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Ziel der Dissertation ist es, den Hochwasserschutz und das Management extremer Hoch-wasser für das Einzugsgebiet der Isar zu verbessern mit Hinblick darauf, wie sich vorhandene und neu zu schaffende Retentionsräume mit optimaler Wirkung für das gesamte Flusssystem einsetzen lassen. Dafür sind Kenntnisse über extreme Ereignisse und deren Auswirkung auf die betrachteten Einzugsgebiete notwendig. Großskalige Niederschläge in Mitteleuropa werden überwiegend durch Vb-artige Zugbahnen ausgelöst. Die Relevanz für Bayern zeigt die Auswertung des neuesten Kataloges der Vb-Zugbahnen für den Zeitraum 1959 bis 2015. In den Monaten April bis Oktober haben Vb-Zugbahnen zu ca. 30 % der beobachten Hochwasser beigetragen. Im Sommer führt sogar jedes zweite Vb-Tief zu Hochwasser. Im Donaueinzugsgebiet können 50 % der 20 größten Hochwasser direkt auf Vb-Zugbahnen zurückgeführt werden, weitere 25 % durch ähnliche Zugbahnen oder auf eine Vb aktiven Phase. Über die Hälfe der größten Hochwasser traten dabei in Bezug zu einer Serie von Vb-Tiefs auf. 60 % der Vb-Zugbahnen sind Teil einer Serie von Vb-Tiefs. Aus wiederkehrenden Niederschlägen persistenter Zugbahnen resultieren mehrgipflige Hochwasserwellen, die insbesondere für Rückhalteräume betrachtet werden müssen (DIN 19700). Die Detailuntersuchung erfolgt unter besonderer Beachtung der Untersuchungen zu den Vb-Zugbahnen. Das Isareinzugsgebiet mit 8900 km-² besitzt mit den Seen im Voralpenland große natürliche Retentionsräume und mit dem Sylvensteinspeicher im alpinen Einzugsgebiet den größten staatlichen Speicher Bayerns. Für die Wirkungsanalyse von gekoppelten Hoch-wasserrückhalteräumen in komplexen Einzugsgebieten müssen Ganglinien mit einem Nie-derschlag-Abfluss-Modell generiert werden, die den Wellenablauf des Hochwassers im ge-samten Einzugsgebiet repräsentieren. Die Dissertation analysiert, wie sich der Einsatz ver-schiedener Verfahren zur Vorgabe der Eingangsniederschläge auswirkt. Dabei liegt der Schwerpunkt der Untersuchung auf dem Niederschlagsverlauf. Es wird ein Verfahren zur Ableitung von Ganglinien aus standardisierten beobachteten Niederschlagsverläufen entwi-ckelt. Die Hochwasserganglinien, generiert aus synthetischen Niederschlagsverläufen der Bemessung, werden am Beispiel des Sylvensteinspeichers mit den drei größten abgelaufe-nen Hochwasserereignissen verglichen und diskutiert, ob mit dem neuen Verfahren die Cha-rakteristik der beobachten Hochwasser besser wiedergeben wird. Der Fokus liegt dabei auf der Wellenüberlagerung. Es kann für das ganze Gebiet gezeigt werden, dass die mit der neuen Methode standardisierten beobachteten Niederschlagsverläufe besser geeignet sind, die Wellenüberlagerung wiederzugeben, da zeitliche Unterschiede durch die Staueffekte an den Alpen berücksichtigt werden, wie sie bei Vb-Zugbahn geprägten Niederschlägen entste-hen. Es kann daher bei ähnlichen Fragestellungen empfohlen werden, diese Methode in der Praxis als Variante hinzuzuziehen, um die natürlichen Prozesse repräsentativer zu beschrei-ben. Für die Simulation mit dem N-A-Modell LARSIM werden die Unsicherheiten durch Varianten-rechnungen gezeigt. Es hat sich herausgestellt, dass nicht nur der Niederschlagsverlauf und die Vorbedingungen des Ereignisses eine große Auswirkung auf die Kalibrierung der Ab-flussbeiwerte im N-A-Modell haben, sondern auch das gewählte Flood-Routing-Verfahren und die Gerinnerauheit. Schließlich wird die Bewertung der potenziellen Standorte durchgeführt. Es wird berechnet, wo das Hochwasser zurückgehalten werden muss, um sowohl eine lokale Reduktion des Hochwasserscheitels, als auch gleichzeitig eine möglichst große Schutzwirkung für das Ge-samtsystem zu ermöglichen. Priorisiert werden Rückhaltestandorte, die praktisch umsetzbar sind und den größten Nutzen haben. Die Untersuchung einer Doppelwelle, die durch eine Serie von Vb-Zugbahnen entstehen kann, zeigt, wie die Einschätzung potenzieller Standorte verändern kann. Der alpine und zum Teil der