Das Projekt "MORGAN (Methane on Regional Grids through Adaptive Nesting)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für Biogeochemie durchgeführt. Die Messung atmosphärischer Treibhausgase wie Methan ist nötig für das Verständnis des globalen Kohlenstoffkreislaufs angesichts des Klimawandels. Dabei kommt der Beobachtung der atmosphärischen Konzentrationen dieser wichtigsten Treibhausgase eine besondere Bedeutung zu, da mit ihrer Hilfe in Kombination mit den Methoden der 'Inversen Modellierung' eine unabhängige Bestimmung ihrer Quellen und Senken möglich wird. Der Erfolg dieser Methoden wird durch zwei Hauptfaktoren begrenzt, nämlich die Verfügbarkeit von präzisen Messungen in der Atmosphäre und Schwachstellen der Modelle, die für die Inversmodellierung verwendet werden. Zum einen will die geplante deutsch-französische Satellitenmission MERLIN die Datenlücke durch innovativen aktiven säulenintegrierten Messungen füllen, die den gesamten Erdball bedecken. Zum anderen will MORGAN das Jenaer Inversionssystem so weiter entwickeln, dass diese neuartigen Methanmessungen völlig ausgeschöpft werden könnten. Eine flexible Kopplung von dem globalen TM3 Modell und dam Lagrange'schen STILT Modell auf Methan-relevanten Regionen wird realisiert. Zu diesem Zweck wird die technische Vorbereitung von meteorologischen Daten auf 0,25° globaler Auflösung durchgeführt, als Ausgangsdaten für das Lagrange'sche Transportmodell. Messungen von Flugkampagnen, inklusiv dem für April 2017 geplanten HALO-Kampagne CoMet, werden verwendet um die Lagrange'sche Interpretation von integrierten Säulenmessungen, wie denen von MERLIN und CHARM-F, zu optimieren. Experimente mit synthetischen Daten werden durchgeführt, um die Benutzung der Retrievals auch von Wolkendecken zu implementieren. Wolkenstatistiken dafür werden von den MERLIN-ähnlichen CALIPSO-Messungen gewonnen. Eine statistisch konsequente Abschätzung der a posteriori Flussunsicherheiten auf der hochaufgelösten regionalen Skala wird mithilfe von synthetischen Daten gesichert.
Das Projekt "Inverse Modellierung von Stroemungs- und Transportvorgaengen im heterogenen Untergrund auf der Basis von Mehrgitterverfahren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Heidelberg, Interdisziplinäres Zentrum für Wissenschaftliches Rechnen, Abteilung Technische Simulation durchgeführt. Auf dem Weg von Feldmessungen zu realistischen Modellen heterogener Boeden, mit deren Hilfe letztlich Sanierungstechniken entwickelt und optimiert werden sollen, ist die Inverse Modellierung ein wichtiger Schritt. Die dabei auftretenden Fragestellungen erfordern Methoden der hydromechanischen Modellierung und der numerischen Mathematik und sind daher ihrer Natur nach interdisziplinaer. Die Modellierung von Stroemungs- und Transportvorgaengen im heterogenen Untergrund fuehrt auf partielle Differentialgleichungen, die sich nach der Diskretisierung sehr effizient mit Mehrgitterverfahren loesen lassen. Bei der Inversen Modellierung sind raeumlich verteilte Parameter (z.B. Permeabilitaet, Porositaet oder Diffusion) aus Messungen zu bestimmen. Die Datenlage laesst typischerweise keine eindeutige stabile Loesung eines deterministischen Inversen Problems zu. Daher wurde in der ersten Phase des Projekts (01.01.1997 - 31.12.1998) ein neuer geostatistischer Konditionierungsansatz entworfen, dessen wiederholt zu loesende regularisierte Inverse Probleme wohlgestellt sind. Zur Behandlung der Konditionierungsprobleme wurden effiziente Mehrgittermethoden entwickelt, die eine schnelle Loesung der wiederholt auftretenden Least-squares-Probleme erlauben. In der zweiten Antragsphase (01.01.1999-31.12.2000) wird diese Methodik erweitert auf 3D. Ausserdem sollen auch Konditionierungsprobleme bei Mehrphasenproblemen angegangen werden. Zur Steigerung der Akzeptanz beim Einsatz in der Ingenieurspraxis sollen darueberhinaus die entwickelten Algorithmen an verfuegbare Datenbanken angekoppelt und im praktischen Einsatz getestet werden.
