Im Rahmen des Projekts DArgo2025 koordinierte das Bundesamt für
Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH, <www.bsh.de>) erfolgreich
Validierung und Einsatz von neuen Sensoren auf automatisierten Treibbojen,
sogenannten Argo-Floats. Diese Sensoren können nun weltweit eingesetzt
werden und geben so Auskunft über aktuelle Veränderungen des Ozeans, wie
die zunehmende Überdüngung, Sauerstoffverarmung und Versauerung. Das
Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde (IOW) evaluierte in diesem
Rahmen neuartige Nährstoffsensoren, die in der Ostsee getestet wurden.
Gefördert wurde das im Dezember 2021 beendete Projekt vom
Bundesministerium für Bildung und Forschung.

Zwei Drittel der Erdoberfläche sind mit Wasser bedeckt. Während Satelliten
die Oberfläche des Ozeans gut im Blick haben, bleiben ihnen Untersuchungen
in der Meerestiefe verwehrt. Mittels automatisierter Treibbojen,
sogenannter Argo-Floats, ist dies mittlerweile jedoch möglich: Nach ihrer
Ausbringung sinken die Floats auf 1000 Meter Wassertiefe ab und driften
dort mit der Strömung. Alle 10 Tage tauchen sie weiter ab auf eine Tiefe
von 2000 Metern, um dann langsam zur Wasseroberfläche aufzusteigen. Auf
dem Weg nach oben messen sie kontinuierlich – beispielsweise Temperatur
und den Salzgehalt des Wassers. Nach dem Auftauchen werden die erhobenen
Daten per Satellit übertragen und nahezu in Echtzeit veröffentlicht.
Anschließend sinken die Argo-Floats wieder ab, um weiter zu driften.

Eine erste Argo-Float-Generation trug auf diese Weise dazu bei, weltweite
Klima-modellierungen und regionale Wettervorhersagen zu verbessern. Im
Rahmen des Projekts DArgo2025 konnte nun ein deutscher Forschungsverbund
unter Federführung des BSH das Blickfeld der Argo-Floats erweitern, indem
insgesamt 20 dieser automatisierten Treibbojen mit neuen Sensoren für die
Erfassung von Überdüngung, Trübung und Versauerung der Meere ausgestattet
wurden, um diese für den weltweiten Einsatz zu validieren.

Forschende des IOW befassten sich dabei mit Testung und Validierung
neuartiger optischer Sensoren zur Messung des Pflanzennährstoffs Nitrat –
einem wichtigen Indikator für Überdüngung von Gewässern. Dabei etablierten
sie außerdem erstmals in der Ostsee einen deutschen Beitrag zu den
weltweiten Argo-Beobachtungen. „Das Besondere an den Argo Floats ist –
neben der Dreidimensionalität der Messungen – die wirklich kontinuierliche
und ganzjährige Messaktivität – bei schlechtem Wetter, Sturm und Hagel
genauso wie bei strahlendem Sonnenschein“, hebt der Meereschemiker Henry
Bittig hervor, der den IOW-Beitrag zu DArgo2025 koordinierte. „Kein
Forschungsschiff ist in der Lage, mit derart großer zeitlicher und
räumlicher Abdeckung und so hoher Regelmäßigkeit Messdaten zu erheben.“

Die Integration von neuen Messsystemen in die ausgefeilte Technologie der
Argo Floats sei an sich schon eine Herausforderung für sich, mit der sich
alle an dem Forschungsverbund beteiligten Institutionen intensiv
auseinandersetzen mussten und was auch jeweils eine ausgiebige Evaluierung
der neu ausgestatteten Floats unter den harschen Freilandbedingungen
mitten im Meer erforderlich gemacht hätte. „Bei unserem System kommt noch
hinzu, dass das Ostseewasser einen hohen Gelbstoff-Anteil und damit ganz
spezielle optische Bedingungen hat, wie sie eigentlich nur in großen
Ozeantiefen vorkommen. Das wirkt sich natürlich auch auf optische Methoden
wie unsere zur Nitrat-Messung aus und erfordert besondere Aufmerksamkeit“,
so Bittig weiter.

