The World Settlement Footprint (WSF) 2019 is a 10m resolution binary mask outlining the extent of human settlements globally derived by means of 2019 multitemporal Sentinel-1 (S1) and Sentinel-2 (S2) imagery. Based on the hypothesis that settlements generally show a more stable behavior with respect to most land-cover classes, temporal statistics are calculated for both S1- and S2-based indices. In particular, a comprehensive analysis has been performed by exploiting a number of reference building outlines to identify the most suitable set of temporal features (ultimately including 6 from S1 and 25 from S2). Training points for the settlement and non-settlement class are then generated by thresholding specific features, which varies depending on the 30 climate types of the well-established Köppen Geiger scheme. Next, binary classification based on Random Forest is applied and, finally, a dedicated post-processing is performed where ancillary datasets are employed to further reduce omission and commission errors. Here, the whole classification process has been entirely carried out within the Google Earth Engine platform. To assess the high accuracy and reliability of the WSF2019, two independent crowd-sourcing-based validation exercises have been carried out with the support of Google and Mapswipe, respectively, where overall 1M reference labels have been collected based photointerpretation of very high-resolution optical imagery. Starting backwards from the year 2015 - for which the WSF2015 is used as a reference - settlement and non-settlement training samples for the given target year t are iteratively extracted by applying morphological filtering to the settlement mask derived for the year t+1, as well as excluding potentially mislabeled samples by adaptively thresholding the temporal mean NDBI, MNDWI and NDVI. Finally, binary Random Forest classification in performed. To quantitatively assess the high accuracy and reliability of the dataset, an extensive campaign based on crowdsourcing photointerpretation of very high-resolution airborne and satellite historical imagery has been performed with the support of Google. In particular, for the years 1990, 1995, 2000, 2005, 2010 and 2015, ~200K reference cells of 30x30m size distributed over 100 sites around the world have been labelled, hence summing up to overall ~1.2M validation samples. It is worth noting that past Landsat-5/7 availability considerably varies across the world and over time. Independently from the implemented approach, this might then result in a lower quality of the final product where few/no scenes have been collected. Accordingly, to provide the users with a suitable and intuitive measure that accounts for the goodness of the Landsat imagery, we conceived the Input Data Consistency (IDC) score, which ranges from 6 to 1 with: 6) very good; 5) good; 4) fair; 3) moderate; 2) low; 1) very low. The IDC score is available on a yearly basis between 1985 and 2015 and supports a proper interpretation of the WSF evolution product. The WSF evolution and IDC score datasets are organized in 5138 GeoTIFF files (EPSG4326 projection) each one referring to a portion of 2x2 degree size (~222x222km) on the ground. WSF evolution values range between 1985 and 2015 corresponding to the estimated year of settlement detection, whereas 0 is no data. A comprehensive publication with all technical details and accuracy figures is currently being finalized. For the time being, please refer to Marconcini et al,. 2021.
Das Projekt "Die Hydrothermaltechnik als Weg zur Energieersparnis bei der Herstellung und bei Einsatz von keramischen Membran-Filtern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gesellschaft für umweltkompatible Prozesstechnik an der Universität des Saarlandes durchgeführt. Es ist Ziel des gesamten Forschungsvorhabens, Trennprozesse einzuleiten, um aus einem Stoffsystem definierte Komponenten zu gewinnen. Dabei mag es sich um eine Qualitaetsverbesserung des Warenangebots, um eine gezielte Erstellung bestimmter Erzeugnisse nach einem Reaktionsverfahren oder um einen Recyclingsprozess zur Bewaeltigung anfallender Entsorgungsaufgaben handeln. Das spezielle Ziel des vorliegenden Forschungsvorhabens stellt eine Grundlagenuntersuchung dar, die als Vorlauf-Projekt zu verstehen ist, um der einschlaegigen Industrie einen Prozessweg anzubieten, auf dem eine industrielle Fertigung von Filteranlagen aufgebaut werden kann. Bei Einsatz keramischer Werkstoffe als Membranfilter ist es moeglich, Trennprozesse unter erhoehten Druck-, Temperatur- und pH-Bedingungen durchzufuehren. Diese Membranfilter werden unter hydrothermalen Bedingungen, d.h. unter erhoehten Temperaturen - ca. 300-500 Grad C -, und Druecken bis zu 10 MPa hergestellt. Diese Membranfilter werden dem jeweiligen Zweck dienend auf die den Filtrationsprozess bestimmenden Eigenschaften geprueft.
