Das Projekt "Teilprojekt C03: Analyse von Mustern der Bodenfeuchte mittels SAR-Beobachtungen und Modellierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Köln, Fachgruppe Geowissenschaften, Geographisches Institut durchgeführt. Wir untersuchen Muster der Bodenfeuchte zur Charakterisierung der zugrundeliegenden Ursache-Wirkungs-Beziehungen. Dazu werden neue polarimetrische SAR Satellitensysteme und prozess-basierte Modelle genutzt, wobei insbesondere die Auswirkungen von Pflanzenwachstumsdynamik und landwirtschaftlichem Management untersucht werden. Durch die Verknüpfung von fernerkundungs- und modellbasierten Methoden erreichen wir a) ein besseres Verständnis der Wechselwirkungen zwischen natürlichen Prozessen und landwirtschaftlichem Management, b) ein besseres Verständnis der Skalierungseigenschaften der Bodenfeuchte und c) tragen zu einer verbesserten Parametrisierung dieser Prozesse im CLM bei.
Das Projekt "Teilprojekt: Bestimmung von Wärmeänderungen im Ozean durch Kombination von Satellitengravimetrie, Argo und Radaraltimetrie - ROCSTAR" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bonn, Institut für Geodäsie und Geoinformation, Professur für Astronomische, Physikalische und Mathematische Geodäsie durchgeführt. Veränderungen der Ozeanwärme sind eng mit dem Wärmefluss an der Ozean-Atmosphärengrenze verbunden und spielen daher eine wic--htige Rolle bei der Regulierung des Erdklimas. Allerdings weisen in-situ-Messungen immer noch hohe Ungenauigkeiten auf und sind nur in wenigen Regionen in ausreichender Anzahl vorhanden. ROCSTAR wird neue Einsichten in das Energiebudget der Erde durch die verbesserten Schätzungen der ozeanischen Temperatur (T) und des Salzgehalts (S) liefern. Durch die Kombination der geodätischen Raumverfahren mit Argo-Profilen, werden gleichzeitig die Temperatur, der Salzgehalt und regional variierende Meeresspiegelbeiträge ermittelt. Die daraus resultierenden Schätzungen umfassen die gesamte Ozeansäule und die zugehörigen sterischen Änderungen werden sowohl mit dem beobachteten Meeresbodendruck als auch mit den Meeresspiegelanomalien konsistent sein. Vor diesem Hintergrund verfolgt das Projekt folgende Ziele:1. Erhöhung der Genauigkeit der in sich konsistenten T- und S-Felder und Bereitstellung von realistischen Fehlerschätzungen2. Ermittlung der T- und S-Schätzungen in Regionen mit wenigen Beobachtungen und in den Tiefen des Ozeans3. Quantifizierung der Rolle, welche die flachen und tiefen Schichten des Ozeans in der Energiebilanz der Erde und im Meeresspiegel-Budget spielen4. Identifizierung und Untersuchung von Ozeanwärmehotspots und deren Verbindung zum terrestrischen Wasserkreislauf im Südosten Asiens. ROCSTAR wird innerhalb des SPP1189-Schwerpunkts WPA (Ursprung der regionalen Meeresspiegeländerungen) angesiedelt sein. Das Projekt befasst sich mit globalen Beobachtungen, führt aber intensive Untersuchungen im indischen Ozean und Westpazifik durch, welche die Hauptquellen für Feuchtigkeit, Zyklon und Taifun Entwicklung in der südostasiatischen Region darstellen. Darüber hinaus wird ROCSTAR aktiv an den Öffentlichkeitsarbeiten des SPPs teilnehmen und ein konzeptionelles Brettspiel entwickeln, um Nicht-Wissenschaftlern das regionale Meeresspiegelbudget näher zu bringen.
