Forschungsprojekte / Research Projects
Säkulare Änderungen im Hochwassergeschehen Mitteleuropas
Long-time changes in the flood events in Central Europe
Prof. Gerd Tetzlaff ( tetzlaff@rz.uni-leipzig.de
), Dr. Michael Börngen, Wolfgang Feck-Yao
Auf der Basis kritisch bewerteter historischer Quellen sollen
säkulare Änderungen im Hochwassergeschehen Mitteleuropas
analysiert werden. Es werden Aussagen zu langfristigen Variationen
im Wasserhaushalt und zu den meteorologisch-klimatologischen Bedingungen
für das Auftreten von Extremsituationen erwartet. Dabei soll
geklärt werden, ob es eine wechselnde Dominanz von Sommer- und
Winterhochwässern gibt und ob sich Rhythmen, wie z.B. der solare
Gleissberg-Zyklus, in den hydrographischen Daten widerspiegeln. Auch
ist zu prüfen, ob Angaben zu größtmöglichen Wasserhöhen
erreichbar sind. Für die Beantwortung dieser Fragen ist der Abschluss
der Edition der Weikinn'schen hydrographischen Quellentexte (Zeitraum
bis 1850) erforderlich.
Weiterführung: ja
Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (DFG)
Wellenpakete und optimale Vektoren in einem quasigeostrophischen
Atmosphärenmodell
Wave packets and optimal vectors in a quasi-geostrophic model of
the atmosphere
Dr. Uwe Harlander ( uwehar@dynamics.meteo.uni-leipzig.de
), Dipl.-Phys. Nico Hoffmann, Prof. Werner Metz, Dipl.-Ing. Jutta
Rehnert
Ziel des Vorhabens ist es zu untersuchen, ob sich optimale Vektoren
als Rossbywellenpakete auffassen lassen, die so im Grundstrom positioniert
sind, dass sie innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne maximale Energie
aus dem Grundstrom ziehen können. Damit wäre eine physikalische
Interpretation für die Struktur von optimalen Vektoren gegeben.
Weiterführung: ja
Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel
(DFG)
Untersuchung transienter Wellenzüge in der Troposphäre
der Südhemisphäre bei ruhiger und gestörter Stratosphäre
Investigation of transient waves in the troposphere of the southern
hemisphere under quite an disturbed stratospheric conditions
Dr. Uwe Harlander ( uwehar@dynamics.meteo.uni-leipzig.de
), Dipl.-Met. Harald Heinrich, Prof. Werner Metz, Dipl.-Ing. Jutta
Rehnert
In dem Projekt wird die Anregung langer transienter Wellen in
der Stratosphäre der Südhemisphäre durch synoptische
Störungen der Troposphäre untersucht. Die Untersuchung soll
auf EZMWF-Analysedaten bzw. NCEP/NCAR-Reanalyse-Daten beruhen, aber
insbesondere auch durch neue CHAMP-Satellitendaten ergänzt werden.
Die relevanten Strukturen transienter Wirbel in der Troposphäre
werden mittels der komplexen EOF-Analyse aufgespürt.
Weiterführung: ja
Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (DFG)
Wellen in Stratosphäre und unterer Thermosphäre aus Atmosphärensondierungen
mit CHAMP
Waves in the stratosphere and lower thermosphere from atmospheric
soundings using CHAMP
Dr. Christoph Jacobi ( jacobi@rz.uni-leipzig.de
), Prof. Gerd Tetzlaff ( tetzlaff@rz.uni-leipzig.de
), Dipl.-Phys. Martin Lange
Vom CHAMP-Satelliten aus werden mit Hilfe von GPS-Messungen Vertikalprofile
der Refraktivität der Atmosphäre erstellt, woraus Profile
der Temperatur und des Wasserdampfes in Troposphäre und Stratosphäre
abgeleitet werden, sowie die Elektronenkonzentration in der unteren
Ionosphäre. Aus den gemessenen, global verteilten Profilen wird
die globale Verteilung und Klimatologie von roßskaligen planetaren
Wellen (zonale Wellenzahlen 1-4) bestimmt. Die Ergebnisse werden mit
Daten aus Radiosonden- und Radarmessungen verglichen. Der CHAMP-Satellit
wird vom GeoForschungsZentrum Potsdam betrieben, welches auch die
Erstauswertung der Daten vornimmt. Mittelfristig werden die Beobachtungen
vom Satelliten aus ein kontinuierliches globales Monitoring der Atmosphäre
erlauben. Das Projekt erfolgt in Zusammenarbeit mit dem GFZ Potsdam,
der FU Berlin und der Universität Köln.
