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Laut einem kürzlich veröffentlichten Beitrag der NASA haben Forscher des Goddard Space Flight Centers der NASA in Greenbelt, Maryland, die Zeit berechnet, die eingespart hätte werden können, wenn Krankenwagenfahrer und andere Rettungskräfte nahezu in Echtzeit über überflutete Straßen informiert worden wären. Dies erfolgte am Beispiel des Hochwasser 2011 in Südostens als Fallstudie. Dies war die erste NASA-Studie, die den Wert der Verwendung von Satellitendaten in Katastrophenszenarien berechnete. Durch den einfachen Zugriff auf diese Informationen hätten durchschnittlich neun Minuten pro Notfallreaktion und potenziell Millionen von Dollar gespart werden können.
Das Goddard Space Flight Center hat die Zeit berechnet, die eingespart hätte werden können, wenn Krankenwagenfahrer und andere Rettungskräfte nahezu in Echtzeit über überflutete Straßen informiert worden wären. Bild: Christoph Harzer
Insbesondere verwendeten die Forscher den Navigationsdienst OpenRouteService des HeiGIT, um die direktesten Routen zwischen Einsatzorten und bedürftigen Gebieten zu ermitteln, zunächst ohne Informationen zu Überflutungen. Dann fügten sie der Karte Nahe-Echtzeit Informationen zu Überflutungen hinzu und berechneten mit ORS neue Routen, die die am stärksten überfluteten Gebiete meiden.
Die Studie stellt fest, dass direkte Routen in ihren Empfehlungen überflutete Straßen von etwa 16 km Länge enthalten. Im Gegensatz dazu waren die Routen mit Hochwasserinformationen zwar länger, mieden jedoch die stark überfluteten Gebiete und enthielten nur 8 km betroffene Straßen. Dadurch waren die überflutungssicheren Routen im Durchschnitt etwa 9 Minuten schneller als die Vergleichsdaten ohne diese Informationen.
Modell von Wissenschaftlern des MIT erkennt aus Satellitenaufnahmen Details zu Straßen
Ein neues KI-System soll helfen, digitale Karten für die GPS-Navigation zu verbessern. Das von Forschern des Massachusetts Institute of Technolgy (MIT) http://mit.edu und des Qatar Computing Research Institute http://qcri.org entwickelte "RoadTagger" erkennt in Satellitenaufnahmen den Straßentyp und die Zahl der Fahrspuren und das auch trotz Bäumen oder Gebäuden, die die Sicht verdecken. Künftig soll das System noch mehr Details wie Radwege und Parkplätze erkennen.
Satellitenaufnahme: verrät einiges zu Straßen (Foto: googlemaps.com, mit.edu)
KI statt teures Abfahren
Umso mehr Details digitale Karten umfassen, desto nützlicher sind sie - beispielsweise, weil ein Navigationssystem vor dem Flaschenhals zusammenlaufender Fahrspuren warnen kann. Doch um genaue Details zu sammeln, kommen bislang nur mit Kameras bestückte Autos wie die von Google zum Einsatz, die Straßen tatsächlich abfahren. "Die meisten richtig aktuellen, digitalen Karten gibt es von Orten, die große Unternehmen interessieren", sagt Sam Madden, MIT-Professor für Elektrotechnik und Informatik. Denn für andere, beispielsweise abgelegenere Gegenden, ist Abfahren zu aufwendig. Eben das soll RoadTagger nun unnötig machen.
"Unser Ziel ist es, den Prozess der Erstellung hochwertiger digitaler Karten zu automatisieren, sodass sie in jedem Land verfügbar werden", meint Madden. Dazu setzt die neue KI darauf, automatisch Straßeneigenschaften in für die meisten Gegenden leicht erhältlichen Satellitenkarten zu finden. Um das zu ermöglichen, kombiniert das System zwei unterschiedliche Arten neuronaler Netze, die anhand von Trainingsarten aus dem Projekt OpenStreetMap http://openstreetmap.org gelernt haben, Straßeneigenschaften zu erkennen. Unbekannte Straßen in Satellitenaufnahmen teilt RoadTagger nun in etwa 20 Meter lange Abschnitte und bewertet deren Eigenschaften.
Klarheit bei verstelltem Blick
Selbst wenn der Blick auf einen Teilbereich, beispielsweise durch Baumkronen, verdeckt ist, kann das System eine Einschätzung treffen. Dabei nutzt es Infos über angrenzende Straßenabschnitte, um vernünftige Vorhersagen zu treffen. Wenn sich ein nicht klar erkennbares 20-Meter-Teilstück beispielsweise zwischen zwei vierspurigen Straßenstücken befindet, dürfte es wohl auch vierspurig sein; ist die Straße an einem Ende der Sichtbehinderung vier- und am anderen Ende zweispurig, muss hingegen im verdeckten Bereich eine Verengung erfolgen.