voralpine Raum reagieren mit kurzen steilen Ganglinien und sind gegenüber Doppelwellen weniger sensitiv, weil kaum Wellenüberlagerung entsteht. Für den Sylvensteinspeicher, der im alpinen Raum liegt, können daher kurze Niederschlagspausen für eine schnelle Entlastung des Speicherraumes genutzt werden. Un-terhalb von Seen mit einem großen Retentionsvermögen erzeugen Doppelwellen aufgrund der langen Retentionsäste durch die Wellenüberlagerung deutlich höhere Abflüsse als Ein-zelwellen. Rückhalt an der oberen Isar ist unter diesen Kriterien am optimalsten. Empfohlene Maßnahmen - ohne Bauaufwand - konnten bereits umgesetzt werden und verbessern den Hochwasserschutz und das Hochwassermanagement an der Isar. Die Auswertungen zeigen, dass in den Monaten April, Mai, September und Oktober die Hochwasserereignisse in Folge von Vb-Zugbahnen im Zuge der Klimaveränderung häufiger und in den Sommermonaten extremer werden könnten.
This thesis considers the general task of computing a partition of a set of given objects such that each set of the partition has a cardinality of at least a fixed number k. Among such kinds of partitions, which we call k-clusters, the objective is to find the k-cluster which minimises a certain cost derived from a given pairwise difference between objects which end up the same set. As a first step, this thesis introduces a general problem, denoted by (||.||,f)-k-cluster, which models the task to find a k-cluster of minimum cost given by an objective function computed with respect to specific choices for the cost functions f and ||.||. In particular this thesis considers three different choices for f and also three different choices for ||.|| which results in a total of nine different variants of the general problem. Especially with the idea to use the concept of parameterised approximation, we first investigate the role of the lower bound on the cluster cardinalities and find that k is not a suitable parameter, due to remaining NP-hardness even for the restriction to the constant 3. The reductions presented to show this hardness yield the even stronger result which states that polynomial time approximations with some constant performance ratio for any of the nine variants of (||.||,f)-k-cluster require a restriction to instances for which the pairwise distance on the objects satisfies the triangle inequality. For this restriction to what we informally refer to as metric instances, constant-factor approximation algorithms for eight of the nine variants of (||.||,f)-k-cluster are presented. While two of these algorithms yield the provably best approximation ratio (assuming P!=NP), others can only guarantee a performance which depends on the lower bound k. With the positive effect of the triangle inequality and applications to facility location in mind, we discuss the further restriction to the setting where the given objects are points in the Euclidean metric space. Considering the effect of computational hardness caused by high dimensionality of the input for other related problems (curse of dimensionality) we check if this is also the source of intractability for (||.||,f)-k-cluster. Remaining NP-hardness for restriction to small constant dimensionality however disproves this theory. We then use parameterisation to develop approximation algorithms for (||.||,f)-k-cluster without restriction to metric instances. In particular, we discuss structural parameters which reflect how much the given input differs from a metric. This idea results in parameterised approximation algorithms with parameters such as the number of conflicts (our name for pairs of objects for which the triangle inequality is violated) or the number of conflict vertices (objects involved in a conflict). The performance ratios of these parameterised approximations are in most cases identical to those of the approximations for metric instances. This shows that for most variants of (||.||,f)-k-cluster efficient and reasonable solutions are also possible for non-metric instances.
