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FORSCHUNGSBERICHT 1999-2001

INDEX
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Graduiertenkolleg: Das Relief - eine strukturierte und veränderliche Grenzfläche

Allgemeine Angaben:
Meckenheimer Allee 166, 53115 Bonn
Telefon: 0228 / 73-7234
Fax: 0228 / 73-9099
eMail: rdikau@uni-bonn.de
WWW: http://slide.giub.uni-bonn.de/Kolleg/

Sprecher:
Prof. Dr. Richard Dikau

Projektleiter / Beteiligte Hochschullehrer:
Prof. Dr. W. Barthlott II. Förderperiode
Dr. G. Braun (DLR Köln-Porz) I. u. II. Förderperiode
Dr. M. Breunig I. Förderperiode
Prof. Dr. J. Buhmann I. Förderperiode
Prof. Dr. A.B. Cremers I. und II. Förderperiode
Prof. Dr. B. Diekkrüger I. und II. Förderperiode
Prof. Dr. W. Förstner I. Förderperiode
Prof. Dr. M. Griebel I. Förderperiode
Prof. Dr. H.-P. Helfrich I. Förderperiode
Dr. S. Hergarten I. u. II. Förderperiode
Prof. Dr. R. Manthey II. Förderperiode
Prof. Dr. G. Menz I. Förderperiode
Prof. Dr. H. Neugebauer I. u. II. Förderperiode
Prof. Dr. L. Plümer II. Förderperiode
Prof. Dr. C. Simmer I. u. II. Förderperiode
Prof. Dr. A. Skowronek I. u. II. Förderperiode
Prof. Dr. M. Winiger I. u. II. Förderperiode

Stipendiaten:
Dipl. Geologe Kai Bansemer 01.01.01-31.12.03 (Neugebauer)
Dipl. Geogr. Johannes Brinkmann 01.03.99-31.01.02 (Skowronek)
Dr. Martin Dehn 01.10.98-30.09.00 (Postdoktorand) (Dikau)
Dipl. Geogr. Peter Gasper 01.03.99-30.09.99 (Buhmann, Menz)
Dipl. Math. Marc Hannappel 01.10.98-31.01.01 (Griebel)
Dipl. Geogr. Michael Herbst 01.10.98-30.09.01 (Diekkrüger)
Dipl. Geogr. Bianca Hörsch 01.10.98-30.09.01 (Dikau)
Dipl. Geogr. Tilo Keller 01.10.98-30.09.01 (Simmer, Winiger)
Dr. Andreas Lang 01.05.00-30.09.01 (Postdoktorand) (Dikau)
Dipl. Geogr. Marc-Oliver Löwner 01.12.01-30.11.03 (Plümer)
Dipl. Geologin Mamke Oemisch 01.05.00-30.04.03 (Neugebauer)
Dipl. Geogr. Stefan Rasemann 01.12.99-30.11.02 (Dikau)
Dipl. Geogr. Philipp Rittmeyer 01.10.98.-31.12.99 (Winiger)
Dipl. Geogr. Isabelle Roer 01.12.01-31.12.03 (Dikau)
Dipl. Geogr. Ralf Schmitz 01.10.01-31.07.02 (Simmer)
Dipl. Inform. Jörg Siebeck 01.08.99-31.07.02 (Cremers)
Dipl. Geogr. Matthias Welpmann 01.09.99-31.10.01 (Winiger)

Projektbereiche und Teilprojekte:

A:  Relieferfassung, -speicherung und-darstellung (I. Förderperiode)
A1:  Datenbereitstellung über den SFB 350
(Förstner)
A2:  Algorithmen zur Datenspeicherung und-darstellung
(Griebel)
A3:  Realistische Wiedergabe (Rendering) des Reliefs
(Menz, Winiger)
A4:  Objektorientierte Datenmodellierung der Reliefstrukturen - Verwaltung von 3D/4D-Daten
(Cremers, Breunig, Dikau)

A:  Datenhaltung und Datenzugriff (II: Förderperiode)
A1:  Bereitstellung und Nutzung digitaler Daten und Computermodelle
(Postdoktorand)
A4:  Objektorientierte Datenmodellierung der Reliefstrukturen - Verwaltung von 3D/4D Daten
(Cremers, Bode)

B:  Parameterisierung der Reliefstruktur (I. Förderperiode)
B1:  Semantische geomorphometrische Strukturdefinition
(Dikau, Cremers,Breunig)
B2:  Reliefanalyse durch Multilevel-Verfahren
(Griebel,Helfrich)
B3:  Verfahren der nichtlinearen Diffusion zur Ableitung von Digitalen Höhenmodellen und Bestimmung von geomorphometrischen Eigenschaften
(Helfrich, Griebel)
B4:  Mustererkennung von Reliefstrukturen
(Buhmann, Menz)
B5:  Regionalisierung von Struktureigenschaften des Reliefs
(Dikau)

