Um die Ziele des 7. Energieforschungsprogramms effizient und schnell realisieren zu können, sollen im AG Turbo Verbundprojekt Turbomaschinen für Hydrogen-Technologien (TurboHyTec) nachfolgende technologische Fragestellungen untersucht werden: Wasserstoffanwendungen sind von zentraler Bedeutung, sowohl bei der Ausweitung von Energie-Speicherkapazitäten, als auch bei der Rückverstromung (mittels Gasturbine oder Brennstoffzelle). Eine zukünftige Optimierung von Radialverdichter mit Volute zur Luftversorgung von Brennstoffzellen soll mittels aerodynamischer Simulation mit verbesserter Druckverlustbestimmung erfolgen (AP 1.4). Für eine stabile Stromversorgung sind Flexibilisierung im Betrieb von Kraftwerken und damit von deren Turbomaschinen von zentraler Bedeutung. Durch neu entwickelte effiziente SAS- und Thermal-Analysen für Verdichter sollen dann bei zukünftigen Verdichterauslegungen Stabilität und Wirkungsgrad erhöht werden (AP 3.4). Digitalisierung ist von zentraler Bedeutung über den gesamten Produktlebenszyklus einer Turbomaschine. Für weitere Effizienzsteigerungen und Flexibilisierungen im Betrieb sind disziplinübergreifende Auslegungsmethoden und Simulationen Voraussetzung, wie in AP4.3 Auslegungsmethoden zur Scheibenauslegung Turbine, basierend auf probabilistischen Methoden mit dem Einsatz mathematischer Ersatzmodelle und künstlicher Intelligenz (KI), in AP4.6 die Bereitstellung eines validierten Prozesses für skalenauflösende Kaskadensimulationen mit dem Fokus auf der Netz-generierung für diese Simulationen, in AP4.7 die Entwicklung einer Vorgehensweise zur simultanen nichtlineardynamischen Optimierung der Dämpfungswirkung durch die Außendeckbänder und Unterplattformdämpfer von Niederdruckturbinenlaufstufen unter Berücksichtigung von Energietransfer und in AP4.9 die Erstellung eines ergonomischen Gesamtprozesses für probabilistische Bewertungen, beginnend bei der Datenvorbereitung bis zur statistischen Nachbereitung der Ergebnisse.
The North Atlantic Waveguide and Downstream Impact Experiment (NAWDEX) aims to provide the foundation for future improvements in the prediction of high impact weather events over Europe. The concept for the field experiment emerged from the WMO THORPEX program and contributes to the World Weather Research Program WWRP in general and to the High Impact Weather (HIWeather) project in particular. An international consortium from the US, UK, France, Switzerland and Germany has applied for funding of a multi-aircraft campaign supported by enhanced surface observations, over the North Atlantic and European region. The importance of accurate weather predictions to society is increasing due to increasing vulnerability to high impact weather events, and increasing economic impacts of weather, for example in renewable energy. At the same time numerical weather prediction has undergone a revolution in recent years, with the widespread use of ensemble predictions that attempt to represent forecast uncertainty. This represents a new scientific challenge because error growth and uncertainty are largest in regions influenced by latent heat release or other diabatic processes. These regions are characterized by small-scale structures that are poorly represented by the operational observing system, but are accessible to modern airborne remote-sensing instruments. HALO will play a central role in NAWDEX due to the unique capabilities provided by its long range and advanced instrumentation. With coordinated flights over a period of days, it will be possible to sample the moist inflow of subtropical air into a cyclone, the ascent and outflow of the warm conveyor belt, and the dynamic and thermodynamic properties of the downstream ridge. NAWDEX will use the proven instrument payload from the NARVAL campaign which combines water vapor lidar and cloud radar, supplemented by dropsondes, to allow these regions to be measured with unprecedented detail and precision. HALO operations will be supported by the DLR Falcon aircraft that will be instrumented with wind lidar systems, providing synergetic measurements of dynamical structures. These measurements will allow the first closely targeted evaluation of the quality of the operational observing and analysis systems in these crucial regions for forecast error growth. They will provide detailed knowledge of the physical processes acting in these regions and especially of the mechanisms responsible for rapid error growth in mid-latitude weather systems. This will provide the foundation for a better representation of uncertainty in numerical weather predictions systems, and better (probabilistic) forecasts.