In Tests an Google-Maps-Daten von Straßen mit eingeschränkter Sichtbarkeit hat RoadTagger so den Straßentyp (Highway oder Wohngegend) mit 93-prozentiger Genauigkeit, die Spurzahl immerhin mit 77-prozentiger Genauigkeit erkannt. Die Forscher wollen das System nun weiter verbessern und dabei auch zusätzliche Eigenschaften erfassen, darunter Radwege, Parkbuchten sowie den Straßenbelag - immerhin macht es für Autofahrer einen Unterschied, ob eine ehemalige Schotterpiste irgendwo im Hinterland mittlerweile doch asphaltiert ist.
Zum Preprint "RoadTagger: Robust Road Attribute Inference with Graph Neural Networks": arxiv.org/pdf/1912.12408.pdf
Auf Initiative des Innenministeriums Mecklenburg-Vorpommern, in dessen Zuständigkeitsbereich das amtliche Geoinformations- und Vermessungswesen fällt, wurde kürzlich eine Kooperationsvereinbarung zur Nachwuchsgewinnung in der Geodäsie abgeschlossen. Sie wurde durch die Ministerin für Bildung, Wissenschaft und Kultur, Frau Bettina Martin, den Minister für Landwirtschaft und Umwelt, Herrn Dr. Till Backhaus und den Minister für Inneres und Europa, Herrn Lorenz Caffier, unterzeichnet.
Im Rahmen des heutigen Neujahrsempfangs des Bundes der Öffentlich bestellten Vermessungsingenieure (BDVI), Landesgruppe Mecklenburg-Vorpommern, in Schwerin haben sich weitere zehn Kooperationspartner durch ihre Unterschrift der Vereinbarung angeschlossen. Zu ihnen gehören einschlägige Interessens- und Berufsverbände sowie Bildungseinrichtungen des Landes. Der BDVI begeht an diesem Tag das Jubiläum "25 Jahre Bestellung als Öffentlich bestellte Vermessungsingenieure in Mecklenburg-Vorpommern".
"Ein solches Jubiläum ist eine gute Gelegenheit, an die turbulenten und spannenden Anfangszeiten zu erinnern sowie die rasante technische Entwicklung Revue passieren zu lassen", sagte Thomas Lenz, Staatssekretär im Innenministerium, in seinem Grußwort. "Aber wir müssen auch den beginnenden Fachkräftemangel in den Fokus rücken, zum Beispiel durch eine aktive Werbung für dieses Berufsfeld. Es hält interessante Aufgaben bereit und mit einer Berufsausbildung in allen Bereichen des Geoinformations- und Vermessungswesens eröffnen sich exzellente Chancen auf dem Arbeitsmarkt."
Die Kooperationsvereinbarung ist ein wichtiger Beitrag für die Nachwuchsgewinnung in diesem technisch orientierten Bereich. Die Kooperationspartner wollen gemeinsame Handlungsfelder erarbeiten und Maßnahmen umsetzen, die junge Menschen für das Berufsfeld der Geodäsie begeistern. Über die verstärkte Öffentlichkeitsarbeit hinaus, sollen zum Beispiel geeignete Bewerber durch die Einführung eines Dualen Studiums frühzeitig gebunden werden und die Attraktivität des Berufes insgesamt gesteigert werden.
Hintergrund: In Mecklenburg-Vorpommern werden in den nächsten Jahren durch die altersbedingten Abgänge der geburtenstarken Jahrgänge große Lücken im Personalbestand entstehen, vor allem in den technischen Verwaltungen, die ohnehin jetzt schon gering besetzt sind. Bereits jetzt ist die Personalsituation bei Vermessungsingenieuren, Vermessungstechnikern und Geomatikern angespannt. Die derzeitige Ausbildungspraxis kann den entstehenden Bedarf nicht decken. Erschwerend kommt hinzu, dass in den letzten Jahren die Anzahl der Bewerber für technische Berufe stark zurückgegangen ist.
Geodätischer Sachverstand ist vielfach gefragt, unter anderem bei Grundstücksvermessungen, im Landmanagement und der Immobilienbewertung, bei der Satellitenvermessung und Navigation oder auch im Bereich der Photogrammetrie und Fernerkundung.
Hessen bundesweit führend bei den bestversorgten Landkreisen
Die Hessische Digitalministerin Prof. Dr. Kristina Sinemus informierte am 14.01.2020, dass der Breitbandausbau in Hessen nach den aktuellen Zahlen des Breitbandatlas des Bundes weiterhin mit großen Schritten voranschreitet. „Beim Netzausbau in Hessen geht es kontinuierlich voran. Über 91 Prozent aller Haushalte in Hessen verfügen über Breitbandanschlüsse mit mindestens 50 Mbit/s, bereits drei von vier Haushalten über 200 Mbit/s oder mehr. Wir haben einen klaren Kurs und verfolgen konsequent das Ziel bis 2025 flächendeckend Gigabitanschlüsse bereitzustellen. Allein in dieser Legislaturperiode stehen 270 Millionen Euro für den Gigabitausbau zur Verfügung“, betonte die Ministerin.