Drug therapy for diabetes mellitus has increased significantly in recent years. 1,1-Dimethylbiguanide hydrochloride (metformin) is the most common drug used for the treatment of diabetes. Metformin is not metabolized in the human body and enters the water cycle via sewage. A new gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) method has been developed which enables the quantification of metformin in surface water samples even at low concentrations in the ng L-1 range. A solid phase extraction (SPE) method for the preconcentration of metformin and the internal standard 1-butylbiguanide (buformin) was established, and the method parameters such as the composition and volume of the eluent were optimized. Derivatization of metformin and buformin was obtained by using n-methyl-bis (trifluoroacetamide) (MBTFA). The reaction conditions of the derivatization, such as the reaction temperature and volume of the derivatization agent, were evaluated. The limit of detection (LOD) and limit of quantification (LOQ) were determined to be 3.9 ng L-1 and 12 ng L-1 in surface water samples. Linearity was shown over a concentration range of 10-50 ng L-1. The good performance of the method was demonstrated by comparison with a liquid chromatography tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) method. The results indicate that the GC-MS method is a reliable and sensitive alternative for the quantification of metformin in surface water. Quelle: http://pubs.rsc.org
Das Projekt "Oeko-Marketing aus Verbrauchersicht" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von GfK SE durchgeführt. Interesse an oekologischen Produkten, Beurteilung des Warenangebots, Beurteilung der Informations- und Kennzeichnungspolitik, Bedeutung und Akzeptanz von 'Oekolabels', bevorzugte Absatzform, Markenwechsel aus Oekogruenden. Schriftliche Befragung bei 1500 repraesentativ ausgewaehlten Personen (16-65 Jahre).
Das Projekt "Entwicklung wiederaufladbarer Zink-Luft-Batterien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg durchgeführt. General Information: Project Objectives: The aim of the programme described in this proposal is the development of an electrically rechargeable zinc-air battery using bifunctional air electrodes. This system stands out for its high energy density, good environmental compatibility, low cost of active materials, and wide operating temperature range (-10 C - +50 C). The goal of this programme is to demonstrate an electrically rechargeable Zn-air battery concept having the same high specific energy figures as the mechanically rechargeable Zn-air system without requiring extra infrastructure for recharging. Compared to existing advanced batteries such as MeH-Ni, Li-ion and high temperature Na-NiCl2 (ZEBRA) or Lion systems, Zn-air shows higher energy density, good environmental compatibility, low cost of active materials and a wide range of operating temperature. Furthermore Zn-air batteries arc advantageous with respect to safety. Due to its attractive features this system is regarded as a promising candidate for use in small scale PV applications, portable electronic devices and in electric vehicles. The goal of this programme is to demonstrate an electrically rechargeable Zn-air battery having an energy density of approximately 150 Wh/kg. To reach this goal, significant innovations will be needed with respect to the components used in the battery. Technical Approach: The project consists of three major experimental parts, two of them focusing on the development of components. The third task is oriented to cell/system engineering. Component development will be focused on innovative microstructures for the zinc and the air electrode. Furthermore, new, more active catalysts will be developed for the bifunctional air electrode. A system study will find market opportunities and will determine the technical and economical requirements for Zn-air batteries as ecologically beneficial electrochemical energy storage systems. Expected Achievements and Exploitation: This programme will result in optimised materials, electrode structures, and cell designs. The cycle life will be evaluated in test-cells of practical Sizer (25 to 200 cm2). It is expected to reach more than 600 cycles and a service life of more than 3 000 h for the bifunctional electrodes. In order to increase the specific power of the systems to be investigated, advanced cell designs will be built and tested. A module having a specific power of 100 W/kg at 80 per cent DOD and a specific energy of 150 Wh/kg, will be demonstrated. Further improvement of these performance figures should be possible in the futures.
