Das Projekt "Teilprojekt 1, (Modul B)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung - Institut AWI - Forschungsstelle Potsdam durchgeführt. Im Projekt FAST-O3 wird ein großes Defizit bisher existierender genereller Zirkulationsmodelle mit gekoppeltem Ozean (AOGCMs), wie sie für die Vorhersagen der IPCC-Studien oder zeitaufwändige Ensemble-Läufe genutzt werden, behoben: Aus Rechenzeitgründen enthalten diese Modelle keine interaktive Ozonschicht und sind nicht in der Lage, das antarktische Ozonloch und dessen Rückkopplung auf das Klima zu simulieren. Wir werden ein semi-empirisches, sehr schnelles stratosphärisches Chemie- und Transportschema entwickeln, welches es erlauben wird, eine interaktive Ozonschicht in existierende AOGCMs einzubinden. Dies wird zu einer erheblichen Verbesserung des Vorhersage-Skills des Gesamtsystems führen, da Prozesse in der Ozonschicht bedeutende Rückkopplungseffekte auf das gesamte Klimasystem haben. Ein bereits vorhandener und am AWI entwickelter Prototyp namens SWIFT, der bereits für polare Regionen geeignet ist, wird für extrapolare Regionen und für den Einsatz als Modul in einem generellen Zirkulationsmodell oder die Kopplung zu so einem Modell erweitert und weiterentwickelt. Dies umfasst: 1. Weiterentwicklung des Modells und Einbau globaler Ozonchemie, 2. Einbau eines schnellen Advektionsschemas auf Basis des ATLAS-Modells, 3. Kopplung zum EMAC-Modell und Ensemble-Läufe, 4. Validation gegen volle Chemie-Läufe, 5. Einbindung in das MiKlip Modellsystem.
Das Projekt "Teilprojekt 2, (Modul B)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Freie Universität Berlin, Institut für Meteorologie WE03 durchgeführt. In FAST-O3 wird ein effizientes Modul zur interaktiven Berechnung stratosphärischer Ozonchemie für den Einsatz im 'MiKlip prediction system' zur dekadischen Klimaprognose entwickelt. Das Modul basiert auf dem semi-empirischen Modell SWIFT und wird als neues Modul des Klima-Chemie-Modells EMAC validiert und optimiert. Das in polaren Breiten bereits erfolgreich eingesetzte semi-empirische Modell SWIFT zur Berechnung stratosphärischer Ozonchemie wird zunächst für die Anwendung in einem globalen Modell erweitert. Dies erfordert die Berücksichtigung zusätzlicher chemischer Reaktionen sowie von Transport- und Mischungsprozessen. Das neue SWIFT-Modell wird als Submodul in das EMAC Klima-Chemiemodell implementiert. Vergleichssimulationen des neuen EMAC-SWIFT Modells mit der vollen EMAC-Modellversion (mit komplexer Chemie und Transport) werden durchgeführt mit dem Ziel EMAC-SWIFT zu validieren und gegebenenfalls zu optimieren. Anschließend sollen das fertige SWIFT-Modul in das 'prototype MiKlip' System implementiert und die Auswirkungen dieser Modellerweiterung durch einen Vergleich mit dem 'baseline MiKlip prediction system' quantifiziert werden. Eine detaillierte Analyse des 'synthesis MiKlip systems' wird schließlich Rückschlüsse auf den Einfluss stratosphärischer Ozonänderungen auf die dekadische Klimaprognose ermöglichen.