Real time control will get more important to reduce CSO emissions. Most of the already existing real time control strategies minimize spill flows from the viewpoint of volume minimization. For receiving water the reduction of emissions is much more important. Measured waste water data and probabilistic approach of these data are the focal points in this research. With an UV-VIS spectrometer installed in a swimming pontoon absorption is measured directly and constant. Based on absorption measurements waste water time series curves of COD, TSS and nitrate are shown. A forecast of CSO emissions and the adjustment of ANN for the control system will be the next step included for this project. By statistical evaluation of rain and measured waste water data as well as forecast of CSO emissions with ANN, spill loads can be reduced. The results of this research are basis for future real time control of CSOs in Graz (Austria).
Am Projekt Water vapour Lidar Network Assimilation (WaLiNeAs) sind mehrere Forschungsinstitute in ganz Europa beteiligt. Ihr Fachwissen wird kombiniert, um einen Einblick in das Potenzial eines Netzwerks thermodynamischer Lidar-Systeme für die probabilistische quantitative Niederschlagsvorhersage (PrQPF) von Starkniederschlagsereignissen (HPEs) im Mittelmeerraum zu gewinnen. Das Beobachtungsnetz WaLiNeAs wird ab Anfang September 2022 für drei Monate aufgebaut und betrieben.Dieser Vorschlag zielt darauf ab, sich dem einzigartigen WaLiNeAs-Projekt anzuschließen und mit seinem Forschungsteam in Bezug auf die Durchführung thermodynamischer Messungen mit dem Atmospheric Raman Temperature and Humidity Sounder (ARTHUS) des Instituts für Physik und Meteorologie (IPM) an der Universität Hohenheim zusammenzuarbeiten. Darüber hinaus werden die WaLiNeAs-Messungen für hochqualitative Datenassimilationsstudien in Bezug auf ihren Einfluss auf die Vorhersage der präkonvektiven Umgebung, der Auslösung von hochreichender Konvektion und der HPEs eingesetzt.Das übergeordnete Ziel dieses Antrags ist es, die folgenden Hypothesen zu untersuchen:Eine genauere Darstellung der präkonvektiven Umgebung im Mittelmeer durch ein Netzwerk thermodynamischer Raman-Lidar-Systeme wird zu 1) einer genaueren Initialisierung und Simulation der präkonvektiven Umgebung sowie der Auslösung von Konvektion sowie 2) zu einer Verbesserung der PrQPF führen.Während der WaLiNeAs-Kampagne werden sechs autonome Wasserdampf-Raman-Lidar-Systeme für kontinuierliche Messungen während der intensiven Beobachtungsperioden (IOPs) eingesetzt. Alle ihre Daten werden in Echtzeit gesammelt, verbreitet und überwacht.Insbesondere werden wir unsere Hypothesen beantworten, indem wir die folgenden Forschungsziele erreichen: I) Entwurf eines effizienten regionalen, hybriden, Ensemble-basierten Kurzfrist-Wettervorhersagesystems für HPEs im Mittelmeerraum auf der Grundlage des WRF-NOAHMP-Modellsystems, II ) Untersuchung der Verbesserung der Vorhersagefähigkeit in Bezug auf die Auslösung von Konvektion und PrQPF durch Datenassimilation von Temperatur- und Feuchtigkeitsprofilen aus dem WaLiNeAs-Lidar-Netzwerk, und III) Analyse der ARTHUS-Daten und Ableitung von Feuchtigkeits- und Temperaturstatistiken während des Experiments.Diese Forschungsziele werden den Weg für zukünftige Datenassimilationsstrategien und das Verständnis der Bedeutung und Dichte thermodynamischer Lidar-Netzwerke für die Kurzfristvorhersage von Extremereignissen ebnen. Dieses wird eine gemeinsame Anstrengung von Wissenschaftlern des Laboratoire atmosphères, milieux, observations spatiales (LATMOS), des Centre National de Recherches Météorologiques (CNRM) in Frankreich und der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) in den USA sein.