Nach aktuellen Angaben des Breitbandatlas befinden sich allein fünf der zehn bundesweit am besten mit schnellem Internet versorgten Landkreise bei uns in Hessen“, hob Sinemus hervor. „Die Digitalisierung der ländlichen Regionen ist ein entscheidender Wettbewerbsfaktor. Nur durch eine leistungsfähige digitale Anbindung können wir den ländlichen Raum für dort ansässige Firmen, Bürgerinnen und Bürger attraktiv halten“, unterstrich die Digitalministerin. „Mit dem Hochtaunuskreis als Nr. 1 in Deutschland sowie den Landkreisen Fulda, Main-Taunus, Offenbach und Wetterau unter den besten zehn Landkreisen, dicht gefolgt vom Odenwaldkreis auf Platz 12, zeigen wir, dass wir den Ausbau einer leistungsfähigen digitalen Infrastruktur, vor allem im ländlichen Raum, mit Hochdruck zuverlässig vorantreiben.“ Die Ministerin ist überzeugt, dass die Versorgungszahlen kurzfristig weiter steigen werden. Als ein erfolgreiches Projekt hob Sinemus die kürzlich erfolgte Fertigstellung des Nordhessen-Clusters, dem größten europäischen Breitbandausbauprojekt mit 2200 km verlegter Glasfaser-Trasse, hervor.
Die Hessische Landesregierung hat in der Gigabitstrategie die Anbindung von Schulen, Krankenhäusern und Gewerbegebieten an das Glasfasernetz als vorrangiges Ziel definiert. „Unsere Gewerbegebiete sowie Bildungs- und Gesundheitseinrichtungen werden wir vorrangig anschließen. Das gilt besonders für die Schulen: Bereits jetzt sind rund 90 Prozent der Schulen in Hessen entweder ans Gigabitnetz angeschlossen, projektiert oder befinden sich im laufenden Ausbau. Wir sind auf einem guten Weg unser Ziel zu erreichen und bis 2022 nahezu alle Schulen an das Highspeed-Netz für die Zukunft anzubinden“, so Sinemus.
Der Breitbandatlas ist das zentrale Informationsmedium zur aktuellen Breitbandversorgung in Deutschland. Er wird regelmäßig aktualisiert und steht allen Interessierten kostenfrei zur Verfügung. Weitere Informationen unter www.breitbandatlas.de.
Bei der DataCAD Software & Services GmbH liegt eine neue Version des 3D-CAD-Viewers Glovius vor.
Bild DataCAD
Glovius, das exzellente, visuelle 3D-Analysewerkzeug, eignet sich hervorragend für Vertrieb, Arbeitsvorbereitung, Fertigung und technische Dokumentation. Glovius zeigt, analysiert und druckt native Dateien von CATIA V4/V5/V6, STEP, IGES, Creo, Pro/ENGINEER, NX, JT, Rhino, SolidWorks, Solid Edge und Inventor. Eine CAD-Lizenz ist dafür nicht erforderlich. Durch die intuitive Benutzeroberfläche wird ein unkomplizierter Einstieg in die Arbeit mit Glovius ohne vorherige Schulung möglich.
Neue Funktionen und Optimierungen
• Noch schnelleres Öffnen von Dateien. • Verbesserte Sprachunterstützung für Französisch, Koreanisch, Portugiesisch, Deutsch und Chinesisch. • Zuweisen von Materialien zu Komponenten mit Unterstützung der Live-Vorschau. • Optimierung der Messfunktionen in skalierten 2D-Ansichten.
In Glovius geladene 3D-Daten können direkt als 3D-PDF- oder 3D-HTML-Datei gespeichert werden. Volumen, Masse und Oberfläche von Modellen sind in den Dateien enthalten und werden ebenso wie Produktfertigungsinformationen (PMI) und Stücklisten im Webbrowser angezeigt.
Vorteile des 3D-HTML Exports
- 3D-HTML ist unabhängig von Anwendung und Plattform einsetzbar. Es wird nur ein moderner Browser benötigt, der WebGL und damit 3D-HTML-Dateien unterstützt.
- Leichtgewichtig und dennoch leistungsstark: Die 3D-HTML-Dateien werden komprimiert, ohne die visuelle Qualität oder Genauigkeit im Vergleich zur ursprünglichen CAD-Datei zu beeinträchtigen.
Baugruppenanalyse
Integrierte Baugruppenanalyse-Tools ermöglichen die Untersuchung komplexer CAD-Baugruppen. Stücklisten (BoM) können erstellt werden, Komponenten verschoben und Farben/Transparenz zum besseren Verstehen von Baugruppen zugewiesen werden.