At any given moment, our senses are assaulted with a flood of information from the environment around us. We need to pick our way through all this information in order to be able to effectively respond to that what is relevant to us. In most cases we are usually able to select information relevant to our intentions from what is not relevant. However, what happens to the information that is not relevant to us? Is this irrelevant information completely ignored so that it does not affect our actions? The literature suggests that even though we mayrnignore an irrelevant stimulus, it may still interfere with our actions. One of the ways in which irrelevant stimuli can affect actions is by retrieving a response with which it was associated. An irrelevant stimulus that is presented in close temporal contiguity with a relevant stimulus can be associated with the response made to the relevant stimulus " an observation termed distractor-response binding (Rothermund, Wentura, & De Houwer, 2005). The studies presented in this work take a closer look at such distractor-response bindings, and therncircumstances in which they occur. Specifically, the study reported in chapter 6 examined whether only an exact repetition of the distractor can retrieve the response with which it was associated, or whether even similar distractors may cause retrieval. The results suggested that even repeating a similar distractor caused retrieval, albeit less than an exact repetition. In chapter 7, the existence of bindings between a distractor and a response were tested beyond arnperceptual level, to see whether they exist at an (abstract) conceptual level. Similar to perceptual repetition, distractor-based retrieval of the response was observed for the repetition of concepts. The study reported in chapter 8 of this work examined the influence of attention on the feature-response binding of irrelevant features. The results pointed towards a stronger binding effects when attention was directed towards the irrelevant feature compared to whenrnit was not. The study in chapter 9 presented here looked at the processes underlying distractor-based retrieval and distractor inhibition. The data suggest that motor processes underlie distractor-based retrieval and cognitive process underlie distractor inhibition. Finally, the findings of all four studies are also discussed in the context of learning.
Water-deficit stress, usually shortened to water- or drought stress, is one of the most critical abiotic stressors limiting plant growth, crop yield and quality concerning food production. Today, agriculture consumes about 80-90% of the global freshwater used by humans and about two thirds are used for crop irrigation. An increasing world population and a predicted rise of 1.0-2.5-°C in the annual mean global temperature as a result of climate change will further increase the demand of water in agriculture. Therefore, one of the most challenging tasks of our generation is to reduce the amount water used per unit yield to satisfy the second UN Sustainable Development Goal and to ensure global food security. Precision agriculture offers new farming methods with the goal to improve the efficiency of crop production by a sustainable use of resources. Plant responses to water stress are complex and co-occur with other environmental stresses under natural conditions. In general, water stress causes plant physiological and biochemical changes that depend on the severity and the duration of the actual plant water deficit. Stomatal closure is one of the first responses to plant water stress causing a decrease in plant transpiration and thus an increase in plant temperature. Prolonged or severe water stress leads to irreversible damage to the photosynthetic machinery and is associated with decreasing chlorophyll content and leaf structural changes (e.g., leaf rolling). Since a crop can already be irreversibly damaged by only mild water deficit, a pre-visual detection of water stress symptoms is essential to avoid yield loss. Remote sensing offers a non-destructive and spatio-temporal method for measuring numerous physiological, biochemical and structural crop characteristics at different scales and thus is one of the key technologies used in precision agriculture. With respect to the detection of plant responses to water stress, the current state-of-the-art hyperspectral remote sensing imaging techniques are based on measurements of thermal infrared emission (TIR; 8-14 -µm), visible, near- and shortwave infrared reflectance (VNIR/SWIR; 0.4-2.5 -µm), and sun-induced fluorescence (SIF; 0.69 and 0.76 -µm). It is, however, still unclear how sensitive these techniques are with respect to water stress detection. Therefore, the overall aim of this dissertation was to provide a comparative assessment of remotely sensed measures from the TIR, SIF, and VNIR/SWIR domains for their ability to detect plant responses to water stress at ground- and airborne level. The main findings of this thesis are: (i) temperature-based indices (e.g., CWSI) were most sensitive for the detection of plant water stress in comparison to reflectance-based VNIR/SWIR indices (e.g., PRI) and SIF at both, ground- and airborne level, (ii) for the first time, spectral emissivity as measured by the new hyperspectral TIR instrument could be used to detect plant water stress at ground level. Based on these findings it can be stated that hyperspectral TIR remote sensing offers great potential for the detection of plant responses to water stress at ground- and airborne level based on both TIR key variables, surface temperature and spectral emissivity. However, the large-scale application of water stress detection based on hyperspectral TIR measures in precision agriculture will be challenged by several problems: (i) missing thresholds of temperature-based indices (e.g., CWSI) for the application in irrigation scheduling, (ii) lack of current TIR satellite missions with suitable spectral and spatial resolution, (iii) lack of appropriate data processing schemes (including atmosphere correction and temperature emissivity separation) for hyperspectral TIR remote sensing at airborne- and satellite level.