In vielen Forschungsfragen des IOW sind, neben der Meeresphysik, z.B. in
Bezug auf die stabile Schichtung des Wasserkörpers, die sich aus
Temperatur und Salzgehalt ergibt, vor allem die chemisch-biologischen
Prozesse von großer Bedeutung. „Zusammen mit Sauerstoff- und
Chlorophyllmessungen, die jetzt ebenfalls von den Argo-Floats durchgeführt
wurden, konnten wir einen besonders reichhaltigen und vielversprechenden
Datensatz zur Produktivität und zum Abbau von Phytoplankton-Biomasse in
der zentralen Ostsee erhalten, der zurzeit noch ausgewertet wird“, so
Henry Bittig abschließend.

Neue Sensoren validierten im Rahmen des DArgo2025-Projektes auch das
Institut für Chemie und Biologie des Meeres (ICBM, <uol.de/icbm>) der
Universität Oldenburg (Lichtfeld-Messung, gibt Auskunft über Mikroalgen
und andere Wasserinhaltsstoffe) sowie das GEOMAR Helmholtz-Zentrum für
Ozeanforschung Kiel (<www.geomar.de>, pH-Wert-Messung, gibt Auskunft über
Versauerung des Ozeans sowie seine Fähigkeit, CO2 aus der Atmosphäre
aufzunehmen). Das BSH, das die deutschen Argo-Aktivitäten koordiniert und
auch maßgeblich an Management und Weiterentwicklung von EuroArgo, dem
europäischen Beitrag zum Argo-Programm, beteiligt ist, evaluierte ein
neuartiges Sensorsystem für die Temperatur und Salzgehalt-Messung.

Die im Projektrahmen neu ausgerüsteten Treibbojen werden jetzt als Teil
des internationalen Beobachtungsprogramms „Argo“ betrieben, das in den
Weltmeeren derzeit fast 4000 solcher Messplattformen umfasst. Im Rahmen
der 2021 gestarteten Ozeandekade für nachhaltige Entwicklung der Vereinten
Nationen sollen die Argo-Floats so weiterentwickelt werden, dass sie auch
die Tiefsee bis in eine Tiefe von 6000 Metern vermessen können.

Kontakt IOW-Presse- und Öffentlichkeitsarbeit:
Dr. Kristin Beck | Tel.: 0381 – 5197 135 | Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein.
Dr. Barbara Hentzsch | Tel.: 0381 – 5197 102 | barbara.hentzsch@io-
warnemuende.de

Das IOW ist Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft, zu der aktuell 97
eigenständige Forschungs-einrichtungen gehören. Ihre Ausrichtung reicht
von den Natur-, Ingenieur- und Umweltwissen-schaften über die
Wirtschafts-, Raum- und Sozialwissenschaften bis zu den
Geisteswissenschaften. Bund und Länder fördern die Institute gemeinsam.
Insgesamt beschäftigen die Leibniz-Institute etwa 20.500
Mitarbeiter:innen, davon sind ca. 11.500 Wissenschaftler:innen. Der
Gesamtetat der Institute liegt bei 2 Mrd. Euro. <www.leibniz-
gemeinschaft.de>

Um Corona-Planungsstäben die Arbeit zu erleichtern, stellt ein Team um
Wirtschaftsprofessor Dr. Jozo Acksteiner von der Hochschule Fulda
Geographische Datenanalysen zur Verfügung. Die Methodik verbindet
analytische Modelle mit der Visualisierung von Daten auf Landkarten.
Strategische Entscheidungen im Gesundheitswesen, die einen geographischen
Bezug haben, lassen sich so schnell und effizient treffen. Die
Wissenschaftler*innen wollen die Methodik für Krankenhäuser, Politik und
Gesundheitsverwaltung verfügbar machen. Potenzial sehen sie nicht nur mit
Blick auf Pandemien.