Glovius ist einfach zu bedienen. Durch die Funktionsvielfalt stehen Ihnen die Funktionen zur Verfügung, die Sie zum Visualisieren und Analysieren Ihrer CAD-Daten benötigen. Durchdachte Bemaßungsfunktionen lassen kaum Wünsche übrig. Messen von Abständen, Flächen, Volumen und Massen ist für Teile und Baugruppen möglich. Entformungsschrägen, Kollisionsanalysen und Explosionsansichten vervollständigen die vielfältigen Mess- und Darstellungsmöglichkeiten.
Glovius ist ein leistungsstarkes und kostengünstiges Analyse-Werkzeug zum Betrachten, Messen, dynamischen Schneiden, Vergleichen und Drucken von 3D-CAD-Modellen und Baugruppen. Durch regelmäßige Updates bleiben die Importformate stets auf dem aktuellen Stand und der Leistungsumfang wird durch neue Funktionen ständig erweitert.
Unterstützte Formate
Glovius unterstützt die Formate CATIA V4/V5/V6, NX, Inventor, Pro/Engineer & Creo, CADDS, JT, SolidWorks, Solid Edge, STEP, IGES, STL, Rhino, VDA-FS und VRML, die einzeln oder im Gesamtpaket als Arbeitsplatz- oder Netzwerklizenz erworben werden können. Teams sparen durch kostengünstige Team-Packs bis zu 40%.
Ein optionales Modul ermöglicht den Export im STEP-, IGES- und Parasolid-Format. Wartungskunden erhalten die aktuelle Version gratis. Beim Kauf von Glovius 3D erhält der Kunde den 2D-Viewer für DWG/DXF gratis dazu. Interessenten, die Glovius ausprobieren möchten, können das Programm herunterladen und eine Testlizenz erhalten.
Mehr als 140.000 automatisierte Auskünfte für 10.000 Kunden
Westnetz setzt seit März 2019 bei Planauskünften mit der Applikation Grid Online auf das Produkt UT Bauauskunft der AED-SICAD. Neben der externen Planauskunft haben sich hierbei in den vergangenen Monaten auch die Rollen des internen Bearbeiters für externe Anfragen, sowie die allgemeine interne Auskunft etabliert.
In 2019 konnten bereits neue Höchstwerte für die Nutzung verzeichnet werden. Mit über 140.000 Auskünften bei 400.000 angefragten Bereichen wurden über 2,4 Mio. PDF-Dokumente automatisiert erzeugt und ausgeliefert.
Für Sascha Kesseler, Projektleiter Grid Online bei der Westnetz, ist die Applikation vor allem durch die Implementierung des internen Bearbeiters zu einem kompletten Produkt geworden. „Plananfragen unserer Kunden werden einheitlich, schnell, mit gleichbleibender Qualität beantwortet und an nur einer Stelle dokumentiert und archiviert“, sagt er.
Für den weiteren Ausbau der UT Bauauskunft gibt es bei Westnetz bereits Planungen. So sollen verstärkt die Themen Mobile Nutzung und integrierte Administration in den Fokus gestellt werden.
Insgesamt 97 Städte, Kreise, Gemeinden und interkommunale Kooperationen haben sich nach Angaben der Bundesregierung für eine Förderung der Modellprojekte Smart Cities, mit denen neue Möglichkeiten und Herausforderungen für die Stadtentwicklung durch Digitalisierung ausgelotet werden sollen, beworben. Alle hätten mit ihren Einreichungen hohes Engagement bewiesen und die erforderlichen Ratsbeschlüsse und Eilentscheidungen herbeigeführt, schreibt sie in einer Antwort (19/15970) auf eine Kleine Anfrage (19/15577) der Fraktion Bündnis 90/Die Grünen.
Laut Smart City Charta sollten sich alle Akteure der Stadtentwicklung und insbesondere die Kommunen aktiv und strategisch mit der Digitalisierung und ihren Wirkungen für das Leben in den Städten, Kreisen und Gemeinden auseinandersetzen, heißt es darin weiter. Es gehe darum, eigene lokale Strategien für die digitale Transformation zu entwickeln, um die Potenziale der Digitalisierung im Hinblick auf die Bedarfe der Menschen und der Wirtschaft vor Ort nutzen zu können. Eine Definition von "Smart Cities" und eine Kategorisierung von Kommunen in "smart" oder "nicht smart" anhand von Standards und Mindest-Maßnahmen hält die Bundesregierung daher ausdrücklich nicht für zielführend. Ein vorgegebenes Set an Maßnahmen widerspricht Ihrer Ansicht nach auch dem Ansatz, "zunächst eine Strategie gemeinsam mit der lokalen Öffentlichkeit zu erarbeiten und dabei gemeinsam geeignete Maßnahmen zu entwickeln".
