High-quality near-real time Quantitative Precipitation Estimation (QPE) and its prediction for the next hours (Quantitative Precipitation Nowcasting, QPN) is of high importance for many applications in meteorology, hydrology, agriculture, construction, water and sewer system management. Especially for the prediction of floods in small to meso-scale catchments and of intense precipitation over cities timely, the value of high-resolution, and high-quality QPE/QPN cannot be overrated. Polarimetric weather radars provide the undisputed core information for QPE/QPN due to their area-covering and high-resolution observations, which allow estimating precipitation intensity, hydrometeor types, and wind. Despite extensive investments in such weather radars, QPE is still based primarily on rain gauge measurements since more than 100 years and no operational flood forecasting system actually dares to employ radar observations for QPE. RealPEP will advance QPE/QPN to a stage, that it verifiably outperforms rain gauge observations when employed for flood predictions in small to medium-sized catchments. To this goal state-of-the?art radar polarimetry will be sided with attenuation estimates from commercial microwave link networks for QPE improvement, and information on convection initiation and evolution from satellites and lightning counts from surface networks will be exploited to improve QPN. With increasing forecast horizons the predictive power of observation-based nowcasting quickly deteriorates and is outperformed by Numerical Weather Prediction (NWP) based on data assimilation, which fails, however, for the first hours due to the lead time required for model integration and spin-up. Thus, RealPEP will merge observation-based QPN with NWP towards seamless prediction in order to provide optimal forecasts from the time of observation to days ahead. Despite recent advances in simulating surface and sub-surface hydrology with distributed, physicsbased models, hydrologic components for operational flood prediction are still conceptual, need calibration, and are unable to objectively digest observational information on the state of the catchments. RealPEP will prove that in combination with advanced QPE/QPN physics-based hydrological models sided with assimilation of catchment state observations will outperform traditional flood forecasting in small to meso-scale catchments.
Die Lebensgrundlage von mehr als 2 Milliarden Menschen ist abhängig von den Regenfällen des asiatischen Monsuns, die sogar mit den am weitesten entwickelten gekoppelten Ozean-Atmosphäremodellen immer noch schwer vorhersagbar sind. Ein detailliertes Verständnis darüber, wie sich der Monsun unter veränderten Randbedingungen wie einer wärmeren Welt mit geringerer kontinentaler Eisbedeckung verändert, ist von zentraler Bedeutung für diese Modelle. Wir müssen ebenso verstehen, wie und wann die Intensivierung des Monsunsystems einsetzte, wie es sich danach entwickelte und wie es sich in Abhängigkeit von verschiedenen potentiellen Faktoren wie globalen Klimaveränderungen, Gebirgsbildungen und der Öffnung und Schließung von Meeresstraßen veränderte. Der Zeitpunkt der Intensivierung wird kontrovers diskutiert, wobei einige Aufzeichnungen (Auftrieb in der Arabischen See) einen Zeitraum zwischen 7 und 8 Millionen Jahren anzeigen, während andere (Loess-Ablagerungen) ein viel früheres Einsetzen vor 22 Million Jahren oder sogar noch früher nahelegen. Ergebnisse von Modellierungen zeigen an, dass die Heraushebung von Tibet und damit Tektonik und das globale Klima direkt mit der Intensivierung des Monsunsystems zusammenhingen. Wir schlagen in diesem Projekt vor, die Entwicklung des Indischen Monsuns während es Miozäns (vor 23 bis 5.6 Millionen Jahren) anhand neuer, hochqualitativer Sedimentkerne aus dem Golf von Bengalen (Exp. 353) zu rekonstruieren. Wir werden die Kopplung der kontinentalen Verwitterung in der Region mit dem globalen Klima untersuchen. Anhand von hochaufgelösten Aufzeichnungen der von den Monsunwinden angetriebenen vertikalen Durchmischung des Oberflächenozeans auf orbitalen Zeitskalen, von durch Monsunpräzipitation verursachten Salinitätsänderungen und dem Verwitterungseintrag von Spurenmetallen wird diese Studie unser Verständnis der Entwicklung des asiatischen Monsuns signifikant verbessern und zu einer genaueren Modellierung des Monsunsystems beitragen.
