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Abstracts book of oral presentations and poster contributions for the mid-term conference of the Interreg IVB NWE project ForeStClim. The international conference took place in Nancy (France) from 20. to 22. September 2010. The topics of the conference sessions were as follows:rnSession 1: Projecting forest sites and stand shiftsrnSession 2: Climate change and water: modelling across spatial and temporal scalesrnSession 3: Addressing climate change in practical silvicultural decision support
We are living in a connected world, surrounded by interwoven technical systems. Since they pervade more and more aspects of our everyday lives, a thorough understanding of the structure and dynamics of these systems is becoming increasingly important. However - rather than being blueprinted and constructed at the drawing board - many technical infrastructures like for example the Internet's global router network, the World Wide Web, large scale Peer-to-Peer systems or the power grid - evolve in a distributed fashion, beyond the control of a central instance and influenced by various surrounding conditions and interdependencies. Hence, due to this increase in complexity, making statements about the structure and behavior of tomorrow's networked systems is becoming increasingly complicated. A number of failures has shown that complex structures can emerge unintentionally that resemble those which can be observed in biological, physical and social systems. In this dissertation, we investigate how such complex phenomena can be controlled and actively used. For this, we review methodologies stemming from the field of random and complex networks, which are being used for the study of natural, social and technical systems, thus delivering insights into their structure and dynamics. A particularly interesting finding is the fact that the efficiency, dependability and adaptivity of natural systems can be related to rather simple local interactions between a large number of elements. We review a number of interesting findings about the formation of complex structures and collective dynamics and investigate how these are applicable in the design and operation of large scale networked computing systems. A particular focus of this dissertation are applications of principles and methods stemming from the study of complex networks in distributed computing systems that are based on overlay networks. Here we argue how the fact that the (virtual) connectivity in such systems is alterable and widely independent from physical limitations facilitates a design that is based on analogies between complex network structures and phenomena studied in statistical physics. Based on results about the properties of scale-free networks, we present a simple membership protocol by which scale-free overlay networks with adjustable degree distribution exponent can be created in a distributed fashion. With this protocol we further exemplify how phase transition phenomena - as occurring frequently in the domain of statistical physics - can actively be used to quickly adapt macroscopic statistical network parameters which are known to massively influence the stability and performance of networked systems. In the case considered in this dissertation, the adaptation of the degree distribution exponent of a random, scale-free overlay allows - within critical regions - a change of relevant structural and dynamical properties. As such, the proposed scheme allows to make sound statements about the relation between the local behavior of individual nodes and large scale properties of the resulting complex network structures. For systems in which the degree distribution exponent cannot easily be derived for example from local protocol parameters, we further present a distributed, probabilistic mechanism which can be used to monitor a network's degree distribution exponent and thus to reason about important structural qualities. Finally, the dissertation shifts its focus towards the study of complex, non-linear dynamics in networked systems. We consider a message-based protocol which - based on the Kuramoto model for coupled oscillators - achieves a stable, global synchronization of periodic heartbeat events. The protocol's performance and stability is evaluated in different network topologies. We further argue that - based on existing findings about the interrelation between spectral network properties and the dynamics of coupled oscillators - the proposed protocol allows to monitor structural properties of networked computing systems. An important aspect of this dissertation is its interdisciplinary approach towards a sensible and constructive handling of complex structures and collective dynamics in networked systems. The associated investigation of distributed systems from the perspective of non-linear dynamics and statistical physics highlights interesting parallels both to biological and physical systems. This foreshadows systems whose structures and dynamics can be analyzed and understood in the conceptual frameworks of statistical physics and complex systems.