Das Projekt "New composite DMFC anode with PEDOT as mixed conductor and catalyst support" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DECHEMA Forschungsinstitut Stiftung bürgerlichen Rechts durchgeführt. Project description: The direct methanol fuel cell (DMFC) as electrochemical power source has attracted attention due to its simple system design, low operating temperature, and convenient fuel storage and supply. Major limitations of the DMFC are related to the low power density, which is a consequence of the poor kinetics of the anode reaction, poisoning of the catalyst by reaction intermediates, and methanol crossover. Research efforts have to address improvements of the anode catalyst structure and the ion-exchanger membrane. This project aims at the development of a new type of membrane anode assembly PEM*/PEDOT/CAT based on the conducting polymer PEDOT (Poly(3,4-ethylene-dioxythiophene)) as catalyst support and a new type of proton-exchange membrane (PEM*) with reduced methanol permeability. As the catalyst (CAT) Pt and Pt-Ru will be utilised. The new proton exchange membranes are to be made of thermal-stable polymers of arylide, so that they can be used in fuel cells working at higher temperatures (Tianjin University, China). Conventional Pt/C cathodes will be used for manufacturing the membrane electrode assemblies (MEAs) to be tested in single cell experiments. The application of PEDOT as mixed electronic and ionic conductor is expected to improve the charge transfer kinetics and the transport of protons and electrons within the anode structure leading to a better utilisation of the noble metal catalyst.
Das Projekt "Turbulence-driven pressure-pumping - from above the canopy into the soil" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Freiburg, Institut für Geo- und Umweltnaturwissenschaften, Professur für Bodenökologie durchgeführt. Gasaustausch findet in der Atmosphäre primär durch turbulenten und laminaren Fluss statt. Im Boden dagegen spielt advektiver Transport eine untergeordnete Rolle; Diffusion ist hier der dominierende Prozess. Trotz der Unterschiedlichkeit und scheinbaren Unabhängigkeit dieser Prozesse wurden Anstiege der Gastransportraten im Boden um mehrere 10 % während Phasen starken Windes bei Feldstudien beobachtet (Maier et al., 2010). Dieser Effekt ist auf wind-induzierte Druckfluktuationen zurückzuführen, die sich in das luftgefüllte Porensystem des Bodens fortpflanzen, und zu minimal oszillierendem Luftmassenfluss führen (Maier et al., 2012). Durch den oszillierenden Charakter des Luftmassenfluss ist der direkte Beitrag zum Gastransport sehr gering. Die damit einhergehende Dispersion jedoch führt zu einem Anstieg der effektiven Transportrate entgegen des Konzentrationsgradienten. Der 'Pressure-Pumping' (PP) -Effekt kann bei Nichtberücksichtigung zu Unsicherheiten und Fehlern bei der Bestimmung von Gasflüssen mit der Gradientenmethode und Kammermethoden führen. Für langfristiges Monitoring von treibhausrelevanten Gasflüssen stellt diese Unsicherheit ein Problem dar, da auch Perioden mit starkem Wind erfasst werden müssen. Wir stellen die Hypothese auf, dass der PP-Effekt in gut-belüfteten Böden stärker ausgeprägt ist. Wir wollen diese Hypothese in Feldstudien an 4 verschiedenen Standorten (2 x Wald, Weide, Maisfeld) und Wiederholung bei unterschiedlicher Bodenfeuchte überprüfen. Dazu werden wir ein Tracergas kontinuierlich in den Boden einspeisen, um so die effektive Transportrate bestimmen zu können. Der PP-Effekt soll zudem an Bodenproben im Labor unter standardisierten Bedingungen untersucht. Ein weiteres Ziel ist es, die Rolle der Struktur des Pflanzenbestandes für die räumliche Variabilität der Druckfluktuationen zu untersuchen. Dazu werden wir die Windbewegung in und über dem Pflanzenbestand, sowie die hochfrequente Druckfluktuation an der Bodenoberfläche und im Boden erfassen. Dies wird es ermöglichen, die Luftbewegung, die Druckfluktuationen und deren Fortpflanzung in den Boden zu detektieren. So kann die beobachtete 'Beschleunigung' der Transportrate direkt mit den Druckfluktuationen in Beziehung zu gesetzt werden. Die natürlichen Druckfluktuationen werden bei Kammermessungen durch die Kammer zum Teil ausgeschlossen oder geschwächt. Daher stellen wir die Hypothese auf, dass der Ausschluss der Druckfluktuationen zu einer Unterschätzung des ungestörten Oberflächeneffluxes durch Kammermessungen führt. Wir haben das Ziel, Korrekturfaktoren für Kammermessung entwickeln, um so den methodischen Messfehler zu kompensieren Ein besseres Prozessverständnis für diesen nur unzureichend untersuchten Effekt würde helfen, die Verlässlichkeit und Präzision von Messungen von Bodengasflüssen zu steigern, die die Grundlage für weitergehende Forschung darstellen.
