Das Projekt "Residence times across scales: from plot to catchment scale" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Centre de Recherche Public Gabriel Lippmann, Departement Environnement et Agro-Biotechnologies durchgeführt. Residence times is a key signature to characterize flow and transport at all temporal and spatial scales in different hydrological compartments. It is assumed that the spatial organisation of the landscape controls space-time organisation of the water cycle and related processes and hence the residence time. Combining flux and residence concentration data of natural tracers in water, stable isotopes, and artificial tracers will allow us to predict residence time and flow pathways in the different hydrological compartments as well as integrative for entire watersheds. We will investigate with different methods the fingerprint of hydrological processes found in the signal of isotopic composition and natural and artificial tracers of soil, ground and stream water in space and time. The temporal variability of isotopes in soil water, groundwater and stream water will be combined to benchmark transport and flow models and to derive a new functional form of short to long-term transit time distributions. The spatial patterns of stable isotopes in the saturated and unsaturated zone will be used to derive long-term flow pathways, mixing patterns and the proportion of evaporation to transpiration. Artificial tracer experiments using salt and electric resistivities will vizualize and quantify internal flow pathways in particular preferential flow pathways.
Das Projekt "Variation of the fresh water in the western Nordic Seas" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung durchgeführt. The goal of this project is to capture and analyse fluctuations of the fresh water in the western Nordic Seas and to understand the related processes. The East Greenland Current in the Nordic Seas constitutes an important conduit for fresh water exiting the Arctic Ocean towards the North Atlantic. The Arctic Ocean receives huge amounts of fresh water by continental runoff and by import from the Pacific Ocean. Within the Arctic Ocean fresh water is concentrated at the surface through sea ice formation. The East Greenland Current carries this fresh water in variable fractions as sea ice and in liquid form; part of it enters the central Nordic Seas, via branching of the current and through eddies. It controls the intensity of deep water formation and dilutes the water masses which result from convection. The last decades showed significant changes of the fresh water yield and distribution in the Nordic Seas and such anomalies were found to circulate through the North Atlantic. In this project the fresh water inventory, its spatial distribution and its pathways between the East Greenland Current and the interior Greenland and Icelandic seas shall be captured by autonomous glider missions. The new measurements and existing data will, in combination with the modeling work of the research group, serve as basis for understanding the causes of the fresh water variability and their consequences for the North Atlantic circulation and deep water formation.
Das Projekt "Wie prägen kohärente Luftströmungen den Einfluss des Golfstroms auf die großskalige atmosphärische Zirkulation der mittleren Breiten?" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Meteorologie und Klimaforschung, Department Troposphärenforschung durchgeführt. Über dem Nordatlantik und Europa wird die Variabilität der großräumigen Wetterbedingungen von quasistationären, langandauernden und immer wiederkehrenden Strömungsmustern â€Ì sogenannten Wetterregimen â€Ì geprägt. Diese zeichnen sich durch das Auftreten von Hoch- und Tiefdruckgebieten in bestimmten Regionen aus. Verlässliche Wettervorhersagen auf Zeitskalen von einigen Tagen bis zu einigen Monaten im Voraus hängen von einer korrekten Darstellung der Lebenszyklen dieser Strömungsregime in Computermodellen ab. Um das zu erreichen müssen insbesondere Prozesse, die günstige Bedingungen zur Intensivierung von Tiefdruckgebieten aufrecht erhalten, und Prozesse, die den Aufbau von stationären Hochdruckgebieten (blockierende Hochs) begünstigen, richtig wiedergegeben werden. Aktuelle