Large scale non-parametric applied shape optimization for computational fluid dynamics is considered. Treating a shape optimization problem as a standard optimal control problem by means of a parameterization, the Lagrangian usually requires knowledge of the partial derivative of the shape parameterization and deformation chain with respect to input parameters. For a variety of reasons, this mesh sensitivity Jacobian is usually quite problematic. For a sufficiently smooth boundary, the Hadamard theorem provides a gradient expression that exists on the surface alone, completely bypassing the mesh sensitivity Jacobian. Building upon this, the gradient computation becomes independent of the number of design parameters and all surface mesh nodes are used as design unknown in this work, effectively allowing a free morphing of shapes during optimization. Contrary to a parameterized shape optimization problem, where a smooth surface is usually created independently of the input parameters by construction, regularity is not preserved automatically in the non-parametric case. As part of this work, the shape Hessian is used in an approximative Newton method, also known as Sobolev method or gradient smoothing, to ensure a certain regularity of the updates, and thus a smooth shape is preserved while at the same time the one-shot optimization method is also accelerated considerably. For PDE constrained shape optimization, the Hessian usually is a pseudo-differential operator. Fourier analysis is used to identify the operator symbol both analytically and discretely. Preconditioning the one-shot optimization by an appropriate Hessian symbol is shown to greatly accelerate the optimization. As the correct discretization of the Hadamard form usually requires evaluating certain surface quantities such as tangential divergence and curvature, special attention is also given to discrete differential geometry on triangulated surfaces for evaluating shape gradients and Hessians. The Hadamard formula and Hessian approximations are applied to a variety of flow situations. In addition to shape optimization of internal and external flows, major focus lies on aerodynamic design such as optimizing two dimensional airfoils and three dimensional wings. Shock waves form when the local speed of sound is reached, and the gradient must be evaluated correctly at discontinuous states. To ensure proper shock resolution, an adaptive multi-level optimization of the Onera M6 wing is conducted using more than 36, 000 shape unknowns on a standard office workstation, demonstrating the applicability of the shape-one-shot method to industry size problems.
Recently, optimization has become an integral part of the aerodynamic design process chain. However, because of uncertainties with respect to the flight conditions and geometrical uncertainties, a design optimized by a traditional design optimization method seeking only optimality may not achieve its expected performance. Robust optimization deals with optimal designs, which are robust with respect to small (or even large) perturbations of the optimization setpoint conditions. The resulting optimization tasks become much more complex than the usual single setpoint case, so that efficient and fast algorithms need to be developed in order to identify, quantize and include the uncertainties in the overall optimization procedure. In this thesis, a novel approach towards stochastic distributed aleatory uncertainties for the specific application of optimal aerodynamic design under uncertainties is presented. In order to include the uncertainties in the optimization, robust formulations of the general aerodynamic design optimization problem based on probabilistic models of the uncertainties are discussed. Three classes of formulations, the worst-case, the chance-constrained and the semi-infinite formulation, of the aerodynamic shape optimization problem are identified. Since the worst-case formulation may lead to overly conservative designs, the focus of this thesis is on the chance-constrained and semi-infinite formulation. A key issue is then to propagate the input uncertainties through the systems to obtain statistics of quantities of interest, which are used as a measure of robustness in both robust counterparts of the deterministic optimization problem. Due to the highly nonlinear underlying design problem, uncertainty quantification methods are used in order to approximate and consequently simplify the problem to a solvable optimization task. Computationally demanding evaluations of high dimensional integrals resulting from the direct approximation of statistics as well as from uncertainty quantification approximations arise. To overcome the curse of dimensionality, sparse grid methods in combination with adaptive refinement strategies are applied. The reduction of the number of discretization points is an important issue in the context of robust design, since the computational effort of the numerical quadrature comes up in every iteration of the optimization algorithm. In order to efficiently solve the resulting optimization problems, algorithmic approaches based on multiple-setpoint ideas in combination with one-shot methods are presented. A parallelization approach is provided to overcome the amount of additional computational effort involved by multiple-setpoint optimization problems. Finally, the developed methods are applied to 2D and 3D Euler and Navier-Stokes test cases verifying their industrial usability and reliability. Numerical results of robust aerodynamic shape optimization under uncertain flight conditions as well as geometrical uncertainties are presented. Further, uncertainty quantification methods are used to investigate the influence of geometrical uncertainties on quantities of interest in a 3D test case. The results demonstrate the significant effect of uncertainties in the context of aerodynamic design and thus the need for robust design to ensure a good performance in real life conditions. The thesis proposes a general framework for robust aerodynamic design attacking the additional computational complexity of the treatment of uncertainties, thus making robust design in this sense possible.
In this thesis, three studies investigating the impact of stress on the protective startle eye blink reflex are reported. In the first study a decrease in prepulse inhibition of the startle reflex was observed after intravenous low dose cortisol application. In the second study a decrease in reflex magnitude of the startle reflex was observed after pharmacological suppression of endogenous cortisol production. In the third study, a higher reflex magnitude of the startle reflex was observed at reduced arterial and central venous blood pressure. These results can be interpreted in terms of an adaption to hostile environments.
