Das Projekt "Carbon Cycle in Quaternary Earth-System Stability (C-QUEST)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung e.V. durchgeführt. C-QUEST, in co-operation with ICE-QUEST and AO-QUEST projects under QUEST umbrella, is focused on the following questions: What is a consequent chain of biogeochemical and physical mechanisms, presumably in the ocean, which have led to glacial-interglacial atmospheric pCO2 dynamics? What are the key non-linearities, switches and choke points in the glacial biogeochemistry in accordance with the CLIMBER model? Is the role of carbon cycle in the Quaternary as an amplifier of external changes not valid for the greenhouse climate? In co-operation with the SMART project, C-QUEST will address questions of the efficiency of oceanic carbon sequestration and its impact via pH changes on marine ecosystems.
Das Projekt "Sub project: Mass transfer, aging and reactions at NAPL interfaces in porous media" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Tübingen, Zentrum für Angewandte Geowissenschaften - Umweltmineralogie und Umweltchemie durchgeführt. Release of non-aqueous phase liquids (NAPLs) into natural porous media is a widespread environmental problem. Transfer of pollutants across the NAPL-water phase boundary determines both the extent of groundwater contamination as well as the persistence of residual NAPL phases in porous media. Previous research has shown that NAPL-water interfaces are subject to 'aging' phenomena in aqueous environments, e.g., development of skin-like viscous films. However, surprisingly litte is known about the factors and mechanisms that control such film formation of NAPLs in aqueous porous media and about the effects of such films on mass transfer of organic contaminants from the NAPL to the aqueus phase. In the proposed project we will address these knowledge gaps in order to (i) achieve a process based understanding of reactions and environmental conditions leading to the formation of viscous phase boundaries of NAPLs in porous media (aging) and to (ii) develop and vali-date a physical model of such boundary layers to quantify time-dependent interfacial phenomena in multi-component NAPL-water systems (mass transfer). To this end we will carry out batch and flow-through experiments with model and real NAPLs in water and aqueous porous media and make intense use of chemical probe techniques. We will utilize chemical and rheological analysis, microscopic process modeling and, in cooperation with partners within the research group, we will apply new designs of spectroscopic and electrochemical tools for spatially highly resolved investigations of the interface as well as contribute to reactive transport modeling at NAPL-contaminated porous media.
Das Projekt "TP3-AgriFEe" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme durchgeführt. In diesem Arbeitspaket soll das im Innolab APV 2.0 (Projekt BioökonomieREVIER) entwickelte Modell für Einstrahlung, photovoltaischem und landwirtschaftlichen Ertrag optimiert und fortlaufend experimentell überprüft werden. Die Detaillierung der biologischen Ebene, um die spezifischen Strahlungs- und Wasserhaushalten unterschiedlicher Nutzpflanzen in unterschiedlichen Wachstumsphasen, sowie die stetige Erweiterung des physikalischen Modells für die PV-Anlage für unterschiedliche Einstrahlungseigenschaften und klimatischen Bedingungen.
Das Projekt "Messungen und Modellierung von Ozon und aktiven Spezies von Fruehjahr bis Herbst - SAMMOA" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre durchgeführt. Objective: Problems to be solved: There are still discrepancies between model prediction and observations of the year- round stratospheric ozone decline in mid and high latitudes. In summer, current models still severely overestimate ozone in the polar regions, and this appears as a major deficiency in our ability to model the complete ozone seasonal cycle. The springtime mid-latitude ozone depletion has not been satisfactorily modelled in a quantitative manner. This proposal hence aims at improving our understanding and modelling of ozone loss processes throughout spring and summer, in the northern mid and high latitudes. Scientific objectives and approach: The main scientific objective is to acquire a quantitative understanding of: (i) the mid-latitude ozone depletion accompanying the breakdown of the wintertime polar vortex, especially over Europe, and ii) the Arctic summer ozone deficit and its linkage to midlatitudes. The project relies on using an integrated approach combining ground-based and balloon-borne measurements, global satellite observations, as well as advanced chemical/dynamical modelling and data assimilation. Measurements of ozone, inert gases, or species actively involved in ozone chemistry, are made at three different stations in the Arctic throughout spring and summer. Observational techniques comprise ground-based lidar and infrared spectroscopic measurements, and light-weight balloon-borne instrumentation. Satellite observations complement these local, ground-based and in-situ measurements by allowing to characterise the global, evolving three-dimensional ozone distribution. The satellite data are globally integrated into a transport model through data assimilation. State-of-the-art numerical models are used to investigate the interaction of chemistry and mixing in the spring and summer stratosphere. These models are used to diagnose the ozone loss mechanisms and the overall transport of trace species in spring and summer. Correlative studies of the abundance of various trace species, either modelled or measured, allow to disentangle the effect of mixing from chemical sources and sinks. Expected impacts: The information to be provided by the field campaigns and model studies during SAMMOA will improve the quantification of ozone loss in the stratosphere, a key science priority in support of the Montreal protocol. This project will particularly impact on understanding of ozone depletion in spring and summer, when it is most harmful. It is indeed in the summertime, that human exposure to UV radiation is largest in middle latitudes. Modelling improvements shall result in better assessment and prediction of the ozone trend and recovery in support of regulatory protocols. Prime Contractor: Norwegian Institute for Air Research; Kjeller.