Forschung deutet stark darauf hin, dass Atmosphäre-Ozean Wechselwirkungen, insbesondere entlang des Golfstroms, latente Wärmefreisetzung in Tiefs, und Kaltluftausbrüche aus der Arktis dabei eine entscheidende Rolle spielen. Dennoch mangelt es an grundlegendem Verständnis wie solche Luftmassentransformationen über dem Ozean die großskalige Höhenströmung beeinflussen. Darüber hinaus ist die Relevanz solcher Prozesse für Lebenszyklen von Wetterregimen unerforscht. In dieser anspruchsvollen drei-jährigen Kollaboration zwischen KIT und ETH Zürich streben wir an ein ganzheitliches Verständnis zu entwickeln, wie Wärmeaustausch zwischen Ozean und Atmosphäre und diabatische Prozesse in der Golfstromregion die Variabilität der großräumigen Strömung über dem Nordatlantik und Europa prägen. Zu diesem Zweck werden wir ausgefeilte Diagnostiken zur Charakterisierung von Luftmassen mit neuartigen Diagnostiken zur Bestimmung des atmosphärischen Energiehaushaltes verbinden und damit den Ablauf von Wetterregimen und Regimewechseln in aktuellen hochaufgelösten numerischen Modelldatensätzen und mit Hilfe von eigenen Sensitivitätsstudien untersuchen. Dazu werden wir unsere Expertise in größräumiger Dynamik und Wettersystemen, sowie Atmosphäre-Ozean Wechselwirkungen â€Ì insbesondere während arktischen Kaltluftausbrüchen â€Ì und der Lagrangeâ€Ìschen Untersuchung atmosphärischer Prozesse nutzen. Im Detail werden wir (i) ein dynamisches Verständnis entwickeln, wie Luftmassentransformationen entlang des Golfstroms die Höhenströmung über Europa beeinflussen, mit Fokus auf blockierenden Hochdruckgebieten, (ii) die Bedeutung von Luftmassentransformationen und diabatischer Prozesse für den Erhalt von Bedingungen, die die Intensivierung von Tiefdruckgebieten während bestimmter Wetterregimelebenszyklen bestimmen, untersuchen, (iii) diese Erkenntnisse in ein einheitliches und quantitatives Bild vereinen, welches die Prozesse, die den Einfluss des Golfstroms auf die großräumige Wettervariabilität prägen, zusammenfasst und (iv) die Güte dieser Prozesse in aktuellen numerischen Vorhersagesystemen bewerten. Diese Grundlagenforschung wird wichtige Erkenntnisse zur Verbesserung von Wettervorhersagemodellen liefern.
Das Projekt "Non-destructive characterization and monitoring of root structure and function at the rhizotron and field scale using spectral electrical impedance tomography (ImpTom)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Eidgenössische Technische Hochschule Zürich, Departement Agrar- und Lebensmittelwissenschaften, Institut für Nutztierwissenschaften, Gruppe Physiologie und Tierhaltung durchgeführt. This subproject aims at the development of spectral electrical impedance tomography (EIT) as a non-destructive tool for the imaging, characterization and monitoring of root structure and function in the subsoil at the field scale. The approach takes advantage of the capacitive properties of the soil-root interface associated with induced electrical polarization processes at the root membrane. These give rise to a characteristic electrical signature (impedance spectrum), which is measurable in an imaging framework using EIT. In the first project phase, the methodology is developed by means of controlled rhizotron experiments in the laboratory. The goal is to establish quantitative relationships between characteristics of the measured impedance spectra and parameters describing root system morphology, root growth and activity in dependence on root type, soil type and structure (with/without biopores), as well as ambient conditions. Parallel to this work, sophisticated EIT inversion algorithms, which take the natural characteristics of root system architecture into account when solving the inherent inverse problem, will be developed and tested in numerical experiments. Thus the project will provide an understanding of electrical impedance spectra in terms of root structure and function, as well as specifically adapted EIT inversion algorithms for the imaging and monitoring of root dynamics. The method will be applied at the field scale (central field trial in Klein-Altendorf), where non-destructive tools for the imaging and monitoring of subsoil root dynamics are strongly desired, but at present still lacking.