Das Projekt "Teilprojekt 2 (Modul C)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Berlin, Institut für Meteorologie WE03, MILIEU - Centre for Urban Earth Systen Studies durchgeführt. Ziel des Projekts ist die Verbesserung der Genauigkeit der Simulation planetarer Wellen über dem Atlantik und der deterministischen Vorhersagbarkeit der Witterung über Europa. Dieses Ziel soll durch die explizite Simulation der meso-beta Skalen der atmosphärischen Dynamik in der Entwicklungsregion stark wachsender Rossbywellenzüge erreicht werden. Die Veränderungen in der Dynamik sollen statistisch untersucht und die Relevanz der meso-beta Skalen für die dekadische Vorhersage in Europa quantifiziert werden. Auf diese Weise sollen Beiträge zum Verständnis der Mechanismen der interannuellen bis dekadischen Vorhersagbarkeit geleistet werden. Zunächst sollen die Modellkomponenten des operationellen Systems von MiKlip, ECHAM und COSMO-CLM, evaluiert und eine gekoppelte Version entwickelt werden. Die Ergebnisse der klassisch genesteten COSMO-CLM und der gekoppelten Simulationen sollen mit der Referenzlösung des ECHAM, den Beobachtungen und miteinander verglichen werden. Die Veränderungen der Dynamik und insbesondere der Entwicklung von außertropischen Stürmen und Zyklonen sollen speziell untersucht werden. Es ist vorgesehen, die Einflussfaktoren auf die Vorhersagbarkeit zu untersuchen, insbesondere die räumliche Auflösung des Regionalmodells und des Ozeans. Gegebenenfalls soll die Performance der gekoppelten Version optimiert, die relevanten Modellentwicklungen dokumentiert und in das operationelle Vorhersagesystem integriert werden.
Das Projekt "Ozeanischer Einfluss auf den grönländischen 79°N Gletscher" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung, Fachbereich Klimawissenschaften, Sektion Physikalische Ozeanographie der Polarmeere durchgeführt. Die Wechselwirkung zwischen der Kryosphäre und dem Ozean bildet eine der Hauptursachen für lokale und globale Veränderungen des Meeresspiegels. Das Schmelzen des grönländischen Eisschildes trägt derzeit zu rund einem Drittel zum globalen Meeresspiegelanstieg bei, und der Massenverlust des Eisschildes und damit der Transport von Eis aus dem Eisschild in den Ozean beschleunigen sich weiter. Bis vor kurzem schien es, als sei die Beschleunigung der abfließenden Eisströme auf Grönlands Westküste und die Fjorde im Südosten beschränkt, während die Gletscher im Nordosten als weitgehend stabil galten. Einer dieser scheinbar stabilen Gletscher ist der Nioghalvfjerdsbrae oder 79°Nord Gletscher, der größere zweier Gletscher, die aus dem nordostgrönländischen Eisstrom gespeist werden und direkt ins Meer münden. Wegen der Existenz einer Kaverne unter der schwimmenden Eiszunge analog zu den Schelfeisen der Antarktis ist der 79°Nord Gletscher für Studien der Eis Ozean Wechselwirkung sehr interessant, besonders da das Einzugsgebiet des nordostgrönländischen Eisstroms mehr als 15% der Fläche des grönländischen Eisschildes erfasst. Aktuelle Studien weist nun auf eine Beschleunigung des Eisstromes und eine Abnahme der Eisdicke entlang der Küste von Nordostgrönland hin. Gleichzeitig wurde eine Erwärmung und eine Zunahme des Volumens des Atlantikwassers in der Ostgrönlandsee und der Framstraße beobachtet. Unser Projekt hat