Die Grenzfläche zwischen Ozean und Atmosphäre ist durch einen allgegenwärtigen, < 1 mm dicken marinen Oberflächenfilm, den sogenannten sea-surface microlayer (SML), charakterisiert. Der SML ist nicht nur direkter UV-Strahlung und atmosphärischen Oxidantien ausgesetzt, sondern zeichnet sich im Vergleich zum unterliegenden Wasser auch durch höhere Konzentrationen an organischen Stoffen aus. Bisher ist unklar, welche Bedeutung die dadurch bedingten SML-spezifischen abiotischen Prozesse für die Umsetzung und die Emission organischer Stoffe insgesamt haben und wie man diese Prozesse parametrisieren kann. In diesem Projekt, das eng mit anderen Projekten der interdisziplinären Forschungsgruppe â€ÌBiogeochemische Prozesse und Ozean/Atmosphäre- Austauschprozesse in marinen Oberflächenfilmen (BASS)â€Ì verbunden ist, sollen daher molekulare Details SML-spezifischer Reaktionen (Photochemie, heterogene Oxidation, Radikalchemie) genauer untersucht werden. Ziel ist es, Reaktionsprodukte und -geschwindigkeiten quantitativ zu erfassen und Unterschiede zwischen Reaktionen im SML und in der freien Wassersäule herauszuarbeiten. Basierend auf der Expertise der drei beteiligten Arbeitsgruppen im Bereich Photochemie, Reaktionskinetik, Laserspektroskopie, Analytik und theoretischer Modellierung, soll ein molekulares Verständnis ausgewählter Reaktionen und des Einflusses der komplexen SML-Reaktionsumgebung erreicht werden. Dazu sollen experimentelle Verfahren wie Schwingungs-Summenfrequenzerzeugung, hochempfindliche Chromatographie-Massenspektrometrie und gepulste Laserphotolyse-Langwegabsorption mit Methoden der Quantenchemie und Molekulardynamik kombiniert werden. Arbeitsschwerpunkte bilden die Oxidationskinetik von Halogen- bzw. Hydroxyl-Radikalreaktionen in der flüssigen Phase, die Ozonolyse von Fettsäure-Monoschichten und die durch Photosensibilisatoren verstärkte Bildung von reaktiven Radikalen bzw. Zersetzung von organischen Schichten. Neben wohldefinierten Labor-Modellsystemen werden auch natürliche Proben analysiert werden. Dabei stellt sich z.B. die Frage nach den Einflussfaktoren der während einer Algenblüte zunehmenden Bildung von oberflächenaktiven Stoffen im SML und der Bedeutung der durch die Sonne bedingten Photolyse auf die abiotische Umsetzung organischer Stoffe. Flankierend werden im Projekt auch die eingesetzten Untersuchungsmethoden weiterentwickelt; das beinhaltet sowohl die Ausarbeitung von Messprotokollen zur Quantifizierung bestimmter organischen Substanzklassen (z.B. Carbonyle und Kohlenhydrate) im SML, die Synthese und Charakterisierung von neuartigen oberflächenaktiven Photosensibilisatoren (z.B. Benzoyl-Benzoesäure-funktionalisierte Lipide) sowie die Entwicklung und Erprobung mehrstufiger Modellierungsverfahren zur theoretischen Beschreibung von Struktur-Reaktivitätsbeziehungen der Fettsäure-Ozonolyse (z.B. Beschreibung des Einflusses sterischer und elektronischer Effekte der organischen Matrix).