Gemeinsam mit dem Universitätsklinikum Frankfurt haben
Wissenschaftler*innen der Hochschule Fulda auf Basis von Geographischen
Datenanalysen interaktive Landkarten für den zentralen Planungsstab
"Stationäre Versorgungsstruktur von COVID-19-Patientinnen und -Patienten"
des Landes Hessen entwickelt. Die Karten liefern tagesaktuell ein Bild
über die Pandemielage. Sie stellen Informationen zur Inzidenz und
Auslastung von Beatmungsplätzen in Krankenhäusern dar. Prognosen für die
Auslastung und die Impfquote sind ebenfalls integriert.

Entscheider können mithilfe dieser Kartenvisualisierung schnell erkennen,
wohin sie Patient*innen verlegen können, wenn ein Krankenhaus ausgelastet
ist. Aus den visualisierten Daten lässt sich ebenso schnell entnehmen, ob
Kliniken in der Nachbarschaft in absehbarer Zeit mit einer stärkeren
Auslastung rechnen müssen und freie Bettenkapazitäten selbst benötigen.

Der Bedarf:  klare und schnell zu verarbeitende Informationen

„Die Karten bringen die komplexe Information aus Inzidenzlage, Auslastung
der Krankenhäuser und Prognose der Auslastung für die nächste Woche in ein
Bild“, erläutert Dr. Michael von Wagner, der die Stabsstelle für
Medizinische Informationssysteme und Digitalisierung beim Ärztlichen
Direktor des Universitätsklinikum Frankfurt leitet. „Im Klinikalltag
benötigen wir auf das Wesentliche komprimierte, klare und nachvollziehbare
Informationen, wenn wir die Kolleginnen und Kollegen in den Häusern
erreichen wollen. Sich mit wenigen Klicks informieren zu können, wo es
freie Kapazitäten gibt, ist eine große Unterstützung.“

Zuvor hatte Professor Dr. Jozo Acksteiner Geographische Datenanalysen vor
allem in der Logistik eingesetzt, wenn etwa Lieferketten nach
Naturkatastrophen aufrechterhalten werden mussten. „Der Einsatz im Rahmen
der Corona-Planungsstäbe zeigt, dass die Methodik ebenso einen positiven
Beitrag zur Digitalisierung des Gesundheitswesens leisten kann“, sagt er.
„Die Corona-Krise kann man auch als Chance verstehen, solche modernen
Entscheidungssysteme einzuführen und unser Gesundheitssystem weiter zu
digitalisieren.“

Das Ziel: Mensch und Maschine arbeiten zusammen

Gegenüber rein algorithmischen Ansätzen bietet die Geographische
Datenanalyse einen entscheidenden Vorteil: Sie verbindet die
übersichtliche Darstellung der Datenlage mit der Möglichkeit, das
Erfahrungswissen von Expert*innen durch die Interaktion mit der
Kartenvisualisierung einzubinden. „In vielen Fällen funktioniert ein
ausschließlich aus Algorithmen getriebener Ansatz nicht“, weiß Acksteiner.

Beispiel: Wenn ein Landkreis eine hohe Zahl an Corona-Neuinfektionen
verzeichnet und die Krankenhäuser in der Region über genügend
Beatmungsplätze verfügen, dann würde ein Algorithmus zunächst feststellen,
dass weitere Patient*innen aufgenommen werden können. Aber wenn das
Krankenhaus weiß, dass kurzfristig Personal erkrankt ist und weitere
Ausfälle zu befürchten sind, dann ist das eine wesentliche
Rahmenbedingung, die ein Experte mit seinem Hintergrundwissen sofort
einbeziehen kann. Ein Computeralgorithmus erkennt eine solche
Rahmenbedingungen dagegen nur, wenn diese vorab definiert wurde. „Eine bei
komplexen Problemen schier unlösbare Aufgabe“, sagt Acksteiner.