Weiterführung: ja
Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (DFG)
Statistische Untersuchung von Luftdruckvariationen und seismischen
Oszillationen im Zeitbereich einer Stunde, sowie der Korrelation zwischen
diesen
Statistical investigation of ground pressure variations and seismic
oscillations in the hourÆs period range and of a correlation between
them
Dr. Christoph Jacobi ( jacobi@rz.uni-leipzig.de
), Prof. Dr. Gustav M. Shved (Universität St. Petersburg), Natalia
V. Karpova (Universität St. Petersburg)
Atmosphärische Oszillationen im Zeitbereich von 1 - 4 Stunden
werden auf mögliche Korrelationen mit seismischen Schwankungen
in diesem Bereich untersucht. Es wird dabei vorwiegend auf vorhandene
Messungen zurückgegriffen. Die Untersuchungen werden an der Universität
St. Petersburg in Zusammenarbeit mit den Instituten für Meteorologie
sowie für Geophysik und Geologie der Universität Leipzig
durchgeführt, und bauen auf den umfassenden bisherigen und aktuellen
Kooperationen zwischen diesen Universitäten auf. Innerhalb des
Stipendiums wird eine Aussage getroffen werden, inwieweit eine seismologisch-atmo-sphärische
Verknüpfung detektierbar ist und damit potentiell für Vorhersagezwecke
genutzt werden kann.
Weiterführung: ja
Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel
(DAAD, Leohard-Euler-Stipendienprogramm)
Untersuchung von Schwerewellen mit Hilfe von GPS-Satellitenmessungen
Global structure of gravity waves in the middle and upper atmosphere,
their nonlinear coupling, parameterization and impact on atmospheric
circulation
Dr. Christoph Jacobi ( jacobi@rz.uni-leipzig.de
), Prof. Gerd Tetzlaff ( tetzlaff@rz.uni-leipzig.de
), Dipl.-Phys. Martin Lange, Dr. Nikolai M. Gavrilov (Universität
St. Petersburg)
Aus stratosphärischen Temperaturprofilen werden die Parameter
atmosphärischer Schwerewellen bestimmt. Die globale Verteilung
der Temperaturprofile aus CHAMP-GPS-Satellitenmessungen ermöglicht
die Erstellung einer globalen Klimatologie stratosphärischer
Schwerewellen. In der Ionosphäre zeigt sich die Signatur atmosphärischer
Schwerewellen in Variationen der Elektronendichte (sog. travelling
Ionospheric Disturbances, TIDs). Auch deren globale Verteilung lässt
sich mit GPS-Satellitenmessungen erfassen und ermöglicht die
Beobachtung von Schwerewellen mit einem einzigen Meßsystem.
Die Arbeiten werden in Zusammenarbeit mit der Universität St.
Petersburg, der Universität Almaty und Hovemere Ltd. durchgeführt.
Die CHAMP-Satellitenmessungen werden vom GFZ Potsdam durchgeführt.
Weiterführung: ja
Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (EU:INTAS
und DFG)
Numerische Simulation dynamischer Prozesse in der Mesosphäre
und unteren Thermosphäre
Numerical simulation of dynamical processes in the mesosphere and
lower thermosphere
Dr. Christoph Jacobi ( jacobi@rz.uni-leipzig.de
), Dipl.-Phys. Martin Lange
Zur Abschätzung des Einflusses des anthropogen verursachten
Klimaeffekts in der Mittleren Atmosphäre durch den CO2-Anstieg
und O3-Abbau wurden Modellexperimente mit Variation der
CO2-und O3-Konzentration durchgeführt.
Die durchgeführten Modellversuche geben die wesentlichen Folgen
des anthropogenen CO2-Anstiegs und der O3-Abnahme
wieder.
