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Von El Nino zu Super - El Nino: Wie wird das Wetter beeinflusst?

El Niño ist die warme Phase der El Niño/Southern Oscillation (ENSO), und beschreibt die dominante Variabilität der Tropen auf Zeitskalen von Monaten bis Jahren. Obwohl ENSO im tropischen Pazifik geschieht, werden starke regionale und globale Einflüsse auf das Klima, auf die Ökosysteme der Meere und auf dem Land, und damit auch auf die Wirtschaft einzelner Länder beobachtet. Klimamodelle sagen vorher, dass El Niño sich unter dem Einfluss der globalen Erwärmung verstärken könnte, und dass sich sogenannte Super El Niños entwickeln könnten, d.h. El Niño Ereignisse, welche stärker und langlebiger sind als die stärksten im 20. und 21. Jahrhundert beobachteten Ereignisse. Es ist allerdings noch unklar, ob sich zum Beispiel die sogenannten Teleconnections, also Fernwirkungen von El Niño, linear mit der Stärke des Ereignisses im tropischen Pazifik entwickeln werden. Es ist zudem noch unzureichend erforscht, ob sich die Teleconnections selbst verändern werden. Es gibt aber Hinweise, dass sich die Teleconnections von El Niño nichtlinear verhalten, und dass daher ein Super El Niño völlig andere globale Auswirkungen haben könnte als ein historischer El Niño. Durch die Vorhersage der Klimamodelle, dass sich solche Super El Niño - Ereignisse in Zukunft häufen könnten, ist ein besseres Verständnis möglicher Nichtlinearitäten von Teleconnections nötig. Dieses Forschungsvorhagen untersucht die Nichtlinearität in der Stärke und im Charakter von El Niño Teleconnections für eine Erde in einem wärmeren Klima. Im Speziellen wird die Fernwirkung von El Niño auf die Troposphäre und Stratospähre der mittleren Breiten in der Nord- und Südhalbkugel untersucht.

Internationales Lemming-Projekt im Nationalpark Nordost-Grönland

Auch im Sommer 2006 wurden die populationsökologischen Feldforschungen über die Lemminge im 'North East Greenland National Park' fortgeführt. Neben dem Basismonitoring der Lemming-Winternester fanden auch die Fang und Markierungsversuche an den Lemmingen planungsgemäß statt. Dabei konnte mit 762 Winternestern (für 1500 Hektar) eine Erholung de Lemmingpopulation gegenüber dem Stand von 2005 dokumentiert werden, die sich auch bei den Fangversuchen widerspiegelte (n=5 Tiere gefangen von 500 Fallen, Anfang Juli). Diese Zahlen entsprechen einer Lemmingdichte von ca. 1 Lemming/ha was sich wiederum in der numerischen und funktionellen Reaktion der Raubfeinde nachvollziehen ließ. Da diese Dichten aber noch unter dem sog. Schwellenwert von 2 Lemmingen/ha als Voraussetzung zum Brüten von Schneeeulen lagen, war deren Fehlen keine Überraschung. Und auch die 6 erfolglosen Brutversuche bei den Raubmöwen entsprechen dem Langzeitmuster für diese Art. Bei den Polarfüchsen waren zu Beginn der Saison (Ende Juni) zwei von 8 überprüften Bauen besetzt. In einem Fall konnte Anfang August die Selbständigkeit von mindestens einem Welpen nachgewiesen werden. Beim Hermelin ergaben die Beobachtungen der Winternester einen starken Rückgang gegenüber 2005 (nur 4 Lemmingwinternester besetzt), was die mäßige Erholung der Lemmingpopulation im Winter ermöglich hat. Als Besonderheit kann darauf hingewiesen werden, dass erstmals Falkenraubmöwen mit Satellitensendern ausgerüstet worden sind. Dank neuer Minisendern (nur noch 9 g Gewicht, solarbetrieben) konnten die Flugrouten von zwei Vögeln von NO Grönland bis in die Tropen dokumentiert werden. Wenn auch nicht so extrem wie 2005, so belegen die Beobachtungen zur Schneeschmelze den langjährigen Trend zu einem früheren Verschwinden der Schneebedeckung und auch der Rückzug des Packeises auf dem zugefrorenen Fjord setzte in diesem Sommer früher ein. Es ist davon auszugehen, dass sich diese Änderungen auch auf die Lemmingzyklen und daher auf die ganze Lebensgemeinschaft auswirken. Dieser Aspekt wird nun bei der Fortsetzung des Projektes besondere Beachtung erhalten.