Wie Chirurgen während einer endoskopischen Operation messtechnisch besser unterstützt werden können, war Thema der Promotion von Niklas Conen, ehemaliger wissenschaftlicher Mitarbeiter der Jade Hochschule. Mithilfe der digitalen Bilder eines Endoskops können hochpräzise dreidimensionale Messungen im Operationsbereich durchgeführt werden. Hierfür entwickelte und evaluierte Conen angepasste Bildverarbeitungsverfahren und spezielle Endoskope. „Mein Ziel war es, mit einem neuartigen Endoskop medizinische Oberflächen besser und vor allem robuster zu erfassen“, sagt Conen.
Verteidigung: Nach der Verteidigung der Doktorarbeit (v.li.): Prof. Dr. Thomas Luhmann (Betreuer von der Jade Hochschule), Niklas Conen (Doktorand), Prof. Dr. Hans-Gerd Maas (Doktorvater) und Prof. Dr. Lambert Wanninger (Vorsitzender der Promotionskommission). Foto: Melanie Elias
Aufgrund der medizinischen Gegebenheiten war das keine einfache Aufgabe, denn das Gewebe bewegt sich und es entstehen Reflexionen. „Inzwischen konnte das Verfahren international zum Patent angemeldet werden – unter anderem daran lässt sich die Bedeutung der Arbeit ablesen“, sagt Prof. Dr. Thomas Luhmann, der die Promotion von Seiten der Jade Hochschule betreute.
Endoskop: Demonstrator des Endeskops: In der Mitte befindet sich das drei-Kamera-System, außen das Ringlicht und der Haltearm. Foto: Niklas Conen
Drei-Kamera-System und neue Auswertealgorithmen
Conen entwickelte ein System mit drei Kameras in einem Endoskop und Polfiltern vor der Lichtquelle und den Objektiven. So konnten wesentlich bessere Ergebnisse erzielt werden als mit einer oder zwei Kameras. Neben der Hardwareentwicklung war auch die Auswertealgorithmik für drei Bilder eine Herausforderung. Hierfür erweiterte der Doktorand gängige Stereoverfahren auf drei Bilder und passte sie für die endoskopische Anwendung an. In Experimenten mit synthetischen und realen organischen Bilddaten konnte er den Mehrwert des Dreikamerasystems darstellen.
Hochschuleigenes Promotionsprogramm
Die Promotion wurde in Kooperation des Instituts für Angewandte Photogrammetrie und Geoinformatik der Jade Hochschule mit der Technischen Universität Dresden durchgeführt und durch das hochschuleigene Promotionsprogramm der Jade Hochschule „Jade2Pro“ gefördert. „Diese Förderung hat mir sehr weitergeholfen“, sagt Conen. „Und das Institut für Angewandte Photogrammetrie und Geoinformatik bot ein hervorragendes Arbeitsumfeld sowie sehr gute Kontakte zu anderen Forschungseinrichtungen und Unternehmen.“ Noch vor Abschluss der Promotion bekam Conen ein Jobangebot von der Firma Rosen Technology and Research Center GmbH. Dort ist er jetzt als Data Scientist unter anderem für die Mitentwicklung von optischen Messsystemen zuständig.
Werdegang
Niklas Conen studierte von 2008 bis 2013 an der Jade Hochschule in Oldenburg - erst im Bachelorstudiengang Geoinformatik und anschließend im Masterstudiengang Geodäsie und Geoinformatik. Für die Abschlussarbeiten war der 30-jährige jeweils ein halbes Jahr in Bremen bei der bei der ehemaligen Astrium GmbH und in Hildesheim bei der Bosch Car Multimedia GmbH beschäftigt. Nach Abschluss des Masterstudiums arbeitete der gebürtige Meppener als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Angewandte Photogrammetrie und Geoinformatik. Dort promovierte er von 2014 bis 2018. Derzeit ist er als Data Scientist bei der Firma Rosen Technology and Research Center GmbH tätig.
Am 20. Januar 2020 startet die knapp sechswöchige Feldstudie EUREC4A (Elucidating the role of clouds-circulation coupling in climate). Ziel ist die Überprüfung von Theorien über die Rolle von Wolken und Konvektion für den Klimawandel durch umfangreiche Messungen in der Atmosphäre und im Ozean. Darüber hinaus wird EUREC4A untersuchen, wie feinskalige Merkmale im Ozean – Wirbel und Fronten – mit der Atmosphäre interagieren.
HALO: High Altitude and Long Range Research Aircraft. Bild: DLR (CC-BY 3.0).