Mechanical and Biological Treatment (MBT) generally aims to reduce the amount of solid waste and emissions in landfills and enhance the recoveries. MBT technology has been studied in various countries in Europe and Asia. Techniques of solid waste treatment are distinctly different in the study areas. A better understanding of MBT waste characteristics can lead to an optimization of the MBT technology. For a sustainable waste management, it is essential to determine the characteristics of the final MBT waste, the effectiveness of the treatment system as well as the potential application of the final material regarding future utilization. This study aims to define and compare the characteristics of the final MBT materials in the following countries: Luxembourg (using a high degree technology), Fridhaff in Diekirch/Erpeldange, Germany (using a well regulated technology), Singhofen in Rhein-Lahn district, Thailand (using a low cost technology): Phitsanulok in Phitsanulok province. The three countries were chosen for this comparative study due to their unique performance in the MBT implementation. The samples were taken from the composting heaps of the final treatment process prior to sending them to landfills, using a random sampling standard strategy from August 2008 onwards. The size of the sample was reduced to manageable sizes before characterization. The size reduction was achieved by the quartering method. The samples were first analyzed for the size fraction on the day of collection. They were screened into three fractions by the method of dry sieving: small size with a diameter of <10 mm, medium size with a diameter of 10-40 mm and large size with a diameter of >40 mm. These fractions were further analyzed for their physical and chemical parameters such as particle size distribution (total into 12 size fractions), particle shape, porosity, composition, water content, water retention capacity and respiratory activity. The extracted eluate was analyzed for pH-value, heavy metals (lead, cadmium and arsenic), chemical oxygen demand, ammonium, sulfate and chloride. In order to describe and evaluate the potential application of the small size material as a final cover of landfills, the fraction of small size samples were tested for the geotechnical properties as well. The geotechnical parameters were the compaction test, permeability test and shear strength test. The detailed description of the treatment facilities and methods of the study areas were included in the results. The samples from the three countries are visibly smaller than waste without pretreatment. Maximum particle size is found to be less than 100 mm. The samples are found to consist of dust to coarse fractions. The small size with a diameter of <10 mm was highest in the sample from Germany (average 60% by weight), secondly in the sample from Luxembourg (average 43% by weight) and lowest in the sample from Thailand (average 15% by weight). The content of biodegradable material generally increased with decreasing particle sizes. Primary components are organic, plastics, fibrous materials and inert materials (glass and ceramics). The percentage of each components greatly depends on the MBT process of each country. Other important characteristics are significantly reduced water content, reduced total organic carbon and reduced potential heavy metals. The geotechnical results show that the small fraction is highly compact, has a low permeability and lot of water adsorbed material. The utilization of MBT material in this study shows a good trend as it proved to be a safe material which contained very low amounts of loadings and concentrations of chemical oxygen demand, ammonium, and heavy metals. The organic part can be developed to be a soil conditioner. It is also suitably utilized as a bio-filter layer in the final cover of landfill or as a temporary cover during the MBT process. This study showed how to identify the most appropriate technology for municipal solid waste disposal through the study of waste characterization.
Einen literarischen Text entlang eines figürlichen Körperleibs zu lesen und zu deuten, lenkt die Lektüre zwangsläufig auf unwiderrufliche und unabänderliche Grunddispositionen des menschlichen Daseins wie Sterblichkeit, Verletzlichkeit, Verwundbarkeit, Bedürftigkeit und wechselseitige Angewiesenheit. Eine der korporalen Entsprechungen für die eigene Bedürftigkeit äußert sich in den Stücken der deutschsprachgigen Gegenwartsdramatik häufig als Suche nach oder Bitte um Beistand. Die eigene Schwäche bedarf der fremden Kraft, um aufgefangen zu werden. In der Korrespondenzfigur des fallenden und haltenden Körpers wird das Phänomen der Fürsorge entfaltet. Die Verweigerung von Fürsorge wird in der Zweifachfigur eines abwehrenden und eines zurückgewiesenen Körpers zugespitzt. Mit der leiblichen Präsenz der Figuren wird ein solidarisches Potenzial angeboten. Die Rücknahme des eigenen Körperleibs aus dem Blickfeld des Anderen suspendiert jedoch die Möglichkeit, dass die potenziell vorhandene Solidaritätsfähigkeit tatsächlich in Anspruch genommen werden kann. Im Rückzug der Figuren deutet sich meist die Entscheidung an, den eigenen Körperleib nicht als möglichen Halt oder Anhaltspunkt für den Anderen zu erkennen zu geben.