Dynamik, Variabilität und bioklimatische Effekte von niedrigen Wolken im westlichen Zentralafrika

Niedrige Wolken sind Schlüsselbestandteile vieler Klimazonen, aber in numerischen Modellen oft nicht gut dargestellt und schwer zu beobachten. Kürzlich wurde gezeigt, dass sich während der Haupttrockensaison im Juni und September im westlichen Zentralafrika eine ausgedehnte niedrige Wolkenbedeckung (engl. „low cloud cover“, LCC) entwickelt. Eine derart wolkige Haupttrockenzeit ist in den feuchten Tropen einzigartig und erklärt wahrscheinlich die dichtesten immergrünen Wälder in der Region. Da paläoklimatische Studien auf eine Instabilität hinweisen, kann jede Verringerung des LCC aufgrund des Klimawandels einen Kipppunkt für die Waldbedeckung darstellen. Daher besteht ein dringender Bedarf, das Auftreten, die Variabilität und die bioklimatischen Auswirkungen des LCC in westlichen Zentralafrika besser zu verstehen.Um diese Ziele zu erreichen, wurde ein Konsortium aus französischen, deutschen und gabunischen Partnern aufgebaut, zu dem Meteorologen, Klimatologen und Experten für Fernerkundung und Waldökologie gehören. Die meteorologischen Prozesse, welche die Bildung und Auflösung der LCC im Tagesgang steuern, werden anhand von zwei Ozean-Land-Transekten auf der Grundlage einer synergistischen Analyse von historischen In-situ Beobachtungen, von Daten einer Feldkampagne und anhand von atmosphärischen Modellsimulationen untersucht. Die Ergebnisse werden mit einem kürzlich entwickelten konzeptionellen Modell für LCC im südlichen Westafrika verglichen.Die intrasaisonale bis interannuale Variabilität des LCC wird durch die Analyse von In-Situ-Langzeitdaten und Satellitenschätzungen quantifiziert. Unterschiede im Jahresgang des LCC (d.h. jahreszeitlicher Beginn und Rückzug, wolkenarme Tage) und die Ausdehnung ins Inland werden dokumentiert. Ansätze, die auf Wettertypen und äquatorialen Wellen basieren, werden verwendet, um intrasaisonale Variationen des LCC zu verstehen. Die Auswirkungen lokaler und regionaler Meeresoberflächentemperaturen auf die LCC-Entwicklung und ihre Jahr-zu-Jahr Variabilität werden bewertet, wobei statistische Analysen und spezielle Sensitivitätsversuche mit einem regionalen Klimamodell verknüpft werden.Schließlich wird der Einfluss von LCC auf die Licht- und Wasserverfügbarkeit bzw. die Waldfunktion anhand von In-Situ-Messungen untersucht. Die Ergebnisse werden mit Messungen aus der nördlichen Republik Kongo, wo die Trockenzeit sonnig ist, sowie mit einem einfachen Wasserhaushaltsmodells, das an die Region angepasst ist, verglichen. Die Wasserhaushaltsanalysen sollen die Kompensations- oder Verstärkungseffekte von Regen im Vergleich zur potenziellen Evapotranspiration, beide moduliert durch die LCC, auf das Wasserdefizit aufzeigen.Die Ergebnisse von DYVALOCCA werden zum ersten konzeptionellen Modell für Wolkenbildung und -auflösung im westlichen Zentralafrika führen und eine Hilfestellung für die Bewertung von Klimawandel-Simulationen mit Blick auf potentielle Kipppunkte für die immergrünen Regenwälder in der Region geben.

Water use characteristics of bamboo (South China)

Bamboos (Poaceae) are widespread in tropical and subtropical forests. Particularly in Asia, bamboos are cultivated by smallholders and increasingly in large plantations. In contrast to trees, reliable assessments of water use characteristics for bamboo are very scarce. Recently we tested a set of methods for assessing bamboo water use and obtained first results. Objectives of the proposed project are (1) to further test and develop the methods, (2) to compare the water use of different bamboo species, (3) to analyze the water use to bamboo size relationship across species, and (4) to assess effects of bamboo culm density on the stand-level transpiration. The study shall be conducted in South China where bamboos are very abundant. It is planned to work in a common garden (method testing), a botanical garden (species comparison, water use to size relationship), and on-farm (effects of culm density). Method testing will include a variety of approaches (thermal dissipation probes, stem heat balance, deuterium tracing and gravimetry), whereas subsequent steps will be based on thermal methods. The results may contribute to an improved understanding of bamboo water use characteristics and a more appropriate management of bamboo with respect to water resources.