Die Umsetzung: Von der Problemdefinition zu einer stetig verbesserten
Kartenvisualisierung

So funktioniert die Geographische Datenanalyse: Im ersten Schritt gilt es,
das Problem zu definieren und zu klären, welche Daten und welche
Visualisierung für die Entscheidungsfindung relevant sind. Was soll
dargestellt werden und welche Leistungskennzahlen beeinflussen die
Entscheidung? „Dies in der Anfangsphase zu analysieren, erspart viel Zeit,
weil man später keine unnötigen Daten erhebt“, sagt Acksteiner.

Schritt zwei richtet den Fokus auf die Frage, wie die Daten miteinander
kombiniert und visualisiert werden sollen. Wie stellt man die Kennzahlen
auf einer Karte dar, sodass sie ermöglichen, schnell gute Entscheidungen
zu treffen? Sollen bestimmte Informationen besonders hervorgehoben werden?
Ein Beispiel ist die Nutzung von Ampeldarstellungen, um Fokuspunkte („rote
Ampeln“) deutlich auf der Karte hervorzuheben.

Im dritten Schritt schließlich wird die Kartenvisualisierung umgesetzt und
stetig verbessert. Welche Software ist für die Fragestellung am besten
geeignet? Welche Probleme ergeben sich bei der Umsetzung nach den ersten
Visualisierungen? Wie lässt sich die Kartenvisualisierung noch besser auf
die Fragestellung ausrichten? „Die stetige Verbesserung der
Kartenvisualisierung in einem iterativen Prozess mit Experten und Nutzern
ist der Schlüssel zum Erfolg“, betont Acksteiner.

Das Ergebnis: Effiziente Entscheidungen auch in komplexen Situationen oder
bei unvollkommener Datenlage

Die Darstellung von Daten auf Landkarten ermöglich eine schnelle Erfassung
der Gesamtsituation durch den Menschen und eine entsprechend effiziente
und zielgerichtete Entscheidungsfindung innerhalb von Expertenteams.
Acksteiner berichtet von seinen Erfahrungen: „Dadurch, dass die Landkarte
einen schnell erfassbaren Kontext liefert, wird die Zeit von der
Datenbereitstellung bis zur Bereitstellung eines Entscheidungssystems
gegenüber herkömmlichen Datenanalyseverfahren um 80 Prozent beschleunigt,
bei gleichzeitig deutlich verbesserter Abstimmung der Entscheider
untereinander.“

Auch impraktikable Entscheidungen und Datenfehler können durch die
Verbindung mit der Landkarte gut identifiziert und eliminiert werden, etwa
wenn die Situation der Beatmungskapazitäten zweier Krankenhäuser, eines im
Status „grün“, eines im Status „rot“, vertauscht wurde. „Diesen Fehler in
einer Excel-Tabelle auszumachen ist schwierig“, so Acksteiner, “aber auf
einer Kartendarstellung springt den Expert*innen ein solcher Fehler ins
Auge und kann sofort korrigiert werden.“

Weitere Anwendungsgebiete: Gesundheitsplanung und Krankheitsprävention

Einsetzen lässt sich die Geographische Datenanalyse prinzipiell überall
dort, wo es um Entscheidungsfindungen mit einem geographischen Bezug geht.
Mit dem Universitätsklinikum Frankfurt und dem Hessischen Ministerium für
Soziales und Integration wollen die Fuldaer Wissenschaftler*innen die
Methodik daher weiterentwickeln, etwa für weitere Pandemien oder mit Blick
auf die Kapazitätsplanungen, beispielsweise im Pflegebereich. „Wir
brauchen keine Pandemie, um in den Krankenhäusern eine hohe Auslastung und
eine Überlastung der Kapazitäten zu erleben“, sagt Dr. Michael von Wagner
und betont: „Wir wünschen uns, in unseren klinischen Entscheidungen
digital besser unterstützt zu werden.“ Großes Potenzial sehen Acksteiner
und sein Team auch im Bereich der Krankheitsprävention. „Wir arbeiten
derzeit an einer Karte, die Umwelteinflüsse und Krankheiten abbildet und
zeigt, wo diese Einflüsse mit bestimmten Krankheiten korrelieren.“