zum Ziel, (1) die Mechanismen zu verstehen, mit denen der Ozean Wärme aus der Framstraße und vom Kontinentalhang Nordostgrönlands in die Kaverne unter dem schwimmenden 79°N Gletscher transportiert, (2) die Rolle externer Variabilität relativ zu Prozessen innerhalb der Kaverne hinsichtlich ihres Einflusses auf das Schmelzen an der Eisunterseite zu untersuchen und (3) die wichtigsten Sensitivitäten innerhalb dieses gekoppelten Systems aus Eis und Ozean zu identifizieren. Wir verfolgen dieses Ziel durch eine Kombination von gezielter Beobachtung und innovativer hochauflösender Modellierung. Im Rahmen zweier Forschungsreisen mit dem Eisbrecher FS Polarstern werden Strömungsgeschwindigkeiten, Hydrographie und Mikrostruktur sowohl mit gefierten als auch mit verankerten Instrumenten gemessen. Diese Beobachtungen werden durch den Einsatz eines autonomen Unterwasserfahrzeugs ergänzt. Zur Modellierung nutzen wir das Finite Element Sea ice Ocean Model (FESOM), das um eine Schelfeiskomponente erweitert wurde und in einer Konfiguration betrieben wird, die mit hoher Auflösung die kleinskaligen Prozesse auf dem Kontinentalschelf vor Nordostgrönland und in der Kaverne unter dem 79°N Gletscher in einem globalen Kontext wiedergibt. Zusammen mit den Beiträgen unserer Kooperationspartner aus der Glaziologie und der Tracerozeanographie entwickelt sich aus der Synthese dieser beiden Komponenten ein detailliertes Bild der Prozesse auf dem Kontinentalschelf Nordostgrönlands, einer Schlüsselregion für zukünftige Veränderungen des globalen Meeresspiegels.
Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) gGmbH - Bereich Endlagerung durchgeführt. Im Vorhaben SUSE werden sicherheitsanalytische Untersuchungen zu Endlagersystemen in Kristallingesteinen durchgeführt. Diese Untersuchungen umfassen die Erarbeitung von Verschlusskonzepten, der Charakterisierung der Klüftung kristalliner Gesteine sowie die Durchführung hydrogeologischer Strömungs- und Transportberechnungen. In Abstimmung mit den russischen Kollegen werden zudem Laborexperimente zu den mechanischen Eigenschaften an geklüfteten, wieder mineralisierten Wirtsgesteinen sowie zum Radionuklid-Rückhaltevermögen an kristallinen Kernproben (Gneiss, Dolerit, Kluftminerale) aus dem Untersuchungsgebiet Yeniseysky in Russland durchgeführt. Aufbauend auf diesen Ergebnissen wird das geologische Standortmodell für das Untersuchungsgebiet Yeniseysky aktualisiert und hinsichtlich des Kluft- und Störungszonennetzwerkes präzisiert. Auf dieser Grundlage werden mit den Programmen d3f++ und RepoTREND Strömungs- bzw. Transportmodelle aufgebaut und Berechnungen durchgeführt. Durch die Rechnungen können Aussagen über die Robustheit der Sicherheitsfunktionen gewonnen und damit Konsequenzen für die Langzeitsicherheit abgeschätzt werden. Die Planung gliedert sich in sechs Arbeitspakete: AP 1: Bemessung des geotechnischen Verschlusssystems AP 2: Gesteinseignungsklassifikationen als Positionierungskriterien für Dichtelemente, Bohrlöcher und Auffahrungen im Kristallin AP 3: Charakterisierung eines Kluft- und Störungszonennetzwerkes am Beispiel des Standortes Yeniseysky AP 4: Erhebung zusätzlicher Daten an Probenmaterial aus dem Gebiet Yeniseysky AP 5: Regionale 3D-Strömungs- und Transportmodelle AP 6: Bewertung und Dokumentation.