Wechselwirkung von Schwerewellen und Madden Julian Oszillation

Die Madden-Julian Oszillation (MJO) (Madden & Julian 1971, 1972) ist der dominante Teil der intrasessionalen Variabilität der tropischen Atmosphäre. Sie äußert sich vor allem in ostwärts wandernden Gebieten tiefer Konvektion und erhöhten Niederschlages. Weiterhin beeinflusst die MJO durch dynamische Kopplung das lokale Wetter des Indischen Ozeans und der Pazifischen Inseln. Außerdem spielt die durch vertikale Kopplung vermittelte Interaktion mit anderen wiederkehrenden dynamischen Phänomenen, wie zum Beispiel der Quasizweijahresschwingung der inneren Tropen (Quasi-biennial Oscillation, QBO), eine wichtige Rolle für das Verständnis tropischer Winde. Obwohl die Datenbasis über die MJO, der tiefen tropischen Konvektion und des Niederschlag in den Tropen im Verlauf der letzten Jahrzehnte eine deutliche Verbesserung erfuhr, verbleibt die Modellierung und Simulation der MJO als ein ernstes Problem heutiger atmosphärischer Modelle. Aus diesem Grunde beschäftigt sich das hier vorgeschlagene Projekt mit wichtigen Fragestellungen bezüglich dieser Modellierungsprobleme. Dabei wird auf Methoden, welche während der Anfertigung meiner Doktorarbeit zur Modellierung konvektiver Schwerewellen entstanden, zurückgegriffen. Das Projekt gliedert sich hierbei folgendermaßen in zwei wesentliche wissenschaftliche Fragestellungen:Wie beeinflusst die MJO die Ausbreitung und Dissipation konvektiv angeregter Schwerewellen?Wie wirken diese konvektiven Schwerewellen zurück auf die MJO und deren Konvektion?Das zur Beantwortung dieser Fragen notwendige Werkzeug ist ein gekoppeltes Modell konvektiv angeregter Schwerewellen und ihrer Ausbreitung, welches ich bereits sehr erfolgreich für Studien meiner Dissertation nutzte. Zusätzlich wird die Anwendung des WRF (Weather Research and Forecasting) Modells die numerische Modellierung auf der Mesoskala unterstützen. Einen weiteren Fokus setzt das Projekt auf Impulsflussspektren der Schwerewellen und ihrer durch die MJO induzierten Variabilität. Es wird außerdem untersucht, ob diese MJO induzierte Variabilität von Satelliteninstrumenten aus beobachtet werden kann. Dies wird Einsichten in den durch flache und tiefe Konvektion emittierten Schwerewellenimpulsfluss eröffnen. Im Falle der Feedbackmechanismen wird der Schwerpunkt auf den Einfluss des Schwerewellendrag auf die sekundäre Zirkulation der MJO gelegt.

Release of hexavalent chromium from ore processing residues and the potential of biochar for chromium immobilization in polluted soils

Chromium (Cr) is introduced into the environment by several anthropogenic activities. A striking ex-ample is the area around Kanpur in the Indian state of Uttar Pradesh, where large amounts of Cr-containing wastes have been recently illegally deposited. Hexavalent Cr, a highly toxic and mobile contaminant, is present in significant amounts in these wastes, severely affecting the quality of sur-roundings soils, sediments, and ground waters. The first major goal of this study is to clarify the solid phase speciation of Cr in these wastes and to examine its leaching behavior. X-ray diffraction and synchrotron-based X-ray absorption spectroscopy techniques will be employed for quantitative solid phase speciation of Cr. Its leaching behavior will be studied in column experiments performed at un-saturated moisture conditions with flow interruptions simulating monsoon rain events. Combined with geochemical modeling, the results will allow the evaluation of the leaching potential and release kinetics of Cr from the waste materials. The second major goal is to investigate the spatial distribution, speciation, and solubility of Cr in the rooting zone of chromate-contaminated soils surrounding the landfills, and to study the suitability of biochar as novel soil amendment for mitigating the deleterious effects of chromate pollution. Detailed field samplings and laboratory soil incubation studies will be carried out with two agricultural soils and biochar from the Kanpur region.