IODP Expedition 371 (Tasman Frontier Subduction Initiation and Paleogene Climate, 27. Juli bis 26. September 2017) hat 2506 m kretazische bis pleistozäne Sedimente an sechs neuen Lokationen erbohrt. Hauptziel der Expedition ist die genaue Datierung seismischer Reflektoren im Gebiet der Tasmansee und Nord-Zealandia, die für das mittlere Eozän eine großräumige konvergente Deformation mit Aufschiebungen und Hebungen nachweisen. Im ausgehenden Eozän/Oligozän wurde diese von einer beträchtlichen ( größer als 1 km) Subsidenz abgelöst, welche als Vorläufer der beginnenden Tonga-Kermadec-Subduktion angesehen wird. Möglicherweise steht dieser grundlegende tektonische Regimewechsel in kausaler Beziehung mit der globalen Klimaabkühlung nach dem Klimaoptimum des frühen Eozäns (EECO). Entscheidend könnte hierbei sein, dass der tektonische Regimewechsel mit einer signifikanten pCO2-Abnahme einherging und somit die beobachtete weltweite Abkühlung bewirkt haben könnte.Im hier beantragten Vorhaben sollen Sedimentserien des Eozän und Oligozän untersucht werden. Primäre Ziele dieses Projekts sind (1) die Entwicklung einer auf Polaritätsumkehr basierenden Chronostratigraphie der IODP Exp. 371 und Cadart-Kernbohrung (Zentral-Neukaledonien), und (2) die Datierung der tektonischen Entwicklung des Südwestpazifiks anhand der neuen Chronostratigraphie. Erste magnetische Messungen an Bord konnten belegen insbesondere an den Sites U1507, U1508, und U1511, dass die paläomagnetischen Informationen vertrauenswürdig sind und sich für Polaritäts-Magnetostratigraphie eignen.Sekundäres Ziel des Vorhabens ist (3) eine genaue Erfassung der Hämatitgehalte in den eozänen Sedimenten des Tasmanbeckens, um die Raten der chemischen Verwitterung auf dem australischen Kontinent zu rekonstruieren. Vorläufige Daten von Bohrung U1511 (Tasman-Tiefseeebene) zeigen eine relative Anreicherung des, dem australischen Kontinent entstammenden, sedimentären Hämatits während des frühen Eozäns, gefolgt von dessen Abnahme im nachfolgenden Mittel- und Späteozän. Laut Dallanave et al. (2010, Geochem. Geophys. Geosyst. 11(7)) bilden die Variationen des detritischen Hämatiteintrags die Intensität der chemischen Verwitterung im Ursprungsgebiet der Sedimente wirksam ab. Die chemische Verwitterung von Silikatmineralen, gefolgt von mariner Karbonatablagerung, ist der einzige Langzeitmechanismus, der den atmosphärischen CO2-Gehalt puffern und somit die globale Durchschnittstemperatur modulieren kann. Daher sollen in diesem Projekt die während Exp. 371 erbohrten Sedimente genutzt werden, die Intensität der chemischen Verwitterung an Land in Zeiten globalen Klimawandels zu erfassen.Erst der in diesem Projekt geplante integrale Datensatz wird ein vollständiges Bild der tektonischen und klimatischen Entwicklung auf einer gemeinsamen Zeitbasis schaffen und Licht in die Zusammenhänge zwischen Großtektonik und Globalklima werfen.
Blatt Stuttgart-Nord wird nahezu vollständig von der Süddeutschen Schichtstufenlandschaft eingenommen. In der Nordwest-Ecke des Kartenausschnitts ist der südliche Teil des Odenwaldes erfasst. Im Bereich der Süddeutschen Schichtstufenlandschaft bildeten sich durch Verwitterung und Abtragung flach einfallender Sedimentformationen des Mesozoikums (Muschelkalk bis Malm) charakteristische Schichtstufen heraus. Von Südost nach Nordwest lässt sich folgende Gesteinsabfolge festhalten: In der Südost-Ecke des Kartenblattes sind Lias und Dogger der Schwäbischen Alb angeschnitten, denen in nordwestliche Richtung Keuper-, Muschelkalk- und Buntsandstein-Sedimente folgen. In den Niederungen und Senken, speziell in der Heilbronner Mulde, wird das Mesozoikum von pleistozänem Löss überlagert. Am Westrand des Kartenausschnitts, südlich von Heidelberg, ist das Schollengebiet der Kraichgau erfasst. Mit Einbruch des Oberrheingrabens im Tertiär bildeten sich neben den Hauptverwerfungen parallel angeordnete Störungslinien und Schollentreppen heraus. Auf engem Raum sind hier neben Muschelkalk, Keuper, Lias und Dogger auch känozoische Lockersedimente zu finden. Die ältesten Gesteine stehen in der Nordwest-Ecke des Kartenblattes, im Odenwald, an. Sein westlicher Teil setzt sich aus metamorphen und magmatischen Gesteinen des Paläozoikums bzw. Präkambriums zusammen. Bei den Metamorphiten dominieren Gneise und Amphibolite. Bei den Magmatiten handelt es sich um saure bis basische Plutonite (Granit, Granodiorit Diorit) sowie spätvariszische Vulkanite (Rhyolithe und Rhyolithtuff). Der Ostteil des Odenwaldes besteht im Gegensatz dazu aus Sand- und Tonsteinen des Buntsandsteins. In der Umgebung des Odenwaldes beißen Zechstein-Sedimente im Flusslauf von Neckar und Laxbach aus. Neben der Legende, die über Alter, Genese und Petrographie der dargestellten Einheiten informiert, gewährt ein geologischer Schnitt zusätzliche Einblicke in den Aufbau des Untergrundes. Die Profillinie beginnt im Kristallin des Odenwaldes und quert in Südost-Richtung die Süddeutsche Schichtstufenlandschaft, wobei das Neckartal, die Heilbronner Mulde, die Neckar-Jagst-Furche, das Murrtal und der Rudersberg gekreuzt werden.
