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This dissertation develops a rationale of how to use fossil data in solving biogeographical and ecological problems. It is argued that large amounts of fossil data of high quality can be used to document the evolutionary processes (the origin, development, formation and dynamics) of Arealsystems, which can be divided into six stages in North America: the Refugium Stage (before 15,000 years ago: > 15 ka), the Dispersal Stage (from 8,000 to 15,000 years ago: 8.0 - 15 ka), the Developing Stage (from 3,000 to 8,000 years ago: 3.0 - 8.0 ka), the Transitional Stage (from 1,000 to 3,000 years ago: 1 - 3 ka), the Primitive Stage (from 5,00 to 1,000 years ago: 0.5 - 1 ka) and the Human Disturbing Stage (during the last 500 years: < 0.5 ka). The division into these six stages is based on geostatistical analysis of the FAUNMAP database that contains 43,851 fossil records collected from 1860 to 1994 in North America. Fossil data are one of the best materials to test the glacial refugia theory. Glacial refugia represent areas where flora and fauna were preserved during the glacial period, characterized by richness in species and endemic species at present. This means that these (endemic) species should have distributed purely or primarily in these areas during the glacial period. The refugia can therefore be identified by fossil records of that period. If it is not the case, the richness in (endemic) species may not be the result of the glacial refugia. By exploring where mammals lived during the Refugium Stage (> 15 ka), seven refugia in North America can be identified: the California Refugium, the Mexico Refugium, the Florida Refugium, the Appalachia Refugium, the Great Basin Refugium, the Rocky Mountain Refugium and the Great Lake Refugium. The first five refugia coincide well with De Lattin- dispersal centers recognized by biogeographical methods using data on modern distributions. The individuals of a species are not evenly distributed over its Arealsystem. Brown- Hot Spots Model shows that in most cases there is an enormous variation in abundance within an areal of a species: In a census, zero or only a very few individuals occur at most sample locations, but tens or hundreds are found at a few sample sites. Locations where only a few individuals can be sampled in a survey are called "cool spots", and sites where tens or hundreds of individuals can be observed in a survey are called "hot spots". Many areas within the areal are uninhabited, which are called "holes". This model has direct implications for analyzing fossil data: Hot spots have a much higher local population density than cool spots. The chances to discover fossil individuals of a species are much higher in sediments located in a "hot spot" area than in a "cool spot" area. Therefore much higher MNIs (Minimum Number of Individuals) of the species should be found in fossil localities located in the hot spot than in the cool spot area. There are only a few hot spots but many cool spots within an areal of a single hypothetical species, consequently only a few fossil sites can provide with much high MNIs, whereas most other sites can only provide with very low MNIs. This prediction has been proved to be true by analysis of 70 species in FAUMAP containing over 100 fossil records. The temporal and spatial variation in abundance can be reconstructed from the temporospatial distribution of the MNIs of a species over its Arealsystem. Areas with no fossil records from the last thousands of years may be holes, and sites with much higher MNIs may be hot spots, while locations with low MNIs may be cool spots. Although the hot spots of many species can remain unchanged in an area over thousands of years, our study shows that a large shift of hot spots occurred mainly around 1,500-1,000 years ago. There are three directions of movement: from the west side to the east side of the Rockies, from the East of the USA to the east side of the Rockies and from the west side of the Rockies to the Southwest of the USA. The first two directions of shift are called Lewis and Clark- pattern, which can be verified with the observations mad by Lewis and Clark during their expedition in 1805-1806. The historical process of this pattern may well explain the 200-year-old puzzle why big game then abundant on the east side were rare on the west side of the Rocky Mountains noted by modern ecologists and biogeographers. The third direction of shift is called Bayham- pattern. This pattern can be tested by the model of Late Holocene resource intensification first described by Frank E. Bayham. The historical process creating the Bayham pattern will challenge the classic explanation of the Late Holocene resource intensification. An environmental change model has been proposed to account for the shift of hot spots. Implications of glacial refugia and hot spots areas for wildlife management and effective conservation are discussed. Suggestions for paleontologists and zooarchaeologists regarding how to provide more valuable information in their future excavation and research for other disciplines are given.
During and after application, pesticides enter the atmosphere by volatilisation and by wind erosion of particles on which the pesticide is sorbed. Measurements at application sites revealed that sometimes more than half of the amount applied is lost into the atmosphere within a few days. The atmosphere is an important part of the hydrologic cycle that can transport pesticides from their point of application and deposit them into aquatic and terrestrial ecosystems far from their point of use. In the region of Trier pesticides are widely used. In order to protect crops from pests and increase crop yields in the viniculture, six to eight pesticide applications take place between May and August. The impact that these applications have on the environmental pollution of the region is not yet well understood. The present study was developed to characterize the atmospheric presence, temporal patterns, transport and deposition of a variety of pesticides in the atmosphere of the area of Trier. To this purpose, rain samples were weekly collected at eight sites during the growing seasons 2000, 2001 and 2002, and air samples (gas and particle phases) were collected during the growing season 2002. Multiresidue analysis methods were developed to determine multiple classes of pesticides in rain water, particle- and gas-phase samples. Altogether 24 active ingredients and 3 metabolites were chosen as representative substances, focussing mainly on fungicides. Twenty-four of the 27 measured pesticides were detected in the rain samples; seventeen pesticides were detected in the air samples. The most frequently detected pesticides and at the highest concentrations, both in rain and air, were compounds belonging to the class of fungicides. The insecticide methyl parathion was also detected in several rain samples as well as two substances that are banned in Germany, such as the herbicides atrazine and simazine. Concentration levels varied during the growing season with the highest concentrations being measured in the late spring and summer months, coinciding with application times and warmer months. Concentration levels measured in the rain samples were, generally, in the order of rnng l-1. Though average concentrations for single substances were less than 100 ng l-1, total concentrations were considerable and in some instances well above the EU drinking water quality standard of 500 ng l-1 for total pesticides. Compared to the amounts applied for pest control, the amounts deposited by rain resulted between 0,004% and 0,10% of the maximum application rates. These low pesticide inputs from precipitation to surface-water bodies is not of concern in vinicultural areas where the impact of other sources, such as superficial runoff inputs from the treated areas and cleaning of field crop sprayers, is more important. However, the potential impacts of these aerial pesticide inputs to non-target sites, such as organic crops, and sensitive ecosystems are as yet not known. Concentration levels in the air samples were in the order of ng m-3 at sites close to the fields were pesticides were applied, while lower values, in the order of pg m-3, were detected at the site located further away from fields where applications were performed. The measured air concentration levels found in this study do not represent a concern for human health in terms of acute risk. Inhalation toxicity studies have shown that an acute potential risk only arises at air concentrations in the range of g m-3. Finally, it must be kept in mind that only a small number of chemicals that were applied in the area were analysed for in this study. In order to gain a better evaluation of the local atmospheric load of pesticides, a wider spectrum of applied substances (including metabolites) needs to be investigated.
Markenaufbau von Destinationen ist eine kostenintensive und langfristige Angelegenheit. In den vergangenen Jahren stieg das Interesse von Kommunen, Regionen und Ländern die Markenbildung zu verstärken. Gleichzeitig wird aber auch immer mehr der Ruf lauter ein Instrument zu schaffen, das Markenbewertung für Destinationen vornimmt. Vor allem in der Konsumgüter und Investitionsgüterindustrie finden sich zahlreiche Ansätze zur Markenbewertung, im Destinationsmanagement gibt es das bisher kaum. Es gibt drei verschiedene Arten von Verfahren, die meist von Unternehmensberatungen oder Wissenschaftlern entwickelt wurden: Messung des Markenwertes, Messung der Markenstärke und hybride Verfahren. Für Destinationen machen rein quantitative Verfahren wenig Sinn, da es beim Thema "Reise" auch auf eine Vielzahl von qualitativen Merkmalen ankommt. Von daher wurde im Rahmen dieser Dissertation entschieden, sich primär auf ein qualitatives Verfahren zu konzentrieren und verschiedene Modelle der Markenbewertung zu überprüfen. Das Resultat der Überprüfung zeigte, dass es notwendig war verschiedene Modelle zu kombinieren, um damit die Markenstärke einer Destination zu messen. Als empirisches Beispiel wurde hier Spanien ausgewählt, da dies als ein erfolgreiches Beispiel für Branding in der Fachliteratur gesehen wird. Dieses neu entwickelte Verfahren wurde an der Destination Spanien überprüft im Rahmen einer Projektstudie mit Studierenden der Universität Trier. Das Ergebnis zeigte, dass der Ansatz eines qualitativen Verfahrens richtig war, allerdings könnte es in ein hybrides Verfahren überführt werden. Kooperationspartner für die Dissertation war Turespana, Berlin.
Laboratory landslide experiments enable the observation of specific properties of these natural hazards. However, these observations are limited by traditional techniques: frequently used high-speed video analysis and wired sensors (e.g. displacement). These techniques lead to the drawback that either only the surface and 2D profiles can be observed or wires confine the motion behaviour. In contrast, an unconfined observation of the total spatiotemporal dynamics of landslides is needed for an adequate understanding of these natural hazards.
The present study introduces an autonomous and wireless probe to characterize motion features of single clasts within laboratory-scale landslides. The Smartstone probe is based on an inertial measurement unit (IMU) and records acceleration and rotation at a sampling rate of 100 Hz. The recording ranges are ±16 g (accelerometer) and ±2000∘ s−1 (gyroscope). The plastic tube housing is 55 mm long with a diameter of 10 mm. The probe is controlled, and data are read out via active radio frequency identification (active RFID) technology. Due to this technique, the probe works under low-power conditions, enabling the use of small button cell batteries and minimizing its size.
Using the Smartstone probe, the motion of single clasts (gravel size, median particle diameter d50 of 42 mm) within approx. 520 kg of a uniformly graded pebble material was observed in a laboratory experiment. Single pebbles were equipped with probes and placed embedded and superficially in or on the material. In a first analysis step, the data of one pebble are interpreted qualitatively, allowing for the determination of different transport modes, such as translation, rotation and saltation. In a second step, the motion is quantified by means of derived movement characteristics: the analysed pebble moves mainly in the vertical direction during the first motion phase with a maximal vertical velocity of approx. 1.7 m s−1. A strong acceleration peak of approx. 36 m s−2 is interpreted as a pronounced hit and leads to a complex rotational-motion pattern. In a third step, displacement is derived and amounts to approx. 1.0 m in the vertical direction. The deviation compared to laser distance measurements was approx. −10 %. Furthermore, a full 3D spatiotemporal trajectory of the pebble is reconstructed and visualized supporting the interpretations. Finally, it is demonstrated that multiple pebbles can be analysed simultaneously within one experiment. Compared to other observation methods Smartstone probes allow for the quantification of internal movement characteristics and, consequently, a motion sampling in landslide experiments.
The study analyzes the long-term trends (1998–2019) of concentrations of the air pollutants ozone (O3) and nitrogen oxides (NOx) as well as meteorological conditions at forest sites in German midrange mountains to evaluate changes in O3 uptake conditions for trees over time at a plot scale. O3 concentrations did not show significant trends over the course of 22 years, unlike NO2 and NO, whose concentrations decreased significantly since the end of the 1990s. Temporal analyses of meteorological parameters found increasing global radiation at all sites and decreasing precipitation, vapor pressure deficit (VPD), and wind speed at most sites (temperature did not show any trend). A principal component analysis revealed strong correlations between O3 concentrations and global radiation, VPD, and temperature. Examination of the atmospheric water balance, a key parameter for O3 uptake, identified some unusually hot and dry years (2003, 2011, 2018, and 2019). With the help of a soil water model, periods of plant water stress were detected. These periods were often in synchrony with periods of elevated daytime O3 concentrations and usually occurred in mid and late summer, but occasionally also in spring and early summer. This suggests that drought protects forests against O3 uptake and that, in humid years with moderate O3 concentrations, the O3 flux was higher than in dry years with higher O3 concentrations.
Influence of Ozone and Drought on Tree Growth under Field Conditions in a 22 Year Time Series
(2022)
Studying the effect of surface ozone (O3) and water stress on tree growth is important for planning sustainable forest management and forest ecology. In the present study, a 22-year long time series (1998–2019) on basal area increment (BAI) and fructification severity of European beech (Fagus sylvatica L.) and Norway spruce (Picea abies (L.) H.Karst.) at five forest sites in Western Germany (Rhineland Palatinate) was investigated to evaluate how it correlates with drought and stomatal O3 fluxes (PODY) with an hourly threshold of uptake (Y) to represent the detoxification capacity of trees (POD1, with Y = 1 nmol O3 m−2 s−1). Between 1998 and 2019, POD1 declined over time by on average 0.31 mmol m−2 year−1. The BAI showed no significant trend at all sites, except in Leisel where a slight decline was observed over time (−0.37 cm2 per year, p < 0.05). A random forest analysis showed that the soil water content and daytime O3 mean concentration were the best predictors of BAI at all sites. The highest mean score of fructification was observed during the dry years, while low level or no fructification was observed in most humid years. Combined effects of drought and O3 pollution mostly influence tree growth decline for European beech and Norway spruce.
Der Forschungsbereich der Systembiologie hat sich in den letzten Jahren mit unvergleichlicher Dynamik entwickelt und sich als interdisziplinäres Feld in den Biowissenschaften etabliert. Die Systembiologie verfolgt hierbei unter anderem das Ziel, biologische Systeme als Ganzes zu betrachten. Die analytische Erfassung der Stoffwechselzwischenprodukte, auch Metaboliten genannt, eröffnet hierbei neue Möglichkeiten. Metaboliten stellen Zwischenprodukte in vivo ablaufender biochemischer Reaktionen dar und stehen in enger Abhängigkeit zu Vorgängen, welche auf der Ebene von Transkriptom und Proteom gesteuert und ermöglicht werden. In dieser Arbeit wurden Zeitreihen von Metabolitkonzentrationen untersucht, welche im Rahmen von Fermentationsexperimenten mit dem nicht-pathogenen Bodenbakterium Corynebacterium glutamicum erfasst worden sind. Die Fermentationsexperimente wurden auf unterschiedlichen Ausgangssubstraten durchgeführt, wobei die Erfassung der Metabolitkonzentration in äquidistanten zeitlichen Abständen gehandhabt wurde. Zur Korrektur von Messfehlern und zur optimalen Vorverarbeitung der Daten wurde ein maßgeschneidertes System der Datenprozessierung entwickelt. Eine unüberwachte Datenstrukturanalyse ergab, dass sich die Metaboliten ihrer zeitlichen Ausprägung nicht uniform oder gar zufällig verhalten, sondern sich in Gruppen unterschiedlichen Prozessverhaltens einordnen lassen. Diese unüberwachte Eingruppierung anhand der in den Zeitreihen vorhandenen Strukturen erlaubte eine erste grundlegende funktionelle Zuordnung der Metaboliten. Weiterhin konnten in den Konzentrationsdaten Strukturen gefunden werden, welche deutliche Übereinstimmungen mit den physiologischen Phasen des bakteriellen Wachstums zeigten. Die Analyse der Metabolomdaten wurde in einem nächsten Schritt durch eine theoretische Betrachtungsweise erweitert. Hierzu wurde der Stoffwechsel von C. glutamicum rechnergestützt modelliert. Zu diesem Zweck wurde eine Genomannotation durchgeführt, mit dem Ziel einen möglichst umfangreichen und qualitativ hochwertigen Katalog über das enzymatische Repertoire von C. glutamicum aus Sequenzinformation abzuleiten. Generiertes Wissen über vorhandene Enzyme wurde in biochemische Reaktionen übersetzt, welche zu Reaktionsnetzwerken zusammengefügt wurden. Die erzeugten Reaktionsnetzwerke wurden unter Verwendung graphentheoretischer Ansätze analysiert. Die integrative Analyse experimenteller und theoretischer Daten ergab, dass sich Eigenschaften von Metabolitzeitreihen deutlich topologischen Merkmalen zuordnen lassen. So zeigt sich beispielsweise, dass ein auffälliger Zusammenhang zwischen der experimentell erfassten Sensitivität im Konzentrationsverlauf eines Metaboliten und seinem theoretischen Verknüpfungsgrad existiert. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass eine hochsignifikante Prozessähnlichkeit zwischen Metaboliten sowohl in direkter Nachbarschaft als auch in größeren Reaktionsabständen auftreten kann, jedoch vorzugsweise dann existiert, wenn beide Metaboliten ihrerseits wenige Reaktionspartner haben. Die integrative Datenanalyse wurde in einem weiteren Schritt abermals erweitert, indem Transkriptominformation weiterer Studien integriert wurde. Im Detail wurde in dieser Analyse die Prozessähnlichkeit theoretisch benachbarter Metaboliten des Zentralstoffwechsels in Zusammenschau mit der Transkription enzymkodierender Gene untersucht. Die Ergebnisse zeigten deutlich, dass eine erhöhte Prozessähnlichkeit benachbarter Metaboliten dann existiert, wenn die entsprechenden enzymkodierenden Gene in Abhängigkeit des verwendeten Ausgangssubstrates signifikant exprimiert waren. Somit konnte ein Zusammenhang zwischen der Prozessähnlichkeit benachbarter Metaboliten in Abhängigkeit zur Genexpression als Resultat substratinduzierter Anpassungsvorgänge gezeigt werden. Es konnte folglich im systembiologischen Kontext belegt werden, dass auf der Ebene des Transkriptoms stattfindende Vorgänge sich deutlich bis in die Zeitreiheneigenschaften erfasster Metabolitkonzentrationen durchpausen können. Darüber hinaus zeigte sich, dass die Berechnung paarweiser Prozessähnlichkeiten das Potenzial zur Charakterisierung der zugrundeliegenden Systemeigenschaften besitzt. So ermöglichte die Betrachtung paarweiser Prozessähnlichkeiten aus allen untersuchten Fermentationsexperimenten, signifikante substrat-induzierte Veränderungen als auch invariante Merkmale im Stoffwechsel von C. glutamicum zu detektieren.
Ziel der Optimierung bestimmter molekulargenetischer Methoden war die Aufklärung möglicher Zusammenhänge zwischen landwirtschaftlichen Nutzungsformen und der Genetik von Microtus arvalis. Um mögliche Populationsunterschiede feststellen zu können wurden zwei unterschiedliche genetische Untersuchungsmethoden eingesetzt. die Fingerprints, die mit dem Multi-locus DNA Fingerprint gemacht werden besitzen einen sehr hohen Informationswert und sind individualspezifisch. Der Nachteil dieser Methode besteht darin, dass sie sehr aufwendig ist. Die RAPD-PCR hat den Vorteil, dass sie sehr schnell Bandemuster produziert, und leicht anwendbar ist. der Informationsgehalt des RAPD-PCR ist jedoch geringer. Da beide Methoden auf die Feldmaus noch nicht angewandt wurden, mussten sie so modifiziert werden, dass genetische Untersuchungen mit Microtus arvalis erst möglich wurden. Insgesamt wurden 161 Microtus arvalis aus Wahlen (Nordsaarland) und Herl (Regierungsbezirk trier) untersucht. Dabei stellte sich heraus, dass die Brachflächen in Wahlen (Zill1, Zill2 und Zill3), die zwischen ca. 20m und 200m voneinander entfernt liegen erwartungsgemäß eine zusammenhängende Population darstellen. Die Feldmäuse der Brachfläche am Hohberg (ca. 400m entfernt) die durch eine Straße, sowie Wald bzw. Feldgehölze von den Zill-Populationen getrennt sind können genetisch eindeutig abgegrenzt werden. Noch deutlicher sind die Populationsunterschiede von Wahlen zu Herl. Die Populationsunterschiede in Herl lassen sich weder durch die Distanz noch durch Isolationsbarrieren erklären. Alles deutet darauf hin, dass einzelne Bandenmuster mit den spezifischen Landbewirtschaftungsformen korrelieren.