Der Landesentwicklungsplan, Teilabschnitt "Siedlung" (LEP "Siedlung"), hat - ebenso wie der Landesentwicklungsplan, Teilabschnitt "Umwelt" (LEP "Umwelt"), - die Aufgabe, die Flächenansprüche an den Raum und die räumliche Verteilung der einzelnen siedlungsrelevanten Raumnutzungen unter Abwägung überörtlicher, raumrelevanter Gesichtspunkte und unter Berücksichtigung veränderter Rahmenbedingungen -insbesondere demografische sowie ökonomische Strukturveränderungen - zu koordinieren und Vorsorge für einzelne Raumnutzungen und -funktionen zu treffen. Die Umsetzung der raumordnerischen Leitvorstellungen wird dabei von den übergeordneten Prinzipien der Gleichwertigkeit, der Nachhaltigkeit, der dezentralen Konzentration sowie der kompakten Siedlungsstruktur der kurzen Wege getragen. Zudem richten sich die raumordnerischen Leitvorstellungen an den Erfordernissen des demografischen Wandels sowie am Planungsprinzip des sog. "Gender Planning" aus. Der Landesentwicklungsplan, Teilabschnitt "Siedlung", legt textliche Ziele und Grundsätze der Raumordnung für das gesamte Landesgebiet fest, die die Siedlungsentwicklung unmittelbar oder mittelbar zum Planungsgegenstand haben oder diese berühren. Diese textlich festgelegten Ziele und Grundsätze werden durch zeichnerische Festlegungen konkretisiert und veranschaulicht. Wesentliche Inhalte des Landesentwicklungsplanes, Teilabschnitt "Siedlung", sind: - die Festlegung von Zentralen Orten unterschiedlicher Stufe. Durch die Festlegung von zentralen Orten soll die Versorgung der Bevölkerung mit einem ausgewogenen Warenangebot und sozialen, kulturellen und wirtschaftsbezogenen Einrichtungen und Dienstleistungen sowie eines entsprechenden Wohnungsangebots im Sinne des dezentralen Konzentrationsprinzips auf kurzem Wege sichergestellt werden. - die Festlegung von raumordnerischen Siedlungsachsen. Die raumordnerische Achsenkonzeption stellt das Grundgerüst der Verflechtung der Siedlungsschwerpunkte (zentrale Orte) dar (punktaxiales Siedlungssystem). Durch die Festlegung in Verbindung mit den zentralen Orten unterschiedlicher Stufe soll die Siedlungstätigkeit auf die tragfähigen Siedlungskerne entlang der Verkehrsachsen konzentriert und so die vorhandene Infrastruktur besser ausgelastet und die Tragfähigkeit der öffentlichen Personennahverkehrssysteme (Bahn und Bus) erhöht werden. - die Festlegung von Raumkategorien. Durch die Festlegung von Raumkategorien soll den spezifischen Erfordernissen der unterschiedlich strukturierten Räume des Landes durch spezifische Zielsetzungen Rechnung getragen werden. Darüber hinaus wird die Raumkategoriekonzeption durch Handlungsräume ergänzt, die die strukturraumtypischen Leitvorstellungen durch individuelle Entwicklungsziele verfeinern. - die Festlegung von Zielen und Grundsätzen für die Wohnsiedlungstätigkeit. Durch die schwerpunktmäßige Ausrichtung auf die zentralen Orte und die Siedlungsachsen soll städtebaulichen Fehlentwicklungen vorgebeugt, der Freiraum mit seinen ökologischen Funktionen möglichst wenig beansprucht und der Verkehrsaufwand verringert werden. - die Festlegung von Zielgrößen für den Wohnungsbedarf. Damit wird den Gemeinden ein landesweit und siedlungsstrukturell ausgeglichenes und Ressourcen schonendes Potenzial an Wohnungen für eine eigenverantwortliche Kommunalentwicklung im Siedlungsbereich zur Verfügung gestellt. - die Festlegung von Zielen und Grundsätzen für die Ansiedlung, Erweiterung und Änderung von großflächigen Einzelhandelseinrichtungen. Der Landesentwicklungsplan, Teilabschnitt "Siedlung", trägt mit dazu bei, dass in allen Landesteilen eine bedarfsorientierte Warenversorgung der Bevölkerung durch eine ausgewogene und breit gefächerte, nach Zentralörtlichkeit differenzierte Einzelhandelsstruktur sichergestellt wird. Die im Landesentwicklungsplan, Teilabschnitt "Siedlung", getroffenen raumordnerischen Festlegungen stellen das Ergebnis