Ausschreibung für Forschungsvorhaben im Rahmen der Extramuralen Forschung - Vorlaufforschung zu den Themen - DWD
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Extramurales Forschungsprogramm (2020 – 2023)
Ausschreibung für Forschungsvorhaben im Rahmen der
Extramuralen Forschung – Vorlaufforschung zu den Themen
„Aktive bodengebundene Fernerkundung der Grenzschicht und Einbindung in das
NWV-System des DWD“,
„Unterstützung des Aufbaus eines Integrierten Treibhausgasmonitoring-Systems und
Nutzung der Daten im NWV-System des DWD“,
„Skalenübergreifende und effiziente Beschreibung von Aerosolen und reaktiven
Spurengasen im NWV-System des DWD“.
Die Förderrichtlinie „Richtlinie des Deutschen Wetterdienstes (DWD) zur Förderung von
FuE Vorhaben im Bereich der Vorlaufforschung“, auf deren Grundlage diese
Ausschreibung ergeht, finden Sie unter http://www.dwd.de/emf.
Förderphase 2020-2023
Ab dem Haushaltsjahr 2020 stehen dem DWD für 4 Jahre erneut Haushaltsmittel für die
Ausschreibung eines eigenen Forschungsprogramms zur Verfügung. Diese Mittel sollen zur
Beauftragung von Vorlaufforschung genutzt werden, wie es vom Wissenschaftsrat für den
DWD empfohlen wurde. Das DWD-Instrument „Extramurale Forschung“ richtet sich nach den
von der Bundesregierung in ihrem „Konzept einer modernen Ressortforschung“ formulierten
Anforderungen an eine extramurale Vergabe von Forschungsaufgaben.
Mit dem DWD-extramuralen Forschungsprogramm sollen für den DWD wichtige
Forschungsprojekte an externe Forschungsinstitute oder Universitäten vergeben werden, um
die Expertise nationaler Forschungsinstitute und die Unterstützung des universitären
Umfelds zur Entwicklung neuer Verfahren auf Basis erster Untersuchungsergebnisse der
Grundlagenforschung zu erlangen. Diese Expertise ist entweder im DWD nicht vorhanden,
oder kann nicht für die Betreuung der Vorlaufforschung eingesetzt werden, da die
Betreuungskapazitäten durch die operationellen Aufgaben und angewandte Forschung und
Entwicklung ausgelastet sind. Des Weiteren fördert die Vergabe von Forschungsprojekten an
externe Forschungsinstitute den wissenschaftlichen Nachwuchs auf wichtigen
Arbeitsgebieten des DWD.
Gegenstand der Förderung
Für die Wettervorhersage und für Warnungen vor gefährlichen Wettersituationen ist die
Kenntnis des aktuellen Zustands der Atmosphäre eine essentielle Voraussetzung. Diese
Information wird als Anfangsbedingung für das Nowcasting sowie für die numerische
Wettervorhersage benötigt und dient gleichermaßen der Überwachung der Atmosphäre, dem
Prozessverständnis sowie der Evaluierung der Vorhersagen. Informationen zum aktuellen
Zustand der Atmosphäre basieren in der Regel auf Messungen und Beobachtungen. HierbeiExtramurales Forschungsprogramm (2020 – 2023) hat in den letzten 20 Jahren insbesondere die Nutzung bodengebundener Fernerkundungs- systeme wesentlich an Bedeutung gewonnen. Diese Systeme können quasi kontinuierlich betrieben werden. Die Kombination mehrerer Messsysteme erlaubt die Ableitung der Vertikalprofile von Temperatur, Wasserdampfgehalt und Wind mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung, insbesondere im Bereich der atmosphärischen Grenzschicht. Der DWD beabsichtigt, bodengebundene Fernsondierungssysteme (beispielsweise Doppler- Lidar, DIAL, Mikrowellen-Radiometer oder Raman-Lidar) zukünftig in sein Messnetz zu integrieren. Damit verbunden sind eine Reihe offener Fragen zu Messstrategie und erreichbarer Messgenauigkeit sowie zur Entwicklung von entsprechenden Verifikations- verfahren, welche im Bereich der Vorlaufforschung thematisiert werden sollen. Für die Einbindung dieser neuen Daten in die Modellsysteme werden entsprechende Schnittstellen und eine Charakterisierung des Beobachtungsfehlers benötigt (s. Forschungsschwerpunkte 1 und 2). Für die Einrichtung eines nationalen Integrierten Treibhausgas-Monitoringsystems (ITMS) sollen die wissenschaftlichen Grundlagen für eine objektive Verifikation der wichtigsten Treibhausgasemissionen entwickelt werden. Die Überwachung der Treibhausgas- emissionen basierend auf atmosphärischen Konzentrations- und Flussmessungen soll gemeinsam mit den bereits etablierten Inventaren des UBA (National Inventory Report) dem Klimaschutz