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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.
Die patienten-fokussierte Psychotherapieforschung hat das Ziel, den Erfolg von Psychotherapie durch die kontinuierliche Messung und Rückmeldung von Prozessvariablen zu verbessern. Es konnte bereits gezeigt werden, dass nicht nur Patienten-spezifische Charakterisitika, wie die Symptomreduktion, sondern auch dyadische Merkmale, wie die therapeutische Beziehung, indikativ sind. Ein vielversprechender neuer Ansatz bzgl. der Messung dyadischer Charakteristika ist nonverbale Synchronie, die definiert ist als Bewegungskoordination zwischen Interaktionspartnern. Nonverbale Synchronie kann inzwischen objektiv und automatisch in Therapievidoes gemessen werden, was die Methodik frei von Biases wie selektiver Wahrnehmung oder sozialer Erwünschtheit macht. Frühe Studien aus der Sozial- und Entwicklungspsychologie konnten Zusammenhänge mit sozialer Bindung und Sympathie finden. Erste Studien aus der Psychotherapieforschung weisen auf Zusammenhänge zwischen nonverbaler Synchronie und der Therapiebeziehung sowie dem Therapieerfolg hin und geben erste Hinweise darauf, dass nonverbale Synchronie eine zusätzliche Informationsquelle für dyadische Aspekte sein kann, mit der man zukünftig frühzeitig Therapieerfolge vorhersagen könnte. Die vorliegende Arbeit beinhaltet drei Studien zu nonverbaler Synchronie in der ambulanten Psychotherapie und Zusammenhängen mit therapeutischen Prozessen. In Studie 1 wurde nonverbale Synchronie in einer diagnose-heterogenen Stichprobe von N=143 Patienten zu Therapiebeginn gemessen. Mittels Mehrebenenanalysen konnte die Validität der Messmethodik bestätigt werden. Des weiteren wurden Zusammenhänge mit bestimmten Artes des Therapieerfolgs gefunden: Patienten, die unverändert die Therapie abbrachen zeigten das niedrigste Level an Synchronie, während Patienten, die unverändert die Therapie zu Ende führten das höchste Level hatte und Patienten mit einer reliablen Symptomreduktion ein mittleres Level an nonverbaler Synchrony aufwiesen (auch unter Kontrolle der Therapiebeziehung). In Studie 2 wurden nonverbale Synchronie und die Bewegungsmenge zu Therapiebeginn und zum Therapieende erfasst und in zwei Stichproben von Patienten mit Depression (N=68) und Patienten mit Angststörungen (N=25) verglichen. Mehrebenenanalysen zeigten weniger Bewegungsmenge und Synchronie bei Dyaden mit depressiven Patienten, wobei sich beide Gruppen zum Therapieende nicht mehr in der nonverbalen Synchronie unterschieden. In Studie 3 wurde nonverbale Synchronie in einer Stichprobe von N=111 Patienten mit Sozialer Phobie zu vier Zeitpunkten im Therapieverlauf gemessen (N=346 Videos). Mehrebenenanalysen zeigten einen kontinuierlich sinkenden Verlauf der Synchronie und einen Moderationseffekt auf den Zusammenhang zwischen frühen Verbesserungen und dem Therapieerfolg.
