SFB 1114:  Skalenkaskaden in komplexen Systemen

• Fachliche Zuordnung: Mathematik ; Biologie ; Chemie ; Geowissenschaften ; Informatik, System- und Elektrotechnik ; Physik
• Förderung: Förderung seit 2014
• Webseite: Zur Homepage
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 235221301

“Komplexe Prozesse, die ganze Kaskaden von Skalen enthalten, werden in fast allen Bereichen der Naturwissenschaften untersucht. Solche Prozesse sind durch mehr als zwei charakteristische Skalen, einen großen Unterschied zwischen der kleinsten und größten Skala sowie durch physikalische Interaktionen über die Skalenhierarchie hinweg gekennzeichnet. Oftmals sind diese Prozesse zu komplex, um in detaillierten Computersimulationen, auf rein theoretischer Basis oder durch Experiment und Beobachtung vollständig erfasst zu werden. Probleme dieses Typs erfordern einen interdisziplinären wissenschaftlichen Zugang, der die Einsichten aus theoretischer Analyse, computergestützter Forschung, Experiment und Beobachtung zusammenführt.Mit der Mathematik als der leitenden Disziplin eines ansonsten interdisziplinär ausgerichteten Programms zielt der SFB 1114 ``Skalenkaskaden in komplexen Systemen" auf methodische Entwicklungen zur Erforschung solcher Systeme ab. Dabei orientiert er sich an herausfordernden Anwendungen, hauptsächlich aus den Lebens- und Geo-Wissenschaften, und verfolgt das Doppelziel, sowohl zu den Anwendungsfragestellungen als auch zur Bereitstellung verallgemeinerungsfähiger Methoden der mathematischen Modellierung substanziell beizutragen.

• DFG-Verfahren: Sonderforschungsbereiche

Laufende Projekte

• A02 - Multiskalige Daten- und asymptotische Modellassimilation für Atmosphärenströmungen (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Klein, Rupert ;  Reich, Sebastian ;  Schillings, Claudia )
• A04 - Effiziente Berechnung langsamer und stationärer Skalen in der Molekulardynamik (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Clementi, Ph.D., Cecilia ;  Noé, Frank ;  Schütte, Christof ;  Weikl, Thomas )
• A05 - Selektion von Zeitskalen in Gleichgewichtssystemen mittels optimaler Kontrolle (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Hartmann, Carsten ;  Röblitz, Susanna ;  Schütte, Christof ;  Weber, Marcus )
• A08 - Charakterisierung und Vorhersage von quasi-stationären atmosphärischen Zuständen (Teilprojektleiter Engel, Maximilian ;  Koltai, Péter ;  Pfahl, Stephan )
• B03 - Mehrstufen-Coarse-Graining von Multiskalenproblemen (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Clementi, Ph.D., Cecilia ;  Koksch, Beate ;  Kornhuber, Ralf ;  Netz, Roland ;  Schütte, Christof )
• B05 - Ursprung von Skalenkaskaden in der Proteindynamik (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Hartmann, Carsten ;  Heyne, Karsten ;  Imhof, Petra ;  Keller, Bettina ;  Weber, Marcus )
• B08 - Multiskalare Boltzmann Generatoren (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Clementi, Ph.D., Cecilia ;  Noé, Frank ;  Rogal, Jutta )
• B09 - Materialien mit vielskaligen Unstetigkeiten (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Heida, Martin ;  Thomas, Marita )
• C01 - Adaptive Kopplung von Skalen in der Molekulardynamik und darüber hinaus an die Fluiddynamik (Teilprojektleiter Delle Site, Luigi ;  Höfling, Felix ;  Klein, Rupert )
• C02 - Grenzflächendynamik: Von makroskopischer Hydrodynamik zur mikroskopischen Stochastik (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Mielke, Alexander ;  Netz, Roland ;  Patterson, Robert ;  Thomas, Marita )
• C03 - Multiskalen Modellierung und Simulation von raum-zeitlichen Mastergleichungen (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Höfling, Felix ;  Netz, Roland ;  Noé, Frank ;  Schütte, Christof ;  Winkelmann, Stefanie )
• C06 - Mehrskalenstrukturen wirbelbehafteter Atmosphärenströmungen (Teilprojektleiter Baum, Daniel ;  Hege, Hans-Christian ;  Klein, Rupert ;  Pfahl, Stephan )
• C09 - Multiskalen-Dynamik von Dehydrationsprozessen in Gesteinen (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter John, Timm ;  Thomas, Marita )
• C10 - Numerische Analysis für nichtlineare SPDE-Modelle von Partikelsysteme (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Djurdjevac, Ana ;  Perkowski, Nicolas )
• Z01 - Koordination und Verwaltung (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Klein, Rupert ;  Kornhuber, Ralf ;  Noé, Frank ;  Thomas, Marita )
• Z02 - Integriertes Graduiertenkolleg (Teilprojektleiter Delle Site, Luigi ;  Kornhuber, Ralf )