dienen und die deutsche Klimapolitik unterstützen. Ein Forschungsfeld im Rahmen des Aufbaus des ITMS ist die Weiterentwicklung und optimale Nutzung von Beobachtungssystemen, insbesondere von neuartigen satellitenbasierten Messungen innerhalb des hochaufgelösten am DWD angewandten Aerosol- und Chemiemodells (s. Forschungsschwerpunkt 3). In Bezug auf atmosphärische Aerosole und Gase besteht auch in der Modellierung ein Forschungs- und Entwicklungsbedarf. Da die hochkomplexen physikalischen und chemischen Prozesse von Aerosolen und reaktive Spurengasen in der Atmosphäre rechentechnisch sehr aufwändig sind, werden diese in der operationellen Wettervorhersage noch vereinfacht beschrieben oder ganz vernachlässigt. Unter anderem im Bereich des Katastrophenschutzes werden jedoch Ausbreitungsrechnungen von Luftbeimengungen in hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung sowie hoher Qualität benötigt. Im Rahmen der Vorlaufforschung sollen daher Beiträge hinsichtlich einer effizienten und praxisorientierten Weiterentwicklung des am DWD genutzten Aerosol- und Chemiemodells erstellt werden (s. Forschungsschwerpunkt 4). Im Rahmen dieser Ausschreibung sollen die Forschungsvorhaben eins der folgenden Themen untersuchen: Forschungsthema 1: Entwicklung von innovativen Messverfahren und Messstrategien sowie neuen Verifikationsverfahren für aktive bodengebundene Fernerkundungs- systeme und deren Charakterisierung, insbesondere in der Grenzschicht Für die Erfassung und Untersuchung der zeitlichen Entwicklung der Grenzschicht mittels aktiver bodengebundener Fernerkundungssysteme ist die Weiterentwicklung und Erprobung von neuartigen Messstrategien sowie die Entwicklung von entsprechenden Verifikations- verfahren erforderlich. Im Vordergrund stehen Untersuchungen zur Festlegung geeigneter Mess- und Sondierungsstrategien, zur Quantifizierung der Messunsicherheit, zur Entwicklung von Verifikations- und Kalibriermethoden und zur Charakterisierung der
Extramurales Forschungsprogramm (2020 – 2023) Wechselbeziehung zwischen der abgeleiteten Größe und dem Atmosphärenzustand. So muss z. B. das Ableitungsverfahren des Windvektors aus Doppler-Lidar-Messungen die kleinräumige Struktur des Windfeldes berücksichtigen. Entsprechende Untersuchungen können auf der Basis von Testmessprogrammen und Feldexperimenten oder unter Nutzung geeigneter numerischer Modelle und Verfahren (z. B. Large-Eddy-Simulationen, LES) durch- geführt werden. Für die optimale Nutzung der Daten ist eine möglichst genaue Quantifizierung des Mess- sowie des Repräsentativitätsfehlers essentiell. Dazu müssen entsprechende Verfahren entwickelt und erprobt werden, die auch die Grundlage für die Entwicklung von angepassten Qualitätskontrollen bilden, damit die Daten optimal genutzt werden können. Forschungsthema 2: Weiterentwicklung von Verfahren zur Einbindung bodengebundener Fernerkundungsdaten in die NWV-Systeme des DWD und Analyse der Auswirkung auf die Vorhersagequalität Dieses Forschungsthema deckt alle Verfahren zur Untersuchung des Einflusses bodengebundener Fernerkundungsdaten auf die Vorhersagequalität ab. Dabei sollen wesentliche Einsichten in die Rolle und das Potential dieser Daten, die Modellierung und die Datenassimilation auf der konvektiven Skala im Bereich der Kürzestfrist (0-24 Stunden) - vor allem in der atmosphärischen Grenzschicht - gewonnen werden. Darüber hinaus werden Erkenntnisse für die strategische Weiterentwicklung des Messnetzes erwartet. Für die Schnittstelle zwischen bodengebundenen Fernerkundungsdaten und numerischen Verfahren sind für komplexe Messgrößen wie z.B. Reflektivitäten für Wolkenradare, Helligkeitstemperaturen, Grenzschichthöhen und Wolkenuntergrenzen geeignete Vorwärts- operatoren zu entwickeln. Eine spezielle Herausforderung beim Zusammenbringen der Beobachtungs- und Modelldaten im operationellen Kontext der Datenassimilation ist die Charakterisierung des kombinierten Beobachtungsfehlers. Dabei sind Fragen wie Repräsentativität oder Fehlerkorrelation zu untersuchen. Forschungsthema 3: Erforschung des Potenzials neuartiger Beobachtungen von Treibhausgasen und Entwicklung/Verbesserung von Methoden zur Nutzung der Daten in den NWV-Systemen des DWD