Das Projekt "Transport und Zusammensetzung der UTLS der Südhemisphäre (SOUTHTRAC)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main, Institut für Atmosphäre und Umwelt durchgeführt. Änderungen der Verteilung von Spurengasen wie Wasserdampf und Ozon in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre (UTLS) beeinflussen den Strahlungsantrieb und das Klima sowie die Oberflächentemperaturen und haben eine Schlüsselbedeutung für das Verständnis des Klimawandels. Auf Grund der hohen Sensitivität des atmosphärischen Strahlungsantriebs gegenüber Änderungen der Konzentrationen dieser Substanzen gerade in der kalten Tropopausenregion haben kleine Änderungen z.B. des Wasserdampfgehaltes der unteren Stratosphäre eine große Wirkung auf die Variabilität der Oberflächentemperatur. Überdies sind Prognosen des zukünftigen Wasserdampf- und Ozongehaltes des UTLS nach wie vor mit großen Unsicherheiten behaftet, was exakte Vorhersagen des Strahlungsantriebs vor dem Hintergrund des wieder zunehmenden stratosphärischen Ozons und der damit verbundenen Prozesse erschwert. Mehrere Studien haben gezeigt, dass Klima-Chemie-Modelle sogar unterschiedliche Vorzeichen des Strahlungsantriebes durch die Ozonzunahme zeigen, da gerade im Bereich der Tropopause große Unsicherheiten bezüglich der simulierten Zusammensetzung, insbesondere des Ozons und Wasserdampfs auftreten. Aufgrund des unterschiedlichen Wellenantriebs in beiden Hemisphären und auch aufgrund des stark unterschiedlichen Polarwirbel, werden große Unterschiede des Transports und der Zusammensetzung zwischen der UTLS der Nord- und der Südhemisphäre erwartet. Trotz der Bedeutung der globalen UTLS wurden bisher kaum Studien zu Transportprozessen und Zusammensetzung sowie der Dynamik der südlichen UTLS durchgeführt. Frühere Kampagnen hatten die antarktische Ozonzerstörung und Vortexprozesse oder die Tropen oder die troposphärische Zusammensetzung zum Ziel. Außerdem beeinflusst die Südhemisphäre im Winter die globale stratosphärische Zirkulation, da die Anden dann ein globales Maximum der Schwerewellenaktivität bilden. Die Ausbreitung dieser Wellen und ihr Einfluss auf die Zirkulation sind noch nicht vollständig verstanden. Deshalb schlagen wir eine HALO Kampagne vor um die UTLS der Südhemisphäre zu untersuchen. Spezifische Aspekte, die hierbei im Fokus stehen, sind: (1) Austauschprozesse an der südhemisphärischen Tropopause (2) Schwerewellen in der Südhemisphäre (3) Einfluss von Biomassenverbrennung auf die südhemisphärische UTLS (4) Einfluss des antarktischen Polarwirbels auf die UTLS
Das Projekt "Konsistente Zeitreihen von Ozeanmassenvariationen aus Messungen von LEO-Potentialfeldmissionen (CONTIM-2)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung - Fachbereich Klimawissenschaften durchgeführt. Neben der globale Temperatur ist der Meeresspiegel eine maßgebliche Kenngröße für das Klima der Erde und seinen Wandel. Ein Anstieg des Meeresspiegels hat vielfältige Folgen für die Gesellschaft. Deshalb streben wir eine datengestützte Analyse der verschiedenen Ursachen von Meeresspiegelschwankungen an, um so eine wichtige Grundlage für Wissenschaft und politische Entscheidungen zu liefern. In diesem Projekt konzentrieren wir uns auf Änderungen der Ozeanmasse, die direkt proportional zum Ozeanbodendruck ist.Räumliche Variationen des Ozeanbodendrucks, die auf Zeitskalen von Monaten bis Jahrzehnten auftreten, können sowohl aus windinduzierter Variabilität wie auch aus baroklinen Prozessen resultieren, ihr Entstehen ist aber bis heute nicht vollständig verstanden. Viele Prozesse im tiefen Ozean lassen sich aber nur erklären wenn nicht nur die Meeresoberflächenhöhe (aus Radarsatellitenmessungen) und die thermisch bedingte oder aus Salinitätsänderungen resultierende Variabilität der oberen Ozeanschichten (z.B. mit Hilfe von ARGO-Messungen) erfasst werden, sondern auch der Bodendruck. So kann eine Erwärmung des tiefen Ozeans, die in vielen Studien für eine Verlangsamung der globalen Erwärmung verantwortlich gemacht wird, nur erklärt werden wenn alle diese Elemente betrachtet werden. Die GRACE-Satellitenmission hat wesentliche neue Erkenntnisse zu ozeanischen Massenvariationen beigetragen, wird aber nur noch wenige Daten liefern. Basierend auf Ergebnissen der vorangegangenen Förderperiode, soll in CONTIM-2 Expertise zur präzisen Bahnbestimmung von SWARM, CHAMP und sonstige Erdsatelliten, zur Modellierung des zeitvariablen Schwerefeldes und zur gemeinsamen Inversion verschiedenartiger Daten, sowie zur physikalischen Modellierung der Ozeane kombiniert werden, um eine konsistente Zeitreihe von Ozeanmassenvariationen über den GRACE-Zeitraum hinaus zu erzeugen und einen Anschluss an die GRACE-FO Mission zu gewährleisten. Dabei wird die präzise Bahnbestimmung für niedrigfliegende Satelliten, insbesondere SWARM, mit Hilfe von GPS-Empfängern unter schwierigen ionosphärischen Bedingungen eine Rolle spielen. Damit wollen wir einen wichtigen Beitrag zum Verständnis von Ozeanvariabilität, Meeresspiegel und Erwärmung der Meere schaffen.