A matrix A is called completely positive if there exists an entrywise nonnegative matrix B such that A = BB^T. These matrices can be used to obtain convex reformulations of for example nonconvex quadratic or combinatorial problems. One of the main problems with completely positive matrices is checking whether a given matrix is completely positive. This is known to be NP-hard in general. rnrnFor a given matrix completely positive matrix A, it is nontrivial to find a cp-factorization A=BB^T with nonnegative B since this factorization would provide a certificate for the matrix to be completely positive. But this factorization is not only important for the membership to the completely positive cone, it can also be used to recover the solution of the underlying quadratic or combinatorial problem. In addition, it is not a priori known how many columns are necessary to generate a cp-factorization for the given matrix. The minimal possible number of columns is called the cp-rank of A and so far it is still an open question how to derive the cp-rank for a given matrix. Some facts on completely positive matrices and the cp-rank will be given in Chapter 2. Moreover, in Chapter 6, we will see a factorization algorithm, which, for a given completely positive matrix A and a suitable starting point, computes the nonnegative factorization A=BB^T. The algorithm therefore returns a certificate for the matrix to be completely positive. As introduced in Chapter 3, the fundamental idea of the factorization algorithm is to start from an initial square factorization which is not necessarily entrywise nonnegative, and extend this factorization to a matrix for which the number of columns is greater than or equal to the cp-rank of A. Then it is the goal to transform this generated factorization into a cp-factorization. This problem can be formulated as a nonconvex feasibility problem, as shown in Section 4.1, and solved by a method which is based on alternating projections, as proven in Chapter 6. On the topic of alternating projections, a survey will be given in Chapter 5. Here we will see how to apply this technique to several types of sets like subspaces, convex sets, manifolds and semialgebraic sets. Furthermore, we will see some known facts on the convergence rate for alternating projections between these types of sets. Considering more than two sets yields the so called cyclic projections approach. Here some known facts for subspaces and convex sets will be shown. Moreover, we will see a new convergence result on cyclic projections among a sequence of manifolds in Section 5.4. In the context of cp-factorizations, a local convergence result for the introduced algorithm will be given. This result is based on the known convergence for alternating projections between semialgebraic sets. To obtain cp-facrorizations with this first method, it is necessary to solve a second order cone problem in every projection step, which is very costly. Therefore, in Section 6.2, we will see an additional heuristic extension, which improves the numerical performance of the algorithm. Extensive numerical tests in Chapter 7 will show that the factorization method is very fast in most instances. In addition, we will see how to derive a certificate for the matrix to be an element of the interior of the completely positive cone. As a further application, this method can be extended to find a symmetric nonnegative matrix factorization, where we consider an additional low-rank constraint. Here again, the method to derive factorizations for completely positive matrices can be used, albeit with some further adjustments, introduced in Section 8.1. Moreover, we will see that even for the general case of deriving a nonnegative matrix factorization for a given rectangular matrix A, the key aspects of the completely positive factorization approach can be used. To this end, it becomes necessary to extend the idea of finding a completely positive factorization such that it can be used for rectangular matrices. This yields an applicable algorithm for nonnegative matrix factorization in Section 8.2. Numerical results for this approach will suggest that the presented algorithms and techniques to obtain completely positive matrix factorizations can be extended to general nonnegative factorization problems.
The harmonic Faber operator
(2018)
P. K. Suetin points out in the beginning of his monograph "Faber Polynomials and Faber Series" that Faber polynomials play an important role in modern approximation theory of a complex variable as they are used in representing analytic functions in simply connected domains, and many theorems on approximation of analytic functions are proved with their help [50]. In 1903, the Faber polynomials were firstly discovered by G. Faber. It was Faber's aim to find a generalisation of Taylor series of holomorphic functions in the open unit disc D in the following way. As any holomorphic function in D has a Taylor series representation f(z)=\sum_{\nu=0}^{\infty}a_{\nu}z^{\nu} (z\in\D) converging locally uniformly inside D, for a simply connected domain G, Faber wanted to determine a system of polynomials (Q_n) such that each function f being holomorphic in G can be expanded into a series