sowie Quantifizierung der Unsicherheiten Basierend auf Fernerkundungsdaten können wesentliche Informationen über die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre gewonnen werden. Dieses Forschungsthema beinhaltet die Entwicklung und entsprechende Verifikation/ Evaluierung von neuartigen Methoden zur Nutzung von Beobachtungen von Treibhausgasen, welche potentiell im Integrierten Treibhausgas-Monitoringsystem operationell genutzt werden könnten. Insbesondere thematisiert dieses Forschungsthema eine Assimilation von verschiedenen Beobachtungssystemen von Treibhausgaskonzentrationen. Dabei sind sowohl boden- gebundene Messsysteme, als auch neuartige satellitenbasierte Messungen, wie z.B. Target Mode Beobachtungen, von Treibhausgaskonzentrationen von Interesse. Dazu müssen entsprechende Beobachtungsoperatoren entwickelt werden, um die Daten optimal in der Modellierung und den Inversionsmethoden des ITMS zu nutzen. Es werden Erkenntnisse zur Genauigkeit der Beobachtungsdaten von Treibhausgasen, sowie des Einsatzpotentials von assimilierten Beobachtungsdaten für das Monitoring von Treibhausgasemissionen erwartet.
Extramurales Forschungsprogramm (2020 – 2023) Forschungsthema 4: Praxisorientierte Weiterentwicklung und Verifikation der skalenübergreifenden Beschreibung von Aerosolen und reaktiven Spurengasen hinsichtlich der effizienten Berücksichtigung in den NWV-Systemen des DWD In diesem Forschungsthema werden Beiträge zur praxisorientierten Weiterentwicklung skalenübergreifender Modellierungsansätze von Chemie- und Aerosolkomponenten thematisiert. Für die realistische Beschreibung von atmosphärischen, chemischen und physikalischen Prozessen sind entsprechende effiziente und praxisorientierte Weiter- entwicklungen des am DWD genutzten Aerosol- und Chemiemodells erforderlich. Diese Weiterentwicklungen sollen die wichtigsten natürlichen und anthropogenen Entstehungs-, Alterungs- und Senkenprozesse berücksichtigen. Weiterhin werden Weiterentwicklungen zur prognostischen Beschreibung des stratosphärischen Ozons unter Berücksichtigung der Balance zwischen Rechenkosten und der Komplexität der Prozesse erwartet. Im Bereich der inversen Modellierung von Aerosol- und Spurengasmessungen soll gewährleistet werden, dass Beobachtungen optimal für die Anfangsbedingungen der Modellberechnungen eingesetzt werden können. Die Einbindung von derartigen Beobachtungen hat hohes, noch nicht ausgeschöpftes Potenzial, welches im Bereich der Vorlaufforschung erschlossen werden soll. Hierfür werden entsprechende Schnittstellen zwischen den Beobachtungsdaten und dem Modell benötigt. Weiterhin ist die Fehler- charakterisierung der entsprechenden Beobachtungsdaten erforderlich, damit diese in der Datenassimilation und zu Verifikationszwecken optimal eingebunden werden können. Art, Umfang und Höhe der Zuwendung In diesem Förderaufruf werden lediglich Projekte in Verbindung mit einer Promotion (siehe Förderrichtlinie 5.7), mit einer Laufzeit von 36 Monaten und anschließend ein/e wissenschaftliche/r Mitarbeiter/in für 12 Monate gefördert. Die Zuwendung je Einzelprojekt beträgt maximal 150.000 Euro pro Jahr. Bei Verbundprojekten kann eine erhöhte Zuwendung gewährt werden, die maximal 250.000 Euro pro Jahr beträgt. Weitere Vorgaben finden sich in der Förderrichtlinie. Ausschreibungsverfahren Die Ausschreibung sieht eine vierjährige Förderphase vor, in der Projekte zu den hier aufgeführten Themen klar definiert und angepasst an den aktuellen Forschungsbedarf des Deutschen Wetterdienstes gefördert werden. Die Förderphase ist in zwei Maßnahmenperioden untergliedert, um aufbauend auf den Ergebnissen aus der Doktorandenförderung den Beitrag des Projekts zu zukünftigen operationellen Anwendungen im DWD zu verstärken. Die Förderphase umfasst vier Jahre mit der Möglichkeit des Abbruchs nach drei Jahren. Das vierte Jahr entspricht der anschließenden Beschäftigung einer/eines wissenschaftlichen Mitarbeiterin/Mitarbeiters. Im dritten Jahr wird überprüft, ob der vom Zuwendungsgeber definierte Abbruchmeilenstein erfüllt ist. Bei negativer Evaluierung des Abbruchmeilensteins behält sich der Zuwendungs- geber vor, die Förderung nach drei Jahren abzubrechen (siehe Förderrichtlinie).
