Forschung / Themen

Forschungsschwerpunkte (Photo: UFZ)

In der Umwelt vollziehen sich Prozesse, für deren besseres Verständnis eine räumlich und/oder zeitlich kontinuierliche Erfassung von prozessbeeinflussten Parametern erforderlich ist. Solche Prozesse sind z.B. eine durch intensive Grundwassernutzung verursachte räumliche Verlagerung der Salz-/Süßwassergrenze in den Aquiferen, natürliche Rückhalte- und Abbauprozesse in kontaminierten Grundwasserleitern als auch Klima und/oder anthropogen bedingte Veränderungen in der Biodiversität einer Landschaft. Eine Beobachtung und Analyse dieser Prozesse in der Natur ist auf Grund der Heterogenität und Komplexität der Systeme heute nur mit sehr viel Aufwand und auch dann nur bedingt möglich. Für die Beantwortung zahlreicher Fragestellungen in der Umweltforschung ist es jedoch erforderlich, adäquate Abbildungen der natürlichen Systeme zu schaffen. Hierfür sind naturwissenschaftlich fundierte Modellsysteme unter Berücksichtigung der in der jeweiligen Skala relevanten physikalisch-chemisch-biologischen Prozesse notwendig.


Um die Entwicklung solcher komplexen Modelle voranzubringen, wie auch für deren konsistente Parametrisierung, ist die Weiterentwicklung und Anwendung von Monitoring- und Erkundungstechnologien erforderlich. Entsprechend der Charakteristik der zu untersuchenden Systeme ist eine Kombination von Verfahren aus verschiedensten Bereichen (Geophysik, Hydrogeologie, Fernerkundung, Biodiversitätsforschung, etc.) erforderlich.

Themenorientierte Forschung innerhalb von POF III

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Verfahrensorientierte Forschung

Voraussetzung für das Verständnis eines zu untersuchenden Systems sowie dessen Beobachtung ist die Charakterisierung bzw. Erkundung des Systems. Um effektiv komplexe Umweltsysteme untersuchen zu können, ergibt sich für das Department MET ein Forschungs- und Entwicklungsbedarf, der die folgenden Forschungsthemen beinhaltet, aber nicht auf diese beschränkt ist:
  • Tests und Bewertung der Verfahrenskombinationen aus 'direct push'-, geophysikalischen und hydrogeologischen Methoden (Feldexperimenten und numerischen Untersuchungen)
  • Entwicklung von Messstrategien unter Einbeziehung von a priori Informationen sowie der im Verlauf der Erkundung gewonnenen Informationen (dynamische/ angepasste Erkundung)
  • Aufbau und Nutzung von Datenbanken
  • Kombination von Verfahren unterschiedlicher Mittelungsvolumen
  • Kombination von 'direct push'-, hydrogeologischen und geophysikalischen Verfahren
  • Sensitivitätsanalysen für verschiedene Verfahren
  • Entwicklung von Verfahren zur Bestimmung optimaler Datensätze, die zur Minimierung des Erkundungsaufwands beitragen
  • theoretische Untersuchungen zur Berücksichtigung der unterschiedlichen Mittelungs-volumen verschiedener Messverfahren bei einer kombinierten Anwendung
  • Entwicklung von Algorithmen zur gemeinsamen Inversion von Messdaten unterschiedlicher Verfahren ("Joint Inversion")
  • Kombinierte Inversion der mittels geophysikalischer Verfahren gewonnenen räumlichen Daten und der aus der Anwendung von 'direct push'-Methoden gewonnenen vertikalen hochaufgelösten Daten und weiteren Informationen wie z.B. aus Bohrlochbeobachtungen
  • Entwicklung neuer chemischer, biologischer und physikalischer Sensoren für den Einsatz mit 'direct push'-Geräten

Für die (Langzeit-)Beobachtung natürlicher oder anthropogen-induzierter Prozesse in verschiedenen Umweltkompartimenten (z.B. Grundwasser, Oberflächengewässer, Böden) sollen im Department MET geeignete Monitoring-Strategien unter Verwendung biologischer, geophysikalischer und hydrogeologischer Verfahren entwickelt werden. Konkret hierzu ergibt sich ein Forschungs- und Entwicklungsbedarf, der die folgenden Forschungsthemen beinhaltet, aber nicht auf diese beschränkt ist:

  • Entwicklung von Monitoringkonzepten zur Langzeitbeobachtung
  • Entwicklung von Inversionsverfahren zur Interpretation von Monitoringdaten (4D-Probleme)
  • Datenmanagement und Interpretation umfangreicher, multidimensionaler Datensätze und Zeitreihen
  • Untersuchungen von räumlichen vs. zeitlichen Auflösungsvermögen von Monitoringmessungen
  • Entwicklung von Verfahren zur Beobachtung von Fließbewegungen in unterschiedlichen Medien und Skalenbereichen mittels gering-invasiver und zerstörungsfreier Methoden sowie deren Kombination
  • Einbeziehung des Monitoringaspektes bei der Entwicklung von Mess- und Erkundungstechnologien