Die qualifizierte Zuwanderung nach Deutschland wird als eine Möglichkeit angesehen, um bestehenden und drohenden Fachkräfteengpässen entgegen zu wirken. Dementsprechend hat auch die Bundesregierung in den letzten Jahren Maßnahmen zur Fachkräftesicherung durch Zugewanderte ergriffen (wie z.B. Gesetz zur Verbesserung der Feststellung und Anerkennung im Ausland erworbener Berufsqualifikationen (kurz: Anerkennungsgesetz), Neue Beschäftigungsverordnung, Blaue Karte EU). Ob eine erfolgreiche Integration in den Arbeitsmarkt jedoch letztendlich gelingt, ist sehr stark von den betrieblichen Entscheidungen bei der Stellenbesetzung und damit dem direkten Zugang zum Arbeitsmarkt abhängig. Angesichts der getroffenen politischen Maßnahmen widmet sich diese Dissertation daher der Frage, inwiefern die Betriebe in Deutschland die Möglichkeit, offene Stellen mit ausländischen Fachkräften zu besetzen, auch wahrnehmen. Von Interesse sind die Faktoren, die die Beschäftigungswahrscheinlichkeit von ausländischen Fachkräften in deutschen Betrieben erhöhen und in den Rekrutierungsentscheidungen als ausschlaggebend gelten. Um zu evaluieren, inwiefern sich, erstens, Vorbehalte von Personalentscheidern gegenüber ausländischen Abschlüssen und, zweitens, Erfahrungen mit den Möglichkeiten, die das Anerkennungsgesetz bietet, auf die Beschäftigungschancen von Bildungsausländern auswirken, werden im ersten empirischen Teil der Arbeit dahingehend Analysen auf Basis repräsentativer Daten der Betriebsbefragung des BIBB-Anerkennungsmonitorings durchgeführt. Dabei werden zusätzlich die Einflüsse von betrieblich erfahrenen und erwarteten Fachkräfteengpässen der Betriebe auf die Beschäftigungschancen ausländischer Fachkräfte analysiert. Es zeigt sich, dass Erfahrungen mit dem Anerkennungsgesetz die Beschäftigungschancen von Bildungsausländern erhöhen. Ebenfalls positiv auf deren Beschäftigungschancen wirken sich Fachkräfteengpässe aus. Auf diesen Ergebnissen aufbauend, werden im zweiten empirischen Teil der Forschungsarbeit die jeweiligen Einflussfaktoren bei der Rekrutierung von Bildungsausländern bzw. ausländischen Fachkräften differenzierter analysiert. Dazu kommt im Rahmen einer Follow-Up-Studie zur Betriebsbefragung des BIBB-Anerkennungsmonitorings ein Faktorielles Survey Design zum Einsatz. Mit Hilfe des Faktoriellen Survey Experiment werden Rekrutierungsprozesse simuliert, in denen Bewerber verschiedener Nationalitäten, mit ausländischem und deutschem Berufsabschluss, mit und ohne Berufserfahrung oder mit und ohne Deutsch- und Englischkenntnissen präsentiert werden. Zur Überprüfung der Wirkung von Fachkräfteengpässen wird zum einen im Faktoriellen Survey auch die Anzahl an Bewerbern variiert. Zum anderen wird der Einfluss auf die Einstellungswahrscheinlichkeit getestet, wenn die vakante Stelle in einem Beruf zu besetzen ist, der von der Bundesagentur für Arbeit als Engpassberuf gekennzeichnet ist. Wenn es sich um eine in einem Engpassberuf vakante Stelle handelt, steigen die Rekrutierungschancen für qualifizierte Bewerber aus dem Ausland signifikant an. Ein solcher Effekt, der von einem im Faktoriellen Survey simulierten Bewerbermangel ausgeht, konnte hingegen nicht festgestellt werden. Vielmehr resultieren für ausländische Bewerber schlechtere Chancen, wenn die Personalentscheider aus einer Vielzahl an Bewerbungen auswählen können. Die stärksten Auswirkungen auf eine erfolgreiche Rekrutierung ausländischer Fachkräfte gehen von deutschen Sprachkenntnissen sowie Berufserfahrungen auf dem deutschen Arbeitsmarkt aus. Ausländische Berufsabschlüsse führen bei zugewanderten Bewerbern zu geringeren Einstellungschancen als entsprechende deutsche Abschlüsse. Die Ergebnisse des Faktoriellen Surveys können hier als belastbar angesehen werden, da das Erhebungsinstrument im dritten empirischen Teil dieser Dissertation einer methodischen Validitätsprüfung unterzogen wurde.
