Dr.-Ing. Katharina war von 2016 bis 2020 Promotionsstudentin und Mitglied in der Graduiertenschule “Interface-Driven Multi-Field Processes in Porous Media – Flow, Transport and Deformation” an der Universität Stuttgart. Ihre herausragende Dissertation zum Thema "Modelling and analysis of multicomponent transport at the interface between free and porous-medium flow - influenced by radiation and roughness" wurde von Prof. Dr.-Ing. Rainer Helmig vom Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung betreut. Die Arbeit befasst sich mit der Untersuchung der nicht-isothermen Mehrphasenströmung und der strahlungsbeeinflussten Mehrkomponentenprozesse, die den Stoffaustausch an der Land-Atmosphären-Grenzfläche steuern, durch eine integrierte Behandlung der atmosphärischen Grenzschicht und der Land-Oberflächen-Rauigkeit im Labormaßstab. Kernpunkt der Arbeit ist die Verbesserung des Modellkonzepts für die an eine freie Strömung gekoppelte mehrphasige Poröse Medium-Strömung unter Einbeziehung von Mehrkomponententransport und Strahlung. Die Arbeit ist sehr gut strukturiert und für den Leser jederzeit nachvollziehbar. Katharina Heck hat während ihres Promotionsstudiums in diversen Forschungsprojekten des Lehrstuhls aktiv mitgewirkt und vielfältige Aufgaben in der Lehre und in der Verwaltung übernommen. Es ist insbesondere hervorzuheben, dass Sie bei der Antragstellung des im Jahr 2017 von der DFG bewilligten Sonderforschungsbereichs 1313 "Grenzflächengetriebene Mehrfeldprozesse in porösen Medien – Strömung, Transport und Deformation" maßgeblich mitgewirkt hat. Während der gesamten ersten Förderphase des SFBs war sie unverzichtbares Mitglied des Managements.
Zusammenfassung
Verdunstung von Wasser und die Emission von Treibhausgasen aus Böden spielt eine wichtige Rolle bei der Vorhersage von sich verändernden Klimabedingungen weltweit. Natürliche und anthropogene Quellen von Kohlenstoffdioxid und Methan im Boden, beispielsweise Deponien, führen zur Migration dieser gasförmigen Komponenten aus dem Untergrund in die Atmosphäre. Diese Emissionen vorherzusagen ist herausfordernd, da nicht nur Prozesse im Boden den Austausch beeinflussen, sondern auch die Bedingungen in der Atmosphäre, wie wechselnde Windgeschwindigkeiten oder Sonneneinstrahlung. Um die maßgeblichen Prozesse zu analysieren, wurde in dieser Arbeit ein numerisches Model weiterentwickelt, das den Masse-, Impuls- und Energietransport zwischen Böden und der Atmosphäre beschreiben kann.
Diffusion der mehreren Komponenten wird dabei mit der Maxwell-Stefan Formulierung beschrieben, um den Effekt der Mehrkomponentendiffusion auf den Austausch zu analysieren. Mit Hilfe verschiedener Szenarien werden die dominierenden Transportprozesse untersucht, wie zum Beispiel der Einfluss der Topologie und verschiedener Bodentypen. Der Einfluss von Sonneneinstrahlung auf die Verdunstung, die Oberflächentemperatur und die Emission der Treibhausgase wird diskutiert und die Ergebnisse werden mit gemessenen Verdunstungsraten verglichen und analysiert.