Untersuchungen zur Erstellung thematischer Karten für Randzonen tropischer Regenwälder in Indonesien

Die Beurteilung und Stabilisierung der Dynamik von Landschaftsstrukturveränderungen in tropischen Regenwald-Randzonen erfordert aktuelle und flächendeckende Kartierungen der Landnutzungen als Grundlage von Planungen für zukünftige Maßnahmen. In dem Forschungsvorhaben sollen flächendeckend Landnutzungs- und Vegetationskarten über Randbereiche zu tropischen Regenwäldern mit Hilfe von satellitengetragenen Fernerkundungssensoren (SPOT-PAN + XS/XI oder LANDSAT-TM) hergestellt werden. Durch bestimmte digital durchgeführte Algorithmen sollen die Satellitenbilder zur Herstellung thematischer Karten klassifiziert werden. Die Ergebnisse der Klassifikation werden anhand von Kontrollflächen, für die ebenso wie für die Trainingsgebiete die Landnutzung bekannt sein muss, verifiziert. Der Prozess von Klassifikation und Verifikation ist iterativ und wird durch wiederholte Modifikation des Klassifikationsverfahrens solange fortgeführt, bis keine nennenswerte Steigerung der Klassifikationsgenauigkeit mehr erreichbar ist.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1006: Bereich Infrastruktur - Internationales Kontinentales Bohrprogramm, Teilprojekt: Paläoklimatische Indikatoren und zyklostratigraphische Untersuchungen der Sedimente des tropischen Lake Towuti's anhand geophysikalischer Bohrlochmessdaten

Eine Gruppe internationaler Wissenschaftler hat im Frühjahr 2015 an dem pazifischen Tropensee Towuti (Sulawesi, Indonesien) ein umfangreiches Forschungsprojekt begonnen. Aus einem vollständigen Sedimentprofil sollen die Umweltbedingungen der vergangenen fünf bis sechs Glazial-Interglazial-Zyklen (ca. 650.000 Jahre) untersucht und die tektonische und evolutionäre Geschichte des Sees erforscht werden. Vorstudien an seebodennahen Sedimenten zeigten, dass Klimaschwankungen von niederschlagsreichen (warmen) zu trockenen (kalten) Perioden innerhalb der letzten 60.000 Jahren anhand geophysikalischer und geochemischer Parameter nachgewiesen werden können. Um diese Studien bis auf den Zeitpunkt der frühen Seeablagerungen auszuweiten, wurden im Rahmen des Lake Towuti Bohrprojektes an drei Lokationen Kernbohrungen bis zu einer Tiefe von 174 m unter Seeboden abgeteuft. Um wichtige Sedimentparameter auch unter in situ Bedingungen bestimmen zu können, wurden an zwei der Bohrlokationen Bohrlochmessungen durchgeführt. Im Rahmen des Projektes sollen die dabei gewonnenen Bohrlochdaten mit Hilfe von paläoklimatischen Untersuchungen ausgewertet werden. Als potentiell geeignete Proxies eignen sich mit hoher Wahrscheinlichkeit die Gehalte an K und U sowie magnetische Suszeptibilität und spezifischer elektrischer Widerstand. Im Rahmen einer umfassenden Multi-Proxy-Studie sollen die gewonnenen Ergebnisse der verschiedenen Arbeitsgruppen evaluiert und zu einem einheitlichen Bild zusammengefasst werden.Darüber hinaus sollen klimasensitive Parameter mit Hilfe von zyklostratigraphischen Analysen untersucht werden. Das Ziel dabei ist das Erstellen eines Alter-Tiefen-Modells unter Berücksichtigung von Datierungsergebnissen (z.B. an Tephren). Eine Herausforderung bei der Analyse der Lake Towuti Sedimente ist die gelegentliche Unterbrechung der kontinuierlichen, pelagischen Sedimentation durch Tephra-Schichten. Erfahrungen aus dem früheren Projekt Lake Van in der Türkei zeigen jedoch, dass eine erfolgreiche zyklostratigraphische Analyse trotz zahlreicher Tephra-Schichten möglich ist. Weitere, insbesondere für die Projektgruppe, wertvolle Datenauswertungen umfassen: a) die Erstellung eines kontinuierlichen lithologischen Profils mit dem z.B. Datenlücken bei Kernverlusten geschlossen werden können, b) die Identifizierung von Tephra-Schichten, die wichtige Zeitmarker für das Altersmodell darstellen, c) die Korrektur von Kernteufen, die durch Bohrungsartefakte oder Druckentlastung ungenau sein können und d) die Kalibrierung der Seeseismik (Transformation von seismischen Laufzeiten in Tiefen) aus seismischen Messungen im Bohrloch.