Abgeschlossene Projekte

• A01 - Kopplung eines mehrskaligen stochastischen Niederschlagsmodells mit der großskaligen atmosphärischen Dynamik (Teilprojektleiter Koltai, Péter ;  Névir, Peter ;  Rust, Henning ;  Ulbrich, Uwe )
• A06 - Bayessche Unsicherheitsabschätzungen für Multi-Skalen-Systeme und Netzwerkmodelle über wahrscheinlichkeitsbasierte Dimensionsreduktion (Teilprojektleiter Sullivan, Ph.D., Timothy )
• A07 - Langevin-Dynamik von Teilchen in Membranen (Teilprojektleiter Delle Site, Luigi ;  Gräser, Carsten ;  Kornhuber, Ralf )
• B01 - Störungsnetzwerke und Skaleneigenschaften von Deformationsprozessen (Teilprojektleiter Kornhuber, Ralf ;  Mielke, Alexander ;  Oncken, Onno ;  Rosenau, Matthias )
• B02 - Theorien zur Polymerdynamik, Markovmodellierung und Proteinfaltung in Energielandschaften (Teilprojektleiter Netz, Roland ;  Noé, Frank )
• B04 - Mehrskalen-Tensorzerlegungsmethoden für partielle Differentialgleichungen (Teilprojektleiter Klein, Rupert ;  Schneider, Reinhold ;  Yserentant, Harry )
• B06 - Daten- und tensorbasierte Analyse von Mehrskalensystemen (Teilprojektleiter Eisert, Jens ;  Klus, Stefan ;  Schütte, Christof )
• B07 - Selbstähnlichkeiten in turbulenten Strömungen und die Konstruktion eines neuen LES Schließungsansatzes (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Klein, Rupert ;  Kutyniok, Gitta ;  Vercauteren, Nikki )
• C03 - Anomale Michaelis-Menten-Kinetik in dichtgepackter, heterogener Umgebung (Teilprojektleiter Höfling, Felix )
• C05 - Effektive Modelle für Materialen und Grenzflächen mit mehreren Skalen (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Knees, Dorothee ;  Mielke, Alexander )
• C06 - Die Wechselwirkung zwischen Fronten und Konvektion in den mittleren Breiten (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Pfahl, Stephan ;  Schielicke, Lisa )
• C08 - Stochastische, räumliche, koagulierende Teilchenprozesse (Teilprojektleiter König, Wolfgang ;  Patterson, Robert )

• Antragstellende Institution: Freie Universität Berlin
• Beteiligte Hochschule: Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg; Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg; Universität Potsdam
• Beteiligte Institution: Zuse-Institut Berlin (ZIB) ; Department Numerical Mathematics; Helmholtz-Zentrum Potsdam - Deutsches GeoForschungsZentrum (GFZ); Weierstraß-Institut für Angewandte Analysis und Stochastik (WIAS); Leibniz-Institut im Forschungsverbund Berlin e. V.
• Sprecherinnen / Sprecher: Professor Dr.-Ing. Rupert Klein, bis 3/2021; Professor Dr. Ralf Kornhuber, von 3/2021 bis 2/2022; Professor Dr. Frank Noé, von 2/2022 bis 8/2022; Professorin Dr. Marita Thomas, seit 9/2022