Weiterführung: nein
Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel
(DFG)
Erstellung und Anwendung tomographischer Verfahren zur Analyse des
Elektronengehalts der Ionosphäre
Tomography of the electron density content of the ionosphere
Dr. Armin Raabe ( raabe@rz.uni-leipzig.de
), Dr. Christoph Jacobi ( jacobi@rz.uni-leipzig.de
), Dipl.-Met. Claudia Stolle
Ausgehend von gemessenen Vertikalprofilen der Elektronenkonzentration
(Satellit CHAMP) sowie von globalen Feldern des Gesamtelektronengehalts
(Messungen von Bodenstationen) werden mit Hilfe tomographischer Verfahren
dreidimensionale Felder des Elektronengehalts der Atmosphäre
ermittelt. Die Eingangsdaten werden dabei vom DLR Neustrelitz zur
Verfügung gestellt. Die erhaltenen dreidimensionalen Felder und
hochaufgelösten Vertikalprofile der Elektronendichte werden im
Hinblick auf Wellenaktivität in der Thermosphäre/Ionosphäre
untersucht und in meteorologischer Hinsicht interpretiert.
Weiterführung: ja
Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (DFG)
Untersuchung der Rolle singulärer Moden für das Zustandekommen
der atmosphärischen Komponente von interdekadischen Klimaschwankungen
Singular modes and interdecadal climate variability
Prof. Dr. Werner Metz ( werner.metz@rz.uni-leipzig.de
),Dipl.-Met. Harald Heinrich
Interdekadische Schwankungen der Meeresoberflächentemperatur
in mittleren Breiten sind oft von gleichlaufenden, räumlich kohärenten
Schwankungen der atmosphärischen Zirkulation begleitet. Während
moderne Klimamodelle solche gekoppelten Moden des Systems Ozean-Atmosphäre
simulieren können, wird die Frage nach dem Mechanismus, der für
diese Moden verantwortlich ist, zur Zeit noch kontrovers diskutiert.
Hier wird von der Hypothese ausgegangen, daß hierfür der
Wechselwirkung zwischen dem stehenden Wellenfeld und der atmosphärischen
Komponente der Moden eine wesentliche Rolle zukommt und daß
sich ein Ast dieser Wechselwirkung in der Anregung von internen, atmosphärischen
Moden, speziell von singulären Moden, manifestiert.
Weiterführung: nein
Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (DFG)
Entwicklung eines Moduls zur Untersuchung von Grundwasserneubildung
Development of a module for determination of ground water recharge
Dr. Nicole Mölders ( moelders@curie.meteo.uni-leipzig.de
), Dipl.-Geol. Wolfram Rühaak, Manuela Barth, Corinne Fischer,
Kristina Fröhlich, Dr. Ulrike Haferkorn (Lysimeterstation Brandis),
Dr. Schmidt (Sächsisches Landesamt für Landwirtschaft Leipzig),
Dr. Gerhard Kramm (MFPA Leipzig), Dr. Jürgen Döring (Universität
Halle), Dr. Siegfried Knappe (UFZ Halle)
Mit Hilfe numerischer Experimente wurde der Zusammenhang zwischen
Grundwasserneubildung und Klima- oder Landnutzungsänderungen
systematisch quantifiziert. Hierzu wurde ein numerischer Modul entwickelt,
mit dem man die Grundwasserneubildung bestimmen kann. Dabei musste
auf das von Kramm für dieses Projekt zu Verfügung gestellte
HTSVS modular aufgebaut werden. Der im Rahmen des Projektes entwickelte
Modul ist in der Lage, die subskalige Heterogenität der Landschaft
mittels Algorithmen zur Berechnung der flächengewichteten Evapotranspiration
und zur Heterogenisierung des Niederschlags sowie die Abflussbildung
und Grundwasserneubildung zu erfassen. Eine 1D-Version des HTSVS wurde
mittels Tensiometer, Grundwasser- und Lysimeterdaten validiert.