Downscaling von Atmosphärenmodellausgaben, insbesondere von Niederschlagsdaten, ist erforderlich um Variablen von der niedrigaufgelösten Skala des Modells zur Punktskala des Standortes hin zu transformieren, auf der die entsprechenden Variablen für praktische Anwendungen genutzt werden. Dazu gehören unter anderem, das Füllen von Datenlücken, hydrologische oder glaziologische Anwendungen, Klimaprognosen, Anwendungen in der Bewässerung oder Vorhersagen für Energieversorger. Statistisches Downscaling besteht darin, stochastische Beziehungen zwischen Beobachtungen oder Modellausgaben auf großer Skala, die als Prädiktoren dienen, und die an einem Standort zu schätzende Größe, dem Prädiktand, herzustellen. Die dazu angewandten Beziehungen sind häufig lineare Regressionen, es kommen aber auch nicht-lineare Transformationen, wie nicht-lineare Regressionen oder das Quantile-Matching zur Anwendung. In besagten Fällen wird ein stationärer, homoskedastischer Zusammenhang zwischen stochastischen Variablen angenommen, die zwar den bedingten Erwartungswert, aber nicht die Ränder der Verteilung, welche die meteorologischen Extreme abbilden, adäquat transformieren. Im vorliegendem Antrag wird ein probabilistischer Prozessor für das Downscaling von Niederschlagsdaten als Ansatz vorgeschlagen, der als bedingter Bayesscher Prozessor implementiert wird und die nicht-lineare Umformungen zwischen Prädiktoren von der Meso-Skala hin zur Skala eines Standortes unterstützt. In diesem Zusammenhang werden stochastische Zusammenhänge zwischen Prädiktoren und Prädiktanden im Gaußschen Raum modelliert. Die Methode ermöglicht es, mehrere Indikatoren innerhalb eines räumlichen Fensters von Modellzellen gleichzeitig zu verwenden, und kann auf die Anwendung von Prädiktoren, die von mehreren unterschiedlichen Vorhersagemodellen stammen, ausgeweitet werden. Durch die Anwendung multivariater abgeschnittener Normalverteilungen können auch heteroskedastische Beziehungen von stochastischen Variablen abgebildet, analytisch nach den Prädiktoren marginalisiert und anschließend in den Herkunftsraum zurücktransformiert werden. Das Downscaling der Schätzung des Prädikanten von der Skala der Modellzelle auf den Standort erfolgt anschließend mit Hilfe eines nicht-Markovschen, nicht-stationären stochastischen Wettergenerators. Sowohl der Bayessche Prozessor als auch der stochastische Wettergenerator müssen über ein ausreichend weites Zeitfenster anhand von Beobachtungsreihen und Simulationsergebnissen geeicht und validiert werden.
Echtzeitvorhersagen von Abfluss und Überflutungen stellen eine große Herausforderung dar, auch weil Wettervorhersagen konvektive Starkregenereignisse auf der stündlichen Sub-Kilometerskala noch nicht mit ausreichender Qualität vorhersagen können. Das führt zu unvorhergesehenen Überflutungen und großen Schäden öffentlichen Eigentums und Infrastruktur und potentiell zu Todesopfern. Bekannte Beispiele in der Region des Geoverbundes ABC/J sind die Sturzfluten in Wachtberg am 3. Juli 2010 und am 6. Juni 2016. Das Projekt wird ein neuartiges, probabilistisches Echtzeitvorhersagesystem für Abfluss und Überflutungen in kleinen Einzugsgebieten (kleiner als 500 km2) entwickeln. Das Projekt konzentriert sich auf die Einzugsgebiete Wachtberg, Ammer und Bode. Wir werden QPE, QPN und QPF (quantitative Niederschlagsschätzung, Nowcasting und numerische Vorhersage), die Produkte von P1, P2 und P3 in dem Vorhersagesystem verwenden, um die erreichten Verbesserungen in RealPEP zu bewerten. Ein wichtiger Aspekt des Projektes ist die Verwendung verschiedener hydrologischer Modelle (konzeptionell und physikbasiert) für die Flutvorhersage. Wir werden den Mehrwert und die Limitierungen der verschiedenen Modelle (und Datenassimilierungsverfahren) identifizieren. Konzeptionelle Modelle profitieren hauptsächlich von der Optimierung/Kalibrierung des Abflusses und der Möglichkeit schnell, große Ensemble berechnen zu können; physikbasierte Modelle dagegen haben den Vorteil verschiedenartige Beobachtungsdaten verarbeiten zu können und Prozesse besser abzubilden, wodurch eine einfachere Übertragbarkeit auf andere Einzugsgebiete ohne Kalibration möglich ist. Schlussendlich werden wir untersuchen ob die verschiedenen Ansätze sich ergänzende Information zu Echtzeitvorhersage von Überflutungen liefern können.