Im Rahmen der deutsch-französischen Initiative mit mehr als 40 Partnern kommen östlich und südlich der Karibikinsel Barbados fünf Forschungsflugzeuge und vier Forschungsschiffe zum Einsatz; kombiniert mit Bodenmess-Stationen und Satellitenfernerkundung. Die bisher weltweit größte Untersuchung der niedrigen Wolken und ihren lokalen Wechselwirkungen in Atmosphäre und Ozeanumgebung wird vom Max-Planck-Institut für Meteorologie (MPI-M) in Hamburg und dem Laboratoire de Météorologie Dynamique in Paris geleitet. Sie baut auf einer jahrzehntelangen Zusammenarbeit mit dem Caribbean Institute for Meteorology and Hydrology (CIMH) auf. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) ist als wichtiger Partner mit Experimenten am Boden und an Bord des Forschungsflugzeugs HALO beteiligt und verantwortlich für den Betrieb des Forschungsflugzeugs.
Wolken sind ein wesentlicher Klimafaktor. Wie die tiefen Wolken in den Passatregionen auf die globale Erwärmung reagieren, bestimmt maßgeblich, wie schnell und intensiv zukünftige Entwicklungen verlaufen werden. Die Wissenschaft untersuchte die Rolle von Wolken und Konvektion im Klimasystem bisher mit Theorien und Klimamodellen. Um diese zu überprüfen, brauchen die Forschenden insbesondere Beobachtungsdaten über die Dynamik der atmosphärischen und ozeanischen Bedingungen, in denen die Wolken entstehen und vergehen. Mit den umfangreichen Messungen während der Feldstudie EUREC4A werden sie sehr detailliert den Lebenszyklus der konvektiven Wolken in der Passatregion studieren, um ein möglichst vollständiges Bild zu erhalten.
Wie reagieren Wolken auf den Klimawandel?
Analysen der Klimamodell-Vergleichsstudien (CMIP – Climate Model Intercomparison Project) über die letzten Jahrzehnte zeigten, dass eine durch die Klimaerwärmung bedingte Abnahme der Wolken in der Passatregion zu einer weiter zunehmenden globalen Erwärmung führt, eine sogenannte positive Rückkopplung. Projektleiter Bjorn Stevens: "Wir werden überprüfen, ob das Verhalten von Modellen korrekt ist, die eine starke Abnahme der Bewölkung mit der Erwärmung zeigen. Falls ja, würde es bedeuten, dass höhere Schätzungen der zu erwartenden Erwärmung durch ansteigendes CO2 plausibler sind. Bei der Frage nach der Reaktion der Wolken auf den Klimawandel gibt es noch viel Unsicherheit. Wir wollen dies mit EUREC4A ändern.“ Der Umfang und die Reichweite der Messungen bietet dabei die Möglichkeit, eine neue Generation von Klimamodellen und Satellitendatenprodukten zu evaluieren.
In numerischen Modellen reagieren die Passatwolken bisher unterschiedlich auf Störungen des Klimas. So sagen komplexe Klimamodelle vorher, dass das mit niedrigen Wolken bedeckte Gebiet sehr empfindlich auf die Umgebungsbedingungen reagiert, während einfachere Prozessmodelle das Gegenteil zeigen. Diese Widersprüche zu verstehen und aufzulösen, ist der Ausgangspunkt für die Feldstudie EUREC4A. Die wichtigsten Forschungsfragen sind: Wie widerstandsfähig oder empfindlich sind flache Kumuluswolken, wenn sich beispielsweise die vertikale Durchmischung der Luft, die Turbulenz der Oberfläche und die großräumige Zirkulation verändern? Wie beeinflussen die Strahlungseffekte von Wasserdampf und Wolken die flache Zirkulation und die Konvektion? Welche Konsequenzen ergeben sich für die räumliche Anordnung von Wolken und die Konvektion in den Tropen und letztendlich für die Empfindlichkeit des Klimasystems auf eine Störung, zum Beispiel durch zusätzliche Treibhausgase?
„Die Abschätzungen der Klimasensitivität sind nach wie vor sehr unsicher, und die meisten dieser Unsicherheiten sind auf die Reaktion der niedrigen Wolken in den Tropen, insbesondere in den Passatwindregionen, zurückzuführen“, erklärt Projektleiterin Sandrine Bony vom Laboratoire de Météorologie Dynamique. „Die niedrigen Wolken bei Barbados sind repräsentativ für die Wolken, die in den Passatwindregionen in den gesamten Tropen zu finden sind. Daher wird das, was wir aus EUREC4A lernen werden, nicht nur unserem Verständnis der Wolken vor Barbados, sondern auch der tropischen Wolken im Allgemeinen dienen.“
Wasserdampf mit fliegendem Laser im Blick
Ein Fokus des DLR-Instituts für Physik der Atmosphäre ist, mittels laserbasierten LIDAR-Messungen auf dem Forschungsflugzeug HALO ein sehr genaues Bild der atmosphärischen Bedingungen rundum und zwischen den Wolken zu bekommen: „Mit dem in Oberpfaffenhofen entwickelten LIDAR können wir ergänzend zu Radar- und Dropsonden-Messungen kleinere Wolken erfassen und vor allem den Wasserdampf messen, der sie umgibt und damit wesentlich zu ihrem Wachstum und Verhalten beiträgt. Auch feuchte Luftschichten über den Wolken beeinflussen deren Bildung indirekt durch Strahlungseffekte und werden vom LIDAR genau erfasst“, erläutert DLR-Forscher Dr. Martin Wirth.