Das Projekt "Hydrogeological and hydrochemical modelling of density-driven flow in the Tiberias Basin, in particular between Ha'on and Tiberias Regions, Jordan Valley" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bundesamt für die Sicherheit der nuklearen Entsorgung durchgeführt. The aim of the current research is to identify regional sources and trans-boundary flow leading to the observed salinity of Lake Tiberias (LT) -also known as the Sea of Galilee or Lake Kinneret-, and its surroundings, which is considered the only natural surface fresh water reservoir of the area. The current study will include all sources of brines in the Tiberias Basin (TB) with specific emphasis of the relationship between the brines from the Ha'on and Tiberias Regions (HTR).The tasks will be achieved by a multidisciplinary approach involving: (i) numerical modelling of density-driven flow processes (i.e., coupled heat and dissolution of evaporites), (ii) hydrochemical studies, supplemented by investigations of subsurface structures.(i) Numerical modelling will be carried out by applying the commercial software FEFLOW® (WASY, GmbH) complemented with the open source code OpenGeoSys developed at the UFZ of Leipzig (Wang et al., 2009). The final goal is to build a 3D regional-scale model of density-driven flow that will result in: (1) revealing the different interactions between fresh groundwater and natural salinity sources (2) elucidate the driving mechanisms of natural brines and brackish water body's movements.(ii) Hydrochemical study will include major, minor and, if possible, rare earth elements (REE) as well as isotope studies. The samples will be analysed at the FU Berlin and UFZ Halle laboratories. Geochemical data interpretation and inverse modelling will be supported by PHREEQC. Hydrochemical field investigations will be carried out in Tiberias basin and its enclosing heights, i.e. the Golan, Eastern Galilee and northern Ajloun in order to search for indications of the presence of deep, relic saline groundwater infested by the inferred Ha'on mother-brine. The current approaches will be supplemented by seismic and statistical data analysis as well as GIS software applications for the definition of the subsurface structures. The key research challenges are: building a 3D structural model of selected regions of TB, adapting both structural and hydrochemical data to the numerical requirements of the model; calibrating the 3D regional-scale model with observational data. The results of this work are expected to establish suitable water-management strategies for the exploitation of freshwater from the lake and from the adjacent aquifers while reducing salinization processes induced by both local and regional brines.