Ziel dieses Antrags ist die Entwicklung und Anwendung einer generalisierten Eichungs- und Kombinationsmethodik (GeCC), um verzögerte Ensembles, die von verschiedenen Wettervorhersagemodellen erzeugt wurden, untereinander optimal zu kombinieren. Die generalisierte Kombinationstechnik fußt auf einer linearen Gewichtung, die auf der Basis von zwei Bayes'schen Methoden ermittelt wird: Bayes´sche Modellmittlung (BMA) und eine korrelationsbasierte Methode der Gewichtung (MCP). Die GeCC-verarbeiteten probabilistischen Vorhersagen werden mittels Vorhersagestatistiken für meteorologische Variablen über das räumliche Modellgitter oder an Stationsstandorten ausgedrückt. Die GeCC-Technik könnte dazu verwendet werden, um Ensembles mit unterschiedlichen Eigenschaften zusammenzuführen, mit dem Ziele genauere und zuverlässigere probabilistische Produkte zu erzeugen, als jene, die durch ein einzelnes Ensemble bereits jetzt verfügbar sind. Diese vergrößerten Ensembles könnten z.B. verzögerte globale mittelfristige, sub-saisonale und saisonale Ensembles umfassen (z.B. vom Europäischen Zentrum für mittelfristige Wettervorhersage), oder verzögerte globale und/oder gebietsbegrenzte Ensembles (z.B. vom Deutschen Wetterdienst). Insbesondere wird erwartet, dass GeCC-verarbeitete probabilistische Vorhersagen von Extremereignissen zuverlässiger sind als jene, die gegenwärtig von traditionellen, nicht kombinierten Ensemblevorhersagen abgeleitet werden.Die GeCC-Technik könnte auch den Weg zu "intelligenten" und rechnerisch effizienteren Methoden zur Berechnung von Kombinationsgewichten und/oder Kalibrierungskoeffizienten weisen, die heute unter Verwendung von neu berechneten Vorhersagen (e.g. reforecasts) ermittelt werden. Die Erstellung der neu berechneten Vorhersagen nimmt gegenwärtig erhebliche Rechenressourcen der Vorhersagezentren in Anspruch. Eine Reduzierung der Rechenlast würde sich darum äußerst Vorteilhaft für die operationelle Wettervorhersage auswirken.Die drei Hauptergebnisse dieses Projekts können folgendermaßen zusammengefasst werden: - Ein prä-operatives Gewichtungsverfahren, das es erlaubt, mehrere verzögerte Ensemble-Prognosen mit unterschiedlichen Prognosehorizonten untereinander zu kombinieren. - Eine systematische Verifizierung der vorgeschlagenen Methode durch Fehlerstatistiken, einschließlich meteorologischer Extreme, für ausgewählte Variablen und Standorte in mindestens einer geographischen Region in Europa. - Erstellung kalibrierter Vorhersagestatistiken für ausgewählte Variablen an ausgewählten Vorhersageorten und/oder für die ausgewählte geografische Region.