Neben einem besseren Verständnis der Kopplungsprozesse von Wolken und Zirkulation wird die Kampagne mit den umfangreichen Messdaten einen Referenzdatensatz bereitstellen. Er soll als Maßstab zur Verbesserung der Modellierung und der Satellitenfernerkundung von Wolken und Zirkulation dienen. Felix Ament von der Universität Hamburg: „Das Bild, das wir von Wolken und ihrem Wechselspiel mit der Atmosphäre während EUREC4A erfassen werden, wird detailreicher, facettenreicher und vollständiger denn je sein. Wir wollen damit eine Referenz setzen, die als Prüfstein die Wissenschaft in den kommenden Jahrzehnten anspornen und inspirieren wird.“
Kampagnenablauf und Messplattformen
Kern der Messkampagne ist der Einsatz von fünf Forschungsflugzeugen, vier hochseetauglichen Forschungsschiffen, fortschrittlicher bodengestützter Fernerkundung am Barbados-Wolkenobservatorium (BCO – Barbados Cloud Observatory) des MPI-M, einer neuen Generation hochentwickelter Satelliten-Fernerkundungsmethoden und modernster Klimamodelle, die auch Turbulenz auflösen können (100 Meter Gitterweite über Tausende von Kilometern).
Im Zentrum von EUREC4A steht dabei die Stationierung von drei Forschungsflugzeugen auf Barbados. Das sind die französische ATR-42, die in der unteren Troposphäre In-situ- und Fernerkundungssensoren zum Einsatz bringen wird, sowie das deutsche Forschungsflugzeug HALO des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) mit einer Reichweite über 8000 Kilometern und einer oberen Einsatzhöhe von bis zu 15 Kilometern. HALO verfügt über ein umfangreiches Instrumentarium von modernen Fernerkundungssensoren – darunter RADAR und LIDAR – sowie eine Vorrichtung zum Abwerfen von Dropsonden. Weiterhin wird sich die Twin-Otter des British Antarctic Survey (BAS) auf die Messung von Aerosolen und der turbulenten und mikrophysikalischen Wolkenstruktur fokussieren. Zusätzlich werden das US-amerikanische Forschungsflugzeug WP-3D der NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) sowie das dauerhaft auf Barbados stationierte Flugzeug des Regional Security Service (RSS) die Messungen unterstützen. Die Flüge der WP-3D ergänzen die Flüge von HALO unter anderem durch die Bestimmung der großskaligen Bedingungen und deren Verbindung zu den in Küstennähe operierenden Schiffen.
Die Flugzeugmessungen werden flankiert durch Messungen am BCO und mittels des flexibel steuerbaren Wetterradars POLDIRAD (Polarization Diversity Doppler Radar), das während der Kampagne auf dem südöstlichen Hochplateau in acht Kilometern Entfernung vom BCO stationiert wird. Dr. Martin Hagen vom DLR-Institut für Physik der Atmosphäre erklärt: „Mit POLDIRAD ist die Erfassung der Niederschlagsentwicklung mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung im Bereich bis 250 Kilometer östlich von Barbados möglich. Die Messungen am BCO, von den Schiffen und entlang der Flugwege können damit in den räumlichen und zeitlichen Zusammenhang der großräumigen Niederschlagsverteilung und Entwicklung gebracht werden.“
Unbemannte Flugsysteme starten von Schiffen
Zusätzlich zu den Flugzeugmessungen und den Messungen durch das BCO wird es intensive schiffsbasierte Beobachtungen mit vier Schiffen geben. Teilnehmen werden die deutschen Forschungsschiffe METEOR und MARIA S. MERIAN, das US-amerikanische Forschungsschiff RONALD H. BROWN sowie das französische Forschungsschiff L'ATALANTE. Die Forschungsschiffe dienen dabei als Fernerkundungs- und In-situ-Plattformen für Atmosphären- und Ozeanbeobachtungen. Diese beinhalten beispielsweise Radiosonden, Lidar- und Radar-Techniken sowie Ballon-Drachen und unbemannte Flugsysteme. „Die räumlichen Veränderlichkeiten an der Meeresoberfläche sind wichtige Randbedingungen für die Entwicklung der darüber liegenden Atmosphäre und damit auch für die Wolkenbildung“, sagt Johannes Karstensen vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel, Fahrtleiter auf der MARIA S. MERIAN. „Insbesondere in großen Wirbeln und an Frontalzonen wollen wir die Kopplung von ozeanischen und atmosphärischen Prozessen verstehen und so für die Modellsimulation besser darstellbar machen.“
Von deutscher Seite sind an der EUREC4A-Kampagne vier Max-Planck-Institute (MPI-M, MPI für Dynamik und Selbstorganisation, MPI für Chemie und MPI für Marine Mikrobiologie) sowie fünf Universitäten (Hamburg, Hohenheim, Köln, Leipzig und München), drei Helmholtz-Einrichtungen (Deutsches Zentrum für Luft und Raumfahrt (DLR), GEOMAR und Helmholtz-Zentrum Geesthacht Zentrum für Material- und Küstenforschung), das Leibniz-Institut TROPOS und der Deutsche Wetterdienst beteiligt. Gefördert und unterstützt wird die EUREC4A-Kampagne durch das European Research Council (ERC), die Max-Planck-Gesellschaft (MPG), das Centre National de Recherche Scientific (CNRS), die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), das Carribean Institute for Meteorology and Hydrology (CIMH), das Natural Environment Research Council (NERC) und das Weltklimaforschungsprogramm (WCRP).