Blatt Nürnberg wird nahezu vollständig von der Süddeutschen Schichtstufenlandschaft eingenommen. Am Südrand sind Teile der Schwäbischen Alb, am Ostrand Teile der Fränkischen Alb abgebildet. Zudem ist das Nördlinger Ries am Südrand der Karte aufgeschlossen. Im Bereich der Süddeutschen Schichtstufenlandschaft bildeten sich durch Verwitterung und Abtragung flach einfallender Sedimentformationen des Mesozoikums (Muschelkalk bis Malm) charakteristische Schichtstufen heraus. Sand-, Ton- und Mergelsteine des Keupers nehmen im dargestellten Gebiet die größte Fläche ein. Sie dominieren mit ihrer braunen Farbgebung das Kartenblatt. In der Nordwest-Ecke der Karte treten vermehrt Ausbisse von Muschelkalk auf. In der Südhälfte des Kartenblattes ist der Jura der Schwäbischen Alb angeschnitten. In den Niederungen und Senken werden Lias, Dogger und Malm von eiszeitlichen Ablagerungen überdeckt, hauptsächlich von pleistozänem Verwitterungslehm, Solifluktionsschutt, glazifluviatilen Schottern und Sanden bzw. äolischen Löss- oder Flugsanden. Südlich von Eichstätt sind kleinere Kreide-Vorkommen (Sandstein, Quarzit) erhalten geblieben, die dem Jura auflagern. Das Nördlinger Ries, am Südrand der Karte, wird als Krater eines Meteoriten interpretiert, der im Oberen Miozän (vor etwa 15 Millionen Jahren) aufprallte. Die Senke (mit einem Durchmesser von etwa 20 km) ist mit tertiären Seesedimenten und pleistozänem Löss verfüllt. Die Jura-Sedimente in ihrer randlichen Umgebung sind stark verquetscht und deformiert. Im Ries und bis in eine Entfernung von 25 km sind Trümmerstücke von kristallinen und sedimentären Gesteinen des Untergrundes zu finden. Neben der Legende, die über Alter, Genese und Petrographie der dargestellten Einheiten informiert, gewährt ein geologischer Schnitt zusätzliche Einblicke in den Aufbau des Untergrundes. Im Nordwest-Südost-Verlauf werden die flach einfallenden mesozoischen Sedimentschichten der Süddeutschen Schichtstufenlandschaft gekreuzt.
Blatt Bamberg bildet den nördlichen Teil der Süddeutschen Schichtstufenlandschaft ab. Die charakteristischen Schichtstufen entstanden durch Verwitterung und Abtragung der flach einfallenden mesozoischen Sedimentschichten (Muschelkalk bis Malm). Im Nordwesten werden sie vom Buntsandstein der Rhön, im Nordosten vom Fränkischen Schiefergebirges (Graptolithenschiefer/Silur; Tonschiefer, Sandsteine und Grauwacken/Unterkarbon; Sand- Schluff-, Tonsteine und rhyolithische Pyroklastika/Perm) begrenzt. Von Ost nach West lässt sich folgende Gesteinsabfolge festhalten: Die jurassischen Ablagerungen der Fränkischen Alb, denen z. T. Reste kreidezeitlicher Sandsteine auflagern, werden von Sedimenten der Trias abgelöst. Dem Keuper des Steigerwaldes bzw. der Hassberge schließen sich am Westrand des Kartenblattes Sedimente des Muschelkalks an. In den Niederungen und Senken werden diese Sedimente weitflächig von pleistozänem Löss überlagert. Westlich des Steigerwalds sind pleistozäne Flugsande und Umlagerungsbildungen wie Hangschutt und Fließerden weit verbreitet. Fluviatile Quartärsedimente lagern auf den breiten Flussterrassen des Mains. Im Nordteil der Karte, westlich von Coburg, fällt eine Schar basaltischer Vulkanite auf, die den Keuper-Sedimenten aufsitzen und ein Muster NNE-SSW-streichender Spalten bilden. Diese Heldburger Gangschar tertiärer Vulkanite reicht von den Hassbergen bis nach Thüringen. Eine rheinisch ausgerichtete Linie von Basaltaustritten findet sich auch westlich von Heiligenstadt, wo die jungen Vulkanite einen Kontrast zum Jura der Fränkischen Alb darstellen. Neben der Legende, die über Alter, Genese und Petrographie der dargestellten Einheiten informiert, gewährt ein geologischer Schnitt Einblicke in den Aufbau des Untergrundes. Das Profil schneidet in seinem West-Ost- bzw. Nordwest-Südost-Verlauf den Buntsandstein der Rhön, die Kissinger Bruchzone, die Muschelkalk- und Keuper-Ablagerungen des Maßbacher Sattels, die Hassberge mit der Hassberg-Störung, die Heldburger Gangschar und zieht sich über den Main bis zum Jura der Fränkischen Alb.