Bei der vorliegenden Arbeit handelt es sich um eine politische Fallstudie zu Bolivien, die folgende Fragestellung beantworten möchte: Anhand welcher Faktoren lässt sich der politische Erfolg des MAS und Evo Morales" seit Ende der 1990er Jahre erklären? Beim MAS handelt es sich ursprünglich um eine rechte Partei, die Ende der 1990er Jahre nur noch auf dem Papier existierte. Bei den Präsidentschafts- und Parlamentswahlen 2002 erreichte der MAS bereits 20,94 % und zog damit als zweitstärkste Partei ins Parlament ein. Bei den Kommunalwahlen 2004 konnte er gegenüber 1999 weitere Stimmen hinzu gewinnen, blieb allerdings insgesamt hinter den hohen Erwartungen zurück. Der politische Erfolg wurde dadurch jedoch nicht gebremst und der MAS erreichte seinen bis dahin größten Triumph bei den Präsidentschafts- und Parlamentswahlen im Dezember 2005: Er konnte mit 53,7 % die absolute Mehrheit im Parlament erreichen und Morales wurde zum Präsidenten der Republik Bolivien gewählt. Abgesehen von diesem Erfolg als Partei im politischen System haben Morales und seine Anhänger immer wieder ihre außerparlamentarische Organisationskraft und Mobilisierungsfähigkeit bewiesen. Seit 2000 legten sie gemeinsam mit anderen Aktivisten und sozialen Bewegungen durch Straßenblockaden, Demonstrationen und Streiks das Land lahm, zwangen zwei Präsidenten zum Rücktritt, schwächten die Wirtschaft und brachten Bolivien an den Rand des politischen Zusammenbruchs.rnrnTheoretisch ist diese Arbeit in der Parteienforschung verortet. Ziel ist es, anhand eines von der Autorin selbst erstellten Analyserasters den beschriebenen Erfolg des MAS und Evo Morales" zu analysieren.
Die Dissertation bietet erstmals eine systematisch vergleichende Analyse von jüdischen Gemeinden in Kathedralstädten. Diese gehören zu einem Städtetypus, der wesentlich durch seine Mittelpunktfunktion innerhalb der Bistümer bestimmt ist und in dem sich urbanes Leben bis zum 14. Jahrhundert am stärksten entfaltete. Kathedralstädte besaßen religiöse, wirtschaftliche, politische, militärische und geistige Funktionen und standen in engen Wechselbeziehungen zum Umland. Darüber hinaus beheimateten sie die frühesten christlichen Stadtgemeinden sowie fast ausnahmslos die bedeutendsten Judengemeinden innerhalb der Diözesen. Die untersuchten Zentren umspannten mit ihren aneinander grenzenden Bistümern den Südosten der deutschen "Altsiedellande". Hier entfalteten sich jüdische Niederlassungen in der Regel früher und stärker als in den östlichen "Neusiedellanden". Zum Süden waren die bayerischen von den südalpinen Juden getrennt. In östlicher Richtung war insbesondere Regensburg mit den dortigen christlichen und jüdischen Bewohnern ein Brückenkopf in die Donaulande und nach Böhmen. Zugleich fungierten die jüdischen Gemeinden von Augsburg und Regensburg als Vermittlerinnen zu den intensiv von Juden besiedelten Regionen Frankens, Schwabens und der Oberpfalz. Mit der Beachtung dieser weiträumigen Verbindungen bietet die Studie neue Zugänge zu den europäischen Dimensionen der mittelalterlichen Geschichte der Juden. Vor diesem Hintergrund werden in vergleichender Perspektive die komplexen Beziehungen zwischen Juden und Christen auf ökonomischer, sozialer und rechtlicher Ebene untersucht, die jeweils unterschiedlichen Handlungsspielräume dargestellt und mit zahlreichen Beispielen illustriert. Der dabei konsequent komparatistisch ausgerichtete Ansatz öffnet den Blick für die Besonderheiten der Lebensbedingungen von Juden in den Kathedralstädten des weiteren altbayerischen Raumes und trägt zu einer grundlegenden Erweiterung des Forschungsstandes bei.