Das Projekt "Die biogeochemischen Kreislaeufe von Lachgas und Methan im Arabischen Meer" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für Chemie (Otto-Hahn-Institut) durchgeführt. Ziel unserer Arbeit ist es, die klimarelevanten Spurengase Distickstoffoxid (Lachgas, N2O) und Methan (CH4) in Zusammenhang mit den biogeochemischen Kreislaeufen von Stickstoff und Kohlenstoff im Arabischen Meer zu untersuchen. Durch Einsetzen der N2O- bzw. CH4-Datensaetze von den JGOFS-Expeditionen M32/3, M32/5, SO117, SO119 und SO120 in ein gekoppeltes Ozean-Atmosphaere-Boxmodell soll die Rolle der Spurengasemissionen in Zusammenhang mit dem Klimageschehen (SW-Monsun) abgeschaetzt werden. Ferner soll mit Hilfe von Satellitendaten (das heisst Seewassertemperatur und Windgeschwindigkeit) versucht werden, die saisonalen N2O- bzw. CH4-Emissionen aus den Auftriebsgebieten des Arabischen Meeres zu rekonstruieren. Durch die hier vorgeschlagenen Untersuchungen wird versucht, ein umfassendes Bild der saisonalen Variabilitaet von N2O und CH4 unter besonderer Beruecksichtigung der Schnittstelle Ozean/Atmosphaere, zu erhalten.
Das Projekt "Modeling the role of the last ice age for the present and future sea-level contribution from Antarctica (SPP-ANTARCTICA)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung e.V. durchgeführt. The project will encompass the numerical simulation of at least four glacial cycles of the Antarctic sheet-shelf system using the Parallel Ice Sheet Model (PISM). The objective of the research plan is to determine the role of the past development of the Antarctic Ice Sheet for its sea-level contribution of the past and future century. To this end we investigate the influence of past climate evolution, especially the last deglaciation, on its present dynamic state: The ongoing changes in terms of mass balance, disregarding anthropogenic climate change, during the 20th and 21st centuries are influenced by the history of the advance and retreat of the ice during the last glacial cycles. Instead of aiming at a best-guess simulation, we will work on providing an ensemble of model simulations that incorporates uncertainties from climate boundary conditions and internal process-modeling and ice parameter choices. Apart from answering the above mentioned research question concerning the influence of the history of the ice sheet on its present day dynamics, we will also take an important step towards a new generation of projections of future ice discharge from Antarctica: It is important to know how much sea-level contribution, if any, is not caused by anthropogenic climate change. The program encompasses the development and short-term testing of physical improvements to the model that are needed in order to perform four glacial cycles (4GC) simulations and to provide a comprehensive ensemble. The currently implemented climate boundary conditions, both for the upper surface of the ice sheet and the underside of the ice shelves in contact with the ocean, will be examined and expanded to be suitable for 4GC-simulations. Process-based model components, concerning the numerical representation of the transition zone between ice sheet and ice shelf will be evaluated and improved. High-resolution nested simulation approaches will be developed for PISM in order to better resolve these crucial zones in order the further close the gap between finite differences models like PISM using shallow approximations of the stress balance and higher-order models. Sensitivity tests within 4GC-simulations will shed light on how the above mentioned new methods, climate boundary conditions in general and internal model parameters, influence the 4GC-simulation and ultimately the modeled present day state. An ensemble selection process will take place, excluding those parameter and climate-boundary combinations that are not conform to available geologic data for the past and observations of the present day state of the Antarctic ice sheet. This can be thought of as a blind selection of the dynamic present-day state of the ice sheet. By that dynamic state we mean the responsiveness of the modeled ice sheet to external forcing, which can vary drastically among a set of modeled ice sheets that are quite similar with respect to vertical and horizontal ice extent. (abridged text)