Das Projekt "Minimierung von Bestandesschäden bei der Holzernte" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forstliche Versuchs- und Forschungsanstalt Baden-Württemberg durchgeführt. Bei jeder Holzernte kommt es zu Schäden am verbleibenden Bestand. Diese können entweder durch den Fällvorgang (Fällschäden) oder durch den Transportvorgang (Rückeschäden) entstehen. Der Anteil der Bäume mit einem Rindenschaden aller nach einer Hiebsmaßnahme im Bestand verbliebenen Bäume ist der zentrale Weiser für die Pfleglichkeit der Holzerntemaßnahme. Ausweislich der Anfang 2008 gültigen BI liegt das Schadprozent bei den bodennahen Rindenschäden in Baden-Württemberg gegenwärtig bei 19 % aller Bäume. Das Schadprozent bei den höher am Stamm liegenden Rindenschäden liegt derzeit bei 13 %. Werden beide Schadkategorien zusammen betrachtet, ergibt sich aus der dazu verfüg-baren Datenbasis theoretisch ein Schadprozent von insgesamt 28 % aller Bäume. Durch die Modellierung der Einflussfaktoren der Rindenschäden durch Holzernte können 85% der Schäden richtig vorhergesagt werden. Die wesentlichen direkt messbaren Einflussfaktoren für das Auftreten von Rindenschäden konnten anhand von eigenen Untersuchungen und Modellierungen (Projekt Nr. 861 und 1191) bestimmt werden (mit absteigender Bedeutung): 1. Die Eingriffsstärke 2. Die Nähe des Baumes zur Erschließungslinie (Rückegasse / Maschinenweg /Seiltrasse) 3. Die angewandten Arbeitsverfahren einschließlich der damit einhergehenden Aushaltungslänge 'kurz' (bis 7 m Länge) und 'lang' (ab 7 m Länge) 4. Die mittlere Vorrückeentfernung 5. Die Baumhöhe 6. Die Baumart Diese Faktoren erklären 69% der gemessenen Streuung. 31% der indirekt erfassten Effekte können der Betriebsebene zugeordnet werden. Ziel des Projekts: Ziel des Projektes ist eine deutliche Reduktion der durch Holzernte verursachten Rinden-schäden.
Das Projekt "Die Entwicklung von numerischen Modulen für die Lena Delta Region" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Stiftung Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft, Biologische Anstalt Helgoland (Institut BAH) durchgeführt. Versuche, das Lena-Delta zu modellieren, sind praktisch nicht vorhanden. Das ist dadurch zu begründen, dass einerseits die Region eine hohe Komplexität aufweist und andererseits Beobachtungsdaten fehlen, um solche Modelle zu erstellen. Es ist darüber hinaus nicht möglich, verlässliche Vorhersagen zu machen, ohne den Einfluss des Lena-Flusses auf die Dynamik der Laptewsee und des Arktischen Ozeans zu berücksichtigen. Um diese wichtige Lücke zu schließen, ist in dem Projekt die Entwicklung weitreichender numerischer Module für die Lena-Delta-Region geplant. Sie sollen Inputdaten für die größerskaligen regionalen Modelle zur Verfügung stellen und die Ökosysteme modellieren, welche das Laptewsee-Schelf beinhalten. Im Rahmen des Vorhabens wird zunächst ein Hydrodynamikmodul entwickelt. Die Federführung liegt bei Frau Vera Fofonova. Außerdem wird ein Transport Modul von Ingeborg Bussmann aufgebaut. Parallel hierzu soll ebenfalls ein Ökosystem-Modul von Alexandra Kraberg erstellt werden. Anschließend werden die einzelnen Module in ein Gesamtsystem implementiert. Um die Arbeiten umzusetzen werden vier Workshops zu den folgenden Themen organisiert: 1) Die Lena Delta Region aus verschiedenen Perspektiven (Novosibirsk (Russland); 2) Entwicklung numerischer Module, ihre Implementierung und Approbation, Datenlücken (Rostov-am-Don (Russland) und 3) Das Lena Delta Ökosystem (Helgoland (Deutschland)). 4) Die Lena Delta Region, der Zugang über die Modellierung (Bremerhaven (Deutschland)).
Das Projekt "The role of salps for carbon export in Southern Ocean - Does surface phytoplankton distribution reflect salp export potential?" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Zentrum für marine Umweltwissenschaften durchgeführt.
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