Wissenschaftspodcast über die Nachhaltigkeit von Sportgroßveranstaltungen
und die Zukunft des Wintersports in Deutschland

Technisch erzeugter Schnee macht Pekings Berge in diesem Jahr startklar
für die Olympischen und Paralympischen Winterspiele. Ohne enorme Eingriffe
in die Natur wären Winterspiele in der Region nicht möglich gewesen. Das
ruft Kritik hervor. Doch: Ist diese Kritik berechtigt? Hätte es bessere
Konzepte gegeben? Was bedeutet eigentlich Nachhaltigkeit im Sport konkret
und was muss sich für mehr Klimaschutz und Nachhaltigkeit verändern?

Im Vorfeld der Olympischen und Paralympischen Winterspiele informiert die
Deutsche Sporthochschule Köln in ihrem Wissenschaftspodcast „Eine Runde
mit…“ über aktuelle Forschungsthemen aus dem Bereich Outdoor Sport und
Umweltforschung. Zu Gast ist Prof. Ralf Roth, Leiter des gleichnamigen
Instituts für Outdoor Sport und Umweltforschung. Im Podcast beschreibt er
die Nachhaltigkeitsmaßnahmen in Peking, zeigt die Anforderungen für den
komplexen Bewerbungsprozess um Olympische und Paralympische Spiele auf und
gibt eine Zukunftsprognose für den Wintersport in Deutschland ab.

Prof. Roth erforscht seit Jahren, wie es um die Nachhaltigkeit im Sport
steht. 2013 war er in die Bewerbung Münchens für die Olympischen und
Paralympischen Winterspiele 2022 eingebunden und veröffentlichte erst
kürzlich ein Positionspapier, das die möglichen Auswirkungen des
Klimawandels auf den Wintersport beschreibt. Im Kleinwalsertal untersucht
er mit seinem Institut die Energiebilanz des Wintersporttourismus und
berät die Region um Winterberg, wie und ob Wintersport auch unter den
Bedingungen der Klimaveränderung noch zukunftsfähig ist. „Ein Problem der
Nachhaltigkeit“, sagt Prof. Ralf Roth im Podcast, „ist, dass es ‚die
Nachhaltigkeit‘ nicht gibt. Das definiert jedes Land und jede
verantwortliche Gruppe für sich selbst.“

Auch auf die Frage, was jede*r Einzelne für etwas mehr Nachhaltigkeit im
Wintersport tun kann, hat Prof. Roth im Podcast eine Antwort. Er
beschreibt, in welchen Bereichen es schon jetzt im Winter Probleme gibt
und welche Maßnahmen in Zukunft für Nachhaltigkeit im Sport erfüllt werden
müssen. Im Podcast kommen auch Vertreter*innen des Deutschen Skiverbandes
(DSV) zu Wort, die ihre Erfahrungen mit der Klimaveränderung beschreiben.
Und ein Beteiligter des Bürgerentscheides, bei dem die Bürger*innen gegen
die Olympiabewerbung Münchens stimmten, teilt seine Sicht auf solche
Sportgroßveranstaltungen.

Der Wissenschaftspodcast „Eine Runde mit…“ der Deutschen Sporthochschule
Köln ist bei allen gängigen Podcast-Anbietern zu finden und auf der
Website der Deutschen Sporthochschule Köln www.dshs-koeln.de/einerundemit.