von Abwägungen zwischen überörtlich raumbedeutsamen Ansprüchen und langfristig gebotenen Erfordernissen aus Landessicht einerseits sowie der kommunalen Planungsträger und der sonstigen öffentlichen Planungsträger andererseits dar. Den Kommunen verbleibt ein ausreichender Spielraum, um eigenverantwortlich die Erhaltung und Entwicklung nachhaltiger Siedlungs- und Versorgungsbedingungen gestalten zu können. Durch die Festlegung überörtlich relevanter Raumbelange auf Landesebene werden durch den Landesentwicklungsplan, Teilabschnitt "Siedlung" vom 4. Juli 2006, die planerischen Vorraussetzungen geschaffen, damit sich das Saarland unter Berücksichtigung einer nachhaltigen Siedlungsentwicklung und Konsolidierung der Infrastruktureinrichtungen einerseits und unter Berücksichtigung der Belange von Natur und Landschaft andererseits zukunftsorientiert weiter entwickeln kann. Der Landesentwicklungsplan, Teilabschnitt "Siedlung", schafft damit die Rahmenbedingungen für einen Anpassungsprozess der Siedlungsstruktur des Landes zugunsten einer dauerhaft umweltverträglichen und nachhaltigen Siedlungsweise.
Das Projekt "Polymere Additive fuer Fracfluide" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Höchst, Werk Cassella durchgeführt. Objective: To improve hydraulic fracturing technology it is important to create new frac fluid polymers with increased thermo stability for use in a variety of formations. The scope of this project is the synthesis of new versatile polymers for frac fluid application. General Information: A number of suitable monomer compounds were selected and model homopolymers synthesized. The thermo stability of aqueous solutions of these homopolymers was tested under various conditions. According to the results of these measurements model-copolymers were synthesized. The thermo stability and rheologic behaviour of aqueous solutions were tested. The synthesis of co-polymers of different chemical composition and structure was carried out according to different polymerisation processes and initiator systems which were found to be suitable. The polymers were characterized by measuring: Molecular weight, residual monomer content, molecular weight distribution, rheological data at different temperatures and cross linking behaviour to viscoelastic fluids. Shear stability, pump ability and break-out under formation conditions were also tested. Achievements: Polymers were synthesized which showed good performance within the temperature range up to 150 deg. C as far as the rheological data were concerned. The cross linking reaction of aqueous polymer solutions was carried out by the addition of metal cat ions yielding macromolecular chelate-complexes, which show desirable viskoelastic properties. The degradation of the gelled fluids under formation conditions can be performed by breaker systems. New breaker systems are under evaluation. Continuing the synthesis of new polymers based on the information received so far and testing the properties our present systems will be further optimized. A more detailed study of our systems under simulated formation conditions will be done at the University of Clausthal. The studies carried out at the University of Clausthal, showed that fracturing fluids based on the synthesized new water-soluble polymers, performed, performed by far better compared to the present technical state as far as thermo stability and tolerance to high saline brines are concerned. However some formation damage was observed, which could possibly be avoided by changing the molecular weight of the polymer. Development into this directions is going on. New oil based fracturing fluids were developed, based on novel polymer-tenside systems. The rheological properties at different conditions are under evaluation. Patent applications are presently filed. More detailed information will be given in the next report.