Dans une perspective du développement touristique durable du territoire d'Agadir / région Souss Massa Draa (Maroc), qu'est un territoire touristique offrant un produit balnéaire diversifié et généralement consolidé par une offre en matière du tourisme rural. Ce travail de recherche vise la mise en œuvre d"un management environnemental adapté à la situation locale, conforme aux normes internationales et à l'apporté des entreprises touristiques y opérant. Ainsi, la réalisation d"un diagnostic environnemental est une étape fondamentale et se fera à l'aide de quatre différents outils d'enquête (Observation, guide d"entretien, grille d'évaluation et questionnaires). Cependant, il va falloir choisir les cas leadeurs en la matière - s'ils existent - pour les présenter aux managers afin de les sensibiliser concrètement à la nécessité d'adopter un management environnemental au sein de leurs structures et de prendre ces cas sélectionnés comme modèles. Cette étude a permis de tirer les conclusions suivantes : - Une maturité du territoire d'étude de la région SMD, lui permettra de s"inscrire dans une démarche de développement touristique durable à travers l'adoption d'un management environnemental en passant par l"assurance de la qualité des services. - La qualité des services est satisfaisante au sein des EHT étudiés et relevant du milieu urbain. En revanche, en milieu rural elle à rehausser en soulignant qu'ils sont dotés d'un paysage régional remarquable et exceptionnel. - Les responsables interviewés n'ont cité que les impacts positifs de leurs activités sur l"environnement (Création d'emplois, promotion de l'économie et de la culture locales, financement des événements à caractère social...). - Une faible existence du Management environnemental au sein des EHT étudiés (4,16 % l'échantillonnage dispose d'une politique environnementale). Ainsi que à l'issue de l'évaluation deux cas ont été proposés comme modèles en la matière. - La charte et le Manuel comme de deux solutions locales visant la promotion du Management Environnemental. Actuellement, la charte a été mise en Å“uvre en milieu rural dans une perspective de la généraliser sur la totalité du territoire régional voire même national. Enfin, cette étude a apporté une réponse à la problématique et aux hypothèses de recherche et a permis par la même occasion de proposer des outils visant l'instauration et/ou la promotion du management environnemental à l'échelle régionale.
Habitat selection of nine songbird species (Sylviidae, Prunellidae, Emberizidae, Fringillidae, Laniidae) in a semi-open transitional landscape (wood/meadow ecotone) is assessed and compared by a quantitative approach over a period of three years. The structural diversity and heterogeneity of this landscape allows a common occurrence to bird species that are spatially segregated in other habitats. On the one hand habitat selection, which in this study is defined by the choice of vegetation structures at the microhabitat level, is regarded as the confrontation of the single bird individuals with their environment and on the other hand as a common trait of subpopulations. The process of habitat selection is only real at the level of the individual. Drawing against this background, a model for the quantification of habitat selection is introduced, making possible an objective analysis of both individual and average habitat selection (not explaining the process itself, however, that leads to the observed habitat selection). The influence of several structural features, mainly regarding the shape of vegetational subunits, on the dispersion of the birds on the plots is analyzed by means of quantitative methods (factor analysis, cluster analysis, discriminant analysis). Preferences and avoidances, constancy in time and space and the degree of selectivity of the specific choice of vegetational structures are discussed in detail for each bird species. There is quantitative evidence that along with increasing abstraction from the individual in the form of spatially increasing data aggregation, the specific distinctness of habitat preferences as a common trait increases. This happens, however, at the expense of information about the variability of the individual selective behaviour. Therefore the flexibility of a bird species would be underrated cosiderably, confining habitat selection to its meaning as an integrating trait of populations. Habitat selection is a dynamic process. It is shown that the structural offer in a landscape strongly influences the result of the species" habitat selection. The availability of vegetational structures on a plot determines the quantitative structural framework, which may be more or less quantitatively modified by the single species. Nevertheless, the structural offer is reflected clearly in the selected structural portions of the bird species. Therefore opportunism and selectivity in the form of structural preferences and avoidances in habitat selection have to be interpreted against the background of the quantitative composition of the vegetational structures that a landscape offers to the birds.
Climate change is expected to cause mountain species to shift their ranges to higher elevations. Due to the decreasing amounts of habitats with increasing elevation, such shifts are likely to increase their extinction risk. Heterogeneous mountain topography, however, may reduce this risk by providing microclimatic conditions that can buffer macroclimatic warming or provide nearby refugia. As aspect strongly influences the local microclimate, we here assess whether shifts from warm south-exposed aspects to cool north-exposed aspects in response to climate change can compensate for an upward shift into cooler elevations.
Vor dem Hintergrund des globalen Klimawandels stellt die energetische Verwertung von Biomasse (NaWaRo, Bioenergie) eine Option zur Minderung der globalen Treibhausgas-Emissionen dar. Im Jahr 2011 betrug der Anteil der Bioenergie am deutschen Endenergieverbrauch 8,2 %. Zur Einhaltung politischer Klimaschutzziele ist von einer Ausweitung der NaWaRo-Anbaufläche auszugehen. Aus Sicht des vorsorgenden Bodenschutzes ist dabei relevant, dass mit dem Biomasseanbau sowohl positive als auch negative Effekte für das Schutzgut Boden einhergehen können. Befürchtet werden u.a. ein weiterer Rückgang der (Boden-)Biodiversität in den Agrarlandschaften sowie eine Reduktion der organischen Kohlenstoffvorräte des Bodens (Verlust an Bodenqualität, Quelle für Treibhausgase) infolge der Intensivierung der landwirtschaftlichen Bodennutzung. Dahingegen könnten extensive Landnutzungsformen jedoch bspw. auch zu einer Förderung der Biodiversität beitragen. Für die zukünftige Ausrichtung des Biomasseanbaus ist daher eine umfassende Evaluation der vorhandenen Anbausysteme notwendig. Anhand der Energiepflanzen Raps, Mais und Miscanthus wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit die Effekte des Biomasseanbaus auf die für die Bodenfunktionen relevanten Schlüsselfaktoren Boden-Biodiversität und Humusgehalt ermittelt. Raps und Mais waren im Vergleich zu Miscanthus durch eine geringere Biodiversität gekennzeichnet. Langjähriger Miscanthus-Anbau führte zudem zu einer C-Akkumulation im Boden. Ein weiterer Schwerpunkt lag in der Quantifizierung der Netto-Energieerträge, der Energieeffizienz sowie des Treibhausgas-Minderungspotenzials der Anbausysteme. Alle bilanzierten Energiepflanzen-Anbausysteme erzielten Energiegewinne und führten zu einer Reduktion der Treibhausgasemissionen. Den naturwissenschaftlichen Studien schloss sich eine Analyse der gegenwärtigen Regelungen zur guten fachlichen Praxis (gfP) als zentralem Steuerungselement des vorsorgenden Bodenschutzes an. Diese diente zur Klärung der Frage, ob es hinsichtlich des Biomasseanbaus einer NaWaRo-spezifischen Konkretisierung der Grundsätzekataloge zur gfP im Recht der Landwirtschaft bedarf. Auf den Ergebnissen der natur- und rechtswissenschaftlichen Studien aufbauend wurden die mit der energetischen Verwertung von Biomasse einhergehenden Effekte auf die Schutzgüter Boden und Klima anhand des internen Zielkonfliktes des -§ 1 Abs. 3 Nr. 2 und 4 BNatSchG, welcher exemplarisch für das Spannungsfeld zwischen Landwirtschaft und Naturschutz steht, bewertet. Insgesamt ist der Ausbau der erneuerbaren Energien ein geeignetes und erforderliches Mittel zum Schutze des Klimas und der Luft. Sofern die Grundsätze der gfP zum Schutze des Bodens konsequent umgesetzt werden, muss der Anbau nachwachsender Rohstoffe zur Bioenergie-Produktion in diesem Zusammenhang als allgemein verhältnismäßig, im Besonderen aber auch als angemessene Maßnahme hinsichtlich der sonstigen Anforderungen des Bodenschutzes, angesehen werden. Den Abschluss der Arbeit bildet ein nicht als abschließend zu verstehender Katalog NaWaRo-spezifischer sowie allgemeiner Konkretisierungsvorschläge zur guten fachlichen Praxis.
Global change, i.e. climate and land use changes, severely impact natural ecosystems at different scales. Poikilothermic animals as butterflies, amphibians and reptiles have proven to be useful indicators for global change impacts as their phenology, spatial distribution, individual fitness and survival strongly depend on external environmental factors. In this aspect, phenological changes in terms of advanced flight or breeding periods, immigrations of foreign species, range shifts concomitant with temperature increases and even local population declines have been observed in both species groups. However, to date much attention has been paid to global change impacts on the species or population level and analyses concerning entire ecosystems are scarce. Applying a novel statistical modelling algorithm we assessed future changes in the extent and composition of terrestrial ecoregions as classified by the World Wide Fund for Nature (WWF). They are defined as coarse-scale conservation units containing exceptional assemblages of species and ecological dynamics. Our results demonstrate dramatic geographical changes in the extent and location of these ecoregions across all continents and even imply a repriorisation of conservation efforts to cope with future climate change impacts on biodiversity. On the local scale, climate change impacts become unequivocal. Comparing historical to contemporary butterfly assemblages on vineyard fallows of the Trier Region, a significant decline in butterfly richness, but also a severe depletion in trait diversity was observed. Comparisons of community temperature indices reveal a striking shift in community composition leading to a replacement of sedentary and monophagous habitat specialists by ubiquitous species. Similar changes have been observed in nature reserves in the Saar-Mosel-area. Monitoring data reveal strong losses of species diversity and remarkable shifts of community compositions at the expense of habitat specialists. Besides climatic variability, these findings are largely attributed to changes in habitat structures, mostly due to eutrophication and monotonisation. Management activities are unlikely to counterbalance these effects, thus severely questioning current conservation strategies. Most dramatic global change impacts are suspected on closely associated species and disruptions of biotic interactions are often hold responsible for species declines. A strong host-parasite association has developed in Myrmica ants and Maculinea butterflies, the later crucially depending on specific host ants for their larval survival. Applying environmental niche models we determined considerable niche dynamics in the observed parasite-host relation with a pronounced niche plasticity in the butterfly species adapting to previous evasive niche shifts in their host ants. Moreover, the new emergence of species continuously expanding their northernmost range borders concomitant with global warming like the Short-tailed blue (Cupido argiades) is attributed to climate change. However, species distribution models predict a severe habitat loss and shifts of potentially suitable habitats of this species towards north-eastern Europe and higher altitudes under several IPCC scenarios making the presence of this species in the Trier region a contemporary phenomenon. Species distribution models have emerged as powerful tools to predict species distributions over spatial and temporal scales. However, not only the presence of a species, but also its abundance have significant implications for species conservation. The ability to deduce spatial abundance patterns from environmental suitability might more efficiently guide field surveys or monitoring programs over large geographical areas saving time and money. Although the application of species distribution models to deduce vertebrate abundances is well recognized, our results indicate that this method is not an adequate approach to predict invertebrate abundances. Structural and ecological factors as well as climatic patterns acting at the microscale are key drivers of invertebrate occurrence and abundances limiting conclusions drawn from modeling approaches. Population declines should be interpreted with care as in butterflies and amphibians various reasons are debated. Both species groups are acknowledged to be highly susceptible to land use changes and variations in landscape structure. Moreover, climate and land use are not independently operating factors. The combined impact of both is demonstrated in our study linking climate-driven changes in amphibian phenologies to temporal advanced applications of pesticides and fertilizers. Both environmental factors already represent severe threats to amphibians when standing alone, but linking their combined impacts may result in an potentiated risk for amphibian populations. As all amphibians and numerous butterfly species are legally protected under the Federal Nature Conservation Act, intensifications of agricultural land use in large parts of Germany as well as new agrarian practices (including genetically manipulated plants accompanied by new herbicide technologies) might severely challenge regional conservation activities in the future.
The microbial enzyme alkaline phosphatase contributes to the removal of organic phosphorus compounds from wastewaters. To cope with regulatory threshold values for permitted maximum phosphor concentrations in treated wastewaters, a high activity of this enzyme in the biological treatment stage, e.g., the activated sludge process, is required. To investigate the reaction dynamics of this enzyme, to analyze substrate selectivities, and to identify potential inhibitors, the determination of enzyme kinetics is necessary. A method based on the application of the synthetic fluorogenic substrate 4-methylumbelliferyl phosphate is proven for soils, but not for activated sludges. Here, we adapt this procedure to the latter. The adapted method offers the additional benefit to determine inhibition kinetics. In contrast to conventional photometric assays, no particle removal, e.g., of sludge pellets, is required enabling the analysis of the whole sludge suspension as well as of specific sludge fractions. The high sensitivity of fluorescence detection allows the selection of a wide substrate concentration range for sound modeling of kinetic functions.
- Fluorescence array technique for fast and sensitive analysis of high sample numbers
- No need for particle separation – analysis of the whole (diluted) sludge suspension
- Simultaneous determination of standard and inhibition kinetics
Im Fokus der Ursachenanalyse der zunehmenden Homogenisierung von Biozönosen und des weltweiten Artenverlustes steht neben dem Flächennutzungs- und Klimawandel vorrangig auch die durch den Menschen verursachte Einbringung gebietsfremder, invasiver Arten. Aufgrund ihrer Charakteristika bilden diese Arten einen wichtigen Schnittpunkt von Ökologie, Ökonomie und Soziologie in Theorie und Praxis und erfahren folglich im Zuge der weltweit steigenden Anzahl von biologischen Invasionen zunehmend eine rechtliche Regulierung. Eine grundsätzliche Herausforderung in der Invasionsforschung liegt in der Identifikation von Faktoren, die Verbreitung, Dynamik und Erfolg der Arten erklären, um anhand dieses Wissens ihr Risiko für das Ökosystem als auch hinsichtlich ökonomischer und gesundheitlicher Aspekte abschätzen zu können. Eine Einschätzung der Invasivität der Art zur Ableitung von Handlungsstrategien und zur rechtlichen Einstufung erfolgt anhand von Risikoanalysen, deren kriterienbasierte Bewertung eine Reihe wissenschaftlicher Fakten voraussetzen. Um mögliche Ausbreitungswege- und barrieren zu identifiziert und Faktoren herauszustellen, welche die erfolgreiche Etablierung und Ausbreitung des Nordamerikanischen Waschbären in Deutschland und Europa erklären, wird in dieser Dissertation unter Verwendung populationsgenetischer Methoden die Ausbreitung der Art rekonstruiert. Darüberhinaus wird in dieser Arbeit die Bedeutung von Verbreitungsmodellen als Analyse- und Präventions-Instrument in der naturschutzfachlichen Risikoabschätzung verdeutlicht und zudem die Problematik einer Risikoabschätzung auf Grundlage einer lückenhaften Wissensbasis erläutert. Der rechtliche Schwerpunkt der Dissertation widmet sich der Regulierung der Haltung von IAS, die als ein aktiver und dominanter Einbringungsweg insbesonders für gebietsfremde Wirbeltierarten zählt und für die hier betrachtete Modellart nachweislich von hoher Bedeutung ist. Die gewonnenen Erkenntnisse geben Hilfestellung zur Einstufung der Invasivität der Art und zur Beurteilung eines Handlungsbedarfes.
Durch Bodendegradation werden jedes Jahr weltweit große Schäden verursacht. Die beiden Hauptverursacher für die globale Bodendegradation sind die Wind- und die Wassererosion. Für die Planung von effizienten Schutzmaßnahmen oder regionalen Managementplänen ist es deshalb wichtig zu verstehen, dass die beiden Prozesse nicht nur als abgekoppelte Phänomene auftreten. Auch wenn seit einiger Zeit das Bewusstsein hierfür zugenommen hat und eine steigende Anzahl von Bodenerosionsstudien auf diesen Sachverhalt eingehen, so bestehen vor allem bei der Abschätzung der relativen Bedeutung und dem Verständnis der vorhandenen Interaktionen zwischen der Wind- und Wassererosion noch substantielle Wissenslücken. Da indirekte Messverfahren, wie beispielsweise die Luftbildauswertung oder die Fernerkundung, für mikro-skalige Prozessstudien ungeeignet sind, beschränken sich die Studien zur Erfassung der Interaktion beider Prozesse zumeist auf die direkten und/oder experimentellen Messungen. Ein Vergleich der Abtragsraten und eine Untersuchung der Interaktionen zwischen der Wind- und der Wassererosion ist jedoch sehr schwierig, da es bislang kein Messinstrument gibt, dass einfach und schnell, die durch Wind, Wasser oder deren Zusammenwirken verursachten Erosionsraten auf natürlichen Oberflächen bestimmen kann. Aus diesem Grund wurde im Rahmen dieses Dissertationsprojekts erstmals, ein mobiler Windkanal mit integrierter Beregnungsanlage konzipiert und umgesetzt. Seine simulierten Wind- und Niederschlagseigenschaften wurden in Labormessungen mit einem Laserdistrometer, Niederschlagssammlern, Anemometern und Nebelversuchen bestimmt. Die beim Einsatz der Anlage in unterschiedlichen Messkampagnen gewonnenen Erkenntnisse zu seinem Aufbau flossen stetig in die Weiterentwicklung des Kanals ein. Die Qualität der simulierten Bedingungen im Kanal können nach den Modifikationen und unter Einbeziehung der Anforderungen an einen geländefähigen Kanal mit guter Mobilität, als sehr gut bezeichnet werden. Insbesondere die Reproduzierbarkeit der simulierten Bedingungen treten hier positiv hervor. Die angestrebten Ziele dieser Arbeit konnten weitestgehend erfüllt werden. Mit dem mobilen Windkanal mit integrierter Beregnungsanlage steht in Zukunft eine Anlage zur Verfügung, mit der die Abtragsraten der Wind- und Wassererosion im Gelände, getrennt und in ihrer gemeinsamen Wirkung, gemessen werden können. Durch den Einsatz der Anlage ist es möglich, einige der noch offenen wissenschaftlichen Fragen zur relativen Bedeutung und Interaktion der beiden Prozesse zukünftig zu untersuchen, um weitere Erkenntnisse über Ihren Einfluss auf die Bodendegradation, in Abhängigkeit von Landnutzungsänderungen und dem Klimawandel, zu erhalten.
Amphibian diversity in the Amazonian floating meadows: a Hanski core-satellite species system
(2021)
The Amazon catchment is the largest river basin on earth, and up to 30% of its waters flow across floodplains. In its open waters, floating plants known as floating meadows abound. They can act as vectors of dispersal for their associated fauna and, therefore, can be important for the spatial structure of communities. Here, we focus on amphibian diversity in the Amazonian floating meadows over large spatial scales. We recorded 50 amphibian species over 57 sites, covering around 7000 km along river courses. Using multi-site generalised dissimilarity modelling of zeta diversity, we tested Hanski's core-satellite hypothesis and identified the existence of two functional groups of species operating under different ecological processes in the floating meadows. ‘Core' species are associated with floating meadows, while ‘satellite' species are associated with adjacent environments, being only occasional or accidental occupants of the floating vegetation. At large scales, amphibian diversity in floating meadows is mostly determined by stochastic (i.e. random/neutral) processes, whereas at regional scales, climate and deterministic (i.e. niche-based) processes are central drivers. Compared with the turnover of ‘core' species, the turnover of ‘satellite' species increases much faster with distances and is also controlled by a wider range of climatic features. Distance is not a limiting factor for ‘core' species, suggesting that they have a stronger dispersal ability even over large distances. This is probably related to the existence of passive long-distance dispersal of individuals along rivers via vegetation rafts. In this sense, Amazonian rivers can facilitate dispersal, and this effect should be stronger for species associated with riverine habitats such as floating meadows.
Earth observation (EO) is a prerequisite for sustainable land use management, and the open-data Landsat mission is at the forefront of this development. However, increasing data volumes have led to a "digital-divide", and consequently, it is key to develop methods that account for the most data-intensive processing steps, then used for the generation and provision of analysis-ready, standardized, higher-level (Level 2 and Level 3) baseline products for enhanced uptake in environmental monitoring systems. Accordingly, the overarching research task of this dissertation was to develop such a framework with a special emphasis on the yet under-researched drylands of Southern Africa. A fully automatic and memory-resident radiometric preprocessing streamline (Level 2) was implemented. The method was applied to the complete Angolan, Zambian, Zimbabwean, Botswanan, and Namibian Landsat record, amounting 58,731 images with a total data volume of nearly 15 TB. Cloud/shadow detection capabilities were improved for drylands. An integrated correction of atmospheric, topographic and bidirectional effects was implemented, based on radiative theory with corrections for multiple scatterings, and adjacency effects, as well as including a multilayered toolset for estimating aerosol optical depth over persistent dark targets or by falling back on a spatio-temporal climatology. Topographic and bidirectional effects were reduced with a semi-empirical C-correction and a global set of correction parameters, respectively. Gridding and reprojection were already included to facilitate easy and efficient further processing. The selection of phenologically similar observations is a key monitoring requirement for multi-temporal analyses, and hence, the generation of Level 3 products that realize phenological normalization on the pixel-level was pursued. As a prerequisite, coarse resolution Land Surface Phenology (LSP) was derived in a first step, then spatially refined by fusing it with a small number of Level 2 images. For this purpose, a novel data fusion technique was developed, wherein a focal filter based approach employs multi-scale and source prediction proxies. Phenologically normalized composites (Level 3) were generated by coupling the target day (i.e. the main compositing criterion) to the input LSP. The approach was demonstrated by generating peak, end and minimum of season composites, and by comparing these with static composites (fixed target day). It was shown that the phenological normalization accounts for terrain- and land cover class-induced LSP differences, and the use of Level 2 inputs enables a wide range of monitoring options, among them the detection of within state processes like forest degradation. In summary, the developed preprocessing framework is capable of generating several analysis-ready baseline EO satellite products. These datasets can be used for regional case studies, but may also be directly integrated into more operational monitoring systems " e.g. in support of the Reducing Emissions from Deforestation and Forest Degradation (REDD) incentive. In reference to IEEE copyrighted material which is used with permission in this thesis, the IEEE does not endorse any of Trier University's products or services. Internal or personal use of this material is permitted. If interested in reprinting/republishing IEEE copyrighted material for advertising or promotional purposes or for creating new collective works for resale or redistribution, please go to http://www.ieee.org/publications_standards/publications/rights/rights_link.html to learn how to obtain a License from RightsLink.