Über HALO
Das Forschungsflugzeug HALO (High Altitude and Long Range) ist eine Gemeinschaftsinitiative deutscher Umwelt- und Klimaforschungseinrichtungen. Gefördert wird HALO durch Zuwendungen des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF), der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), der Helmholtz-Gemeinschaft, der Max-Planck-Gesellschaft (MPG), der Leibniz-Gemeinschaft, des Freistaates Bayern, des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), des Forschungszentrums Jülich und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR).
Über die deutschen Forschungsschiffe
Die Einsätze der Forschungsschiffe METEOR und MARIA S. MERIAN werden von der Leitstelle Deutsche Forschungsschiffe an der Universität Hamburg koordiniert. Beide Schiffe dienen der weltweiten, grundlagenbezogenen Hochsee-Forschung Deutschlands und der Zusammenarbeit mit anderen Staaten auf diesem Gebiet. Der Schiffsbetrieb wird zu 70 Prozent von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und zu 30 Prozent vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) finanziert.
Verformung von Rotorblättern wird im laufenden Betrieb erfasst
Rotorblätter von Windkraftanlagen verformen sich unter Windlast mehr oder weniger stark. Diese Deformationen im laufenden Betrieb messbar zu machen, hat Christian Jepping zum Thema seiner Promotion gemacht. In seiner Arbeit entwickelte der 33-Jährige einen innovativen Lösungsansatz, der es ermöglicht, die durch die Bewegung erzeugten Verformungen der Rotorblätter durch Multisensordaten hochgenau und dreidimensional zu messen. Die Besonderheit des Verfahrens: die Rotorblätter müssen zuvor nicht aufwendig mit den üblicherweise verwendeten Messmarkierungen ausgestattet werden.
Auf diese Art werden Materialermüdungen während des laufenden Betriebs frühzeitig erkannt. Auch könnten die Erkenntnisse zur Optimierung der Anlagen beitragen: So könnte beispielsweise ein verbessertes Rotorblattdesign die Effizienz der Anlagen steigern.
Der Promovend und die Prüfungskommission: (v.l.) Dr. Jörg Bremer, Prof. Dr. Thomas Luhmann, Dr. Christian Jepping, Prof. Dr. Andreas Winter und Prof. Dr. Oliver Kramer. (Foto: Piet Meyer)In Jeppings Ansatz wird aus Bildern die Silhouette des Rotorblatts extrahiert. Messdaten eines Laserscanners liefern eine genaue Beschreibung der Blattoberfläche. Beides wird zusammen mit einem mechanischen Verformungsmodell zu einem dynamischen 3D-Modell verknüpft. „Die Neuartigkeit des algorithmischen Ansatzes liegt in der Nutzung von Multisensordaten und der Integration eines Verformungsmodells“, sagt Betreuer und Prüfer Prof. Dr. Thomas Luhmann der Jade Hochschule.
Jeppings Promotion wurde in Kooperation der Jade Hochschule und Universität Oldenburg durchgeführt und im Rahmen des Promotionsprogramms „Systemintegration Erneuerbarer Energien“ der Universität Oldenburg gefördert. Betreut wurde sie von Prof. Dr. Thomas Luhmann, Leiter des Instituts für Photogrammetrie und Geoinformatik der Jade Hochschule und von Prof. Dr. Oliver Kramer vom Department für Informatik der Universität Oldenburg.
Christian Jepping, der in Ahaus aufgewachsen ist, ist derzeit Leiter der Softwareentwicklung bei der AXIOS 3D Services GmbH in Oldenburg, die Software und optische Messgeräte für den Einsatz in Industriemesstechnik und Medizintechnik entwickelt.
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