f=\sum_{\nu=0}^{\infty}b_{\nu}Q_{\nu} converging locally uniformly inside G. Having this goal in mind, Faber considered simply connected domains bounded by an analytic Jordan curve. He constructed a system of polynomials (F_n) with this property. These polynomials F_n were named after him as Faber polynomials. In the preface of [50], a detailed summary of results concerning Faber polynomials and results obtained by the aid of them is given. An important application of Faber polynomials is e.g. the transfer of known assertions concerning polynomial approximation of functions belonging to the disc algebra to results of the approximation of functions being continuous on a compact continuum K which contains at least two points and has a connected complement and being holomorphic in the interior of K. In this field, the Faber operator denoted by T turns out to be a powerful tool (for an introduction, see e.g. D. Gaier's monograph). It
assigns a polynomial of degree at most n given in the monomial basis \sum_{\nu=0}^{n}a_{\nu}z^{\nu} with a polynomial of degree at most n given in the basis of Faber polynomials \sum_{\nu=0}^{n}a_{\nu}F_{\nu}. If the Faber operator is continuous with respect to the uniform norms, it has a unique continuous extension to an operator mapping the disc algebra onto the space of functions being continuous on the whole compact continuum and holomorphic in its interior. For all f being element of the disc algebra and all polynomials P, via the obvious estimate for the uniform norms ||T(f)-T(P)||<= ||T|| ||f-P||, it can be seen that the original task of approximating F=T(f) by polynomials is reduced to the polynomial approximation of the function f. Therefore, the question arises under which conditions the Faber operator is continuous and surjective. A fundamental result in this regard was established by J. M. Anderson and J. Clunie who showed that if the compact continuum is bounded by a rectifiable Jordan curve with bounded boundary rotation and free from cusps, then the Faber operator with respect to the uniform norms is a topological isomorphism. Now, let f be a harmonic function in D. Similar as above, we find that f has a uniquely determined representation f=\sum_{\nu=-\infty}^{\infty}a_{\nu}p_{\nu}
converging locally uniformly inside D where p_{n}(z)=z^{n} for n\in\N_{0} and p_{-n}(z)=\overline{z}^{n} for n\in\N}. One may ask whether there is an analogue for harmonic functions on simply connected domains G. Indeed, for a domain G bounded by an analytic Jordan curve, the conjecture that each function f being harmonic in G has a uniquely determined representation f=\sum_{\nu= \infty}^{\infty}b_{\nu}F_{\nu} where F_{-n}(z)=\overline{F_{n}(z\)} for n\inN, converging locally uniformly inside G, holds true. Let now K be a compact continuum containing at least two points and having a connected complement. A main component of this thesis will be the examination of the harmonic Faber operator mapping a harmonic polynomial given in the basis of the harmonic monomials \sum_{\nu=-n}^{n}a_{\nu}p_{\nu} to a harmonic polynomial given as \sum_{\nu=-n}^{n}a_{\nu}F_{\nu}.
If this operator, which is based on an idea of J. Müller, is continuous with respect to the uniform norms, it has a unique continuous extension to an operator mapping the functions being continuous on \partial\D onto the continuous functions on K being
harmonic in the interior of K. Harmonic Faber polynomials and the harmonic Faber operator will be the objects accompanying us throughout
our whole discussion. After having given an overview about notations and certain tools we will use in our consideration in the first chapter, we begin our studies with an introduction to the Faber operator and the harmonic Faber operator. We start modestly and consider domains bounded by an analytic Jordan curve. In Section 2, as a first result, we will show that, for such a domain G, the harmonic Faber operator has a unique continuous extension to an operator mapping the space of the harmonic functions in D onto the space
of the harmonic functions in G, and moreover, the harmonic Faber
operator is an isomorphism with respect to the topologies of locally
uniform convergence. In the further sections of this chapter, we illumine the behaviour of the (harmonic) Faber operator on certain function spaces. In the third chapter, we leave the situation of compact continua bounded by an analytic Jordan curve. Instead we consider closures of domains bounded by Jordan curves having a Dini continuous curvature. With the aid of the concept of compact operators and the Fredholm alternative, we are able to show that the harmonic Faber operator is a topological isomorphism. Since, in particular, the main result of the third chapter holds true for closures K of domains bounded by analytic Jordan curves, we can make use of it to obtain new results concerning the approximation of functions being continuous on K and harmonic in the interior of K by harmonic polynomials. To do so, we develop techniques applied by L. Frerick and J. Müller in [11] and adjust them to our setting. So, we can transfer results about the classic Faber operator to the harmonic Faber operator. In the last chapter, we will use the theory of harmonic Faber polynomials
to solve certain Dirichlet problems in the complex plane. We pursue
two different approaches: First, with a similar philosophy as in [50],
we develop a procedure to compute the coefficients of a series \sum_{\nu=-\infty}^{\infty}c_{\nu}F_{\nu} converging uniformly to the solution of a given Dirichlet problem. Later, we will point out how semi-infinite programming with harmonic Faber polynomials as ansatz functions can be used to get an approximate solution of a given Dirichlet problem. We cover both approaches first from a theoretical point of view before we have a focus on the numerical implementation of concrete examples. As application of the numerical computations, we considerably obtain visualisations of the concerned Dirichlet problems rounding out our discussion about the harmonic Faber polynomials and the harmonic Faber operator.
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.