Bei der Mauereidechse (Podarcis muralis, Laurenti 1768) handelt es sich um eine Süd- und mitteleuropäisch verbreitete Art. Sie ist im Süden weitgehend flächendeckend verbreitet, wohingegen sie am Nordrand ihres Verbreitungsgebietes in fragmentierten Populationen vorkommt, deren dauerhaftes Fortbestehen fraglich ist. Das Ziel der vorliegenden Arbeit bestand in der vergleichenden Untersuchung der genetischen Variabilität und Diversität ausgewählter Mauereidechsen-Populationen aus ihrem rezenten mitteleuropäischen Verbreitungsgebiet und ihren Refugialräumen. Weiterhin sollte überprüft werden, ob aus den erhaltenen Daten Rückschlüsse auf eventuell unterschiedliche Einwanderungswege der nördlichen Populationen mittels molekular-genetischer Methoden gezogen werden können. Als Untersuchungsmethode wurde die Mikrosatelliten-DNA Analyse gewählt. Gegenüber der in vorhergehenden Untersuchungen angewandten RAPD-PCR Methode besitzt die Analyse von DNA-Mikrosatelliten den großen Vorteil, über die direkte Bestimmung von Allelfrequenzen wichtige populationsgenetische Daten berechnen zu können. Isoenzymatische Voruntersuchungen an Mauereidechsen erwiesen sich als wenig geeignet. Die SSR-Methode ist besonders gut geeignet, die genetische Diversität und Populationsdifferenzierungen zu ermitteln. Mittels acht spezifischer Mikrosatelliten-Loci wurde die genetische Struktur von sieben Populationen der Mauereidechse untersucht. Als Untersuchungsgebiete wurden Standorte in Italien, Kroatien, Südfrankreich, Nordfrankreich, Rheinland-Pfalz, Nordrhein-Westfalen und Belgien ausgewählt und beprobt. Die untersuchten Loci erwiesen sich alle als polymorph und zum Teil als hoch variabel. Im Rahmen der populationsgenetischen Analysen wurden zahlreiche deskriptive und populationsgenetische Parameter zur Charakterisierung der Populationen verwendet. Wegen unerwarteter Fragmentlängen des Locus A7 wurden exemplarisch einige Allele von etwa 400 bp sequenziert. Dabei konnte zusätzlich außer dem Mikrosatelliten eine etwa 200 bp lange Sequenz nachgewiesen werden, die wahrscheinlich durch eine Insertion entstanden ist. Außerdem wurde ein Basenaustausch (G-C, C-G) beim Vergleich der FOREWARD- und REVERS- Sequenzierung festgestellt. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen, dass die Vorkommen der Mauereidechse an ihrem nördlichen Verbreitungsrand teilweise separiert sind. Es konnte gezeigt werden, dass ein Genaustausch der Trierer und der Urfter Tiere untereinander besteht. Eingeschränkt besteht der Genaustausch auch mit den Bitcher Tieren, wohingegen der Genaustausch mit den Belgischen Tieren wohl schon lange eingeschränkt ist oder nur sehr eingeschränkt stattgefunden hat. Die Einwanderung der Mauereidechse in ihr nördliches Verbreitungsgebiet dürfte von den Südfranzösischen Populationen durch das Rhônetal, die Burgundische Pforte, das Rheintal bis zur, in der vorliegenden Arbeit untersuchten Population von Bitche, erfolgt sein. Die Trierer und Urfter Tiere dürften über den Obermoselraum eingewandert sein. Aufgrund der im Verhältnis zu den anderen Populationen stark reduzierten Allelzahl der Population Anhée muss für diesen Standort von einem so genannten bottleneck (Flaschenhals) ausgegangen werden. Der Verdacht, dass sich die zwei Unterarten P. m. brogniardi (Belgien) und P. m. merremia (Nordeifel, Mosel, Bitche) unterscheiden lassen, scheint sich eher zu erhärten, als zu entkräften. Die großen genetischen Unterschiede der Belgischen Population zu den anderen nördlichen Populationen lassen sich am ehesten durch eine Einwanderung über Frankreich an die Maas und einen stark eingeschränkten Genfluss zwischen der Belgischen Population und den restlichen nördlichen Populationen erklären.
In addition to flood disasters on major rivers, damage caused by the flooding of smaller and medium-sized tributaries is also of considerable significance. To ensure that flood protection measures are effective, engineering flood prevention measures on the rivers must be supported by integrated catchment management. This includes decentralised water retention measures implemented in the sectors of forestry, agriculture and in residential areas. Within this scope new instruments have to be elaborated and introduced, such as GIS-based systems and systems for the evaluation of economic consequences and eco-efficiency of flood damage precaution measures associated with land-use. These are extremely significant for improving information management, the prevention of advice to the general public and for the acceptance of flood precaution measures. The conference intends to promote scientific exchange between specialists working on all areas concerning integrated catchment management. This includes the methodology for identification of catchment types prone to flooding hazards, the control and validation of land-use concepts for decentralised water retention as well as its combination and upscaling procedures up to mesoscale catchments. As catchment management is not only the concern of natural scientists the strategies for enhancing catchment management and the development of decision-support tools will also be important topics of the conference. ***Addenda *1. The articles from page 136 to 161 belong to session 5 *2. Article page 107: Ancient irrigation strategies: land use and hazard mitigation in Ma-´rib, Yemen (New list of authors: Ueli Brunner (a) , Michael Schütz (b), Dana Pietsch (c), Peter Kühn (c), Thomas Scholten (c), Iris Gerlach (d))
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.
Abstract: Thermal infrared (TIR) multi-/hyperspectral and sun-induced fluorescence (SIF) approaches together with classic solar-reflective (visible, near-, and shortwave infrared reflectance (VNIR)/SWIR) hyperspectral remote sensing form the latest state-of-the-art techniques for the detection of crop water stress. Each of these three domains requires dedicated sensor technology currently in place for ground and airborne applications and either have satellite concepts under development (e.g., HySPIRI/SBG (Surface Biology and Geology), Sentinel-8, HiTeSEM in the TIR) or are subject to satellite missions recently launched or scheduled within the next years (i.e., EnMAP and PRISMA (PRecursore IperSpettrale della Missione Applicativa, launched on March 2019) in the VNIR/SWIR, Fluorescence Explorer (FLEX) in the SIF). Identification of plant water stress or drought is of utmost importance to guarantee global water and food supply. Therefore, knowledge of crop water status over large farmland areas bears large potential for optimizing agricultural water use. As plant responses to water stress are numerous and complex, their physiological consequences affect the electromagnetic signal in different spectral domains. This review paper summarizes the importance of water stress-related applications and the plant responses to water stress, followed by a concise review of water-stress detection through remote sensing, focusing on TIR without neglecting the comparison to other spectral domains (i.e., VNIR/SWIR and SIF) and multi-sensor approaches. Current and planned sensors at ground, airborne, and satellite level for the TIR as well as a selection of commonly used indices and approaches for water-stress detection using the main multi-/hyperspectral remote sensing imaging techniques are reviewed. Several important challenges are discussed that occur when using spectral emissivity, temperature-based indices, and physically-based approaches for water-stress detection in the TIR spectral domain. Furthermore, challenges with data processing and the perspectives for future satellite missions in the TIR are critically examined. In conclusion, information from multi-/hyperspectral TIR together with those from VNIR/SWIR and SIF sensors within a multi-sensor approach can provide profound insights to actual plant (water) status and the rationale of physiological and biochemical changes. Synergistic sensor use will open new avenues for scientists to study plant functioning and the response to environmental stress in a wide range of ecosystems.
In order to discuss potential sustainability issues of expanding silage maize cultivation in Rhineland-Palatinate, spatially explicit monitoring is necessary. Publicly available statistical records are often not a sufficient basis for extensive research, especially on soil health, where risk factors like erosion and compaction depend on variables that are specific to every site, and hard to generalize for larger administrative aggregates. The focus of this study is to apply established classification algorithms to estimate maize abundance for each independent pixel, while at the same time accounting for their spatial relationship. Therefore, two ways to incorporate spatial autocorrelation of neighboring pixels are combined with three different classification models. The performance of each of these modeling approaches is analyzed and discussed. Finally, one prediction approach is applied to the imagery, and the overall predicted acreage is compared to publicly available data. We were able to show that Support Vector Machine (SVM) classification and Random Forests (RF) were able to distinguish maize pixels reliably, with kappa values well above 0.9 in most cases. The Generalized Linear Model (GLM) performed substantially worse. Furthermore, Regression Kriging (RK) as an approach to integrate spatial autocorrelation into the prediction model is not suitable in use cases with millions of sparsely clustered training pixels. Gaussian Blur is able to improve predictions slightly in these cases, but it is possible that this is only because it smoothes out impurities of the reference data. The overall prediction with RF classification combined with Gaussian Blur performed well, with out of bag error rates of 0.5% in 2009 and 1.3% in 2016. Despite the low error rates, there is a discrepancy between the predicted acreage and the official records, which is 20% in 2009 and 27% in 2016.
With the ongoing trend towards deep learning in the remote sensing community, classical pixel based algorithms are often outperformed by convolution based image segmentation algorithms. This performance was mostly validated spatially, by splitting training and validation pixels for a given year. Though generalizing models temporally is potentially more difficult, it has been a recent trend to transfer models from one year to another, and therefore to validate temporally. The study argues that it is always important to check both, in order to generate models that are useful beyond the scope of the training data. It shows that convolutional neural networks have potential to generalize better than pixel based models, since they do not rely on phenological development alone, but can also consider object geometry and texture. The UNET classifier was able to achieve the highest F1 scores, averaging 0.61 in temporal validation samples, and 0.77 in spatial validation samples. The theoretical potential for overfitting geometry and just memorizing the shape of fields that are maize has been shown to be insignificant in practical applications. In conclusion, kernel based convolutions can offer a large contribution in making agricultural classification models more transferable, both to other regions and to other years.
Floods are hydrological extremes that have enormous environmental, social and economic consequences.The objective of this thesis was a contribution to the implementation of a processing chain that integrates remote sensing information into hydraulic models. Specifically, the aim was to improve water elevation and discharge simulations by assimilating microwave remote sensing-derived flood information into hydraulic models. The first component of the proposed processing chain is represented by a fully automated flood mapping algorithm that enables the automated, objective, and reliable flood extent extraction from Synthetic Aperture Radar images, providing accurate results in both rural and urban regions. The method operates with minimum data requirements and is efficient in terms of computational time. The map obtained with the developed algorithm is still subject to uncertainties, both introduced by the flood mapping algorithm and inherent in the image itself. In this work, particular attention was given to image uncertainty deriving from speckle. By bootstrapping the original satellite image pixels, several synthetic images were generated and provided as input to the developed flood mapping algorithm. From the analysis performed on the mapping products, speckle uncertainty can be considered as a negligible component of the total uncertainty. In the final step of the proposed processing chain real event water elevations, obtained from satellite observations, were assimilated in a hydraulic model with an adapted version of the Particle Filter, modified to work with non-Gaussian distribution of observations. To deal with model structure error and possibly biased observations, a global and a local weight variant of the Particle Filter were tested. The variant to be preferred depends on the level of confidence that is attributed to the observations or to the model. This study also highlighted the complementarity of remote sensing derived and in-situ data sets. An accurate binary flood map represents an invaluable product for different end users. However, deriving from this binary map additional hydraulic information, such as water elevations, is a way of enhancing the value of the product itself. The derived data can be assimilated into hydraulic models that will fill the gaps where, for technical reasons, Earth Observation data cannot provide information, also enabling a more accurate and reliable prediction of flooded areas.
Ein gut funktionierendes Umweltmanagementsystem strebt im Allgemeinen nach einer kontinuierlichen Verbesserung der Umweltleistung. Diese kontinuierliche Verbesserung setzt bei den beteiligten Unternehmen einmal die Identifizierung der Umweltaspekte voraus. Die Umweltaspekte beziehen sich vor allem auf den Produktionsprozess und somit auf die Umwelteinwirkungen und - auswirkungen des Produktionsstandortes. Das Potential für kontinuierliche Verbesserung ist nicht immer offensichtlich, wie auch Schwachstellen nicht immer sofort erkannt werden. Beides äußert sich in der Umweltleistung eines Unternehmens. Das vorliegende Bewertungssystem ermöglicht es nun, diese Umweltleistung zu messen und im Sinne des Benchmarking die daraus erlangten Kenntnisse zu nutzen. In dieser Arbeit wird dargestellt, wo die Darstellung der Umweltleistung mit Kennzahlen seine Grenzen hat. Für den operativen Bereich werden daraufhin neue operative Umweltleistungskriterien entwickelt, und es wird gezeigt, wie die Killerargumente gegen einen Vergleich "unterschiedliche Fertigungstiefen und unterschiedlicher Produktoutput" ausgeschaltet werden können. Das Ergebnis sind operative Umweltleistungskriterien, die zwar mit Fehlern belastet sind, aber sie wurden analysiert und auf ein Minimum reduziert. Parallel dazu wird ein Katalog qualitativer Kriterien für den Managementbereich vorgestellt. Hiermit soll der organisatorische Teil, also die "Soft Skills" des Umweltmanagementsystems, abgedeckt werden. Zunächst wurde versucht, diesen Katalog von managementbezogenen Umweltleistungskriterien durch eine Delphi-Befragung zusammenzustellen. Nach einer Analyse der bestehenden Checklisten und Literatur musste dieser jedoch ergänzt werden. Nach dem betriebswirtschaftlichen Grundsatz: "What you cannot measure, you cannot manage." gibt der vorliegende Ansatz die Möglichkeit, durch die Vergabe von Zielerfüllungsgraden auch hier quantitative Aussagen zu machen. Dann wurde der Versuch, unternommen beide Umweltleistungskriterienpakete in einem naturwissenschaftlichen Bewertungsverfahren zu einem Bewertungssystem für Umweltmanagementsysteme zu vereinen. Dieser Versuch mündet in einem praktikablen Ansatz der Umweltleistungsbewertung zugeschnitten, auf die Automobilindustrie. Allerdings wird darauf verzichtet, eine Gesamt- Umweltleistungskennzahl über alle Kriterien zu kreieren, da die Aussage für den Anwender nicht detailliert genug wäre und eine so starke Aggregierung aus bewertungstheoretischer Sicht sehr problematisch ist.
For grape canopy pixels captured by an unmanned aerial vehicle (UAV) tilt-mounted RedEdge-M multispectral sensor in a sloped vineyard, an in situ Walthall model can be established with purely image-based methods. This was derived from RedEdge-M directional reflectance and a vineyard 3D surface model generated from the same imagery. The model was used to correct the angular effects in the reflectance images to form normalized difference vegetation index (NDVI)orthomosaics of different view angles. The results showed that the effect could be corrected to a certain scope, but not completely. There are three drawbacks that might restrict a successful angular model construction and correction: (1) the observable micro shadow variation on the canopy enabled by the high resolution; (2) the complexity of vine canopies that causes an inconsistency between reflectance and canopy geometry, including effects such as micro shadows and near-infrared (NIR) additive effects; and (3) the resolution limit of a 3D model to represent the accurate real-world optical geometry. The conclusion is that grape canopies might be too inhomogeneous for the tested method to perform the angular correction in high quality.
Ziegel waren im 19. und 20. Jahrhundert der bevorzugte Baustoff. Sie wurden für den Ausbau der Städte in heute kaum noch vorstellbaren Mengen nachgefragt, da sie preiswert und in Massen verfügbar waren. Das stabile Baumaterial erwies sich zudem in Form, Farbe und Ornamentik als vielseitig einsetzbar. Die Bedeutung des Ziegels lässt sich besonders gut an den Fassaden der gründerzeitlichen Berliner Stadtquartiere able-sen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird die städtebauliche Entwicklung Berlins einführend dargestellt, um aufzuzeigen, welche Auswirkungen sich daraus für das bran-denburgische Umland ergaben. Das an der oberen Havel in Nordbrandenburg gelegene Zehdenicker Revier profitierte von dieser Entwicklung und nahm als Standort der Ziegelindustrie im Deutschen Reich eine besondere Stellung ein. Handwerkliche Verfahren der Ziegelherstellung waren Ende des 19. Jahrhunderts zunehmend durch industrielle Massenproduktion abgelöst worden. 1887 wurden nördlich der Kleinstadt Zehdenick zufällig reichhaltige Tonlagerstätten an der Havel entdeckt. Die neugeborene Industriestadt stieg innerhalb weniger Jahre zum Zentrum der Märkischen Ziegelindustrie auf. Bis 1913 wurden 63 Hoffmannsche Ring-öfen nördlich von Zehdenick errichtet, mit denen bis zu 500 Millionen Ziegel pro Jahr gebrannt werden konnten. Nach dem Zweiten Weltkrieg entwickelte sich der VEB Zie-gelwerke Zehdenick zum bedeutendsten Ziegelhersteller in der DDR. Noch bis 1990 be-stimmten historische Ringofenziegeleien das Landschaftsbild im Revier. Die Ziegelferti-gung endete mit der Wiedervereinigung Deutschlands. Untersuchungsgegenstand der Dissertation ist das Erbe der Zehdenicker Ziegelindustrie und die von ihr geprägte Kulturlandschaft, die nicht nur erhebliche geschichtliche Bedeu-tung für den Aufbau Berlins vor 1945 sondern auch für die Baustoffindustrie in der der DDR hat. Bislang wurde dieses Kulturgut kaum erforscht. Aus diesem Grund erfolgte zunächst eine grundlegende Inventarisierung der persistenten Relikte, die erfasst, be-schrieben, in ihrer Erscheinung erklärt und hinsichtlich ihrer touristischen Verwendbarkeit bewertet wurden. Es konnte dadurch festgestellt werden, dass derzeit noch ein reichhal-tiges bauliches Erbe der Ziegelindustrie im Untersuchungsraum existiert. Dieses bedeutende Erbe wird bislang erst in Ansätzen durch den Tourismus genutzt, zumal in den westlichen Industrieländern nur noch wenige Hoffmannsche Ringöfen erhal-ten geblieben sind. Die Arbeit zeigt auf, dass die mittlerweile vollständig gefluteten Ton-tagebauten und Teile der historischen Kulturlandschaft mit ihrem Formenschatz - Relikte der Aufbereitung, der Freilufttrocknung, Produktions- und Wohngebäude oder Häfen - eine hohe Relevanz für den Erholungs- und Kulturtourismus aufweisen. Kulturtouristisch erschlossen wurde bislang einzig der Ziegeleipark Mildenberg, der pro Jahr etwa 40.000 Besucher zählt. Sein besucherorientiertes Angebot wurde im Rahmen der Dissertation analysiert und bewertet. Er stellt bislang eine inselartige Erschließung dar, die den histo-rischen Dimensionen des Reviers mit seinen vielen Standorten nicht entspricht. Die Arbeit liefert wesentliche Grundlagen für die Konzeption einer kulturtouristischen Erschließung der gesamten Zehdenicker Tonstichlandschaft unter Nutzung und Wahrung ihrer authentischen Relikte und regionalen Spezifik. Sie schließt mit konkreten Vorschlä-gen für eine gezielte Erhaltung und Pflege dieses Erbes unter besonderer Berücksichti-gung des Kulturtourismus. Dabei fließen Erfolgsmuster tourismusrelevanter Nutzungs-formen vergleichbarer Standorte in Deutschland und in Belgien, die durch eigene Re-cherchen und Expertengespräche mit Vertretern bedeutender Ziegeleimuseen ermittelt wurden, mit ein. Noch wäre es möglich, den seit 1990 fortschreitenden Verfall dieses Kulturgutes aufzu-halten, vor weiterer Zerstörung zu schützen und die wertvolle Substanz der industriellen Vergangenheit inwertzusetzen.