B:  Parameterisierung der Reliefstruktur (II. Förderperiode)
B1:  Geomorphographische Struktur - Semantik und Parameter
(Dikau)
B4:  Untersuchung des Zusammenhangs zwischen Lithologie und Reliefstruktur in den Schweizer Alpen
(Neugebauer)
B5:  Herleitung geomorphologischer Strukturen aus dem digitalen Geländemodell zur heuristischen Netzwerkplanung
(Plümer)
B6:  Erfassung der rezenten Kinematik des Reliefs in der periglazialen Hochgebirgsstufe
(Dikau)

C:  Reliefstruktur als Produkt und Regler von Prozessen (I. Förderperiode)
C1:  Zusammenhänge zwischen Relief und Vegetationsverbreitung
(Braun, Winiger)
C2:  Reliefstruktur: Bodenverbreitung und hydrologischer Prozeß
(Diekkrüger,Skowronek)
C3:  Strukturbezogene Elemente des Regionalklimas
(Simmer, Winiger)
C4:  Reliefstruktur: Substratgenese und Bodenverbreitung
(Skowronek, Hergarten)
C5:  Zeitliche Veränderung von Struktureigenschaften des Reliefs
(Hergarten, Neugebauer, Dikau)

C:  Reliefstruktur als Produkt und Regler von Prozessen (II. Förderperiode)
C1:  Entwicklung von Algorithmen zur Erfassung der Topodiversität und Untersuchung der Zusammenhänge zwischen Relief-, Biotopdiversität und Biodiversität
(Barthlott, Braun)
C2:  Regionale Simulation der Bodenerosion - Ableitung von Modelleingaben aus dreidimensionalen Reliefdaten
(Diekkrüger)
C3:  Interaktion von Relief, Oberflächen- und Bodenzustand auf atmosphärische Grenzschicht, lokale Windsysteme und Niederschlag unter besonderer Berücksichtigung der Bodenfeuchteverteilung
(Simmer)
C4:  Beziehungen zwischen Reliefstruktur, Substratgenese und Bodenvariabilität in einem kleinen Wassereinzugsgebiet am Nordabfall des Siebengebirges
(Skowronek)
C5:  Geomorphologische Datierung von Geländekanten mit Hilfe von Reliefentwicklungsmodellen.
(Neugebauer)
C6:  Der Einfluss des Reliefs auf die Verteilung von Schnee und Eis von der Makro- zur Mikroskala
(Winiger)
C7:  Modellierung der reliefgesteuerten regionalen Permafrostverbreitung in der periglazialen Hochgebirgsstufe
(Dikau)

Forschungsprogramm:

Struktur und Lehrprogramm: Das Graduiertenkolleg 437 "Das Relief , eine strukturierte und veränderliche Grenzfläche" wird seit dem 01. Oktober 1998 von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert. Bis Ende der 1. Förderperiode waren am Kolleg 16 Hochschullehrer aus den Fächern Angewandte Mathematik, Bodenkunde, Fernerkundung, Geodynamik/Geophysik, Geohydrologie, Geoinformationssysteme, Geomorphologie, Informatik, Klimatologie, Meteorologie, Photogrammetrie und Vegetationsgeographie vertreten. Mit Beginn der 2. Förderperiode am 01. Oktober 2001 sind nun 12 der ehemals 16 Hochschullehrer am Kolleg beteiligt. Als einziges Fach fällt angewandte Mathematik weg, jedoch konnte die übrige Fächerbandbreite erhalten werden. Es können insgesamt elf Doktoranden- und zwei Postdoktorandenstipendien vergeben werden. Des weiteren werden 10 nicht aus DFG-Mitteln finanzierte Kollegiat(inn)en am Kolleg mitwirken. Nach wie vor basiert das Studienprogramm auf einer Integration der im Forschungsprogramm beschriebenen Themenbereiche unterschiedlicher Fachgebiete. In der seit 2000 begonnenen vertiefenden zweiten Phase des Programms ist über bestehenden Lehrveranstaltungen hinaus die Bildung von themen- und methodenbezogenen Arbeitsgruppen in den Vordergrund gerückt. Dabei hat sich neben dem wöchentlichen Seminar die Durchführung von Klausurtagungen bewährt. Eine wichtige Rolle im Ausbildungsprogramm wurde von Gastwissenschaftlern übernommen, die auf Einladung des Graduiertenkollegs meist etwa eine Woche im Kolleg verbracht haben. Die Ausbildung zielt darauf ab, Dissertationen auf Basis einer interdisziplinär vertieften Sachkenntnis hervorzubringen, die der Thematik gerecht werden und international Anerkennung finden sollen