Das Projekt "Basales Schelfeisschmelzen und dessen Beitrag zur Bodenwasserbildung und ozeanischen Zirkulation in Antarktischen Kontinentalrändern unter sich verändernden Umweltbedingungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Institut für Umweltphysik, Abteilung Ozeanographie durchgeführt. Die aktuellen basalen Schmelzraten der Eisschelfe im Weddellmeer und deren möglichen zukünftigen Entwicklungen unter sich ändernden Klimabedingungen sind noch nicht vollständig verstanden. Um die damit verbundene Zusammensetzung und die Bildungsraten von Antarktischem Bodenwasser und deren Variabilität sowie den Beitrag zur globalen ozeanischen Zirkulation besser untersuchen und verstehen zu können, werden dringend mehr Spurenstoff-Beobachtungen gebraucht. Die Ziele dieses Projektes sind: A) Eine verbesserte, aktuelle Quantifizierung basaler Schmelzwasserinventare und basaler Schmelzraten der Schelfeise in der westlichen (Larsen Eisschelf) und südlichen (Filchner Eisschelf) Weddellsee, um zukünftige Veränderungen erfassen zu können. B) Eine Untersuchung, auf welchen Pfaden sich das basale Schmelzwasser weiter ausbreitet und wie es zur Bildung von Antarktischem Bodenwasser beiträgt sowie eine Quantifizierung der aktuellen Bildungsraten von Antarktischem Bodenwasser. C) Die Suche nach Hinweisen auf lokale Änderungen und zeitliche Entwicklungen basaler Schmelzprozesse und der Bildung von Antarktischem Bodenwasser (heute eisfreie Gebiete Larsen A und B, noch eisbedecktes Larsen C und Filchner, oder veränderliche Eigenschaften oder Zirkulation angrenzender Wassermassen). D) Eine Untersuchung, wie lokale Prozesse und deren Variabilität mit großskaligen Prozessen im Zusammenhang stehen (z.B. den beobachteten Änderungen der Eigenschaften von Antarktischem Bodenwasser, Erwärmung, Aussüßung, Zunahme des Alters bzw. Abnahme der Erneuerung, Verlangsamung der Aufnahme anthropogenen Kohlenstoffs, Abnehmende Volumina, Trends). Spurengasmessungen werden wesentlich dazu beitragen, das basale Schmelzen (stabile Edelgasisotope (3He, 4He, Ne) für basale Schmelzwasserquantifizierung) und Schmelzraten und Bodenwasserbildungsraten (FCKWs für Transportzeitskalen, Bildungsraten und die damit verbundene Aufnahme anthropogenen Kohlenstoffs) und deren Variabilität zu untersuchen und zu bestimmen. Diese Ziele tragen zu drei Leitzielen des SPP 1158 bei: * Dynamik der Komponenten des Klimasystems * Reaktion auf veränderliche Umweltbedingungen * (Die Weddellsee als) Verbindung zu niedrigeren Breiten
Das Projekt "Molecular composition of Southern Ocean dissolved organic matter and its relation to structure and activity of prevailing microbial communities" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, Institut für Chemie und Biologie des Meeres durchgeführt.
Das Projekt "3D tomography for SCIAMACHY limb and nadir measurements: retrieval of stratospheric NO2, BrO and OClO profiles and their application for the investigation of stratospheric chemistry" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für Chemie (Otto-Hahn-Institut) durchgeführt. Satellite measurements strongly contribute to the understanding of the processes related to stratospheric ozone loss, e.g. by global and long term monitoring of ozone and its depleting substances. For instance, measurements performed in limb geometry by SCIAMACHY on ENVISAT largely improved the knowledge about the vertical distribution of species like BrO and OClO only recently. However, there are still important open questions, like e.g. the chlorine activation processes on different kinds of aerosols and polar stratospheric clouds. Also, the role of very short lived species in the stratospheric bromine budget or the effects of a possible enhancement of the Brewer-Dobson circulation are not fully understood.Globally, the vertical distribution of ozone depleting species varies significantly in space and time due to solar illumination, atmospheric chemistry and transport. Especially strong gradients occur near the twilight zone or across stratospheric transport barriers (polar vortex boundary, subtropical transport barriers). These regions are of particular importance for chemistry and transport of the lower stratosphere and upper troposphere, since they separate air masses on large scales but also enable exchange between them.Standard 1-D profile retrievals, which assume horizontal homogeneity, result in large systematic biases due to neglecting the effect of horizontal gradients on the measurement. We propose to develop, improve and apply a tomographic profile retrieval algorithm, which optimally combines the information provided by the SCIAMACHY limb and nadir measurements. An improved global dataset of 3D stratospheric profiles for NO2, BrO and OClO for the 10 years of the SCIAMACHY mission (2002-2012) will be developed, compared to atmospheric chemistry simulations and applied to selected questions of atmospheric science. The dataset developed in this project will be very useful for investigating the complex interplay of stratospheric chemistry and transport processes, and will help to reduce the uncertainties in the distribution of ozone depleting species, in particular for regions with large horizontal inhomogeneity.
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| Deutsch | 5 |
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| Boden | 16 |
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