Das Projekt "Fehlerquantifizierung und Entwicklung von Qualitätslayern für globale, tägliche Fernerkundungsdatenprodukte zur Ausdehnung und Dynamik von Oberflächenwasser und Schnee" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. - Deutsches Fernerkundungsdatenzentrum durchgeführt. Eine wichtige Voraussetzung zur Erreichung des Gesamtzieles dieses RU sind hoch qualitative Beobachtungsdaten zu Wasser- und Schneebedeckung, sowie entsprechende Ungenauigkeitsinformationen, welche für eine Integration mittels des C/DA-Ansatz geeignet sind. In diesem Projekt werden derartige Daten - basierend auf zwei bestehenden Produkten, des DLR (Global WaterPack und Global SnowPack) - entwickelt und bereitgestellt. Durch die Weiterentwicklung des Global WaterPack-Algorithmus wird Qualität dieses Produktes weiter verbessert. Anschließend ermöglicht die Entwicklung von zuverlässigen Unsicherheitsinformationen für die Wasser- und Schneezeitreihen eine Integration dieser Produkte via C/DA in das hydrologische Modell WaterGAP. Auf diese Weise verbessern die Forschungsaktivitäten dieses Projektes sowohl die fernerkundungsbasierten Datensätze als auch die Modellergebnisse und tragen somit zu einem besseren Verständnis des globalen Süßwassersystems bei.
Das Projekt "Optimierung alternativer GRACE-Datensätze zur Kalibrierung und Datenassimilation und Validierung von Modellergebnissen gegen unabhängige Daten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hamburg, Studiengang Geomatik, Arbeitsgruppe Geodäsie durchgeführt. Dieses Teilprojekt wird zu den übergeordneten Zielen der Forschergruppe beitragen durch (1) die Bereitstellung optimierter, alternativer GRACE-Datenprodukte inklusive passender Unsicherheitsinformationen und (2) durch die Validierung der in GlobalCDA erzielten Ergebnisse gegen unabhängige Datensätze. Bezüglich des ersten Ziels werden wir das Potential von nicht-standard GRACE-Produkten für C/DA untersuchen, wobei wir uns zunächst auf alternative räumliche Parametrisierungen (z.B. Mascons, Inversionslösungen) konzentrieren, im weiteren Verlauf des Projektes jedoch auch zeitlich höher aufgelöste (tägliche) GRACE-Lösungen betrachten werden. Ein weiterer Fokus wird die konsistente Behandlung räumlich konzentrierter Massenvariationen (Reservoire, Flüsse, etc.) sein, welche unterhalb der GRACE-Auflösung liegen, jedoch durch die Stärke ihres Signals einen großen Einfluss auf die C/DA-Ergebnisse haben. Im zweiten Teil von P4 werden die Ergebnisse unterschiedlicher Modellläufe (mit/ohne C/DA, vor/nach der Implementierung neuer Modellstrukturen) validiert gegen unabhängig bestimmte Wasserspeicheränderungen in verschiedenen Kompartimenten (z.B. Bodenfeuchte, Grundwasser) aus Beobachtungen und hochauflösenden regionalen Modellen.
Das Projekt "Teilprojekt D03: Entwicklung von erweiterten Methoden für die Tomographiedatenanalyse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Photogrammetrie und Fernerkundung, Professur für Photogrammetrie durchgeführt. Zur quantitativen dreidimensionalen Erfassung der inneren Struktur von materialminimierten Carbonbeton-strukturen werden Mikrotomographen eingesetzt. In werden aufgabenspezifische 3D-Bildverarbeitungsmethoden zur Analyse der Computertomographiedaten entwickelt. Für die Deformationsanalyse von Probekörpern im Rahmen von Belastungsversuchen werden Algorithmen auf die Veränderungsdetektion in Zeitreihen erweitert. Die Entwicklung der Methoden erfolgt in enger Kooperation mit experimentellen Teilprojekten, denen leistungsfähige Messverfahren zur Analyse von 3D- und 4D-Daten zur Verfügung gestellt werden.