Die in einem Einzugsgebiet herrschende räumliche Inhomogenität wird im Wasserhaushaltsmodell LARSIM (Large Area Runoff Simulation Modell) in den einzelnen Modellkomponenten unterschiedlich stark berücksichtigt. Insbesondere die räumliche Verteilung der Abflussprozesse wurde bisher nicht berücksichtigt, weil keine flächenhaft verfügbare Information über eben diese Verteilung vorlag. Für das Einzugsgebiet der Nahe liegt nun seit dem Jahr 2007 eine Bodenhydrologische Karte vor, die flächenhaft den bei ausreichenden Niederschlägen zu erwartenden Abflussprozess ausweist. In der vorliegenden Dissertation wird die Nutzung dieser Prozessinformation bei der Parametrisierung des Bodenmoduls von LARSIM beschrieben: Für drei Prozessgruppen " gesättigter Oberflächenabfluss, Abfluss im Boden, Tiefenversickerung " werden mittels zweier neuer Parameter P_Bilanz und P_Dämpfung inhomogene Parametersätze aus empirisch ermittelten Kennfeldern gewählt, um die Prozessinformation bei der Abflussbildung im Modell zu berücksichtigen. Für die Abbildung der Prozessintensitäten in den Gebietsspeichern werden zwei unterschiedliche Ansätze vorgestellt, die sich in ihrer Komplexität unterscheiden. In der ersten Variante werden fünf Oberflächenabflussspeicher für unterschiedlich schnell reagierende Prozessgruppen eingeführt, in der zweiten Variante wird der erste Ansatz mit dem ursprünglichen Schwellenwert zur Aufteilung in schnelle und langsame Oberflächenabflusskomponenten kombiniert. Es wird gezeigt, dass die Parametrisierung mit den beiden neuen Parametern P_Bilanz und P_Dämpfung einfacher, effektiver und effizienter ist, da beide Parameter minimale Interaktionen aufweisen und in ihrer Wirkungsweise leicht verständlich sind, was auf die ursprünglichen Bodenparameter nicht zutrifft. Es wird ein Arbeitsfluss vorgestellt, in dem die neuen Parameter in Kombination mit Signature Measures und unterschiedlichen Darstellungen der Abflussdauerlinie gemeinsam genutzt werden können, um in wenigen Arbeitsschritten eine Anpassung des Modells in neuen Einzugsgebieten vorzunehmen. Die Methode wurde durch Anwendung in drei Gebieten validiert. In den drei Gebieten konnte in wenigen Kalibrierungsschritten die Simulationsgüte der ursprünglichen Version erreicht und " je nach Zielsetzung " übertroffen werden. Hinsichtlich der Gütemaße zeigte sich bei der Variante, in der die Gebietsspeicher nicht modifiziert wurden, aber kein eindeutiges Bild, ob die ursprüngliche Parametrisierung oder die neue grundsätzlich überlegen ist. Neben der Auswertung der Validierungszeiträume wurden dabei auch die simulierten Ganglinien in geschachtelten Gebieten betrachtet. Die Version, in der die Gebietsspeicher modifiziert wurden, zeigt hingegen vor allem im Validierungszeitraum tendenziell bessere Simulationsergebnisse. Hinsichtlich der Abbildung der Abflussprozesse ist das neue Verfahren dem alten deutlich überlegen: Es resultiert in plausiblen Anteilen von Abflusskomponenten, deren Verteilung und Abhängigkeit von Speicherkapazitäten, Landnutzungen und Eingangsdaten systematisch ausgewertet wurden. Es zeigte sich, dass vor allem die Speicherkapazität des Bodens einen signifikanten Einfluss hat, der aber im hydrologischen Sinn richtig und hinsichtlich der Modellannahmen plausibel ist. Es wird deutlich gemacht, dass die Einschränkungen, die sich ergeben haben, aufgrund der Modellannahmen zustande kommen, und dass ohne die Änderung dieser Annahmen keine bessere Abbildung möglich ist. Für die Zukunft werden Möglichkeiten aufgezeigt, wie die Annahmen modifiziert werden können, um eine bessere Abbildung zu erzielen, indem der bereits bestehende Infiltrationsansatz in die Methode integriert wird.
Background: The growing production and use of engineered AgNP in industry and private households make increasing concentrations of AgNP in the environment unavoidable. Although we already know the harmful effects of AgNP on pivotal bacterial driven soil functions, information about the impact of silver nanoparticles (AgNP) on the soil bacterial community structure is rare. Hence, the aim of this study was to reveal the long-term effects of AgNP on major soil bacterial phyla in a loamy soil. The study was conducted as a laboratory incubation experiment over a period of 1 year using a loamy soil and AgNP concentrations ranging from 0.01 to 1 mg AgNP/kg soil. Effects were quantified using the taxon-specific 16S rRNA qPCR.
Results: The short-term exposure of AgNP at environmentally relevant concentration of 0.01 mg AgNP/kg caused significant positive effects on Acidobacteria (44.0%), Actinobacteria (21.1%) and Bacteroidetes (14.6%), whereas beta-Proteobacteria population was minimized by 14.2% relative to the control (p ≤ 0.05). After 1 year of exposure to 0.01 mg AgNP/kg diminished Acidobacteria (p = 0.007), Bacteroidetes (p = 0.005) and beta-Proteobacteria (p = 0.000) by 14.5, 10.1 and 13.9%, respectively. Actino- and alpha-Proteobacteria were statistically unaffected by AgNP treatments after 1-year exposure. Furthermore, a statistically significant regression and correlation analysis between silver toxicity and exposure time confirmed loamy soils as a sink for silver nanoparticles and their concomitant silver ions.
Conclusions: Even very low concentrations of AgNP may cause disadvantages for the autotrophic ammonia oxidation (nitrification), the organic carbon transformation and the chitin degradation in soils by exerting harmful effects on the liable bacterial phyla.
High-resolution projections of the future climate are required to assess climate change realistically at a regional scale. This is in particular important for climate change impact studies since global projections are much too coarse to represent local conditions adequately. A major concern is thereby the change of extreme values in a warming climate due to their severe impact on the natural environment, socio-economical systems and the human health. Regional climate models (RCMs) are, however, able to reproduce much of those local features. Current horizontal resolutions are about 18-25km, which is still too coarse to directly resolve small-scale processes such as deep-convection. For this reason, projections of a possible future climate were simulated in this study with the regional climate model COSMO-CLM at horizontal resolutions of 4.5km and 1.3km for the region of Saarland-Lorraine-Luxemburg and Rhineland-Palatinate for the first time. At a horizontal scale of about 1km deep-convection is treated explicitly, which is expected to improve particularly the simulation of convective summer precipitation and a better resolved orography is expected to improve near surface fields such as 2m temperature. These simulations were performed as 10-year long time-slice experiments for the present climate (1991"2000), the near future (2041"2050) and the end of the century (2091"2100). The climate change signals of the annual and seasonal means and the change of extremes are analysed with respect to precipitation and 2m temperature and a possible added value due to the increased resolution is investigated. To assess changes in extremes, extreme indices have been applied and 10- and 20-year return levels were estimated by "peak-over-threshold" models. Since it is generally known that model output of RCMs should not directly be used for climate change impact studies, the precipitation and temperature fields were bias-corrected with several quantile-matching methods. Among them is a new developed parametric method which includes an extension for extreme values and is hence expected to improve the correction. In addition, the impact of the bias-correction on the climate change signals and on the extreme value statistics was investigated. The results reveal a significant warming of the annual mean by about +1.7 -°C until 2041"2050 and +3.7 -°C until 2091"2100, but considerably stronger signals of up to +5 -°C in summer in the Rhine Valley. Furthermore, the daily variability increases by about +0.8 -°C in summer but decreases by about -0.8 -°C in winter. Consequently, hot extremes increase moderately until the mid of the century but strongly thereafter, in particular in the Rhine Valley. Cold extremes warm continuously in the complete domain in the next 100 years but strongest in mountainous areas. The change signals with regard to annual precipitation are of the order -±10% but not significant. Significant, however, are a predicted increase of +32% of the seasonal precipitation in autumn until 2041"2050 and a decrease of -28% in summer until 2091-2100. No significant changes were found for days with intensities > 20 mm/day, but the results indicate that extremes with return periods ≤2 years increase as well as the frequency and duration of dry periods. The bias-corrections amplified positive signals but dampened negative signals and considerably reduced the power of detection. Moreover, absolute values and frequencies of extremes were altered by the correction but change signals remained approximately constant. The new method outperformed other parametric methods, in particular with regard to extreme value correction and related extreme indices and return levels. Although the bias correction removed systematic errors, it should be treated as an additional layer of uncertainty in climate change studies. Finally, the increased resolution of 1.3km improved predominantly the representation of temperature fields and extremes in terms of spatial heterogeneity. The benefits for summer precipitation were not as clear due to a severe dry-bias in summer, but it could be shown that in principle the onset and intensity of convection improves. This work demonstrates that climate change will have severe impacts in this investigation area and that in particular extremes may change considerably. An increased resolution provides thereby an added value to the results. These findings encourage further investigations, for other variables as for example near-surface wind, which will be more feasible with growing computing resources. These analyses should, however, be repeated with longer time series, different RCMs and anthropogenic scenarios to determine the robustness and uncertainty of these results more extensively.
By means of complex interaction-processes sea ice not only modifies the regional climate in the ocean-atmosphere-sea-ice system but also the general circulation of the atmosphere and the ocean's circulation. Besides a strong interannual variability sea-ice extent shows an arcticwide significant negative trend during the last two decades with maximum rates in spring and summer. These are often linked to (small-scale) processes in the Siberian Arctic and the Laptev Sea, respectively. The objective of this thesis is the expansion of the understanding of the processes concerning atmosphere-sea-ice interactions on the regional scale during the summer from 1979 to 2002 in the Arctic with a special emphasis on the Laptev Sea. To achieve this, numerical simulations of the regional climate model HIRHAM4 are used in conjunction with ground- and satellite-based observational data. A precondition for the numerical experiments and the realistic reproduction of atmospheric processes is an improved lower boundary forcing dataset for HIRHAM4 based on observational datasets, which is developed, validated and described. To investigate the effects of the sea-ice distribution, its properties and small-scale features on the atmosphere, HIRHAM4 is used in sensitivity studies systematically with different model settings, each of which incorporates the lower boundary forcing data in a different manner. Even little changes in the lower boundary forcing fields, while retaining the lateral boundary forcing, are sufficient to cause the model to produce significantly different atmospheric circulation patterns relative to the control simulations which use standard forcings and settings. Cyclone activity, which is a special focus of this study, is also altered. The mean atmospheric circulation patterns and the near-surface air temperature distribution can be reproduced more realistically with the new forcing dataset, which is shown by validation experiments with observational data. The biggest relative impact, besides an altered sea-ice coverage and distribution, can be reached by using sea-ice concentrations instead of a binary sea-ice mask. By utilizing sea-ice drift data, dynamic and thermodynamic processes can be partially separated from each other to investigate the development of sea-ice anomalies in the Laptev Sea. They depend on a time-critical succession of atmospheric conditions and the properties of sea ice during May and August. Positive air temperature anomalies are identified to be the key driving factors for the development of negative sea-ice anomalies. They are found to be a result of enhanced short-wave radiation balances, which are coupled to high pressure areas and intermediate anticyclones. The polynyas during early summer seem to have an important influence too. Because of lower process rates, the wind-induced sea-ice drift is enhancing and damping the development of the sea-ice area anomalies, but it cannot cause an anomaly all by itself. A precise separation of the effectiveness of the sea-ice transport and the melting rates is not possible due to the available data.
The main goal of this publication is the development and application of an empirical method, which allows to forecast the transport of radionuclides in soils ad sediments. The calculations are based on data published in the literature. 10 case studies, comprising 30 time series, deal with the transport of Cs-134, Cs-137, Sr-85, Sr-90, and Ru-106. Transport in undisturbed soils and experimental systems like lysimeters and columns in laboratories are dealt with. The soils involved cover a large range of soils, e. g. podsols, cambisols (FAO), and peaty soils. Different speciations are covered, namely ions, aerosols, and fuel particles. Time series analysis centres around the Weibull-distribution. All theoretical models failed to forecast the transport of radionuclides. It can be shown that the parameters D and v, the dispersion coefficient and the advection velocity, appearing in solutions of the advection-dispersion equation (ADE), have no real physical meaning. They are just fitting parameters. The calculation of primary photon fluence rates, caused by Cs-137 in the soil, stresses the unreliability of forecasts based on theoretical models.
The fragmentation of landscapes has an important impact on the conservation of biodiversity. The genetic diversity is an important factor for a population- viability, influenced by the landscape structure. However, different species with differing ecological demands react rather differently on the same landscape pattern. To address this feature, we studied ten xerothermophilous butterfly species with differing habitat requirements (habitat specialists with low dispersal power in contrast to habitat generalists with low dispersal power and habitat generalists with higher dispersal power). We analysed allozyme loci for about 10 populations (Ã 40 individuals) of each species in a western German study region with adjoining areas in Luxemburg and north-eastern France. The genetic diversity and genetic differentiation between local populations was discussed under conservation genetic aspects. For generalists we detected a more or less panmictic structure and for species with lower abundance and sedentarily behaviour the effect of isolation by distance. On the other hand, the isolation of specialists was mostly reflected by strong genetic differentiation patterns between the investigated populations. Parameters of genetic diversity were mostly significantly higher in generalists, compared to specialists. Substructures within populations as an answer of low intrapatch migration, low population densities and high population fluctuations could be shown as well. Aspects of landscape history (the historical distribution of habitats resulting of the presence of limestone areas) and the changes of extensive sheep pasturing and the loss of potential habitats in the last few decades (recent fragmentation) are discussed against the gained genetic data-set of the ten butterflies.
Der Radtourismus hat in den letzten 15 bis 20 Jahren eine dynamische Entwicklung genommen, die ihn zu einer wichtigen Tourismusart für viele Regionen in vor allem ländlich geprägten Regionen werden ließ. Die Konsequenz war und ist ein erheblicher Ausbau der radtouristischen Infrastruktur, die hauptsächlich aus öffentlichen Mitteln finanziert wurde. Die radtouristische Nachfrage umfasst in Deutschland - je nach zu Grunde gelegten Daten - zwischen 4,2 und 7,9 Mio. Bundesbürger. Dabei ist die Entwicklung dieser Nachfrage in den letzten Jahren eher stagnierend verlaufen, trotzdem steht ihr ein weiter wachsendes radtouristisches Angebot gegenüber. Die Frage, ob sich diese Investitionen über die durch den Radtourismus ausgelösten regionalwirtschaftlichen Effekte bezahlt machen, steht im Zentrum dieser Arbeit und wurde mit Hilfe einer empirischen Erhebung untersucht. Für das Bundesland Rheinland-Pfalz insgesamt konnte eine Spannweite von 4,2 bis 7,7 Mio. Radtouristen pro Jahr ermittelt werden, wovon zwischen 2,9 und 6,0 Mio. Tagesgäste sind. Auf Grund der während der Radurlaube getätigten Ausgaben lassen sich die durch den Radtourismus induzierten regionalwirtschaftlichen Effekte in einer Größenordnung von 275 Mio. € bis 327 Mio. € bestimmen, was rund 10% der gesamttouristischen Wertschöpfung in Rheinland-Pfalz entspricht. Werden die Investitionskosten für die vier untersuchten Radwege " Mosel-Radweg, Nahe-Radweg, Maare-Mosel-Radweg und Kraut und Rüben-Radweg " der jährlich auf diesen Wegen erzielten Wertschöpfung in Höhe von ca. 62 Mio. € gegenübergestellt, muss festgestellt werden, dass sich die Investitionen schon nach kurzer Zeit über die positiven, indirekten wirtschaftlichen Effekte in den Regionen bezahlt gemacht haben. Insgesamt gesehen stellt sich somit der Radtourismus als attraktives, wirtschaftlich tragfähiges touristisches Segment dar, welches in der Lage ist, auch in peripheren Regionen touristische Wertschöpfung zu erzeugen. Voraussetzung hierfür ist aber die Beachtung der dargestellten Anforderungen, welche die Nachfrage an das Produkt Radtourismus stellt und die Einhaltung von verschiedenen Qualitätsanforderungen. Erst wenn Radtourismus als Qualitätsprodukt verstanden wird, hinter dem auch die touristischen Leistungsträger einer Region stehen, kann Radtourismus zu einem wichtigen Wirtschaftsfaktor innerhalb einer Region entwickelt werden.
The allergic contact dermatitis (ACD) to small molecular weight compounds is a common inflammatory skin reaction. ACD is restricted to industrialized countries, has an enormous sociomedical and socioeconomic impact. About 2,800 compounds from the six million chemicals known in our environment are believed to have allergic, and to a lesser degree also contact-sensitizing or immunogenic properties causing allergic contact dermatitis. ACD results from T cell responses to harmless, low molecular weight chemicals (haptens) applied to the skin. Haptens are not directly recognized by the cells of the immune system. They need to be presented by subsets of antigen presenting cells to the cells of the immune system. In this regard, epidermal Langerhans cells (LC) and the cells into which they mature (dendritic cells) are believed to play a pivotal role in the sensitization process for ACD. LC are able to bind the haptens, internalize them, and present them to naive T cells and induce thereby the development of effector T cells. They are so-called professional antigen presenting cells. This process is initiated and maintained by the release of several mediators, which are released by various cells after their contact with the haptens. One of the first proteins secreted into the environment is interleukin (IL)-1ß. This cytokine is produced and secreted minutes after an antigen enters the cell. It is commonly believed that the large amounts of this protein and other cytokines such as granulocyte-colony stimulation factor (GM-CSF) and tumor necrosis factor alpha (TNF-ï¡) needed for the initiation and activation of ACD are coming first from other cells residing in the skin, e.g., keratinocytes, monocytes and macrophages. These cytokines provide the danger signals needed for the activation of the Langerhans cell (LC), which then produce via a positive feedback loop various cytokines themselves. In addition, other proteins such as chemokines influence the generation of danger signals, migration, homing of T cells in the local lymph nodes as well as the recruitment of T cells into the skin. Thus, a small molecular compounds or hapten needs to be able to induce danger signals in order to become immunogenic. In this study, we investigated whether para-phenylenediamine (PPD), an arylamine and common contact allergen, is able to induce danger signals and likely provide the signals needed for an initiation of an immune response[162, 163]. PPD is used as an antioxidant, an ingredient of hair dyes, intermediate of dyestuff, and PPD is found in chemicals used for photographic processing. But up to date, it has not been clearly demonstrated if PPD itself is a sensitizing agent. Thus, this study aimed on the potential of PPD to provide the danger signals by studying IL-1β, TNF-ï¡, and monocyte chemoattractant proteins (MCP-1) in human monocytes, peripheral blood mononuclear cells (PBMC) from healthy volunteers, and also in two human monocyte cell lines namely U937, and THP-1. This study found that PPD decreased dose- and time-dependently the expression and release of three relevant mediators involved in the generation of danger signals. Namely, PPD reduced the mRNA and protein levels for IL-1ß, TNF-ï¡, and MCP-1 in primary human monocytes from various donors. These findings were extended and validated by investigations using the cell line U937. The data were highly specific for PPD, and no such results were gained for its known auto oxidation product called Bandrowski- base or for meta-phenylenediamine (MPD), and ortho-phenylenediamine (OPD). Therefore, we can speculate that this effect is likely to be dependent on the para-substitution. Based on these results we conclude that PPD itself is not able to mount a cascade for the induction of danger signals. It should be mentioned that it is still possible that PPD induces danger signals for sensitization by other unknown processes. Therefore, more research is still needed focusing on this subject especially in professional antigen presenting cells in order to solve the still open question whether PPD itself sensitizes naive T cells or if PPD is solely an allergen. Independently we found unexpectedly that PPD as well as other haptens such as 2, 4-Dinitrochlorobenzene, nickelsulfate, as well as some terpenoide increased clearly the expression of CC chemokin receptor 2 (CCR2), the receptor for the chemokine MCP-1. Up to date, the main importance for the CCR2 receptor comes from results demonstrating that CCR2 is critical for the migration of monocytes after encounter with bacterial lipopolysaccharides. Under these circumstances the receptor disappears from the cell surface and is down regulated. An up regulation of CCR2 has not been reported for haptens, and deserves further investigations.