Das Projekt "Clear-SKY-Saeulenexperiment (ACE-2)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Troposphärenforschung e.V. durchgeführt. Physical and chemical properties of the aerosol will be measured in the vertical column to be used to accurately predict the integrated direct effect of aerosols on radiative transfer. In that column, the experiment will derive the aerosol parameters which are necessary to quantify the direct radiative forcing of the tropospheric aerosol. These data will provide the radiative reference point for all air-borne radiative measurements within ACE-2. The satellites involved in this study will then be used to relate the direct radiative forcing derived in CLEARCOLUMN and in other columnar experiments to the larger North Atlantic region. The ground-based columnar extinction- and scattering measurements are carried out at three elevations, on three airborne platforms in the vicinity of a LIDAR beam. Unidisciplinary and multidisciplinary local closure will be derived at different altitudes in the boundary layer and free troposphere from radiative and physico-chemical aerosol information. The vertically integrated LIDAR information will be compared to columnar extinction data derived from ground-based and air- and space-borne radiometers (supported by data on water-leaving radiances from ship and airborne platforms) in order to derive column closure of aerosol optical properties. The radiative flux divergences from airborne measurements at different altitudes will be compared to corresponding results derived by means of radiative transfer modelling from LIDAR-profiles and airborne measurements within the aerosol layer in order to quantify the direct radiative forcing of the aerosol layer.
Das Projekt "Einflüsse von Schnee auf antarktisches Meereis (SCASI)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für Meteorologie durchgeführt. Die Ausdehnung des antarktischen Meereises nahm im Laufe der letzten Jahre zu und steht damit im Gegensatz zur Abnahme in der Arktis. Die Gründe hierfür sind Gegenstand aktueller Forschungsprojekte. Wechselwirkungen mit der Atmosphäre und dem Ozean spielen sicherlich eine wesentliche Rolle, aber auch die dicke und heterogene Schneeauflage des Meereises hat einen große Einfluss auf das Meereis und seine Rolle im globalen Klima und Wettergeschehen. Zugleich erschwert die Schneeauflage flugzeug- und satellitenbasierte Messungen über Meereis, da sie die Oberflächeneigenschaften bestimmt und zu großen Unsicherheiten beiträgt. Entsprechend ist eine bessere Kenntnis der Schneeverteilung auf Meereis dringend erforderlich, um Veränderungen besser verstehen und simulieren zu können. Ziel des Projektes ist es die Menge und Verteilung von Schnee auf antarktischem Meereis sowie dessen physikalische Eigenschaften und deren zeitliche Variabilität zu quantifizieren. Die Entwicklung eines neuen und konsistenten Datenprodukts für Schnee auf antarktischem Meereis steht im Vordergrund des Projektes. Dieses soll die hohe Variabilität über unterschiedliche Größenskalen und Jahreszeiten abbilden. Mithilfe dieses Produktes sind wir dann in der Lage Fernerkundungsalgorithmen und Modellsimulationen zu verbessern und zu validieren. Schließlich wird unser Projekt das Gesamtverständnis der Massenbilanz und Dynamik antarktischen Meereises verbessern, und leistet so einen wichtigen Beitrag für die biologische und geochemische Erforschung des eisbedeckten Südozeans. Um diese Ziele zu erreichen, werden hochaufgelöste Modelle betrieben, die durch Feld- und Fernerkundungsdaten von antarktischem Schnee auf Meereis gestützt und geleitet werden. Im Rahmen einer neuen deutsch-schweizer Zusammenarbeit (D-A-CH Programm) werden die Meereisexpertisen aus Feldmessungen und Fernerkundung der deutschen Partner mit der Schneeexpertise aus Feldmessungen und Modellierung der Schweizer Partner kombiniert. Die Projektpartner verfügen über detaillierte Schneemessungen mehrerer erfolgreicher Feldkampagnen auf antarktischem Meereis, die durch autonome Messungen ergänzt werden. Daten der Satelliten AMSR-2, SMOS und CryoSat-2 sind verfügbar und werden genutzt, um neue Algorithmen für die Bestimmung von Schneeeigenschaften auf Meereis zu entwickeln. Diese Algorithmen und daraus resultierende Datensätze werden durch Beobachtungen validiert und verbessert. Durch die Kopplung der numerischen Schneemodelle SNOWPACK und MEMLS werden Schneedicke, -temperatur, -dichte und Mikrowellenemissivität simuliert. Das Projekt ist darauf ausgelegt drei junge Wissenschaftler für Ihre Arbeit in der Meereisforschung zu finanzieren. Zwei erfahrene Post-Doktoranden sind vorgesehen. Beide haben bereits ähnliche Methoden und Datensätze im Rahmen ihren Doktorarbeiten bearbeitet. Ein Doktorand wird dieses Projekt zur Promotion nutzen.