Auf politischer Ebene hat die Finanzierung von Kleinstunternehmen, kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) durch die europäische Finanz- und Wirtschaftskrise eine hohe Bedeutung erhalten, da mehr als 99% aller europäischen Unternehmen in Europa dieser Kategorie angehören. Als Reaktion auf die oftmals schwierige Finanzierungssituation von KMU, die maßgeblich zur Gefährdung der Innovationsfähigkeit und der Entwicklung der europäischen Wirtschaft beitragen kann, wurden spezielle staatliche Programme aufgelegt. Trotz des vermehrten Interesses auf politischer und akademischer Ebene bezüglich KMU-Finanzierung, gibt es jedoch auf europäischer Ebene nur wenig empirische Evidenz. Diese Dissertation beschäftigt sich daher in fünf verschiedenen empirischen Studien zu aktuellen Forschungslücken hinsichtlich der Finanzierung von Kleinstunternehmen, kleinen und mittleren Unternehmen in Europa und mit neuen Finanzierungsinstrumenten für innovative Unternehmen oder Start-Ups.
Zunächst wird basierend auf zwei empirischen Untersuchungen (Kapitel 2 und 3) der Status Quo der KMU-Finanzierung in Europa dargelegt. Die Finanzierung von KMU in Europa ist sehr heterogen. Einerseits sind KMU als Gruppe keine homogene Gruppe, da Kleinstunternehmen (< 10 Mitarbeiter), kleine (10–49 Mitarbeiter) und mittlere (50–249 Mitarbeiter) Unternehmen sich nicht nur in ihren Charakteristiken unterscheiden, sondern auch unterschiedliche Finanzierungsmöglichkeiten und -bedürfnisse besitzen. Andererseits existieren Länderunterschiede in der Finanzierung von KMU in Europa. Die Ergebnisse dieser beiden Studien (Kapitel 2 und 3), die auf einer Umfrage der Europäischen Zentralbank und der Europäischen Kommission („SAFE survey“) beruhen, verdeutlichen dies: KMU in Europa verwenden unterschiedliche Finanzierungsmuster und nutzen Finanzierungsmuster komplementär oder substitutiv zueinander. Die verschiedenen Finanzierungsmuster sind wiederum gekennzeichnet durch firmen-, produkt-, und länderspezifische Charakteristika, aber auch durch makroökonomische Variablen (z. B. Inflationsraten).
In Kapitel 3 der Dissertation werden gezielt die Unterschiede zwischen der Finanzierung von Kleinstunternehmen im Vergleich zu kleinen und mittleren Unternehmen untersucht. Während kleine und mittlere Unternehmen eine Vielzahl an verschiedenen Finanzierungsinstrumenten parallel zueinander nutzen (z. B. subventionierte Bankkredite parallel zu Banken-, Überziehungs- und Lieferantenkrediten), greifen Kleinstunternehmen auf wenige Instrumente gleichzeitig zurück (insbesondere kurzfristiges Fremdkapital). Folglich finanzieren sich Kleinstunternehmen entweder intern oder über Überziehungskredite. Die Ergebnisse der Dissertation zeigen somit, dass die Finanzierung der KMU nicht homogen ist. Insbesondere Kleinstunternehmen sollten als eine eigenständige Gruppe innerhalb der KMU mit charakteristischen Finanzierungsmustern behandelt werden.
Innovative Firmen und Start-Ups gelten als wichtiger Motor für die Entwicklung der regionalen Wirtschaft. Auch sie werden in der akademischen Literatur häufig mit Finanzierungsschwierigkeiten in Verbindung gebracht, die das Wachstum und Überleben dieser Unternehmen erschwert. Der zweite Teil der Dissertation beinhaltet daher zwei empirische Studien zu dieser Thematik. Zunächst werden in Kapitel 4 in einer ersten Studie die regionalen und firmenspezifischen Faktoren untersucht, die den Output des geistigen Eigentums erhöhen. Insbesondere regionale Faktoren wurden bisher unzureichend untersucht, welche jedoch speziell für die politischen Entscheidungsträger von besonderer Relevanz sind. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass der Erhalt von Venture Capital neben der Firmengröße einen signifikanten Einfluss auf die Höhe des geistigen Eigentums haben. Zwar spielen technische Universitäten keine Rolle bezüglich des Outputs, jedoch zeigt sich ein signifikant positiver Effekt der Studentenrate auf den jeweiligen Output des geistigen Eigentums. Basierend auf diesen Ergebnissen wird in einer zweiten Studie gezielt auf das Finanzierungsinstrument Venture Capital eingegangen und zwischen verschiedenen VC Typen unterschieden: staatliche, unabhängige und Corporate Venture Capital Firmen. Die Ergebnisse zeigen, dass insbesondere Regionen mit einem Angebot an qualifiziertem Humankapital staatliche Venture Capital Investitionen anziehen. Des Weiteren investieren insbesondere Corporate und staatliche Venture Capital Firmen vermehrt in ländliche Regionen.