Die Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre und Schnee sind für die Simulation der Grenzschicht (BL) über Schneedecken von Bedeutung. Um diese Wechselwirkungen zu untersuchen, wird das mesoskalige Lokalmodell (LM) des Deutschen Wetterdienstes (DWD) mit einer horizontalen Auflösung von etwa 14 km und einer hohen vertikalen Auflösung in der Grenzschicht für Simulationen über Grönland verwendet. Weil die Verwendung des Bodenmodells des LM zu unrealistischen Ergebnissen führt, wurden dessen Schneeeigenschaften angepasst. Die Simulationen werden für zehn Tage im Juli 2002 durchgeführt, währenddessen ein Feldexperiment an der Station Summit stattfand. Zur Validation des LM wurden die Simulationsergebnisse mit diesen Messungen verglichen. Der Vergleich ergibt Defizite bei der bodennahen Temperatur sowie bei Turbulenzgrößen. Die Turbulenzparametrisierung des LM weist bei stabiler Schichtung Defizite auf. Daher wurde ein lokaler Mischungswegansatz und eine skalare Rauhigkeitslänge über Eis und Schnee implementiert und ihr Einfluss untersucht. Beide Parametrisierungen zeigen eine Verbesserung der turbulenten kinetischen Energie und des fühlbaren Wärmeflusses. Um die Schneedrift und ihren Einfluss auf die Schneeakkumulation zu untersuchen, wurde das eindimensionale Schneemodell SNOWPACK mit PARCA-Messungen und LM-Ergebnissen angetrieben, sowie eine gekoppelte Version LM/SNOWPACK verwendet. SNOWPACK hat eine realistischere Darstellung des Schnees als das LM-Bodenmodell und ermöglicht die Simulation der mikrophysikalischen Schneeigenschaften. Die mit PARCA-Messungen angetriebenen Simulationen ergeben einen Zusammenhang zwischen Schneedrift und Neuschnee sowie hohen Windgeschwindigkeiten, diese Faktoren sind jedoch nicht die alleinigen Mechanismen. Während die Eigenschaften des Schneefeldes von den Anfangsbedingungen abhängen, ist der Einfluss des Anfangsfeldes auf die Schneedrift gering. Die Simulationen mit dem LM ergeben eine Verbesserung der bodennahen Temperaturen durch die Kopplung. Die Schneedrift ist in erster Linie in den Randgebieten des grönländischen Eisschildes zu finden. Dort ist die Schneeakkumulation durch Schneedrift von gleicher Größenordnung wie Evaporation/Sublimation von Schnee.
Allergische Kontaktdermatitis ist eine zellvermittelte verzögerte Überempfindlichkeitsreaktion auf niedermolekulare Substanzen, die häufig Hautreaktionen hervorrufen und dadurch sowohl persönliche als auch berufliche Probleme verursachen. Chemikalien wie para-Phenylendiamin (PPD) und andere verwandte para-Aminobenzole werden häufig in Farben eingesetzt und erlangen aufgrund ihrer starken Allergenität eine immer größere Aufmerksamkeit. Bis jetzt ist das Wissen über zelluläre Immunantworten auf PPD nur begrenzt verstanden. In dieser Studie haben wir das immunmodulatorische Potential vonrnPPD untersucht, vor allem hinsichtlich der Fragestellung, ob PPD selber naive T-Zellen sensibilisieren kann oder ob PPD letztendlich nur ein Allergen ist. In Anbetracht der Tatsache das dendritische Zellen (DZ) eine vorherrschende Rolle bei der allergischen Kontaktdermatitis spielen, haben wir untersucht, in wie weit PPD in der Lage ist, funktionelle Reifung zu modulieren. Um abschätzen zu können, welcher Anteil an PPD nach der Stimulation zur potentiellen Aktivierung tatsächlich zur Verfügung steht, haben wir die metabolische Kompetenz von "monocyte derived dendritic cells" (MoDC) untersucht, PPD zurnacetylieren. Dazu haben wir die N-Acetyltransferase 1 (NAT-1) und N-Acetyltransferase 2(NAT-2) mRNA Expression charakterisiert und weitergehend die metabolische Aktivität von NAT-1 Enzym bestimmt. Mit diesen Versuchen konnten wir zeigen, dass MoDC von 9 aus 10 Spendern das NAT-1 Enzym exprimieren und konnten in 4 von 6 Spendern acetyliertes PPD in Extrakten aus Zellkulturüberständen detektieren. In Anbetracht der Tatsache, dassrnacetyliertes PPD nicht in der Lage ist, MoDC zu aktivieren, können wir davon ausgehen,dass der Anteil an acetyliertem PPD zur DC Aktivierung nicht zur Verfügung steht. Um das sensibilisierende Potential von PPD herauszufinden, haben wir nach Stimulation mit verschiedenen PPD Konzentrationen die Expression von Oberflächenmolekülen, die für die Antigenpräsentation, Co-Stimulation, späte Migration und dendritische Zell-/T-Zell-Wechselwirkung entscheidend sind, zu verschiedenen Zeitpunkten mittels Durchflusszytometrie Messungen (FACS) gemessen. Zusammengefasst konnten wir zeigen,dass PPD signifikant die "chemokine receptor 7" (CCR7) Expression und nicht signifikant die "human leukocyte antigen " DR" HLA-DR, "DC-specific C-type lectin intercellular adhesion molecule-3-grabbing nonintegrin" (DC-SIGN) und "cluster domain" 11c (CD11c) Expression erhöht. Die erhöhte CCR7 Expression ermutigte uns, weiter nachzuforschen, ob PPD trotz der Tatsache, dass es keine traditionelle CD80 und CD86 Expression induzieren kann, fähig ist, DCs zu aktivieren. Ausgiebige Zytokinkinetikmessungen konnten diese Hypothese bestätigen. Mit Cytometric Beat Array (CBA) Messungen konnten wir gleichzeitig Mediatoren wie "Interleukin -1ß" (IL-1ß), "tumor necrosis factor-alpha" (TNF-α), IL-8, IL-6, IL-12P70 undrnIL-10 messen und damit demonstrieren, dass PPD in der Lage ist, bei allen Spendern "Danger Signals" zu induzieren. Zudem konnten wir zeigen, dass die PPD induzierte Zytokinausschüttung interindividuell schwankte und zu unterschiedlichen Zeitpunkten erfolgte. Überraschenderweise war die qualitative Zusammensetzung der Zytokine vergleichbar. Während in 3 von 4 Spendern die Zytokinexpression eher schwach erhöht war und von kurzer Dauer, haben wir in einem Spender vor allem mit den Konzentrationen von 10μM und 50μM PPD verblüffend hohe Zytokinausschüttungen gemessen. Dieser Spenderrnscheint eine Person zu repräsetieren, die empfänglicher für eine PPD Sensibilisierung ist als andere. Unabhängig davon, hat uns die Tatsache, dass PPD in allen Spendern "Danger Signals", aber keine gesteigerte Expressionsrate von traditionellen Reifungsmarkern (mit Ausnahme von CCR7) induzierte, veranlasst zu untersuchen, ob PPD anderweitig fähig ist,in MoDC Immunantworten zu modulieren. Daraufhin haben wir den Einfluss von PPD aufrnaktivierte DCs gemessen und die Ergebnisse bestätigten die Annahme. Weiterhin konnten wir zeigen, dass PPD immunogenes Potential aufweist. Aufgrund der Tatsache, dass die LPS induzierten Signaltransduktionswege in MoDC gut charakterisiert sind, konnten wir mit dieser Studie zusätzlich Hinweise über die PPD induzierte Signalgebung liefern.
The parameterization of the boundary layer is a challenge for regional climate models of the Arctic. In particular, the stable boundary layer (SBL) over Greenland, being the main driver for substantial katabatic winds over the slopes, is simulated differently by different regional climate models or using different parameterizations of the same model. However, verification data sets with high-resolution profiles of the katabatic wind are rare. In the present paper, detailed aircraft measurements of profiles in the katabatic wind and automatic weather station data during the experiment KABEG (Katabatic wind and boundary-layer front experiment around Greenland) in April and May 1997 are used for the verification of the regional climate model COSMO-CLM (CCLM) nested in ERA-Interim reanalyses. CCLM is used in a forecast mode for the whole Arctic with 15 km resolution and is run in the standard configuration of SBL parameterization and with modified SBL parameterization. In the modified version, turbulent kinetic energy (TKE) production and the transfer coefficients for turbulent fluxes in the SBL are reduced, leading to higher stability of the SBL. This leads to a more realistic representation of the daily temperature cycle and of the SBL structure in terms of temperature and wind profiles for the lowest 200 m.
Measurements of the atmospheric boundary layer (ABL) structure were performed for three years (October 2017–August 2020) at the Russian observatory “Ice Base Cape Baranova” (79.280° N, 101.620° E) using SODAR (Sound Detection And Ranging). These measurements were part of the YOPP (Year of Polar Prediction) project “Boundary layer measurements in the high Arctic” (CATS_BL) within the scope of a joint German–Russian project. In addition to SODAR-derived vertical profiles of wind speed and direction, a suite of complementary measurements at the observatory was available. ABL measurements were used for verification of the regional climate model COSMO-CLM (CCLM) with a 5 km resolution for 2017–2020. The CCLM was run with nesting in ERA5 data in a forecast mode for the measurement period. SODAR measurements were mostly limited to wind speeds <12 m/s since the signal was often lost for higher winds. The SODAR data showed a topographical channeling effect for the wind field in the lowest 100 m and some low-level jets (LLJs). The verification of the CCLM with near-surface data of the observatory showed good agreement for the wind and a negative bias for the 2 m temperature. The comparison with SODAR data showed a positive bias for the wind speed of about 1 m/s below 100 m, which increased to 1.5 m/s for higher levels. In contrast to the SODAR data, the CCLM data showed the frequent presence of LLJs associated with the topographic channeling in Shokalsky Strait. Although SODAR wind profiles are limited in range and have a lot of gaps, they represent a valuable data set for model verification. However, a full picture of the ABL structure and the climatology of channeling events could be obtained only with the model data. The climatological evaluation showed that the wind field at Cape Baranova was not only influenced by direct topographic channeling under conditions of southerly winds through the Shokalsky Strait but also by channeling through a mountain gap for westerly winds. LLJs were detected in 37% of all profiles and most LLJs were associated with channeling, particularly LLJs with a jet speed ≥ 15 m/s (which were 29% of all LLJs). The analysis of the simulated 10 m wind field showed that the 99%-tile of the wind speed reached 18 m/s and clearly showed a dipole structure of channeled wind at both exits of Shokalsky Strait. The climatology of channeling events showed that this dipole structure was caused by the frequent occurrence of channeling at both exits. Channeling events lasting at least 12 h occurred on about 62 days per year at both exits of Shokalsky Strait.
A satellite-based climatology of wind-induced surface temperature anomalies for the Antarctic
(2019)
It is well-known that katabatic winds can be detected as warm signatures in the surface temperature over the slopes of the Antarctic ice sheets. For appropriate synoptic forcing and/or topographic channeling, katabatic surges occur, which result in warm signatures also over adjacent ice shelves. Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) ice surface temperature (IST) data are used to detect warm signatures over the Antarctic for the winter periods 2002–2017. In addition, high-resolution (5 km) regional climate model data is used for the years of 2002 to 2016. We present a case study and a climatology of wind-induced IST anomalies for the Ross Ice Shelf and the eastern Weddell Sea. The IST anomaly distributions show maxima around 10–15K for the slopes, but values of more than 25K are also found. Katabatic surges represent a strong climatological signal with a mean warm anomaly of more than 5K on more than 120 days per winter for the Byrd Glacier and the Nimrod Glacier on the Ross Ice Shelf. The mean anomaly for the Brunt Ice Shelf is weaker, and exceeds 5K on about 70 days per winter. Model simulations of the IST are compared to the MODIS IST, and show a very good agreement. The model data show that the near-surface stability is a better measure for the response to the wind than the IST itself.
Regional climate models are a valuable tool for the study of the climate processes and climate change in polar regions, but the performance of the models has to be evaluated using experimental data. The regional climate model CCLM was used for simulations for the MOSAiC period with a horizontal resolution of 14 km (whole Arctic). CCLM was used in a forecast mode (nested in ERA5) and used a thermodynamic sea ice model. Sea ice concentration was taken from AMSR2 data (C15 run) and from a high-resolution data set (1 km) derived from MODIS data (C15MOD0 run). The model was evaluated using radiosonde data and data of different profiling systems with a focus on the winter period (November–April). The comparison with radiosonde data showed very good agreement for temperature, humidity, and wind. A cold bias was present in the ABL for November and December, which was smaller for the C15MOD0 run. In contrast, there was a warm bias for lower levels in March and April, which was smaller for the C15 run. The effects of different sea ice parameterizations were limited to heights below 300 m. High-resolution lidar and radar wind profiles as well as temperature and integrated water vapor (IWV) data from microwave radiometers were used for the comparison with CCLM for case studies, which included low-level jets. LIDAR wind profiles have many gaps, but represent a valuable data set for model evaluation. Comparisons with IWV and temperature data of microwave radiometers show very good agreement.
The parameterization of ocean/sea-ice/atmosphere interaction processes is a challenge for regional climate models (RCMs) of the Arctic, particularly for wintertime conditions, when small fractions of thin ice or open water cause strong modifications of the boundary layer. Thus, the treatment of sea ice and sub-grid flux parameterizations in RCMs is of crucial importance. However, verification data sets over sea ice for wintertime conditions are rare. In the present paper, data of the ship-based experiment Transarktika 2019 during the end of the Arctic winter for thick one-year ice conditions are presented. The data are used for the verification of the regional climate model COSMO-CLM (CCLM). In addition, Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) data are used for the comparison of ice surface temperature (IST) simulations of the CCLM sea ice model. CCLM is used in a forecast mode (nested in ERA5) for the Norwegian and Barents Seas with 5 km resolution and is run with different configurations of the sea ice model and sub-grid flux parameterizations. The use of a new set of parameterizations yields improved results for the comparisons with in-situ data. Comparisons with MODIS IST allow for a verification over large areas and show also a good performance of CCLM. The comparison with twice-daily radiosonde ascents during Transarktika 2019, hourly microwave water vapor measurements of first 5 km in the atmosphere and hourly temperature profiler data show a very good representation of the temperature, humidity and wind structure of the whole troposphere for CCLM.
Low-level jets (LLJs) are climatological features in polar regions. It is well known that katabatic winds over the slopes of the Antarctic ice sheet are associated with strong LLJs. Barrier winds occurring, e.g., along the Antarctic Peninsula may also show LLJ structures. A few observational studies show that LLJs occur over sea ice regions. We present a model-based climatology of the wind field, of low-level inversions and of LLJs in the Weddell Sea region of the Antarctic for the period 2002–2016. The sensitivity of the LLJ detection on the selection of the wind speed maximum is investigated. The common criterion of an anomaly of at least 2 m/s is extended to a relative criterion of wind speed decrease above and below the LLJ. The frequencies of LLJs are sensitive to the choice of the relative criterion, i.e., if the value for the relative decrease exceeds 15%. The LLJs are evaluated with respect to the frequency distributions of height, speed, directional shear and stability for different regions. LLJs are most frequent in the katabatic wind regime over the ice sheet and in barrier wind regions. During winter, katabatic LLJs occur with frequencies of more than 70% in many areas. Katabatic LLJs show a narrow range of heights (mostly below 200 m) and speeds (typically 10–20 m/s), while LLJs over the sea ice cover a broad range of speeds and heights. LLJs are associated with surface inversions or low-level lifted inversions. LLJs in the katabatic wind and barrier wind regions can last several days during winter. The duration of LLJs is sensitive to the LLJ definition criteria. We propose to use only the absolute criterion for model studies.
Während die ersten Naturwissenschaftler, wie Humboldt und Darwin, auf dem Feld der klassischen Biogeographie noch vor allem die Aufschlüsselung der Verbreitung von Arten untersuchten, entwickelte sich mit Wallace die Erkenntnis, dass es kausale Gründe für die Verbreitung von Arten gibt. Ihre Erkenntnisse erlangten Wallace oder auch de Lattin noch dadurch, dass Sie Verbreitungsmuster von Arten übereinander projizierten und Ausbreitungszentren ableiteten. In den letzten Jahrzehnten bieten die mannigfaltigen Möglichkeiten computerbasierter Analysen besondere Vorteile bei der Analyse von Verbreitungsmustern, welche in der vorliegenden Dissertation genutzt werden, um eine interdisziplinäre Arbeit im Schnittpunkt von Natur- und Rechtswissenschaften zu schreiben. In fünf Kapiteln werden verschiedene Aspekte aus dem Bereich der klassischen Biogeographie analysiert und diskutiert. Im ersten Beitrag dieser Arbeit wird die biogeographische Struktur der Libellen in der westlichen Paläarktis mittels Verbreitungsanalysen untersucht. Der zweite Beitrag vertieft die Betrachtung mit einer regionalen Analyse der Biogeographie der Odonaten und Tagfalter in Rumänien. Ein dritter Beitrag schließt diesen westpaläarktischen Block mit einer Analyse der Inselbiogeographie des westlichen Mittelmeergebietes ab. In einem zweiten eurasischen Block werden in der vierten Arbeit die biogeographischen Muster Eurasiens herausgearbeitet. Abschließend wird im fünften Beitrag die Phylogeographie der Zwerglibelle (Nehalennia speciosa) als ein Beispiel für trans-paläarktisch verbreitete Arten untersucht. Neben ihrer Bedeutung in der Grundlagenforschung stellen diese fünf Arbeiten eine wesentliche Grundlage für die Ausarbeitung der juristischen Abhandlung dar. In der juristischen Abhandlung werden verschiedene Aspekte unter zu Hilfenahme, der zuvor erarbeiteten Erkenntnisse erläutert, die dazu geführt haben dürften, dass Libellen in der FFH-Gesetzgebung eher unterrepräsentiert sind. Es sind dies eine fehlende europaeinheitliche Gefährdungsbewertung, das Fehlen eines Schutzkriteriums Ausbreitungsfähigkeit und eine fragwürdige Herangehensweise bei den Überlegungen, welche Arten überhaupt auf ihre Schutzwürdigkeit hin untersucht werden sollen.
The reduction of information contained in model time series through the use of aggregating statistical performance measures is very high compared to the amount of information that one would like to draw from it for model identification and calibration purposes. It is readily known that this loss imposes important limitations on model identification and -diagnostics and thus constitutes an element of the overall model uncertainty as essentially different model realizations with almost identical performance measures (e.g. r-² or RMSE) can be generated. In three consecutive studies the present work proposes an alternative approach towards hydrological model evaluation based on the application of Self-Organizing Maps (SOM; Kohonen, 2001). The Self-Organizing Map is a type of artificial neural network and unsupervised learning algorithm that is used for clustering, visualization and abstraction of multidimensional data. It maps vectorial input data items with similar patterns onto contiguous locations of a discrete low-dimensional grid of neurons. The iterative training of the SOM causes the neurons to form a discrete, data-compressed representation of the high-dimensional input data. Using appropriate visualization techniques, information on distributions, patterns and relationships in complex data sets can be extracted. Irrespective of their potential, SOM applications have earned very little attention in hydrological modelling compared to other artificial neural network techniques. Therefore, the aim of the present work is to demonstrate that the application of Self-Organizing Maps has very high potential to address fundamental issues of model evaluation: It is shown that the clustering and classification of model time series by means of SOM can provide useful insights into model behaviour. In combination with the diagnostic properties of Signature Indices (Gupta et al., 2008; Yilmaz et al., 2008) SOM provides a novel tool for interpreting the model parameters in the hydrological context and identifying parameter sets that simultaneously meet multiple objectives, even if the corresponding model realizations belong to different models. Moreover, the presented studies and reviews also encourage further studies on the application of SOM in hydrological modelling.