Extramurales Forschungsprogramm (2020 – 2023) Bewilligungs- und Abwicklungsverfahren Antragsberechtigt sind Universitäten und öffentliche Forschungseinrichtungen. Zum Zweck der Netzwerkbildung können auch Fachhochschulen einbezogen werden und sind insoweit zuwendungsberechtigt. Das Förderverfahren ist einstufig, bestehend aus einem förmlichen Förderantrag. Für die Vorhabenbeschreibungen zum Antrag werden verbindliche Formulare auf http://www.dwd.de/emf bereitgestellt. Entsprechend dem in der Förderrichtlinie festgelegten Verfahren ist zur Einreichung des Förderantrags für diese Ausschreibung lediglich Schritt B) „Einreichung des förmlichen Förderantrags und Entscheidungsverfahren“ durchzuführen: Den Antragstellern wird empfohlen, sich vor der Antragstellung über den aktuellen Forschungsbedarf des DWDs zu informieren. Des Weiteren wird empfohlen, sich über die Möglichkeiten der Einsatzmöglichkeiten von DWD-Modellen und –verfahren zu erkundigen. Hierzu nehmen Sie bitte Kontakt mit den unten genannten Ansprechpartnern auf. Dem Antrag ist ein Nachweis über die gegebenenfalls notwendige Trennung des wirtschaftlichen und nichtwirtschaftlichen Tätigkeitsbereiches beizufügen (s. Erläuterungen in den Richtlinien für Zuwendungsanträge auf Ausgabenbasis, Pkt. 4. Erklärungen des Antragstellers, letzter Anstrich). Die Anträge sind bis 30.04.2019 an die folgende Anschrift bzw. E-Mail zu richten: Deutscher Wetterdienst Geschäftsbereich Forschung und Entwicklung Frankfurter Straße 135 63067 Offenbach /Main E-Mail: fepk(at)dwd.de Ansprechpartner beim Deutschen Wetterdienst sind: a) für Verfahrensangelegenheiten: Frau Nicole Riß E-Mail: PB21C.Drittmittelvorhaben(at)dwd.de b) für Fachliches: Frau Kristina Lundgren E-Mail: fepk(at)dwd.de Für die Einhaltung der Antragsfrist gilt das Datum des Poststempels. Die Vorlagefrist gilt nicht als Ausschlussfrist. Ein Rechtsanspruch auf Berücksichtigung besteht jedoch nicht. Bitte stellen Sie die Anträge über easy-online (https://foerderportal.bund.de/easyonline/). Fördermaßnahme: EMF III, Extramurale Forschung III 2020-2023.
Extramurales Forschungsprogramm (2020 – 2023)
HINWEISE:
Es wird darauf hingewiesen, dass die in der Förderrichtlinie genannten ANBest P
und BNBest-BMBF zwischenzeitlich aktualisiert wurden. Bestandteil der
Zuwendungsbescheide entsprechender Anwendung für den DWD werden bei
Zuwendungen auf Ausgabenbasis:
die Nebenbestimmungen für Zuwendungen auf Ausgabenbasis (NABF)
und bei Zuwendungen auf Kostenbasis:
die Nebenbestimmungen für Zuwendungen auf Kostenbasis des
Bundesministeriums für Bildung und Forschung an Unternehmen der gewerblichen
Wirtschaft für Forschungs- und Entwicklungsvorhaben (NKBF 2017).
Der Deutsche Wetterdienst ist berechtigt, weitere Unterlagen zur Vervollständigung und
Qualifizierung der Antragsunterlagen anzufordern.
Sammelbekundungen und unvollständige (nicht bewertbare) Anträge werden für das
weitere Verfahren nicht berücksichtigt.Sie können auch lesen