Forschergruppe (FOR) 2358: Mountain Exile Hypothesis - How humans benefited from and re-shaped African high altitude ecosystems during Quarternary climatic changes, Teilprojekt: Archäologie und Archäozoologie: Die früheste Erschließung von Hochgebirgsräumen durch den Menschen - Erschaffung einer alpinen Kulturlandschaft in den Tropen

Im Allgemeinen wird die Besiedlung der Hochgebirgsregionen aufgrund der schwierigen Umweltbedingungen als ein relativ rezenter Vorgang angesehen, ausgelöst durch externen Druck, wie einem starken Bevölkerungswachstum oder klimatischen Verschlechterungen. Die Hochgebirgsregionen in tropischen Bereichen, wie die Bale Mountains in Äthiopien scheinen jedoch eine Ausnahmesituation zu sein. Vegetationskundliche Untersuchungen (Miehe & Miehe 1994) deuten auf eine zunehmende Einflussnahme des Menschen auf die natürliche Vegetation des Sanetti Plateaus durch intentionelle Feuerereignisse seit dem frühen Holozän. Die intentionelle Nutzung von kontrollierten Bränden ist sowohl von Viehhaltergesellschaften, wie auch Jäger-Sammler Gruppen aus ethnographischen Quellen bekannt. Wann der Einfluss des Menschen in der Region begann und er die alpine Naturlandschaft in eine Kulturlandschaft umformte und welche Subsistenzweise er betrieb, ist allerdings unbekannt. Die Bale Mountains sind bislang aus archäologischer Sicht absolute Terra inkognita, obwohl die zahlreichen Höhlen und Felsschutzdächer ausgezeichnete Siedlungsmöglichkeiten bieten. Gemeinsam mit Projekt P2 soll die zeitliche Abfolge, die Intensität sowie die Art und Weise der menschlichen Einflussnahme untersucht werden. Notwendig sind hierzu die Rekonstruktion der Siedlungsgeschichte anhand der kulturellen Hinterlassenschaften und ihrer chronologischen Einordnung, sowie die Rekonstruktion der Wirtschaftsweise anhand von Faunenresten und botanischen Funden. Da Mensch-Umwelt-Interaktionen immer komplexe wechselseitige Prozesse sind, ist die Kenntnis der Paläo-Umweltverhältnisse eine Voraussetzung für die Interpretation der archäologischen Befunde und setzt eine enge Zusammenarbeit mit den Projekten P4 (Paläoökologie, Pollenanalysen) und P5 (Paläoklima) voraus.

Formation of mega-glendonites in the aftermath of the Paleocene-Eocene thermal maximum

Glendonites are pseudomorphs after the mineral ikaite (CaCO3 x 6H2O) and composed of calcite (CaCO3). In the past, they have been used as a paleo-thermometer because the primary mineral ikaite, according to observations and experiments, seems to be formed at temperatures near freezing, high alkalinity and high phosphate concentrations in marine sediments. An enigmatic occurrence of the largest glendonites known world-wide, in the Early Eocene Fur Formation of northwestern Denmark offers the unique possibility to shed more light on the actual mechanism and controlling parameters of ikaite formation. Right in the aftermath of the Paleocene-Eocene thermal maximum, a time known for its global pertubation in the global carbon cycle, the formation of authigenic calcium carbonate concretions start in the Fur Formation. In a specific stratigraphic interval inbetween these concretions, the glendonites can be found. We will investigate if termperature changes or changes in geochemical parameters of the Danish Basin caused the sudden formation of ikaite during a time interval that was based on known paleoclimatic reconstructions (semi tropic) not favorable for ikaite formation.

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