Die vorliegende Arbeit untersucht zwei grundlegende Fragestellungen im Hinblick auf den Betrieb von Genbanken als Beitrag zur Sicherung der genetischen Diversität. Das erste Kapitel behandelt aus rechtlicher Sicht die juristischen Fragen nach dem Zugang zu genetischen Ressourcen, nach dem Ausgleich aus der Nutzung entstehender Vorteile (Access and Benefit Sharing, ABS) und nach den Möglichkeiten des Handels mit Proben gefährdeter Tierarten, dies sowohl im Hinblick auf die rein wissenschaftliche Forschung als auch in Bezug auf kommerziell orientierte Zwecke. Grundlegend für die Bearbeitung dieser Fragen war die detaillierte Betrachtung des Übereinkommens über die biologische Vielfalt (CBD) und des Übereinkommens über den internationalen Handel mit gefährdeten Arten freilebender Tiere und Pflanzen (CITES). Da das CBD im Hinblick auf den Zugang zu genetischen Ressourcen in der Bundesrepublik Deutschland bisher nicht umgesetzt ist, bleibt dem Betreiber einer Genbank zur rechtlichen Absicherung und Klarheit nur die Aushandlung von Materialübertragungsverträgen mit den Ursprungsländern der genetischen Ressourcen. Der nachfolgende Handel mit gelagerten Proben gefährdeter Tierarten ist möglich, wenn dies nicht-kommerziell zur wissenschaftlichen Forschung erfolgt und die beteiligten Institutionen bei ihren Regierungen als wissenschaftliche Institutionen registriert sind. Bei kommerziellen Absichten unterliegt der Handel streng den durch das CITES vorgegebenen Regulierungen. Ausnahmen des Handelsverbotes sind möglich, z.B. dann wenn es sich um Proben von Tieren handelt, die in Gefangenschaft gezüchtet worden sind. Das zweite Kapitel behandelt aus naturwissenschaftlicher Sicht die Möglichkeit der direkten Gewinnung genetischer Materialien von Tieren. Hierbei wurde die Isolierung adulter Stammzellen aus der Haut von Säugetieren als Zielzellen zur Lagerung in Genbanken fokussiert. Am Modellorganismus Hausschwein (Sus scrofa domestica) wurde eine Methode zur Isolation adulter stammzellähnlicher Zellen aus der Haut etabliert. Durch nachfolgende Laborversuche wurden die isolierten stammzellähnlichen Zellen (pSSCs, porcine skin derived stem cell-like cells) charakterisiert. Wie mesenchymale Stammzellen haben pSSCs eine fibroblasten-ähnliche Morphologie und exprimieren die Oberflächenproteine CD9, CD29, CD44 , CD105 und sehr gering CD90. Neben diesen konnte die Expression der stammzellasoziierten Gene Stat3, Oct3/4, Sox2, Nestin, Bcrp1/ABCG2 und Bmi1 nachgewiesen werden. Weitere Versuche zeigten die induzierte Differenzierung der pSSCs zu Zellen zweier embryonaler Keimblätter, dem Ektoderm (Neuronen, Astrozyten) und dem Mesoderm (glatte Muskelzellen und Adipozyten). Zur vollständigen Charakterisierung und gänzlichen Ermittlung des Differenzierungspotentials bedarf es allerdings weiterer Versuche, die wegen der Kostspieligkeit und einem erhöhten zeitlichen Aufwand hier nicht realisierbar waren. Die Expansion und die Kryokonservierung der pSSCs zeigten geringfügige Auswirkungen auf den Phänotyp und das Differenzierungspotential. In Bezug auf die Kryokonservierung konnte wegen der geringen Anzahl an Versuchen eine definitive Aussage über ihre Folgen nicht getroffen werden. Folglich bedarf es weiterer Untersuchungen zur Ermittlung der Auswirkungen der Kryokonservierung auf adulte Stammzellen, die aus der Haut gewonnen werden können. Durch ihre Lagerung in Genbanken eröffnen aus der Haut isolierbare Stammzellen neue Möglichkeiten für den Artenschutz, dies vor allem durch ihre Anwendbarkeit im Rahmen modernster Reproduktionsmethoden und als nahezu unendliche DNA-Quelle für phylogenetische Studien, die zum Populationsmanagement unerlässlich sind. Trotz der sich aus dieser Arbeit ergebenden neuen Fragen - im Hinblick auf den Zugang, die Gewinnung und auch die Lagerung genetischer Materialien gefährdeter Tierarten -, bleibt festzuhalten, dass Genbanken generell die Möglichkeit bieten, vitales, biologisches Material bereitzuhalten. Dies ist sowohl bedeutend für die Grundlagenforschung als auch für den Einsatz dieser Materialien zur Steigerung der Reproduktion gefährdeter Arten, letztlich mit dem Ziel, genetische Variationen zu erhalten, die anderenfalls verloren gehen würden.