Blatt Kassel bildet das Rheinische Schiefergebirge im Südwesten, das Münstersche Becken und seine begrenzenden Bergzüge im Westen, die Nordhessische Tertiärsenke am Südrand, die Buntsandsteinlandschaft des Sollings im Ostteil, die Bergzüge Hils und Sackwald im Nordosten ab. Mesozoische Sedimentgesteine dominieren das Blatt. Das Münstersche Becken ist mit Kalk- und Mergelsteinen der Oberkreide verfüllt. Im Randbereich (Teutoburger Wald und Eggegebirge) treten ältere Schichten der Trias bis Unterkreide zu Tage. Sie sind stark zerbrochen und zerstückelt, z. T. komplizieren Rutschmassen den geologischen Bau. Im Hinterland der Bergzüge, in östlicher Richtung, dominieren Sedimente der Trias (Buntsandstein, Muschelkalk, Keuper). Die Sand- und Tonsteine des Buntsandsteins im Solling, Reinhardswald oder Bramwald wurden flächenhaft in einem Festlandsbecken abgelagert, das große Teile Mitteleuropas bedeckte. Im Bereich der Nordhessischen Tertiärsenke, am Südrand des Kartenblattes, wird der Buntsandstein großflächig von quartären Lockersedimenten und Vulkaniten überdeckt. Endogene Kräfte führten im Tertiär zu einer Absenkung des Gebietes, zur Sedimentation teils mariner, teils festländischer Sande und Tone sowie zum Aufdringen basaltischer Magmen. In dem gesamten Gebiet sind Überlagerungen durch eiszeitliche Sedimente weit verbreitet (periglaziäre, glazifluviatile bzw. äolische Ablagerungen der Saale- und Weichsel-Kaltzeit). Größere Ausbisse von Jura und Kreide finden sich noch in der Nordost-Ecke des Kartenblattes. Hils und Sackwald zählen zu den mesozoischen Bergzügen, die den Südrand des Norddeutschen Tieflandes bilden. In beiden Fällen handelt es sich um eine Reliefumkehr, d. h. die ehemaligen Muldenstrukturen, gefüllt mit Jura- und Kreide-Sedimenten, stellen heute durch tektonische Vorgänge und Verwitterung herauspräparierte Höhenzüge dar. Die Ausläufer des Rheinischen Schiefergebirges im Südwest-Teil des Kartenblattes sind durch verfaltete und verschieferte Sedimentgesteine des Paläozoikums (Devon und Karbon) charakterisiert. Die devonischen Gesteine dominieren den zentralen Teil. Nach Norden und Süden schließen sich Sedimentgesteine des Karbons an. Im Osten bilden Ablagerungen des Zechsteins die randliche Begrenzung des Rheinischen Schiefergebirges. Neben der Legende, die über Alter, Genese und Petrographie der dargestellten Einheiten informiert, gewährt ein geologischer Schnitt Einblicke in den Aufbau des Untergrundes. Das Südwest-Nordost-verlaufende Profil beginnt im Massenkalk des Rheinischen Schiefergebirges, kreuzt randlich das Münstersche Kreidebecken und quert die Triasbedeckung inklusive Solling sowie Jura und Kreide von Hils und Sackwald.
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