Weiterführung: nein
Finanzierung: Drittmittel (BMBF: Angewandte Klima- und Atmosphärenforschung)
Untersuchungen zur regionalen Wasserverfügbarkeit unter veränderten
Klimabedingungen
Investigations on the regional water availability under changed
climate conditions
Dr. Nicole Mölders ( moelders@curie.meteo.uni-leipzig.de
), Dr. U. Haferkorn (Lysimeterstation Brandis), Dr. Gerhard Kramm
(MFPA Leipzig), Dr. Jürgen Döring (Universität Halle),
Dr. Siegfried Knappe (UFZ Halle), Dr. Jimmy Dudhia (NCAR Boulder,
USA), Dr. Fei Chen (NCAR Boulder, USA), Dr. Margarete A. LeMone (NCAR
Boulder, USA), Dr. Bill Kuo (NCAR Boulder, USA)
Es soll ein meteorologisches Modell der Mesoskala ( um die für
die Parametrisierung der Wasserverfügbarkeit erforderlichen hydrologischen
Komponenten erweitert und mit den Ergebnissen aus verschiedenen Klimaszenarien
angetrieben werden. Mit dem so modifizierten Modell sollen für
Europa die Auswirkungen von Klima- und Landnutzungsänderungen
auf das regional für die Ökosysteme verfügbare Wasser
untersucht und quantifiziert werden. In den Gebieten, wo sich die
Wasserverfügbarkeit unter den neuen Klimaverhältnissen am
stärksten ändert, soll die Landnutzung im Modell mit dem
Ziel verändert werden, die Wasserverfügbarkeit zu optimieren.
Ferner soll geprüft werden, in welchem Umfang die Wasserverfügbarkeit
in den Gebieten mit unveränderter Landschaft durch die in den
anderen Gebieten vorgenommenen Landnutzungsänderungen beeinträchtigt
wird.
Weiterführung: ja
Finanzierung: Drittmittel (DFG: Heisenberg-Programm)
Häufigkeitstrends von extremen Klima- und Wetterereignissen
Statistical trends of extreme climate and weather events
Prof. Dr. Gerd Tetzlaff ( tetzlaff@rz.uni-leipzig.de
), Dr. Manfred Mudelsee, Dr. Michael Börngen
Das Quantifizieren von Häufigkeitstrends von extremen Klima-
und Wetterereignissen wie Hurrikanen ist von aktueller Wichtigkeit
in der Diskussion "Globaler Klimawechsel", der Frage nach natürlicher
Variabilität und anthropogenem Einfluß. Archive wie Eisbohrkerne
sind zur Beantwortung dabei unerläßlich, da sie die historischen
Aufzeichnungen in ihrem zeitlichen wie örtlichen Ausmaß
weit übertreffen. In diesem Projekt werden statistische Methoden
der Zeitreihenanalyse übernommen und problemorientiert angepaßt,
um ein Computerprogramm zu entwickeln, mit dem Häufigkeitstrends
für Eiskern- wie historische Daten effizient geschätzt werden
können. Zur Ergebnisinterpretation werden Konfidenzbänder
bestimmt und die Signifikanz gefundener Trends geschätzt. Die
enge Verbindung Geowissenschaften - Statistik garantiert auch die
Berücksichtigung der besonderen klimatologischen/meteorologischen
Dateneigenschaften wie Hintergrundrauschen, Qualität der Zeitskala,
variable Stärke der Ereignisse. In der Anwendung auf die Testauswahl
an Klima-/Wetterdaten betritt das Projekt Neuland.
Weiterführung: ja
Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel
(DFG)
Quantitative Ermittelung des Sturmrisikos für repräsentative
Gebiete Deutschlands in hoher räumlicher Auflösung
Quantitative determination of the storm risks for representative
regions of Germany
Prof. Dr. Gerd Tetzlaff ( tetzlaff@rz.uni-leipzig.de
), Dipl.-Met. Kai Radtke, Dipl.-Met. Sybille v. Löwis
Das Vorhaben soll dazu beitragen, die neuesten Methoden der Modellierung
anzuwenden, um zu einer regionalen Verteilung der Sturmstärken
und des Schadensrisikos zu gelangen. Die Auswirkungen und die Entstehung
extremer Sturmereignisse sollen untersucht werden. Dazu werden mit
dem mesoskaligen Modell LM des DWD verschiedene Sturmszenarien erstellt.
Aus diesen wird dann mit einem Downscaling Verfahren eine regionale
Windverteilung abgeleitet, mit Hilfe einer Schadensfunktion werden
die entstehenden Schäden abgeschätzt.
