungen der urban beeinflußten Humuseigenschaften auf die kleinräumige Variabilität und auf den Wasser- und Stofftransport der urbanen Standorte untersucht werden.

Evidenzbasiertes Assessment für die Gestaltung der deutschen Energiewende auf dem Weg zur Klimaneutralität, Teilvorhaben D0-2

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