The aim of European water policy is to achieve good ecological status in all rivers, lakes, coastal and transitional waters by 2027. Currently, more than half of water bodies are in a degraded condition and nutrient enrichment is one of the main culprits. Therefore, there is a pressing need to establish reliable and comparable nutrient criteria that are consistent with good ecological status. This paper highlights the wide range of nutrient criteria currently in use by Member States of the European Union to support good ecological status and goes on to suggest that inappropriate criteria may be hindering the achievement of good status. Along with a comprehensive overview of nutrient criteria, we provide a critical analysis of the threshold concentrations and approaches by which these are set. We identify four essential issues: (1) Different nutrients (nitrogen and/or phosphorus) are used for different water categories in different countries. (2) The use of different nutrient fractions (total, dissolved inorganic) and statistical summary metrics (e.g., mean, percentiles, seasonal, annual) currently hampers comparability between countries, particularly for rivers, transitional and coastal waters. (3) Wide ranges in nutrient threshold values within shared water body types, in some cases showing more than a 10-fold difference in concentrations. (4) Different approaches used to set threshold nutrient concentrations to define the boundary between "good" and "moderate" ecological status. Expert judgement-based methods resulted in significantly higher (less stringent) good-moderate threshold values compared with data-driven approaches, highlighting the importance of consistent and rigorous approaches to criteria setting. We suggest that further development of nutrient criteria should be based on relationships between ecological status and nutrient concentrations, taking into account the need for comparability between different water categories, water body types within these categories, and countries. © 2019 The Authors. Published by Elsevier B.V.
Simulating the ozone variability at regional scales using chemistry transport models (CTMs) remains a challenge. We designed a multi-model intercomparison to evaluate, for the first time, four regional CTMs on a national scale for Germany. Simulations were conducted with LOTOS-EUROS, REM-CALGRID, COSMO-MUSCAT and WRF-Chem for January 1st to December 31st, 2019, using prescribed emission information. In general, all models show good performance in the operational evaluation with average temporal correlations of MDA8 O3 in the range of 0.77-0.87 and RMSE values between 16.3 (micro)g m-3 and 20.6 (micro)g m-3. On average, better models' skill has been observed for rural background stations than for the urban background stations as well as for springtime compared to summertime. Our study confirms that the ensemble mean provides a better model-measurement agreement than individual models. All models capture the larger local photochemical production in summer compared to springtime and observed differences between the urban and the rural background. We introduce a new indicator to evaluate the dynamic response of ozone to temperature. During summertime a large ensemble spread in the ozone sensitivities to temperature is found with (on average) an underestimation of the ozone sensitivity to temperature, which can be linked to a systematic underestimation of mid-level ozone concentrations. During springtime we observed an ozone episode that is not covered by the models which is likely due to deficiencies in the representation of background ozone in the models. We recommend to focus on a diagnostic evaluation aimed at the model descriptions for biogenic emissions and dry deposition as a follow up and to repeat the operational and dynamic analysis for longer timeframes. © 2023 The Authors
Das Projekt "Intelligentes Carsharing zur Förderung der urbanen Mobilität - EinfachTeilen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, Fachbereich Wirtschaftswissenschaften, Campus Sankt Augustin, BWL insbesondere Wirtschaftsinformatik durchgeführt. Durch bessere Verknüpfung von Connected Car-Technologien und Sharing-Konzepten soll das private Carsharing (P2P-Carsharing) signifikant verbessert werden. Die steigende Attraktivität dieser Angebote wird nicht zuletzt durch zweistellige Zuwachsraten im Markt kommerziellen Carsharings deutlich. Jedoch stehen dem immer noch mehr als 45 Millionen zugelassene Personenkraftwagen gegenüber, die zu einem beträchtlichen zeitlichen Anteil nicht genutzt werden. Diese ungenutzten Ressourcen stellen ein hohes, bisher nicht ausgeschöpftes Potential für Carsharing von Privat zu Privat (P2P-Carsharing) dar. Zentrale Herausforderungen zur Hebung dieses Potentials bestehen darin, P2P-Carsharing zu vereinfachen, vorhandene Ressourcen in der Umgebung besser sichtbar zu machen, sowie emotionale Bedürfnisse der Nutzer nach Sicherheit, Kontrolle und Verlässlichkeit zu befriedigen.