Im Fokus der Dissertation steht das Spannungsfeld zwischen betriebswirtschaftlichen Zielen und unternehmerischer Sozialverantwortung. Dieses wird im Hinblick auf die Ebene des Arbeitsmarktes und die Beschäftigung von Menschen mit Behinderung im Tourismus untersucht. Das Ziel der Untersuchung ist die Identifikation des durch die sozialwirtschaftlichen Intentionen integrativer Hotels entstehenden gesamtgesellschaftlichen Nutzens. Ob integrativen Hotels der Ausgleich zwischen sozial- und volkswirtschaftlichen sowie betriebswirtschaftlichen Zielen gelingt, wird hierbei ermittelt. Bei dem herangezogenen Untersuchungsobjekt integrativer Hotelbetrieb handelt es sich um Hotels, die Menschen mit und ohne Behinderung beschäftigen, als Integrationsprojekte anerkannt sind und vom Gesetzgeber als Unternehmen des allgemeinen Arbeitsmarktes definiert werden. Da es sich um ein in der Tourismuswissenschaft weitgehend unbekanntes Untersuchungsobjekt handelt, wird dieses grundlegend erläutert, sodass neben dem Konzept, den rechtlichen Rahmenbedingungen und den Fördermöglichkeiten auch eine situative Beschreibung integrativer Hotels in Deutschland Bestandteil der Arbeit ist. Da es sich um Betriebe handelt, die im Rahmen der Beschäftigung von Menschen mit Behinderung staatlich gefördert werden, ist darüber hinaus die fiskalische Bilanz der Beschäftigungssituation Integrationshotel Gegenstand der Untersuchung. Des Weiteren stehen die Werte, die integrative Hotels über monetär messbare Werte hinaus schaffen, im Mittelpunkt. Neben der sozial- und volkswirtschaftlichen Ebene findet auch die betriebswirtschaftliche Ebene Berücksichtigung. Sowohl Merkmale und interne Strukturen integrativer Hotelbetriebe als auch deren betriebswirtschaftliche Situation und deren Gäste werden in diesem Zusammenhang behandelt. Das Methodenspektrum der Untersuchung ist entsprechend des erläuterten Inhaltes der Arbeit vielschichtig. Neben der Analyse relevanter Literatur liefern Experteninterviews wesentliche Ergebnisse. Die Analyse der sozial- und volkswirtschaftlichen Ebene basiert zunächst auf der Sekundäranalyse vorhandener Daten und darüber hinaus auf der Analyse und Weiterentwicklung eines Bewertungsmodells. Im Rahmen der betriebswirtschaftlichen Analyse werden betriebliche/betriebsinterne Daten analysiert und die Methode der standardisierten Gästebefragung angewendet. Als Abschluss der Arbeit werden die Untersuchungsergebnisse zusammengefasst und die Übertragbarkeit sowie die gesellschaftliche Relevanz des Themas diskutiert. Durch die Zusammenfassung der zentralen Befunde wird der Nutzen, der durch das Wirken integrativer Hotels auf verschiedenen Ebenen entsteht, benannt. Mit der Identifikation des durch integrative Hotels entstehenden gesamtgesellschaftlichen Nutzens liefert die Arbeit einen erweiterten theoretischen Ansatz der Argumentationslinie für Integrationsprojekte in der Hotellerie und weist nach, dass diesen ein Ausgleich zwischen sozial- und volkswirtschaftlichen sowie betriebswirtschaftlichen Zielen gelingt. Die Balance zwischen den parallelen Motiven Wirtschaftlichkeit und Gemeinnützigkeit bzw. der Ausgleich zwischen sozial- und volkswirtschaftlichen sowie betriebswirtschaftlichen Zielen ist zugleich der kritischste als auch der für den Erfolg integrativer Hotels entscheidendste Punkt. Die Herstellung eines Ausgleiches zwischen konträren Zielen ist dementsprechend die Voraussetzung für den maximal erreichbaren Zusatznutzen. Die Schlussfolgerung der Arbeit zielt jedoch nicht auf die ausnahmslos überall umzusetzende Integration von Menschen mit Behinderung im Teilarbeitsmarkt Tourismus ab, sondern weist auf das Potential eines erfolgreichen Ansatzes hin, der für die Entstehung eines eigenständigen Hoteltyps geeignet ist. Die Wahrnehmung der sozialen Verantwortung sollte hierbei jedoch nicht in den Vordergrund rücken, denn auch unter Einsatz des Alleinstellungsmerkmals Beschäftigung von Menschen mit Behinderung muss die vom Gast gebuchte touristische Dienstleistung vordergründig sein.
Aus dem Wunsch, die zentralen Prozesse im System Boden"Pflanze"Atmosphäre einschließlich der Auswirkungen verschiedener Bewirtschaftungspraktiken zu verstehen und nachzubilden, resultiert die Entwicklung verschiedener Pflanzenwachstumsmodelle. Ziel der vorliegenden Untersuchung ist zum einen, die im Realsystem auftretenden räumlichen Ertragsmuster zu identifizieren und zu charakterisieren. Mithilfe der Semivariogramm-Analyse ist eine räumliche Autokorrelation der Ertragsdaten von maximal 48 Meter abzuleiten. Die räumliche Analyse (GIS) zeigt, dass die Sommergerste ein leicht abweichendes Verhalten im Vergleich zu den Winterkulturen (Winterweizen, Winterraps) aufweist. Schließlich werden mithilfe der selbstorganisierenden Merkmalskarten die primär und sekundär für das Ertragsverhalten verantwortlichen Ursachen identifiziert. Eine abschließende hierarchische Clusteranalyse gliedert die in die Untersuchung eingehenden Standorte in vier spezifische Cluster mit charakteristischen Eigenschaften. Ein zweites Ziel ist die Klärung der Frage, ob die Pflanzenwachstumsmodelle STICS und DAISY bei entsprechender Parametrisierung in der Lage sind, das für ein detektiertes Muster charakteristische Verhalten von Pflanzenwachstum und Ertrag realitätsnah abzubilden. Den Modellanwendungen gehen eine Sensitivitätsanalyse und verschiedene Parametrisierungsansätze zur Erfassung des jeweiligen Modellverhaltens voraus. In beiden Modellen übt der Bodenwasserhaushalt einen starken Einfluss auf die Ertragsbildung aus. Des weiteren kommt in beiden Modellen den Stressfaktoren eine zentrale Bedeutung zu. Die Parametrisierung der Modelle auf der Grundlage der im Feld erhobenen Daten führt bei beiden Modellen nicht zu einem dem Realsystem entsprechenden Bild. Eine über die Sensitivitätsanalyse hinausreichende, vertiefte Modellkenntnis ist erforderlich, um die in die Modelle eingehenden Parameter bzw. deren spezifischen Einfluss auf das Modellverhalten beurteilen und interpretieren zu können. Dies betrifft insbesondere die Modellgrößen der Bodenmodule. Dieser Aspekt erschwert eine einfache räumliche Übertragung der Modelle STICS und DAISY.
Global human population growth is associated with many problems, such asrnfood and water provision, political conflicts, spread of diseases, and environmental destruction. The mitigation of these problems is mirrored in several global conventions and programs, some of which, however, are conflicting. Here, we discuss the conflicts between biodiversity conservation and disease eradication. Numerous health programs aim at eradicating pathogens, and many focus on the eradication of vectors, such as mosquitos or other parasites. As a case study, we focus on the "Pan African Tsetse and Trypanosomiasis Eradication Campaign," which aims at eradicating a pathogen (Trypanosoma) as well as its vector, the entire group of tsetse flies (Glossinidae). As the distribution of tsetse flies largely overlaps with the African hotspots of freshwater biodiversity, we argue for a strong consideration of environmental issues when applying vector control measures, especially the aerial applications of insecticides.rnFurthermore, we want to stimulate discussions on the value of speciesrnand whether full eradication of a pathogen or vector is justified at all. Finally, we call for a stronger harmonization of international conventions. Proper environmental impact assessments need to be conducted before control or eradication programs are carried out to minimize negative effects on biodiversity.
In 40 Referenzgebieten in Schleswig-Holstein sind im Zeitraum zwischen 1995 und 2002 Feldhasendichten (Lepus europaeus) mittels Scheinwerfertaxation ermittelt worden. Parallel dazu wurden in den durchschnittlich etwa 1000 ha großen Gebieten die Geheckdichten des Rotfuchses (Vulpes vulpes) sowie die Brutpaardichten des Mäuse-bussards (Buteo buteo) bestimmt. Die Feldhasendichten variierten im Frühjahr zwischen 1,2 und 85 Hasen/100 ha und im Herbst zwischen 5 und 127 Hasen/100 ha. Zur Analyse eines potentiellen Einflusses der landschaftlichen Gegebenheiten auf die Feldhasenpopulationen erfolgte eine digitale Erfassung der linearen Landschaftselemente. Außerdem wurden Flächennutzungskartierungen zur Feststellung der Ackernutzung durchgeführt. Zur Bestimmung des Klimaeinflusses wurden Temperatur- und Niederschlagswerte zu Dekadenmittelwerten zusammengefasst und mit der durchschnittlichen Höhe der Nettore-produktionsleistung und der Populationsdichte korreliert. Während die klimatischen Einflüsse nicht die Populationsdichte oder die mittlere Zuwachsleistung bestimmen, diktieren die Niederschlagssummen insbesondere der letzten beiden März- und der ersten beiden Aprildekaden die dichteunabhängige, annuelle Ausprägung des Nettozuwachses. Landschaftsparameter konnten nicht monokausal in Beziehung zur Konstitution der Hasenpopulation gesetzt werden, während sich enge Beziehungen mit negativem Vorzeichen zwischen dem Rotfuchsvorkommen und der Dichte des Feldhasen ergaben (p<0,01). In einer Multifaktorenanalyse wurde als dominierende Einflussgröße für das derzeitige Feldhasenvorkommen der Rotfuchs bestimmt. Die Anbauvielfalt in der Landwirtschaft scheint einen positiven Einfluss auf den langjährigen Reproduktionserfolg zu besitzen, wohingegen die Zahl der Mutterbaue des Rotfuchses eine höhere Reproduktionsleistung zu vereiteln scheint. Die Jagd auf den Feldhasen wurde als Form der nachhaltigen Nutzung herausgestellt. Die jaglich induzierte Sterblichkeit stellt eine teilweise kompensatorische Mortalität dar.
The spatio-temporal changes of rangelands in the European Mediterranean are analysed with remote sensing and GIS-based methods, referring to an example of two mountain ranges in central Crete, Greece. The focus is to monitor and assess land degradation and its potential correlation with ecological and socio-economic boundary conditions. Particular attention is paid to the unique European Mediterranean setting and the Greek integration within the European Union. After a geometric correction of the satellite data, a radiometric pre-processing chain is employed to calculate reflectance values via a DEM-based atmospheric correction. The computation of pixel-wise soil and vegetation fractions is based on a spectral unmixing approach. A subsequent time-series analysis reveals spatially explicit trends, mean vegetation cover and phenological variability. Results do not only exhibit significant differences between the two test sites, but also within the respective regions. In both mountain ranges there extended areas with degrading vegetation patterns are revealed. However, along the Southern Cretan coast those processes are bound to a much lower base level of vegetation cover. Beyond trends and mean vegetation abundance, the phenological variability is another important figure which is employed to characterise plant communities from space. Moreover, a satellite-based map of soil development proves the correspondence between soil and vegetation degradation processes. Vegetation cover and change are then analysed with regard to aspect, slope, elevation and geological substrate to allow for a comparison of degradation processes and natural boundary conditions. In a second step, the analyses are extended to find interrelationships with socio-economic determinants. Based on these results the degradation risk for the grazing habitats of central Crete is assessed in differentiated ways. We neither encounter the scenario of irreversible degraded rangelands, nor a cultural landscape in an equilibrium under intense human influence.
Die Eisenbahn entwickelte sich im 19. Jahrhundert zum bedeutendsten Landverkehrsträger mit überragender gesellschaftspolitischer Bedeutung. An der Schwelle zum 20. Jahrhundert war der ehemals starke Einfluss privater Eisenbahnunternehmen nur noch gering. Verstaatlichte Bahnen waren der Regelfall. Interessengruppen, die die Verstaatlichungspolitik Bismarcks gefördert hatten, wurden dafür belohnt. Das Staatsmonopol behinderte private Kleinbahnen und produzierte im System Schiene viele Transportkettenbrüche. Die politische Einflussnahme der verstaatlichten " später verreichlichten " Bahnen beschränkte sich auf defensive Maßnahmen mit der Zielsetzung, Besitzstände zu wahren. Die Vertreter des aufstrebenden Kfz nahmen offensiv auf die politische Spitze Einfluss, um ihre Ideen und Pläne (z. B. von einem gesamtdeutschen Autobahnnetz) voranzubringen. Trotz der Behinderung durch die Deutsche Reichsbahn-Gesellschaft wurde das Kfz immer populärer. Im Dritten Reich setzte die Naziregierung auf das Auto und ließ " mit maßgeblicher Unterstützung durch die Reichsbahn " den Grundstein für das deutsche Autobahnnetz legen. Nach dem Zweiten Weltkrieg blieb die dualistische Verkehrsmarktordnung bestehen. Auto- und straßenbauaffine Verbände erlangten immer größeren Einfluss auf die deutsche Verkehrspolitik. Die Behörde "Bundesbahn" verhielt sich vergleichsweise passiv und setzte fast keine eigenen offensiven Akzente in wichtigen verkehrspolitischen Prozessen. Die Auto- und Straßenbaulobbyarbeit war sehr erfolgreich (Beispiel: Einfüh-rung der Kilometerpauschale). Verkehrspolitik gab es im Bereich des Güterverkehrs immer noch eine Schutzpolitik für die Schiene, die sich in zahlreichen Behinderungen für den gewerblichen Straßengüterverkehr ausdrückte. Erst mit den Arbeiten der Regierungskommission Bundesbahn gelang es Interessenvertretern der Eisenbahn, offensiv und aktiv an einem wichtigen verkehrspolitischen Prozess mitzuwirken. Kennzeichen der Lobby- und Öffentlichkeitsarbeit von modernen Großunternehmen ist ihr dialogorientierter Charakter. Auf Seiten vieler Mitarbeiter der DB AG aber auch bei vielen politischen Entscheidern herrscht auch im Jahr 2001 noch "Bundesbahndenken" vor. Dies führt beim Auftreten der DB AG im politischen Raum häufig zu Erschwernissen und Missverständnissen. Diese können mittel- und langfristig zu negativen Folgen für den Unternehmenserfolg der DB AG führen. Im Politikfeld Raumordnung finden sich zahlreiche Rahmenbedingungen, die sich auf die Wettbewerbsfähigkeit der DB AG nachteilig auswirken. Zwar gibt es raumordnerische Leitbilder und Zielsetzungen, die die Bevölkerungsentwicklung vor allem in die Nähe von Haltepunkten und Achsen des Schienenverkehrs steuern wollen. Die Umsetzung dieser Zielsetzungen mit Hilfe raumordnerischer Instrumente gelang in den letzten Jahrzehnten nur äußerst begrenzt. Darüber hinaus sind das Bauge-setzbuch " im Zusammenwirken mit weiteren Rahmenbedingungen, wie z. B. der immer noch gültigen Reichsgaragenordnung " einseitig autoorientiert. Die Netz- bzw. Systemqualität der Verkehrsträger Straße und Schiene ist höchst unterschiedlich. Dies führt zu erheblichen Konsequenzen für die jeweilige politische Einflussnahme. Ziele der politischen Einflussnahme im Politikfeld Raumordnung sind (vor dem Hintergrund einer Verkehrsverlagerung von der Straße auf die Schiene, bzw. auf den Umweltverbund), die Zugangszeit für größere Teile der Bevölkerung zum System Schiene zu verringern und die Bevölkerungsdichte im Einzugsbereich von Zugangspunkten zum System Schiene zu erhöhen. Dies ist eine strategische Zielsetzung, die langfristig den wirtschaftlichen Erfolg von Schienenverkehrsunternehmen beeinflusst. Mit einem Lobbykonzept können die Maßnahmen in diesem Politikfeld systematisch geplant werden. In das entsprechende Konzept gehen Erkenntnisse aus der historischen Analyse der Entwicklung der verkehrspolitischen Rahmenbedingungen genauso ein wie die Ergebnisse einer Analyse im bahnpolitischen Umfeld, die von Oktober 2000 bis Januar 2001 durchgeführt wurde.
Die vorliegende Arbeit entstand im Rahmen des EU INTERREG NWE IVB Projektes "ForeStClim - Transnational Forestry Management Strategies in Response to Regional Climate Change Impacts". Zum Zweck der Verbesserung des Prozessverständnisses von Abflussprozessen in Wäldern sowie zur Validierung und Weiterentwicklung eines GIS-basierten Tools (GIS-DRP) zur Erstellung von Abflussprozesskarten wurden auf 25 Test-Plots in vier Einzugsgebieten in Rheinland-Pfalz und dem Großherzogtum Luxemburg boden-hydrologische Untersuchungen durchgeführt. Auf Grundlage dieser Untersuchungen konnten große intraspezifische Unterschiede im Abflussverhalten von Waldstandorten erhoben werden. Die Differenzen werden dabei hauptsächlich durch das Substrat, die bodenphysikalischen Eigenschaften, die Nutzung bzw. deren Intensität und die Vorfeuchte bedingt. Es wurde nachgewiesen, dass Wälder generell hohe Infiltrationsraten aufweisen und verzögerte Zwischenabflussprozesse begünstigen. Durch einen prinzipiell naturnahen Waldbau und etwaige Meliorationsmaßnahmen auf Niederertragsstandorten bestehen zudem Möglichkeiten positiv auf die Wasserretention und das Wasserspeichervermögen eines Forstbestandes einzuwirken. Die mittels GIS-DRP erstellten Abflussprozesskarten der vier Testgebiete wurden durch die Ergebnisse der Geländeuntersuchungen sowie der Abflussprozesskartierung nach SCHERRER (2006) validiert. Hierdurch wurden für die Abflussgenerierung wichtige Parameter ermittelt und Optimierungsansätze erarbeitet, welche anschließend in GIS-DRP implementiert werden konnten. Verschlämmungsprozesse auf Ackerflächen können nun durch das modifizierte GIS-DRP-Werkzeug identifiziert werden. Zudem war es möglich, Extrem-Ereignis basierte Abflussprozesskarten zu etablieren, die Hot Spots der Abflussgenerierung identifizieren können. Die Einführung des Abflussprozesses "dSSF" (tiefer Zwischenabfluss) wurde durch eine neue Klassifizierung des geologischen Ausgangssubstrates erreicht. Forstwirten und Entscheidungsträgern im Waldmanagement wird somit die Möglichkeit geboten, Expertenwissen in ihre Planungen einfließen zu lassen. Hierdurch kann zum einen positiv auf den Landschaftswasserhaushalt eingewirkt werden, da gezielt auf Flächen nachteiliger Abflussbildung geeignete Maßnahmen des dezentralen Hochwasserschutzes angewandt werden können. Zum anderen werden Potentiale für bestmögliche Waldwachstumsvoraussetzungen in einem Landschaftsraum aufgezeigt. Der nachhaltigen Nutzung von Wäldern wird somit auch im Kontext des Klimawandels Rechnung getragen.
The development of our society contributed to increased occurrence of emerging substances (pesticides, pharmaceuticals, personal care products, etc.) in wastewater. Because of their potential hazard on ecosystems and humans, Wastewater Treatment Plants (WWTPs) need to adapt to better remove these compounds. Technology or policy development should however comply with sustainable development, e.g. based on Life Cycle Assessment (LCA) metrics. Nevertheless, the reliability or consistency of LCA results can sometimes be debatable. The main objective of this work was to explore how LCA can better support the implementation of innovative wastewater treatment options, in particular including removal benefits. The method was applied to support solutions for pharmaceuticals elimination from wastewater, regarding: (i) UV technology design, (ii) choice of advanced technology and (iii) centralized or decentralized treatment policy. The assessment approach followed by previous authors based on net impacts calculation seemed very promising to consider both environmental effects induced by treatment plant operation and environmental benefits obtained from pollutants removal. It was therefore applied to compare UV configuration types. LCA outcomes were consistent with degradation kinetics analysis. For the comparison of advanced technologies and policy scenarios, the common practice (net impacts based on EDIP method) was compared to other assessments, to better consider elimination benefits. First, USEtox consensus was applied for the avoided (eco)toxicity impacts, in combination with the recent method ReCiPe for generated impacts. Then, an eco-efficiency indicator (EFI) was developed to weigh the treatment efforts (generated impacts based on EDIP and ReCiPe methods) by the average removal efficiency (overcoming (eco)toxicity uncertainty issues). In total, the four types of comparative assessment showed the same trends: (i) ozonation and activated carbon perform better than UV irradiation, and (ii) no clear advantage distinguished between policy scenarios. It cannot be however concluded that advanced treatment of pharmaceuticals is not necessary because other criteria should be considered (risk assessment, bacterial resistance, etc.) and large uncertainties were embedded in calculations. Indeed, a significant part of this work was dedicated to the discussion of uncertainty and limitations of the LCA outcomes. At the inventory level, it was difficult to model technology operation at development stage. For impact assessment, the newly developed characterization factors for pharmaceuticals (eco)toxicity showed large uncertainties, mainly due to the lack of data and quality for toxicity tests. The use of information made available under REACH framework to develop CFs for detergent ingredients tried to cope with this issue but the benefits were limited due to the mismatch of information between REACH and USEtox method. The highlighted uncertainties were treated with sensitivity analyses to understand their effects on LCA results. This research work finally presents perspectives on the use of transparently generated data (technology inventory and (eco)toxicity factors) and further development of EFI indicator. Also, an accent is made on increasing the reliability of LCA outcomes, in particular through the implementation of advanced techniques for uncertainty management. To conclude, innovative technology/product development (e.g. based on circular economy approach) needs the involvement of all types of actors and the support from sustainability metrics.