Das Projekt "Breaking the Ice (BRICE) - Dynamische Untersuchungen von Offshore-Windenergieanlagen unter dem Einfluss von Meer-Eis" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hamburgische Schiffbau-Versuchsanstalt GmbH durchgeführt. The overall goal of the project was to develop holistic numerical and experimental models that picture a realistic ice structure interaction of offshore wind turbines. One important aspect in this matter was the ice failure mode during the interaction with the structure. In the end an optimized substructure was to be designed for offshore wind turbines that are built in potentially ice covered waters. Within the project there were different tasks to be solved. First the ice conditions found in the Baltic Sea were to be analyzed in order to find the critical design ice loads. Land fast ice plays an important role in this matter. Secondly an ice model was to be implemented into existing software that pictures the entire offshore wind turbine. This tool was intended to make the design work easier for engineers. Finally a test set-up for experimental ice model tests was developed that pictures the dynamical ice structure interaction. All tasks were running in parallel while information exchange occurred whenever needed.
Das Projekt "Tyre Road Noise - Data-based study of effects on controlled and real drive noise emission" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen University, Institut für Straßenwesen durchgeführt. Im Projekt TyRoN sollen Minderungspotenziale der Reifen-Fahrbahn-Geräusch-Emission (RFGE) erschlossen werden. Dazu soll eine Datenbasis für RFGE und deren Einflussgrößen im realen Straßenverkehr erstellt und ein Vorhersagemodell mittels KI-Methoden abgeleitet werden, das die Lücke zwischen vorhandenen physikalischen Modellen und der Realität schließt. Das Institut für Straßenwesen (ISAC) der RWTH Aachen erarbeitet Schätzverfahren für die Reifen-Fahrbahn-Geräusch-relevanten Fahrbahnkenngrößen. Darüber hinaus erfolgt in Kombination mit den Kenngrößen weiterer Einflussbereiche (z.B. Reifen-, Fahrzeug- und Betriebsparameter) eine Modellbildung zur ganzheitlichen Abbildung der Zusammenhänge aller relevanten Kenngrößen und der Reifen-Fahrbahn-Geräusch-Emission, basierend auf empirischen Ansätzen unter Einsatz von KI-Methoden. Diese Modelle ermöglichen Prognosen in Bezug auf RFGE. Die Effekte der einzelnen Kenngrößen verschiedener Einflussbereiche werden mittels einer Sensitivitätsanalyse quantifiziert. Konkrete Maßnahmen zur Minderung der Lärmemissionen werden in Bezug auf die Fahrbahneigenschaften durch das ISAC abgeleitet und ebenfalls quantifiziert. Darauf basierend werden Handlungsempfehlungen für die Norm- und Gesetzgebung zu bautechnischen Fragestellungen formuliert. Grundlage zur Erwirkung dieser Projektziele sind lernende KI-Systeme, die eine effiziente Verarbeitung großer Datenmengen ermöglichen. Die Genauigkeit der Schätzung der Zusammenhänge zwischen Fahrbahnkenngrößen und der RFGE wird fortlaufend optimiert, sodass die Prognosen und die darauf basierenden Maßnahmen bzw. Handlungsempfehlungen stetig präzisiert werden. Die Datenbasis zum Trainieren und Validieren der Schätzverfahren und der Prognosemodelle basiert auf der Erhebung der Ground-Truth-Daten in Kombination mit umfangreichen Flottenversuchen.