Das Projekt "Forschergruppe (FOR) 2131: Datenassimilation in terrestrischen Systemen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bonn, Institut für Geowissenschaften durchgeführt. Die Simulation von Wasser- und Energieflüssen im gekoppelten Untergrund-Landoberfläche-Atmosphäre-System (SLAS) ist ein wichtiger Bestandteil von Klima-, Wetter- und Hochwasservorhersagen und trägt zur optimalen Bewirtschaftung von Wasser, Land und Gewässergüte bei. Aufgrund der immensen Skalenkomplexität terrestrischer Systeme ist allerdings alleine schon die Schätzung des aktuellen Zustands - eine Voraussetzung für jegliche Vorhersage - trotz stetig zunehmender Beobachtungen bislang unzureichend. Datenassimilation nutzt Beobachtungen, um den aktuellen Zustand eines Systems mithilfe eines Simulationsmodells zu schätzen; allerdings herrschen in den damit befassten geowissenschaftlichen Disziplinen unterschiedliche Ansätze bezüglich der Struktur von SLAS-Modellen und der darauf aufbauenden Datenassimilation vor. Das primäre Ziel der Forschergruppe ist die Entwicklung eines übergreifenden Datenassimilationskonzepts in Verbindung mit einem voll gekoppelten SLAS-Modell, das eine Verbesserung der Simulation und Vorhersage der Flüsse zwischen den Kompartimenten und damit des Gesamtzustands erreichen soll. Die Entwicklung und Evaluierung eines solchen Datenassimilationssystems erfolgt auf der Basis eines virtuellen Einzugsgebiets. Ein virtuelles Einzugsgebiet ist eine Modellrealisierung eines SLAS, die in der Lage ist, so realistisch wie möglich den Zustand und die Entwicklung eines SLAS-Zustands abzubilden. Diese virtuelle Realität ermöglicht es, Effekte der Modellunsicherheit sowohl beim SLAS-Modell als auch bei den Beobachtungen von den eigentlichen Datenassimilationsproblemen zu trennen, Fehler auf ihre Ursachen zurückzuführen und zu korrigieren. Die virtuelle Realität orientiert sich am Neckar-Einzugsgebiet, das bezüglich Topografie, Geologie, Landnutzung und Klima typisch für die mittleren Breiten ist. Die virtuelle Realität wie auch das SLAS-Modell für das Datenassimilationssystem werden auf dem gekoppelten Modell ParFlow-CLM-COSMO (TerrSysMP) basieren, das lateral bezüglich der Atmosphäre mit operationellen Analysen und Vorhersagen des Deutschen Wetterdienstes (DWD) angetrieben wird. Mit den Ergebnissen und Modellvorstellungen verbinden die Forscherinnen und Forscher die Hoffnung, auch die Möglichkeiten zur Wetter- und Klimaprognose oder zur Qualitätssicherung im Wassermanagement zu verbessern - und damit der interdisziplinären Umweltforschung in verschiedenen Bereichen Impulse zu geben.