Surveys are commonly tailored to produce estimates of aggregate statistics with a desired level of precision. This may lead to very small sample sizes for subpopulations of interest, defined geographically or by content, which are not incorporated into the survey design. We refer to subpopulations where the sample size is too small to provide direct estimates with adequate precision as small areas or small domains. Despite the small sample sizes, reliable small area estimates are needed for economic and political decision making. Hence, model-based estimation techniques are used which increase the effective sample size by borrowing strength from other areas to provide accurate information for small areas. The paragraph above introduced small area estimation as a field of survey statistics where two conflicting philosophies of statistical inference meet: the design-based and the model-based approach. While the first approach is well suited for the precise estimation of aggregate statistics, the latter approach furnishes reliable small area estimates. In most applications, estimates for both large and small domains based on the same sample are needed. This poses a challenge to the survey planner, as the sampling design has to reflect different and potentially conflicting requirements simultaneously. In order to enable efficient design-based estimates for large domains, the sampling design should incorporate information related to the variables of interest. This may be achieved using stratification or sampling with unequal probabilities. Many model-based small area techniques require an ignorable sampling design such that after conditioning on the covariates the variable of interest does not contain further information about the sample membership. If this condition is not fulfilled, biased model-based estimates may result, as the model which holds for the sample is different from the one valid for the population. Hence, an optimisation of the sampling design without investigating the implications for model-based approaches will not be sufficient. Analogously, disregarding the design altogether and focussing only on the model is prone to failure as well. Instead, a profound knowledge of the interplay between the sample design and statistical modelling is a prerequisite for implementing an effective small area estimation strategy. In this work, we concentrate on two approaches to address this conflict. Our first approach takes the sampling design as given and can be used after the sample has been collected. It amounts to incorporate the survey design into the small area model to avoid biases stemming from informative sampling. Thus, once a model is validated for the sample, we know that it holds for the population as well. We derive such a procedure under a lognormal mixed model, which is a popular choice when the support of the dependent variable is limited to positive values. Besides, we propose a three pillar strategy to select the additional variable accounting for the design, based on a graphical examination of the relationship, a comparison of the predictive accuracy of the choices and a check regarding the normality assumptions.rnrnOur second approach to deal with the conflict is based on the notion that the design should allow applying a wide variety of analyses using the sample data. Thus, if the use of model-based estimation strategies can be anticipated before the sample is drawn, this should be reflected in the design. The same applies for the estimation of national statistics using design-based approaches. Therefore, we propose to construct the design such that the sampling mechanism is non-informative but allows for precise design-based estimates at an aggregate level.
In this thesis, we present a new approach for estimating the effects of wind turbines for a local bat population. We build an individual based model (IBM) which simulates the movement behaviour of every single bat of the population with its own preferences, foraging behaviour and other species characteristics. This behaviour is normalized by a Monte-Carlo simulation which gives us the average behaviour of the population. The result is an occurrence map of the considered habitat which tells us how often the bat and therefore the considered bat population frequent every region of this habitat. Hence, it is possible to estimate the crossing rate of the position of an existing or potential wind turbine. We compare this individual based approach with a partial differential equation based method. This second approach produces a lower computational effort but, unfortunately, we lose information about the movement trajectories at the same time. Additionally, the PDE based model only gives us a density profile. Hence, we lose the information how often each bat crosses special points in the habitat in one night. In a next step we predict the average number of fatalities for each wind turbine in the habitat, depending on the type of the wind turbine and the behaviour of the considered bat species. This gives us the extra mortality caused by the wind turbines for the local population. This value is used for a population model and finally we can calculate whether the population still grows or if there already is a decline in population size which leads to the extinction of the population. Using the combination of all these models, we are able to evaluate the conflict of wind turbines and bats and to predict the result of this conflict. Furthermore, it is possible to find better positions for wind turbines such that the local bat population has a better chance to survive. Since bats tend to move in swarm formations under certain circumstances, we introduce swarm simulation using partial integro-differential equations. Thereby, we have a closer look at existence and uniqueness properties of solutions.