Das Projekt DICES analysiert und entwickelt für kleine Inselstaaten (SIDS) Optionen der lokalen Implementierung von Küstenschutzstrategien als notwendige Anpassungsmaßnahmen im Zuge des projektierten Meeresspiegelanstiegs in ihrer ganzen gesellschaftlichen Breite. In Kooperation zwischen Küsteningenieuren, Umweltökonomen und Integrativen Geographen werden kommunales Handeln (societal action) in seiner kulturellen Rahmung untersucht, potentiell einsetzbare 'low-regret'- Strategien im Küstenschutz ermittelt und die Bereitschaft des bürgerlichen Engagements vor Ort an ausgewählten Fallstudien analysiert. Formelle und informelle Institutionen spielen bei der aktiven Umsetzung von Anpassungsmaßnahmen eine genauso wichtige Rolle wie die Bereitschaft der betroffenen Küstengemeinden, sich an alternativen, lokalen Konzepten und darauf fußenden möglichen infrastrukturellen Vorkehrungen zum Küstenschutz zu beteiligen. Daher wird ein besonderer Fokus auf den gesellschaftlichen und politischen Rahmenbedingungen (political reaction) liegen, unter denen Klimaanpassungsmaßnahmen überhaupt wahrgenommen und ergriffen werden können. Das Projekt verbindet auf methodischer und auf inhaltlicher Ebene die aktuelle Diskussion über einen klimawandelbedingten bzw. relativen Anstieg des Meeresspiegels und seine Auswirkungen auf lokaler Ebene mit der Diskussion über Handeln vor Ort als lokale Anpassungsstrategie an global bedingte Veränderungsprozesse. Im Rahmen der Untersuchung von zwei unterschiedlichen kleinen Inselstaaten werden existierende Governance-Strukturen analysiert und mit potentiellen, auf Basis probabilistischer Ansätze entwickelten Handlungsoptionen abgeglichen. Die Fallstudie Malediven wird dabei stellvertretend für einen eher top-down induzierten Governance-Ansatz untersucht, während Papua-Neuguinea mit seiner spezifischen politischen und gesellschaftlichen Organisation für den entgegen gesetzten, vornehmlichen bottom-up Ansatz des bürgerlichen Engagements steht. Die eingesetzte methodische Bandbreite reicht von Haushaltsbefragungen, Choice- und Feldexperimenten über numerische Modellierungen bis hin zu Fokusgruppen-Diskussionen mit Schlüsselpersonen (policy entrepreneurs) des Küstenschutzes. Die unterschiedlichen methodischen Instrumentarien werden integrativ entwickelt und weitgehend parallel in beiden Fallstudien eingesetzt. In der Synthesephase des Projektes werden die Ergebnisse auf Gemeinsamkeiten und Unterschiede hin untersucht und die interdisziplinäre Verschränkung des eingesetzten Methodenkanons kritisch evaluiert. Damit leistet das Projekt einen wichtigen Beitrag zur fallstudienorientierten Analyse von Hemmnissen und Potentialen zum Umgang mit dem Meeresspiegelanstieg als eine Art lokale Bewältigungsstrategie. Die gewonnenen Ergebnisse werden auf ihre Übertragbarkeit hin überprüft und für die internationale SIDS Diskussion fruchtbar gemacht.
The classical point wise Cornell-McGuire probabilistic seismic hazard assessment (PSHA), which is widely used for seismic hazard mapping and development of design codes, does not allow direct estimation of multiple-location hazard for distributed structures and facilities: what is the (annual) probability that specific level of ground motion will be exceeded simultaneously in several sites? It is possible to extent the classical methodology to the multiple sites problem considering also ground-motion correlation. We study multiple-location PSHA, as compared with the classical point wise PSHA, using Monte Carlo simulation. Specific items are:(1) Development of the algorithms for multiple-location PSHA;(2) Analysis of the role of the geometry of multiple sites, correlation of ground motion, and evel of seimicity for multiple-location PSHA;(3) Study of correspondence and differences between multiple-location PSHA and classical point wise PSHA and analysis of possibility of utilization of classical PSHA procedures for simplified multiple-location hazard assessment.The project is innovative because only few attempts have been made so far regarding our research questions.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 353 |
| Land | 2 |
| Wirtschaft | 1 |
| Wissenschaft | 135 |
| Zivilgesellschaft | 2 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 348 |
| Text | 5 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 5 |
| Offen | 348 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 306 |
| Englisch | 86 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Dokument | 3 |
| Keine | 214 |
| Webseite | 139 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 184 |
| Lebewesen und Lebensräume | 243 |
| Luft | 212 |
| Mensch und Umwelt | 349 |
| Wasser | 165 |
| Weitere | 353 |