Das Projekt "Verifikation Methanemissionen (Carbocount)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bundesamt für Umwelt durchgeführt. Das Projekt soll die Schweizer Methanemissionen quantitativ abschätzen und die geschätzten Emissionen denjenigen des Schweizer Treibhausgasinventars gegenüberstellen. Das Projekt dient der unabhängigen Verifikation der Methanemissionen und der Qualitätssicherung des Treibhausgasinventars der Schweiz. In einem Pilotprojekt (2014-2015) wurde für das Jahr 2013 eine erste Schätzung der Methanemissionen gemacht. Die vielversprechenden Resultate sollen nun mit den in der Zwischenzeit verfügbaren Messungen für die Jahre 2014 und 2015 erweitert werden. Gleichzeitig soll auch die Methodik der inversen Modellierung weiterentwickelt werden. Die Pilotstudie lieferte Hinweise auf eine bislang nicht identifizierte Methanquelle in der Ostschweiz. Eine mehrmonatige Messkampagne im Rahmen dieses Projekts soll helfen, die Methanemissionen in der Ostschweiz präziser zu erfassen. Projektziele: Das Projekt soll die Schweizer Methanemissionen quantitativ abschätzen und die geschätzten Emissionen denjenigen des Schweizer Treibhausgasinventars gegenüberstellen. Das Projekt dient der unabhängigen Verifikation der Methanemissionen und der Qualitätssicherung des Treibhausgasinventars der Schweiz. Umsetzung und Anwendungen: Die Verifikation der Methanemissionen des Treibhausgasinventars wurde anhand der atmosphärischen Messungen durchgeführt und zeigt eine gute Übereinstimmung innerhalb der Unsicherheiten. Aufgrund der bisherigen Erfahrungen sollen die Methanmessungen und die Modellierung künftig weitergeführt werden und so eine fortlaufende Verifikation ermöglichen.
Das Projekt "Verifizierung der Lachgasemissionen CH" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bundesamt für Umwelt durchgeführt. Die Lachgasemissionen tragen rund 5% zu den totalen Treibhausgasemissionen der Schweiz bei. Die Schätzung der Emissionen ist aber mit grossen Unsicherheiten verbunden. Als Teil des Qualitätsmanagements sollen im Rahmen dieses Projekts die Emissionen mit einer Methode geschätzt werden, welche unabhängig von den Hochrechnungen im Treibhausgasinventar ist. Hierfür stützt man sich auf die atmosphärischen Lachgaskonzentrationen (Messungen) und die Rückverfolgung der atmosphärischen Transportmuster (inverse Modellierung), woraus sich die Emissionsverteilung in der Schweiz herleiten lässt. Projektziele: Schätzung der Schweizer Lachgasemissionen aus Messungen der atmosphärischen Konzentration und inverser Modellierung.
Das Projekt "Vulkanaschevermeidung - Unterstützung von Luftfahrtservices" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität für Bodenkultur Wien, Institut für Meteorologie durchgeführt. Vulkanausbrüche können große Mengen von vulkanischen Aschen und Gasen in die Atmosphäre einbringen, in Höhen die vom Gipfel des Vulkans bis zu 50 km reichen. Winde können die Asche und die Gase rasch transportieren, in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit und der sich mit der Höhe ändernden Windrichtung. Die Asche kann ausgedehnte Schäden an Flugzeugen verursachen. Vulkanische Gase, insbesondere SO2, können ebenfalls eine Gefährdung für Flugzeuge darstellen. Die Abgelegenheit der Vulkane, das sporadische Ausbrechen und die Fähigkeit der Winde in den höheren Atmosphärenschichten, Asche und Gase in kurzer Zeit auszubreiten, macht Satelliten-Fernerkundung zum Schlüsselwerkzeug für die Entwicklung von Warnsystemen. Volcanic Ash Advisory Centres (VAACs, Zentren für Vulkanasche-Warnungen) sind die primären Einrichtungen, die für das Sammeln und Verbreiten von Informationen in Bezug auf Vulkanasche und Luftfahrt zuständig sind. Volcanic ash advisories (VAAs, Vulkanasche-Bulletins) werden von den VAACs an die Luftfahrtindustrie herausgegeben. Andererseits stützen sich die VAACs auf ein komplexes System von Datensammlung einschließlich Wetterbeobachtungen, Beobachtungen von Vulkanobservatorien, Satellitendaten, Berichte von Augenzeugen und von Piloten, und auch Nachrichten. Es wird ein System entwickelt werden um die VAACs zu unterstützen. Zwei Lösungen werden vorgeschlagen: (1) ein Webportal das den VAACs Zugang zu Datenprodukten und Dienstleistungen gibt, die in diesem Projekt entwickelt werden, und (2) ein System (VAS), das demonstriert, wie Echtzeit-Satellitendaten aufgenommen, verarbeitet und dann mit FLEXVOL dazu verwendet werden können, zeitgerecht Analysen und Vorhersagen von Vulkandaten zu produzieren. Einige Eigenschaften von VAS sind seine Fähigkeit, Daten und Services von existierenden Quellen (z. B. SACS und das neue OMI System) zu verwenden, und auch seine Flexibilität hinsichtlich der Verwendung anderer Ausbreitungsmodelle. FLEXVOL verwendet zum Beispiel FLEXPART als Kern für atmosphärische Ausbreitungsrechnung, aber es könnte auch durch HYSPLIT, PUFF, NAME, etc. ersetzt werden. Der Schwerpunkt liegt auf der Integration von Satellitenprodukten, Ausbreitungsrechung und inverser Modellierung, zugeschnitten auf die Bedürfnisse der VAACs.