Das Projekt "Verfeinerte Schätzung absoluter Wasserstände von Binnengewässern aus Multi-Missions-Satellitenaltimetrie (WALESA)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Geodätisches Forschungsinstitut der Technischen Universität München (DGFI-TUM) durchgeführt. Innerhalb der Forschergruppe GlobalCDA wird das Projekt P5 die erforderlichen Wasserstände von Inlandsgewässern bereitstellen, die später in Wasservolumina und -abflüsse umgerechnet werden und als Beobachtungsdaten für die Kalibrierung und zur Assimilation in das WaterGAP Modell verwendet werden. Neben der Bereitstellung der Wasserhöhen innerhalb der Test- und Untersuchungsregionen wird sich das Projekt schwerpunktmäßig mit der Entwicklung der notwendigen Ansätze und Methoden beschäftigen, die für eine automatische, schnelle, zuverlässige und hochgenaue Ableitung von Inlandgewässerhöhen auf globaler Skala benötigt werden. Im Einzelnen werden im Projekt Forschungen zu folgenden Schwerpunkten durchgeführt: (1) Automatische Erkennung und Definition von permanenten und nicht-permanenten Wasserflächen, (2) Zuverlässige Klassifizierung von Radarechos von unterschiedlichen Oberflächenreflektoren und konsistent für verschiedene Missionen, (3) Verbesserter Retracking-Algorithmus für Inland-Altimetermessungen, der die konsistente Verwendung und Kombination verschiedener Altimetermessungen erlaubt, und (4) Zuverlässige Ableitung von Fehlerinformationen für jede gemessene Wasserhöhe. Alle erarbeiteten Methoden werden im Rahmen des Projektes sorgfältig validiert und mit existierenden Ansätzen und Daten verglichen.
Das Projekt "Entwicklung einer Ensemble Kalman Filter Methode für die Datenassimilation und Modellkalibrierung bei der Integration von geodätischen Daten in ein globales hydrologisches Modell" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bonn, Institut für Geodäsie und Geoinformation, Professur für Astronomische, Physikalische und Mathematische Geodäsie durchgeführt. In diesem Teilprojekt beabsichtigen wir, ein effizientes Schema für Datenassimilierung und Modellparameter-Kalibrierung auf der Basis von Ensemble-Methoden zu entwickeln. Der Fokus soll in der ersten Phase liegen (1) auf der simultanen Integration der in der Forschergruppe entwickelten fernerkundlichen und geodätischen Datensätze, die sehr unterschiedliche räumliche und zeitliche Abdeckung und Auflösung haben, wobei zum Teil die benötigten Operatoren (Relationen, die Modellparameter auf Observablen abbilden) noch entwickelt werden müssen. Darüber hinaus soll (2) die Kalibrierung von Parametern des hydrologischen Modells im Rahmen der Ensemble-Methoden weiterentwickelt und in einem gemeinsamen Rahmen mit der Pareto-optimalen Methode des Teilprojektes P3 verglichen werden. Wir werden mit der bereits entwickelten Methode zur Assimilierung von GRACE-Daten beginnen und sukzessive die Assimilation von terrestrischen Durchflußmessungen und von Satellitenbeobachtungen von Wasserstandshöhen und -volumen, Durchfluß sowie der Wasser-/Schneebedeckung hinzufügen. Neben einer neuen quantitativen Beschreibung von Wasserflüssen und -speicherung in großen Einzugsgebieten werden wir eine Charakterisierung der zugehörigen Unsicherheit generieren.
Das Projekt "Validierung der simulierten, Gesamtwasserspeicherung (GWS) mithilfe des globalen Navigationssatellitensystem (GNSS)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von University of Luxembourg, Faculty of Science, Technology and Communication durchgeführt. Gitterbasierte Zeitreihen der Anomalien in der Gesamtwasserspeicherung (AGWS) , simuliert mittels einer Reihe von WaterGAP Modellvarianten, welche auf unterschiedlichen Kalibrierungs- und Datenassimilationsverfahren (K/DA ) basieren, werden in P9 für die Simulierung von Oberflächenverschiebungen genutzt. Anschließend werden diese Verschiebungen mit den geodätischen Beobachtungen (GNSS dreidimensionale Oberflächenverschiebungen) in den Übungs- und kritischen sowie den Validierungsgebieten verglichen. Des Weiteren werden AGWS, simuliert mittels WaterGAP ohne K/DA, global validiert. In den regionalen Analysen, für welche genug GNSS Daten vorliegen, werden wir die Beobachtungen nutzen, um sie nach Inversion der Daten auf die Wasserspeicherung anzuwenden. Ein Ziel dieses Projekts besteht darin, die Fehler in den GNSS Beobachtungen und den Hintergrundmodellen, welche für die Vorwärtsmodellierung der Verschiebungen genutzt werden, genau zu quantifizieren.
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| Förderprogramm | 8 |
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| Boden | 8 |
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