In der Forschung zur aktuellen Prozessdynamik der Bodenerosion sind Niederschlagssimulationen mit kleinen mobilen Beregnungsanlagen (KBA) ein unverzichtbarer Bestandteil. Weltweit werden sehr viele KBA unterschiedlicher Bauart, Plotgrößen, Tropfenerzeugung, Niederschlagsintensitäten, und -spektren eingesetzt. Eine Standardisierung der Anlagen ist aufgrund der Verschiedenheit der Forschungsfelder und -fragen nicht in Sicht. Darüber hinaus sind die erzeugten Niederschläge (Nd) der Anlagen unzureichend genau charakterisiert und es liegt keine einheitliche Datenbasis aller relevanten Parameter vor. Zudem werden mit KBA bisher ausschließlich Starkregen unter windstillen Bedingungen simuliert, obwohl Wind einen deutlichen Einfluss auf fallende Regentropfen ausübt. Die vorliegende Arbeit gliedert sich in drei Teile: (1) Weiterentwicklung und Anwendung von KBA: Wie lässt sich die Performance der Trierer KBA optimieren und eine einheitliche Mess- und Kalibrierungsmethode für den simulierten Niederschlag definieren? Welche Anforderungen, Möglichkeiten, Grenzen und Anwendungsbereiche gibt es? (2) Vergleich verschiedener Typen von KBA im Gelände: Inwieweit sind Nd-Charakteristika, Oberflächen-¬abflussgenerierungen und Bodenabträge europäischer KBA vergleichbar? (3) Implemen-¬tierung von windbeschleunigtem Regen in KBA mit dem neuen mobilen Trierer Windregenkanal (WiReKa): Wie kann Wind in ein KBA-Setting integriert werden? Wie sind Unterschiede von Erosionsraten mit und ohne Windeinfluss in-situ zu quantifizieren und wie hoch fallen sie aus? Im ersten Teil der Arbeit wurde zunächst die Nd-Charakteristik der langjährig von der Physischen Geographie eingesetzten KBA mit unterschiedlichen, weltweit angewandten Messmethoden untersucht. Dabei zeigten sich einige Schwächen der KBA bezüglich ihrer Funktionalität. Der Einsatz verschiedener Mess-¬methoden zur Charakterisierung des künstlich erzeugten Nd führte zu sehr unterschiedlichen Ergebnissen. Mittels Laser-Niederschlags-Monitor (LNM) und Nd-Sammlern wurde daher ein einheitliches Testverfahren entwickelt, das eine detaillierte Aufnahme, Auswertung und Darstellung der relevanten Nd-Parameter nahezu aller KBA-Designs ermöglicht. Mit Hilfe dieses Testverfahrens wurden Nd-Charakteristik, Funktionalität und Mobilität der Trierer KBA durch technische Veränderungen deutlich verbessert. Alle Parameter dieser Anlage sind nun bekannt und lassen sich zuverlässig reproduzieren. Die Anforderungen, Möglichkeiten und Grenzen des Einsatzes von KBA wurden detailliert erarbeitet und beschrieben. Auf dem "International Rainfall Simulator Workshop" in Trier konnte mit 40 Wissenschaftlern aus 11 Nationen Einigkeit über grundlegende Aspekte beim Bau und Einsatz von KBA erzielt werden. Der zweite Teil der Arbeit stellt die Arbeitsmethoden und Ergebnisse eines in internationaler Kooperation durchgeführten Projektes zu Messmethoden und Vergleichbarkeit von Simulatordesigns und Nd-Charakteristika unterschiedlicher europäischer KBA vor. An 13 Instituten in Deutschland, den Niederlanden, der Schweiz und Spanien wurde mit dem Trierer Testverfahren eine einheitliche Datenbasis aller wesentlichen Nd-Parameter erstellt. Im praktischen Teil des Rainfall Simulator Workshop in Trier wurden dann vergleichende Versuche mit sieben KBA auf einer universitätsnahen Versuchsfläche zur Oberflächenabflussgenerierung und zum Bodenabtrag durchgeführt. Vor allem die (maximale) Sedimentkonzentration einer Simulation hat sich dabei als gute Vergleichsgröße herausgestellt. Differenzen in den gemessenen Oberflachenabfluss- und Sedimentmengen sind ganz klar unterschiedlichen Nd zuzuordnen. Der zeitliche Ablauf des Oberflächenabfluss- und Erosionsverhalten differiert dagegen nur bei zunehmender Plotgröße. Im dritten Teil der Arbeit wird analysiert, wie windbeschleunigter Regen in einer KBA simuliert werden kann. Darüber hinaus wurde eine spezielle Testreihenfolge für die Erosionsmessungen entwickelt, deren Praktikabilität sich in der Anwendung bewährt hat. Es konnten stark erhöhte Abtragsraten aufgrund der Zuschaltung von Wind zu der Regensimulation auf kohäsionslosem sandigen Substrat quantifiziert werden. Das Dissertationsprojekt kann auf mehreren Ebenen als erfolgreich angesehen werden: Die Arbeit mit den Trierer KBA konnte qualitativ verbessert werden insofern, als die Anlagenparameter optimiert und die Güte der produzierten Daten gewährleistet werden konnte. Darüber hinaus konnten die gewonnenen Erkenntnisse durch eine gezielte internationale Vernetzung in Wert gesetzt und die Zusammenarbeit auf der operationalen Ebene gestärkt werden.
Die Zielsetzung der vorliegenden Arbeit war die raumdifferenzierte und skalenübergreifende Untersuchung der Hochwasserentstehungsprozesse im Frankelbach-Einzugsgebiet, das ein Beispiel eines land- und forstwirtschaftlich genutzten Kleineinzugsgebiets in Mittelgebirgen der gemäßigten Breiten ist. Eine Kernaufgabe war die Quantifizierung der Beiträge einzelner Abflusskomponenten während des Scheiteldurchflusses eines Hochwassers. Zudem sollten Zusammenhänge zwischen der Bodenfeuchtedynamik und der Abflussreaktion herausgearbeitet werden. Zur Bodenfeuchtemessung wurde ein neu entwickeltes Spatial-TDR-Messsystem eingesetzt. Im Rahmen dieses pilothaften Einsatzes war zudem die Tauglichkeit des Messsystems zu überprüfen und zu bewerten. Das im Rotliegenden gelegene 5 km2 große Frankelbachgebiet mit Jahresniederschlägen von 750 mm a-1, steil eingeschnittenen, bewaldeten Kerbtälern und ackerwirtschaftlich genutzten Hochflächen liegt zwischen 200 und 450 m ü. NN. Auf schuttführenden Sand- und Schlufflehmen, deren Genese auf periglaziale Solifluktionsprozesse zurückgeht, sind hangabwärts mächtiger werdende Braunerden zu finden. Bemerkenswert sind die zahlreichen Quellen auf gleicher Höhenlage, die teilweise als Pipequellen ausgebildet sind. Beregnungs- und Infiltrationsversuche dienten der Beurteilung der Oberflächenabflussreaktion unterschiedlich bewirtschafteter Flächen. Durch stündliche Spatial-TDR-Messungen an 13 Standorten (60 cm lange vertikal installierte Dreistabsonden) konnten Hangwasserflüsse identifiziert werden. Zwischen 2005 und 2009 wurden die Abflüsse vier geschachtelter Einzugsgebiete sowie einer Quelle in 10min-Intervallen erfasst und 87 Hochwasserereignisse analysiert. Mittels Messungen der elektrischen Leitfähigkeit und eines Zweikomponenten-Mischungsmodells wurde der Ereigniswasseranteil für die höchsten Hochwasser abgeschätzt. Ergänzend zu den Geländeexperimenten wurde ein einfaches Modell konzipiert, das eine quantitative Abschätzung der ober- und unterirdischen Wasserflüsse in einen Gewässereinschnitt erlaubt. Zum Vergleich mit 31 anderen Untersuchungsgebieten wurde eine Codierung entwickelt, die eine Einordnung sowohl hinsichtlich der Geofaktoren der Gebiete als auch bezüglich der untersuchten Hochwasserereignisse ermöglicht. Das im hanghydrologischen Forschungsbereich als eher trocken einzuordnende Frankelbachgebiet, zeigte ein jahreszeitlich sehr unterschiedliches Abflussverhalten. Während in trockenen Sommern hohe Niederschläge im Gebiet gespeichert werden, liegen die Abflusskoeffizienten für einige schneeschmelzfreie Frühjahrsereignisse über 50 %. Das höchste beobachtete Hochwasser weist einen Abflusskoeffizient von 55 % bei einer relativ niedrigen Abflussspende von 140 l s-1 km-2 auf. Die Großberegnungsversuche, die Quellabflussmessungen, die Ereignisanalysen und die Modellierungsergebnisse weisen darauf hin, dass Dauerregen- und Schneeschmelz-Hochwasser zum Großteil aus Zwischenabfluss bestehen. Hier konnten zwei Abflusskomponenten differenziert werden: (i) eine oberflächen- und gerinnenahe Komponenten, die aufgrund des hohen Ereigniswasseranteils von etwa 60 % durch präferentielles Fließen erklärt werden kann, und (ii) eine ein bis zwei Tage verzögerte tiefere Komponente, die durch unterirdische Abflusskonzentration auf stauenden Schichten generiert wird. Letztere war in den Quellabfluss- und Spatial-TDR-Messungen erkennbar, hatte jedoch an den am Pegel beobachteten Scheiteldurchflüssen nur einen sehr kleinen Anteil. Während sehr intensiver Niederschläge könnte zusätzlich der Horton'sche Oberflächenabfluss von offen liegenden, hydraulisch angeschlossenen Äckern zum Scheiteldurchfluss beitragen. Für sämtliche Spatial-TDR-Messstandorte ist von hohen Infiltrations- und Sickerraten auszugehen. Eine Aufsättigung der Standorte war nicht erkennbar, für die nassen Wintermonate liegen jedoch nur sehr wenige Spatial-TDR-Messwerte vor. Eine in einer Tiefenlinie installierte Sonde (A08) zeigte das Umschalten des Gesamtgebiets in relativ nasse Zustände an. Hier nahm die Bodenfeuchte während zwei größerer Dauerregenereignisse infolge der unterirdischen Abflusskonzentration stark zu. In der vorliegenden Arbeit wurden die einbau- und substratbedingten Unsicherheiten sowie die Schwächen des Algorithmus zur Rekonstruktion der absoluten Bodenfeuchtewerte konkretisiert. Demzufolge wurde lediglich das Spatial-TDR-Rohsignal als Indikator für die aktuelle Bodenfeuchte verwendet. Durch eine Transformation des Spatial-TDR-Signals von der Zeit auf den Sondenort können dennoch Aussagen zur relativen Änderung der Bodenfeuchte in einer bestimmten Tiefe gemacht werden können. Diese Informationen sind hinreichend genau für die Untersuchung hanghydrologischer Prozesse und für die Ableitung von Gebietsfeuchtezuständen.
Die vorliegende Arbeit beschreibt ausgewählte Bereiche des Stadtklimas von Trier. Anhand von langjährigen meteorologischen Messreihen ist eine Bewertung der klimatologischen Gegebenheiten für das Stadtgebiet von Trier möglich. Trenduntersuchungen der Datenreihen des Niederschlags zeigen positive Niederschlagstrends für die meteorologischen Wintermonate. Die Intensität der urbanen Wärmeinsel der Stadt Trier wurde mittels mehrerer Temperaturmessfahrten untersucht und bewertet. Es treten in den Wintermonaten maximale Differenzen von bis zu 5,5 -°C zwischen dem unbebauten Umland und den Innenstadtbereichen auf. Von der erhöhten thermischen Belastung während ausgewählter Wetterlagen sind vor allem die Anwohner der Innenstadtbereiche in den Sommermonaten betroffen. Zusätzlich fand eine Bewertung der thermischen Belastung mittels verschiedener thermischer Indizes statt. Die Auswertungen von Klimaprojektionen für den Untersuchungsraum zeigen eine starke Zunahme der thermischen Belastung ab Mitte des 21. Jahrhunderts. Die Auswirkungen des Sommers 2003 auf die Bevölkerung von Trier wurde anhand von Mortalitätsdaten von JUNK ET AL. (2007) analysiert. Die Kosten des Klimawandels (Temperaturzunahme bis 2100 um 4,5 -°C) in den kommenden 50 Jahren beziffert eine Studie des Deutschen Institutes für Wirtschaftsforschung auf rund 80 Milliarden Euro für Rheinland-Pfalz. Auch wenn diese Abschätzungen mit starken Unsicherheiten behaftet sind, so wird dringender Handlungsbedarf deutlich. Vor dem Hintergrund des Klimawandels und der zunehmenden Urbanisierung muss sich auch im Bereich der Stadtplanung und der Verwaltung von urbanen Agglomerationsräumen das Prinzip der Nachhaltigkeit in allen Skalenbereichen durchsetzen. Übertragen auf den Bereich der Stadtklimatologie heißt das, dass dies auf die Ressourcen saubere Luft, angemessener Flächen- und Energieverbrauch verbunden mit Luft-schadstoffemissionen, Recht auf Mobilität usw. übertragen werden muss. Im Vordergrund steht dabei eine Entkopplung des Ressourcenverbrauchs von dem wirtschaftlichen Wachstum durch technische Innovation, effizientere Technologien und verändertes individuelles Verhalten. Bezüglich der lufthygienischen Situation im Stadtbereich von Trier konnten Partikel und Stickoxide als wichtige Schadstoffe identifiziert werden. Da die Auswertungen der Luftschadstoffe auf die Datensätze des ZIMEN-Messnetzes beschränkt sind, können keine Aussagen über Inhaltsstoffe von Partikeln getroffen werden. Für die untersuchten Luftschadstoffe CO, SO2, NOx, O3 und PM10 treten in den letzten Jahren keine Grenzwertüberschreitungen auf, jedoch liegen die gemessenen Werte nur geringfügig unter diesen und überschreiten teilweise die unteren- und oberen Beurteilungsschwellen. Die Auswertungen des wirkungsbezogenen Luftqualitätsindex DAQx zeigen, dass in der Mehrheit der Fälle Feinstaub der bestimmende Luftschadstoff ist. Die Analyse der mittleren Mortali-tätszahlen zeigt, das bei DAQx-Werten > 4,0 (ausreichende Luftqualität) die Anzahl der täglichen Mortalitätsfälle über den Durchschnitt von 5,74 Fällen pro Tag steigt. Der Klimawandel wird auch direkte Auswirkungen auf die Luftschadstoffbelastung haben. Dies geschieht über die Veränderung der Windverhältnisse, Änderungen in der Höhe der Mischungsschicht sowie Änderungen in der Frequenz und Zugbahn von Tiefdruckgebieten. Veränderte Niederschlagsmuster beeinflussen die nassen und trockenen Depositionsraten, und die prognostizierte Temperaturerhöhung beeinflusst die chemischen Bildungs- und Abbauprozesse in der Atmosphäre, sowie die natürlichen Emissionsquellen. Der Einfluss des zu erwartenden Temperaturanstieges auf die Ozonkonzentrationen in urbanen Gebieten lässt sich gut einschätzen, da während Episoden mit hohen Ozonkonzentrationen eine signifikante Korrelation zwischen der Lufttemperatur und der Ozonkonzentration besteht. Studien zeigen einen Anstieg der Ozonkonzentration zwischen 2 -µg/m-³ und 20 -µg/m-³ pro Grad Kelvin in Abhängigkeit des Emissionsszenarios, der verwendeten Modelle und der untersuchten Region aus. Die urbanen Ballungsräume werden von diesem Ozonanstieg stärker betroffen sein, da dort genügend Ozonvorläufersubstanzen vorhanden sind. Der Einfluss auf die Partikelkonzentrationen ist schwieriger zu beurteilen, da keine klaren Zusammenhänge zwischen der Lufttemperatur und den Partikelkonzentrationen bestehen. Insgesamt ist tendenziell mit einer Stagnation bis hin zu einer kurzzeitigen Verschlechterung der Luftqualität zu rechnen. Deswegen reicht die bereits erwähnte alleinige Berücksichtigung der thermischen Gegebenheiten in einem Warnsystem nicht aus. Es geht vielmehr um die integrative Bewertung der potentiellen Gefahrensituation für die Bevölkerung und die situationsbezogene Auslösung von Interventionsmaßnahmen und Aktionsplänen. Ein solches System wird derzeit für die Modellregion Esch-sur-Alzette in Luxemburg erstellt und wird 2011 in die Pilotphase eintreten.
Die Fauna-Flora-Habitat-Richtlinie (Richtlinie 92/43/EWG) stellt derzeit das umfangreichste Instrument des internationalen Naturschutzes zur Erhaltung der europäischen Biodiversität dar. Das Grundkonzept der FFH-RL beruht hierbei sowohl auf dem Schutz gefährdeter Arten als auch auf dem Erhalt natürlicher Lebensräume. Dieser ganzheitliche Ansatz verursacht jedoch infolge der großen Anzahl zu berücksichtigender Schutzgüter einen hohen personellen wie finanziellen Aufwand bei der Umsetzung der Richtlinienvorgaben. Daher wurde in der vorliegenden Arbeit am Beispiel der Schmetterlingsart Euphydryas aurinia (Anhang II FFH-RL) überprüft, inwieweit die Konzepte von ESUs (Evolutionarily Significant Units) und MUs (Management Units) geeignete Möglichkeiten bieten, um die Prioritätensetzung bei der Auswahl besonders schützenswerter Vorkommen gefährdeter Arten zu erleichtern. Zu diesem Zweck wurden mit drei verschiedenen Subspezies von E. aurinia (E. aurinia beckeri, E. aurinia debilis, E. aurinia aurinia) Fang-Markierung-Wiederfangstudien durchgeführt, sowie mit Hilfe von Allozym-Elektrophoresen populationsgenetische Parametern in europäischem Kontext und auf regionaler Ebene (Westtschechien) erfasst. Die drei untersuchten Subspezies zeigten hierbei spezifische ökologische Adaptationen an die jeweiligen Habitatbedingungen (z.B. bzgl. der Populationsdichte, Demographie und Mobilität). Ferner wiesen die genetischen Analysen starke Differenzierungen bei E. aurinia in Europa nach, die u.a. Antworten auf phylogeographische und taxonomische Fragestellungen ermöglichen. Auch auf regionaler Ebene (Westtschechien) konnten genetische Differenzierungen festgestellt werden. Auf Basis der erhobenen populationsökologischen und -genetischen Daten wird abschließend die generelle Anwendbarkeit und der Nutzen der Konzepte von ESUs und MUs bei der Etablierung von Schutzkonzepten für E. aurinia und andere Arten der FFH-RL diskutiert. rnDer zweite Teil der vorliegenden Arbeit beschäftigt sich exemplarisch mit dem aktuellen Schutzverfahren für deutsche E. aurinia-Vorkommen im Rahmen der FFH-RL und den damit verbundenen Problemen. Der Schwerpunkt lag hierbei auf der Schutzgebietsauswahl, dem Monitoring und dem Gebietsmanagement. In diesem Kontext werden u.a. Problematiken angesprochen, die sich aus der großen ökologischen Variabilität der Art ergeben bzw. die aufgrund von Koordinierungsschwierigkeiten zwischen einzelnen Bundesländern bestehen. Vor dem Hintergrund dieser Erkenntnisse werden Lösungsvorschläge unterbreitet, wie das aktuelle Schutzverfahren für E. aurinia in Deutschland weiter verbessert werden könnte.