Das Projekt "Inverse Modellierung atmosphaerischer Spurenbestandteile mit Lagrangeschen Modellen im europaeischen Scale (EUROTRAC-2)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität für Bodenkultur Wien, Institut für Meteorologie und Physik durchgeführt. Luftguetemessnetze wie das europaweite EMEP-Netz wurden unter anderem errichtet, um die Erfolge von Emissionsminderungen verfolgen zu koennen. Bisher war das nur begrenzt moeglich, da zwischen Emission und Immission die von der Witterung abhaengige atmosphaerische Ausbreitung steht. Das Projekt 'Inverse Modellierung atmosphaerischer Spurenbestandteile' beinhaltet nun die Entwicklung und Anwendung von Methoden, mit denen aus der Fuelle der vorhandenen Luftguetemessdaten mit Hilfe von Ausbreitungsmodellen Informationen ueber die Quellen der entsprechenden Luftbeimengungen abgeleitet werden koennen. Dazu werden Quell-Rezeptor-Beziehungen (wieviel traegt jedes Quellgebiet zur Immission an einer Messstelle waehrend eines Messintervalls bei?) mit Hilfe von numerischen Ausbreitungsmodellen abgeleitet. Die Staerke der Emissionen in jedem Quellgebiet wird dann so optimiert, dass die berechneten Immissionen moeglichst gut den beobachteten entsprechen. Im vorliegenden Projekt, welches sich als erste Stufe auf lineare Beziehungen beschraenkt, geschieht das durch die Loesung eines linearen Gleichungssystems. Um eine sinnvolle Loesung dieses in der Regel schlecht konditionierten Problems sicherzustellen, muessen zusaetzliche Bedingungen eingebaut werden (Regularisierung). Die Methodik soll auf das kuerzlich durchgefuehrte Europaeische
Das Projekt "Inverse Modellierung in gekluefteten Grundwassertraegern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Eidgenössische Technische Hochschule Zürich, Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie durchgeführt. Fuer die Loesung von Entsorgungsproblemen spielt die Kenntnis der Stroemungsverhaeltnisse im Grundwasser eine zentrale Rolle. Fliesswege und Fliesszeiten lassen sich mit Hilfe von mathematischen Modellen vorhersagen. Im Normalfall sind diese Simulationsergebnisse jedoch mit Fehlern behaftet, die u.a. auf Unsicherheiten der eingebundenen Parameter zurueckzufuehren sind. Die Kalibrierung der Eingabeparameter eines Stroemungsmodells kann anhand gemessener Stroemungszustaende erfolgen: Die Parameter werden dabei auf iterativem Wege durch wiederholtes Loesen der Stroemungsgleichungen mit Hilfe der Methode der finiten Elemente bestimmt. Dieses inverse Problem der Grundwasserhydraulik wird im Rahmen der statistischen Maximum-Likelihood-Methode formuliert, wobei auch die Unsicherheit der gemessenen Groessen beruecksichtigt wird.
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| Förderprogramm | 8 |
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