Forschungsfragen Die übergeordneten Ziele der ersten Antragsphase blieben in der zweiten Phase bestehen. Die konkreten Ziele der einzelnen Projekte wurden entsprechend der bisherigen Ergebnisse des Graduiertenkollegs und der internationalen Forschung verändert sowie an die Bewerberlage angepaßt. Dabei ist weiterhin die enge, aber komplementäre Verbindung mit dem SFB 350 "Wechselwirkungen kontinentaler Stoffsysteme und ihre Modellierung" von besonderer Bedeutung. Das Relief stellt die Grenzfläche zwischen der Atmosphäre/Hydrosphäre und der Pedosphäre/Lithosphäre dar. Es tritt als räumliches Kontinuum auf, dessen Habitus das Ergebnis der Wirkung von Prozessen ist, die auf unterschiedlichen zeitlichen und räumlichen Skalen an der Grenzfläche operieren. Das Relief besitzt damit einen dualen Charakter. Es ist einerseits das Produkt der Prozeßgeschichte (Reliefgenese) und andererseits ein Regler in der Auslösung und Steue-rung der Ausdehnung und Dynamik rezenter Prozesse. Prozesse in Grenzflächensystemen sind in starkem Maße von der räumlichen Charakteristik der Komponenten des Systems abhängig. Die Empirie zeigt, daß diese Komponenten auf allen räumlichen Skalen des Reliefs in strukturierten Anordnungen vorherrschen. Es kann somit davon ausgegangen werden, daß formbildende und -verändernde Prozesse varianter Zeitskalen eher zu strukturierten Gefügen der Grenzfläche führen als zu zufallsbedingten Mustern. Weiter kann empirisch beobachtet werden, daß das strukturelle Gefüge des Reliefs in entscheidendem Maße ein Parameter für an der Grenzfläche wirkende Prozesse und damit für die räumliche Differenzierung von Geofaktoren darstellt. Unter diesen Gesichtspunkten stellt das Graduiertenkolleg die Struktur des Reliefs in den Mittelpunkt des Forschungsprogrammes. Die Reliefstruktur soll unter aufeinander abgestimmten Gesichtspunkten untersucht werden. Da das Kolleg in starkem Maße auf rechnergestützte Verfahren und Methoden zurückgreift, wird die digitale Relieferfassung und -analyse die Basis für die Erreichung des Hauptzieles legen. Diese Forschungsschwerpunkte werden von Arbeiten begleitet sein, die das Ziel haben, das Relief und seine Strukturierung unter theoretischen und semantischen Gesichtspunkten zu charakterisieren und Grundlagen für objektorientierte Datenmodelle des Reliefs zu entwickeln. Ein weiteres Ziel des Graduiertenkollegs besteht in Untersuchungen zum Einfluß des Reliefs und seiner Struktur auf die Biotopdiversität und Biodiversität, auf oberflächennahe Materialtransporte durch Bodenerosion, die Entwicklung des Regionalklimas, die Verbreitung des dauerhaft gefrorenen Untergrundes und der Schneebedeckung. Unter genetischen Gesichtspunkten liegen die Ziele des Graduiertenkollegs in der Untersuchung der Bodenverbreitung sowie der lang-fristigen Entwicklung geomorphologischer Grundformen. Die Reliefdarstellung sowie die Modellierung reliefbezogener Prozesse bilden enge Bezüge zu den Arbeiten und den Untersuchungsgebieten des Sonderforschungsbereiches 350. Während im Sonderforschungsbereich die Prozesse der Troposphäre und der Tektosphäre in ihrem Zusammenwirken im Vordergrund stehen, konzentriert sich das Graduiertenkolleg auf die Informationen, die in der Struktur des Reliefs selbst liegen. Hier wird der Informationsgehalt der Struktur ermittelt, parameterisiert und Veränderungen sowie Einflußnahmen über die zeitliche Entwicklung verfolgt. Damit werden die engen Verbindungen zum Sonderforschungsbereich 350 über die komplementäre Zielsetzung, die gemeinsame Nutzung von Ressourcen und Daten, intensive Kooperationen sowie ergänzende Angebote im Lehrprogamm entwickelt und umgesetzt. Ein weiterer enger Bezug besteht zur Deutschen Forschungsanstalt für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR), der die Nutzung von Ressourcen und Daten des SRTM-Projektes und der Radarinterferometrie einschließt und das Lehrangebot um neue technologische Inhalte erweitert. Die für das Graduiertenkolleg ausgewählten Untersuchungsgebiete liegen in Regionen, die unterschiedliche Relieftypen aufweisen (Rheinisches Schiefergebirge, Schweizer Alpen). Diese Regionen dienen als exemplarische Testgebiete, für die Basisdaten in Form Digitaler Höhenmodelle vorliegen. Die Auswahl der Typgebiete erfolgte unter den Gesichtspunkten der hohen Variabiliät des Reliefs (Mittelgebirge, Hochgebirge) und der aktuellen Untersuchungsgebiete der Teilprojekte im SFB 350. Die Untersuchungsgebiete werden in zwei regionalen Clustern zusammengefaßt, um die Effektivität und die Synergieeffekte zu erhöhen. Mit den Zielsetzungen, der fachlichen Kompetenz und der Interdisziplinarität der beteiligten Fachdisziplinen kann dem Phänomen der Reliefstruktur und seiner Bedeutung adäquat nach-gegangen und ein Beitrag zu einer Thematik geleistet werden, bei der heute in nationalem und internationalem Maßstab weiterhin erheblicher Forschungsbedarf besteht.


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