Als neues Finanzierungsinstrument für besonders innovative Unternehmer hat sich das „Initial Coin Offering (ICO)“ in den letzten Jahren herauskristallisiert, womit sich Kapitel 5 näher beschäftigt. Mithilfe einer Zeitreihenanalyse werden Marktzyklen von ICO Kampagnen, bitcoin und Ether Preisen analysiert. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass vergangene ICOs die folgenden ICOs positiv beeinflussen. Zudem haben ICOs einen negativen Einfluss auf die Kryptowährungen Bitcoin und Ether, wohingegen sich der Preis des bitcoin positiv auf den Preis des Ethers auswirkt.
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.
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.
This thesis is focused on improving the knowledge on a group of threatened species, the European cave salamanders (genus Hydromantes). There are three main sections gathering studies dealing with different topics: Ecology (first part), Life traits (second part) and Monitoring methodologies (third part). First part starts with the study of the response of Hydromantes to the variation of climatic conditions, analysing 15 different localities throughout a full year (CHAPTER I; published in PEERJ in August 2015). After that, the focus moves on identify which is the operative temperature that these salamander experience, including how their body respond to variation of environmental temperature. This study was conducted using one of the most advanced tool, an infrared thermocamera, which gave the opportunity to perform detailed observation on salamanders body (CHAPTER II; published in JOURNAL OF THERMAL BIOLOGY in June 2016). In the next chapter we use the previous results to analyse the ecological niche of all eight Hydromantes species. The study mostly underlines the mismatch between macro- and microscale analysis of ecological niche, showing a weak conservatism of ecological niches within the evolution of species (CHAPTER III; unpublished manuscript). We then focus only on hybrids, which occur within the natural distribution of mainland species. Here, we analyse if the ecological niche of hybrids shows divergences from those of parental species, thus evaluating the power of hybrids adaptation (CHAPTER IV; unpublished manuscript). Considering that hybrids may represent a potential threat for parental species (in terms of genetic erosion and competition), we produced the first ecological study on an allochthonous mixed population of Hydromantes, analysing population structure, ecological requirements and diet. The interest on this particular population mostly comes by the fact that its members are coming from all three mainland Hydromantes species, and thus it may represent a potential source of new hybrids (CHAPTER V; accepted in AMPHIBIA-REPTILIA in October 2017). The focus than moves on how bioclimatic parameters affect species within their distributional range. Using as model species the microendemic H. flavus, we analyse the relationship between environmental suitability and local abundance of the species, also focusing on all intermediate dynamics which provide useful information on spatial variation of individual fitness (CHAPTER VI; submitted to SCIENTIFIC REPORTS in November 2017). The first part ends with an analysis of the interaction between Hydromantes and Batracobdella algira leeches, the only known ectoparasite for European cave salamanders. Considering that the effect of leeches on their hosts is potentially detrimental, we investigated if these ectoparasites may represent a further threat for Hydromantes (CHAPTER VII; submitted to INTERNATIONAL JOURNAL FOR PARASITOLOGY: PARASITES AND WILDLIFE in November 2017). The second part is related to the reproduction of Hydromantes. In the first study we perform analyses on the breeding behaviour of several females belonging to a single population, identifying differences and similarities occurring in cohorting females (CHAPTER VIII; published in NORTH-WESTERN JOURNAL OF ZOOLOGY in December 2015). In the second study we gather information from all Hydromantes species, analysing size and development of breeding females, and identifying a relationship between breeding time and climatic conditions (CHAPTER IX; submitted to SALAMANDRA in June 2017). In the last part of this thesis, we analyse two potential methods for monitoring Hydromantes populations. In the first study we evaluate the efficiency of the marking method involving Alpha tags (CHAPTER X; published in SALAMANDRA in October 2017). In the second study we focus on evaluating N-mixtures models as a methodology for estimating abundance in wild populations (CHAPTER XI; submitted to BIODIVERSITY & CONSERVATION in October 2017).