Weiterführung: ja
Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (BMBF:
Deutsches Forschungsnetz Naturkatastrophen)
Parallelisierung der numerischen Modelle ausgewählter meteorologischer
und luftchemischer Prozesse für lose-gekoppelte Rechner-Architekturen
Parallelization of numerical modells for specific meteorological
and aerochemical processes on loosely-coupeled parallel systems
Prof. Dr. Gerd Tetzlaff ( tetzlaff@rz.uni-leipzig.de
), Dipl.-Met. Martin Simmel, Prof. Dr. Werner Metz, Dr. Nicole Mölders,
Dr. Uwe Harlander, Dr. Paul Herrmann, Dipl.-Met. C. Koziar, Prof.
Dr. Wilhelm Spruth (Institut für Informatik), Prof. Dr. Eberhard
Renner (Institut für Troposphärenforschung = IfT), Dr. Oswald
Knoth (IfT), Dr. R. Wolke (IfT), Prof. Dr. G. Rünger (Universität
Chemnitz), Dr. Jörg Weickert, Dr. Klaus Hering
Ein mesoskaliges meteorologisches Modell soll einschließlich
der Module für Bodenfeuchte und Wolken/Niederschlag parallelisiert
werden. Die dadurch gewonnene Rechenleistung soll dazu genutzt werden,
Sensitivitätsstudien zum Prozeßverständnis der Rückkopplungseffekte
zwischen Wolken, Niederschlag und Bodenfeuchte durchzuführen
und die gewonnenen Erkenntnisse in eine bessere Behandlung der Prozesse
einfließen zu lassen.
Weiterführung: ja
Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel
(DFG)
Akustische Tomographie der atmosphärischen Grenzschicht zur
Validierung eines Large-Eddy-Simulation-Modells
Acoustic tomography of the atmospheric boundary layer to validate
a Large-Eddy- Simulation model
Dr. Armin Raabe ( raabe@rz.uni-leipzig.de
), Dr. Klaus Arnold, Dr. Astrid Ziemann, Dr. Siegfried Raasch, Dipl.-Met.
Sonja Weinbrecht (Universität Hannover)
Large-Eddy-Simulationen (LES) atmosphärischer Strömungen
können Wirbelstrukturen mit Durchmessern bis hin zu wenigen Metern
auflösen. Damit sind diese Modelle dafür prädestiniert,
kleinskalige, turbulenzgeprägte Strömungsphänomene
und Prozesse zu untersuchen. Ein akustisches tomographisches Verfahren,
angewendet auf die atmosphärische Grenzschicht, ist in der Lage,
räumliche Mittelwerte der Lufttemperatur und des bodennahen Strömungsfeldes
in einer mit den Berechnungen des LES-Modells vergleichbaren Auflösung
zu erfassen. Ziel des Vorhabens ist, das Abbild der Entwicklung von
konvektiven Strukturen in einer bodennahen Luftschicht mit Hilfe dieses
Verfahrens darzustellen und mit den Strukturen zu vergleichen, die
das LES-Modell bei Vorgabe der meteorologischen Rahmenbedingungen
simuliert.
Weiterführung: ja
Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel (DFG)
Berücksichtigung atmosphärischer Schallausbreitungsbedingungen
bei Messungen und Prognose von Schießlärm
Consideration of the atmopheric conditions of sound propagation
for measurement and prediction of noise
Dr. Armin Raabe ( raabe@rz.uni-leipzig.de
), Dr. Astrid Ziemann, Dr. Klaus Arnold
Ein operationell anwendbares Verfahren für die Berücksichtigung
einer meteorologisch beeinflussten Schallausbreitung auf Messung und
Prognose von Schießlärm wird entwickelt. Aus der statistischen
Analyse des höhenveränderlichen Windvektors und der Lufttemperatur
leiten sich Schallgeschwindigkeitsprofile ab, auf deren Grundlage
die Berechnung des atmosphärischen Einflusses auf die Schallausbreitung
erfolgt. In einer Datenbank werden die Ergebnisse dieser Berechnungen
zusammengefaßt und anwenderspezifisch aufbereitet.
Weiterführung: ja
Finanzierung: Haushaltfinanzierte Forschung und Drittmittel
(Bundesministerium für Verteidigung)
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