As an interface between an individual and its environment, the skin is a major site of direct exposure to exogenous substances. Once absorbed, these substances may interact with different biomolecules within the skin. The aryl hydrocarbon receptor (AhR) signaling pathway is one mechanism whereby the skin responds to exposures, predominantly through the induction or upregulation of metabolizing enzymes. One known physiological role of the AhR in many tissues is its involvement in the control of cell cycle progression. In skin, almost nothing is known about this physiological function. Moreover, the question whether frequently used naturally occurring phenolic derivatives like eugenol and isoeugenol impact on the AhR within the skin has rarely been studied so far. Eugenol and isoeugenol are due to their odour referred to as fragrances. The ubiquitous distribution of eugenol and isoeugenol results in an almost unavoidable contact with these substances in our daily lives. Despite this fact, their molecular mechanisms of action in skin are poorly understood. There is evidence supporting the hypothesis that these substances may impact on the AhR. On the one hand, eugenol is shown to induce cytochrome P450 1A1 (CYP1A1), a well-known target gene of the AhR. On the other hand, their known anti-proliferative properties might also be mediated by the AhR, based on its physiological function. In order to proof this hypothesis, it was investigated whether eugenol and isoeugenol impact on the AhR signaling pathway in skin cells. Results revealed that eugenol as well as isoeugenol impact on the AhR signaling pathway in skin cells. Both substances caused the translocation of the AhR into the nucleus, induced the expression of the well-known AhR target genes CYP1A1 and AhR repressor (AhRR) and exhibited impact on cell cycle progression. Both substances caused an AhR-dependent cell cycle arrest in skin cells, modulated protein levels of several cell cycle regulatory proteins, inhibited DNA synthesis and thereby reduced cell numbers. The comparison of wildtype cells to AhR knockdown cells revealed an influence of the AhR on cell cycle progression in skin cells in the absence of exogenous ligands. AhR knockdown cells exhibited a slower progression through the cell cycle caused by an accumulation of cells in the G0/G1 phase of the cell cycle and a decreased DNA synthesis rate. Modulation of cell cycle regulatory proteins involved in the transition from the G0/G1 to the S phase of the cell cycle was altered in AhR knockdown cells as well. To conclude, eugenol as well as isoeugenol were able to impact on the AhR signaling pathway in skin cells. Their molecular mechanisms of action are similar to those of classical AhR ligands, although their structural characteristics strongly differ from that of these ligands. In the absence of exogenous ligands the AhR promotes cell cycle progression in many tissues and this knowledge could be expanded on skin-derived cells within the scope of this thesis.
Evaluation of desalination techniques for treating the brackish water of Olushandja sub-basin
(2014)
The groundwater of Olushandja sub-basin as part of Cuvelai basin in central-northern Namibia is saline with TDS content varying between 4,000ppm to 90,000ppm. Based on climatic conditions, this region can be classified as a semi-arid to arid region with an annual rainfall during summer time varying between 200mm to 500mm. The mean annual evaporation potential is about 2,800mm, which is much higher than the annual rainfall. The southern block of this sub-basin is of low population density. It has not been covered by the supply networks for electricity and water. Therefore, the inhabitants are forced to use the untreated groundwater from the hand-dug wells for their daily purposes. This groundwater is not safe for human consumption and therefore needs to be desalinated for that purpose. The goal of this thesis has been to select a suitable desalination technology for that region. The technology to be selected is from those which use renewable energy sources, which have capacity of production from 10m3 to 100m3 per day, which are simple and robust against existing harsh environmental conditions and have already been implemented successfully in some place. Based on these criteria, the technologies which emerged from the literature are: multistage flashing (MSF), multi effect distillation (MED), multi effect humidification (MEH), membrane distillation (MD), reverse osmosis (RO) and electro dialysis reversed (ED). Out of these technologies, RO &amp; ED are based on membrane techniques and MSF, MED &amp; MEH use thermal processes whereas MD technology uses a hybrid process of thermal and membrane techniques for desalinating the water. For evaluation of technical performance, environmental sustainability and financial feasibility of the above mentioned desalination techniques, the following criteria have been used: gained output ratio, recovery rate, pretreatment requirements, sensitivity to feed water quality, post treatment, operating temperature, operating pressure, scaling and fouling potential, corrosion susceptibility, brine disposal, prime energy requirement, mechanical and electrical power output, heat energy, running costs and water generation costs. The data regarding the performance standards of the successfully implemented desalination techniques have been obtained from the literature of performance benchmarks. The Utility Value Analysis Tool of the Rafter-Group of Multi-Criteria Analysis (MCA) has been used for measuring the performance score of a technology. To perform the utility analysis, an evaluation matrix has to be constructed through the following procedures: selection of the decision options (or assessment groups), identification of the evaluation criteria, measurement of performance and transformation of the units. Then the criteria under the objective groups are assigned a level of importance for determining their weights.To perform the sensitivity analysis the level of importance of a criterion is changed by giving more weight or rate to the assessment group of interest (or study). Within the assessment group of interests, the best performing desalination technology has been selected according to the outcome of the sensitivity analysis. The important conclusions of this study are the identification of the capabilities of thermal and membrane based small scale desalination technologies and their applicability based on site specific needs. The sensitivity analysis indicates that the MED technology is the most environmental friendly technology that uses minimum energy and produces least concentrated brine for disposal. The ED technology has emerged to be technically suitable, but it is only applicable when source water has less than 12.000 ppm salt content. The MSF process has favorable thermal efficiency and it is insensitive to feed water quality. Its major drawbacks are energy needs and post treatment requirements that affected its net score. The MD and MSF process have scored the lowest for the technical and economic assessment groups and are concluded not to be suitable for Olushandja sub-basin. The MEH process is cheaper and technically more appropriate than the MED in the two assessment groups. Based on the above mentioned evaluations, this study concluded that Olushandja sub-basin needs more data collection on the geological profile, distinctive identification of aquifers and evidence on the interaction between the aquifers. From the best available data obtained, it could not be established with certainty where the highest level of salinity can be found in the profile, or how the geological profile is layered. More data on ground water quality for spatial overview of the trends and pattern of the sub-basin will be useful in drawing better conclusion on the specific desalination technology needed which is suitable for a specified village or living space.
Seit Mitte der 1970er Jahre engagiert sich das Land Nordrhein-Westfalen, in Folge des sozial/ökologischen Wertewandels der 1960er und 1970er Jahre, in der Radverkehrsförderung. Damals wie heute ist die systematische Realisierung von Radverkehrsnetzen, die durchgängig mit einem Leitsystem gekennzeichnet werden, ein zentrales Landesziel. Hierzu entwickelte das Land NRW unterschiedliche Strategien: Ende der 1970er Jahre wurde landesweit ein touristisches Netz erarbeitet, das jedoch seitens der Kommunen nur wenig Akzeptanz fand. Anschließend führte das Land NRW mit zwei Modellvorhaben den Nachweis, dass zur Förderung des Radverkehrs eine systematische Zielnetzplanung verbunden mit einer Kennzeichnung des Netzes mittels Leitsystem zielführend ist. Doch auch dies fand seitens der Kommunen nur wenig Nachahmer. Daher leitete das Land NRW einen weiteren Strategiewechsel von der Bottom-up-Strategie zur Top-down-Strategie ein: 1995 wurde im Koalitionsvertrag der Landesregierung die Realsierung des Radverkehrsnetz Nordrhein-Westfalen (RVN NRW) politisch beschlossen. Landesweit sollte ein Radverkehrsnetz geplant und anschließend mit einem Leitsystem vor Ort gekennzeichnet werden. Das RVN NRW wurde zwischen 1996 und 2007 unter vollständiger Finanzierung des Landes NRW in enger Abstimmung mit den 427 Kommunen und ca. 2.000 Projektpartnern erfolgreich umgesetzt. Es hat eine Länge von 14.155 km. Heute wird das RVN NRW durch viele Kommunen weiter lokal verdichtet. Bereits im Rahmen der Projektkonzeption waren auf Grundlage des RVN NRW umfangreiche Synergien vorgesehen, indem u. a. der Radroutenplaner NRW entwickelt wurde. Dieser wird mittels Internet/Smartphone kommuniziert und enthält sowohl alle Informationen zur Planung der Strecke vor der Fahrt, als auch zur Wegefindung während der Fahrt. Mit diesem innovativen Projekt wurden zahlreiche Mehrwerte und Synergien erzielt, indem z. B. radtouristischen Netze neu geordnet, ein landeseinheitliches Qualitätsmanagement zur Pflege entwickelt, ein Repertoire zur Sicherung des Radverkehrs außerorts geschaffen und insbesondere die Verkehrsmittel des Umweltverbunds sowohl in den Netzen (Hardware) als auch in der Informationsvermittlung (Software) miteinander verknüpft wurden. Unter Berücksichtigung der ökologischen, energetischen, demographischen und volkswirtschaftlichen Anforderungen an die Mobilität der Zukunft, muss ein nachhaltiges selbsterklärendes multimodales Mobilitätssystem mit dem Rückgrat Öffentlicher Verkehr entwickelt werden. Mit der Realisierung des RVN NRW hat das Land NRW bereits eine wesentliche Komponente fertiggestellt. Um die Systemvorteile der jeweiligen Verkehrsarten optimal nutzen zu können, sind umfangreiche weitere Maßnahmen erforderlich, die wiederum einer Landesinitiative bedürfen. Das mit der Konzeption des RVN NRW erfolgreich praktizierte Umsetzungsverfahren lässt sich auf eine Vielzahl von weiteren Zukunftsaufgaben übertragen. Allgemeingültige Handlungsempfehlungen zeigen den Weg auf, wie auch diese Visionen in die Realität übergeleitet werden können.
Die Region Trier ist ein seit langem intensiv besiedelter Kulturraum. In der vorliegenden Arbeit galt es, unterschiedliche morphodynamische Prozessphasen während des Holozäns zu unterscheiden und ihre Ursachen zu klären. Gegenstand der Untersuchungen waren Schwemmfächer und andere Sedimentkörper kleiner Einzugsgebiete, die als korrelate Sedimentkörper der (Boden-)Erosion in den Einzugsgebieten betrachtet werden. Mit Hilfe sedimentologisch-geochemischer Untersuchungen und Datierungen der Sedimente wurde der Zusammenhang zwischen dem Erosions- und Akkumulationsgeschehen, der Landnutzungsintensität und der klimatischen Entwicklung während des Holozäns untersucht. Der menschliche Einfluss in den Einzugsgebieten wurde über archäologische Funde des Rheinischen Landesmuseums Trier und historische Karten abgeglichen. Der klimatische Einfluss wurde mangels ausreichender regionaler Datendichte über die bekannte überregionale Klimaentwicklung des Holozäns in Mitteleuropa abgeschätzt. Es konnten Aktivitätsphasen (vorgeschichtlich, (früh-)römisch, Mittelalter) und Stabilitätsphasen (Völkerwanderungszeit) ausgegliedert werden. Die unterschiedlichen morphodynamischen Prozessphasen haben ihren Ursprung in der lokalen anthropogenen Landnutzung in Kombination mit dem Witterungs- und Wettergeschehen. Die Bedeutung des Klimas mit seinen gemittelten Werten holozäner "Optima" und "Pessima" tritt dahinter zurück. Die Schwermetallgehalte von Nickel, Kupfer, Zink und Blei in den fossilen und rezenten Böden der Region sind stärker von lokalen als von globalen Faktoren beeinflusst, wie sie an Geoarchiven ohne eigenen geogenen background nachgewiesen sind. Der Einsatz geochemischer Indizes ermöglicht in seltenen Fällen eine weitere Untergliederung makroskopisch homogener Sedimente. Ihre inhaltliche Interpretation wird durch die Tatsache eingeschränkt, dass es sich bei Schwemmfächern um offene Systeme handelt, bei denen in humiden Klimaten nicht entschieden werden kann, welche Verwitterungsprozesse prä- und welche postsedimentärer sind.
Until today the effects of many chlorinated hydrocarbons (e.g. DDT, PCBs) against the specific organisms are still a subject of controversial discussions. It was also the case for potential endocrine effects to influence the spermatogenesis correlated with possible changes of the population's vitality. To clear this situation, three questions could be at the centre of attention: 1) Do the chemicals cause a special harmful effect on the male reproductive tract? 2) Could some particular chemical mixtures act to bind and activate the human estrogen receptor (hER)? 3) Are the life stages of an organism specially sensitive to the effects of chemicals and therefore be established as Screening-Test-System? the connected effects of DDT and Arochlor 1254 as single substance and in 1:1 mixture according to their estrogenic effectiveness on zebrafish (Brachydanio rerio) were therefore investigated. the concentrations of the pesticides and their mixture ranged between 0.05-µg/l and 500-µg/l and separated by a factor of 10. It was turned out that the test concentrations of 500-µg/l were too toxic to zebrafish in all the cases. The experiment was followed up with four concentrations of DDT, A54 as well as their 1:1 mixture anew each separated by a factor of 10 and ranging between 0.05-µg/l and 50-µg/l. The bioaccumulation test within 8 days showed that the zebrafish accumulated the chemicals, but no equilibrum was reached and the concentration 0.05-µg/l was established as No Observed Effect Concentration (NOEC). Putting up on these analyses, the investigation of the life cycle (LC) starting with fertilized eggs demonstrated a reduction in the rate of hatchability, reproduction and length of fish emerged. These reductions involved the duration of the life cycle stages (LCS) which consequently lasted longer than expected. Exposure time and level of the tested chemicals accelerated the occurrence of these effects which were more significant when the chemical mixtures were used too. To establish whether the parameter assessed were correlated to the male reproductive tract, the quality, quantity and life span of sperm were assessed using the methods of Leong (1988) and Shapiro et al (1994). The sperm degeneration observed, led us to investigate the spermatogenesis and the ultrastructure of the testes. This last experiment showed a significant reduction of the late stage of spermatogenesis and the heterophagic vacuoles which play an important role in the spermatid maturation. It could therefore be concluded that, DDT and A54 could act synergically and cause disorders of the male reproductive tract of male zebrafish and influence also their growth.
The collapse of the tailings pond of the Aznalcállar open pit mine (West of Seville, Spain) in April 1998 left more than 4000 ha of arable land and floodplains contaminated with heavy metal containing pyrite sludge. After a first remediation campaign a considerable contamination remained in the soil. The present study evaluates the possibilities of reflectance spectroscopy and airborne hyperspectral remote sensing for the qualitative and quantitative assessment of heavy metal contamination and the acidification risk related to the mining accident. Based on an extensive data set consisting of geochemical analyses and reflectance measurements of more than 300 soil samples different chemometrics methods (multiple linear regression, partial least squares and artificial neural networks) are tested for computation of concentrations of soil constituents on the basis of the spectral reflectance. Spectral mixture analysis is applied for the analysis of the spatial distribution of the contamination. The abundance information derived from spectral mixture analysis is turned into quantitative information incorporating an artificial mixture experiment. The results of this experiment provide a link between sludge abundance and sludge weight, allowing as a consequence calculation of the amount of residual sludge per pixel, the acidification potential and other parameters important for remediation planning. The application of laboratory, field and imaging spectroscopy for providing quantitative information about the contamination levels in their spatial context is a good complement to conventional methods. The advantage is the reduction of the time and labour-intensive geochemical analysis, because after the model calibration, further samples can be analysed directly with the chemometric models. Furthermore, the spatial distribution can be mapped with imaging spectroscopy data helping in a more precise remediation planning.
Die Notwendigkeit einer ökologischen Aufwertung kleiner urbaner Gewässer und damit einer effektiven Siedlungswasserwirtschaft ist in den Fokus gerückt und wurde zum Bestandteil der Wasserrahmenrichtlinie ( 2000/60/EG). Die Zunahme von Regenwassermanagementsystemen und die Renaturierung kanalisierter Gewässerabschnitte führt zu einer Integration von Flüssen und Bächen in das städtische Umfeld. Diese Arbeit fokussiert die zeitlich hochaufgelöste Analyse des Stofftransports während Abflussereignissen in mesoskaligen Einzugsgebieten. Es wird untersucht, ob die Landnutzung und die Entwässerungssysteme von Siedlungsflächen, die Abflusssdynamik und die Stoffkonzentrationen beeinflussen. Beleuchtet wird, inwieweit naturnahe Regenwassermanagementsysteme in Siedlungsgebieten den natürlichen Wasserhaushalt erhalten und eine Gewässerbelastung reduzieren. Untersucht werden die Schadstoffdynamiken und -frachten dreier verschiedener Einzugsgebiete, ähnlich hinsichtlich Einzugsgebietsgröße, Topographie und klimatischen Bedingungen, aber unterschiedlich in Landnutzung und Entwässerungssystemen. Darüber hinaus wird der Einfluss der Ableitungsart des Regenwassers aus den Siedlungsgebieten auf die Abflussdynamik und die Schadstoffverlagerung auf unterschiedlichen Skalen untersucht. Abflussganglinien und Chemographen aller Gewässer zeigen große Schwankungen während und zwischen Hochwasserereignissen. Kurzfristige Konzentrationen sind sehr hoch und können nur mittels zeitlich hochaufgelöster Beprobung bestimmt werden. Frachten und mittlere Ereigniskonzentrationen weisen eine hohe Variabilität in Abhängigkeit von vorangehenden hydro-klimatischen Bedingungen auf. Erhöhte Schadstoffkonzentrationen treten in einem ländlich geprägten Einzugsgebiet in Verbindung mit Regenfällen durch Remobilisierung von Schadstoffen aus der Kanalisation auf. In einem städtisch geprägten Vorfluter sind Schadstoffbelastungen mit dem Basisabfluss aufgrund sanitärer Fehlanschlüsse und Kläranlageneinleitungen das ganze Jahr über bedeutsam. Ein biologischer Test zur Bestimmung östrogener Aktivität zeigt, dass die Toxizität von der Kläranlagentechnologie und deren Elimination östrogener Wirkstoffe abhängt. Saisonale Effekte, durch steigende östrogene Aktivität im Sommer und abnehmende Aktivität im Winter aufgrund der Verdünnung durch Boden- und Grundwasser, konnten beobachtet werden. Dezentrale Regenrückhalte führen zum Erhalt des quasi-natürlichen Wasserhaushaltes und zur Dämpfung von Abflussspitzen im Vorfluter. Die Beprobung der Zuläufe und des Ablaufes einer Retentionsfläche zeigt die Reduktion der Maximalkonzentrationen sowie der jährlichen Frachten von Xenobiotika. Mit zunehmender Einzugsgebietsgröße nimmt die Anzahl und Diversität der Entwässerungssysteme zu. Die Skalenabhängigkeit der Gewässerbelastung ergibt sich aus dem Vorhandensein und Zusammenwirken von Misch- und Trennkanalisationen, sowie Regenwassermanagementsysteme, und Kläranlageneinläufen. Vor allem Mischwasserkanalüberläufe führen zu einer hydraulischen Belastung sowie zu hohen Momentankonzentrationen der Xenobiotika. Regenwassermanagementsysteme tragen zu einer deutlichen Reduktion der chemischen und hydraulischen Belastung des Gewässers bei. Dies führt zu einer Entlastung der Vorfluter und zu einem besseren ökologischen Zustand, wie durch die Wasserrahmenrichtlinie gefordert.
Die Dissertation beabsichtigt, einen Beitrag zur Verbesserung des Umweltzustands der pal. Industrie durch die Durchführung des UMS zu leisten. Auf dieser Grundlage wurde analysiert, welche Schritte und Maßnahmen unter Berücksichtigung des Umweltzustands in Palästina erforderlich sind, um ein UMS wie EMAS und ISO 14001 in der pal. Industrie implementieren zu können.
Redox-driven biogeochemical cycling of iron plays an integral role in the complex process network of ecosystems, such as carbon cycling, the fate of nutrients and greenhouse gas emissions. We investigate Fe-(hydr)oxide (trans)formation pathways from rhyolitic tephra in acidic topsoils of South Patagonian Andosols to evaluate the ecological relevance of terrestrial iron cycling for this sensitive fjord ecosystem. Using bulk geochemical analyses combined with micrometer-scale-measurements on individual soil aggregates and tephra pumice, we document biotic and abiotic pathways of Fe released from the glassy tephra matrix and titanomagnetite phenocrysts. During successive redox cycles that are controlled by frequent hydrological perturbations under hyper-humid climate, (trans)formations of ferrihydrite-organic matter coprecipitates, maghemite and hematite are closely linked to tephra weathering and organic matter turnover. These Fe-(hydr)oxides nucleate after glass dissolution and complexation with organic ligands, through maghemitization or dissolution-(re)crystallization processes from metastable precursors. Ultimately, hematite represents the most thermodynamically stable Fe-(hydr)oxide formed under these conditions and physically accumulates at redox interfaces, whereas the ferrihydrite coprecipitates represent a so far underappreciated terrestrial source of bio-available iron for fjord bioproductivity. The insights into Fe-(hydr)oxide (trans)formation in Andosols have implications for a better understanding of biogeochemical cycling of iron in this unique Patagonian fjord ecosystem.
Der Informationsgehalt ist die Summe aller in biologischen Proben gespeicherten Informationen über ihre Umwelt. Seine Entschlüsselung ist entscheidend, um biologische Systeme im Rahmen der Umweltbeobachtung einsetzen zu können. Die Umweltprobenbank des Bundes, als der am weitesten entwickelte Baustein der intergrierenden Beobachtung in Deutschland, liefert zwar zuverlässige Aussagen zum Umweltzustand im Hinblick auf stoffliche Konzentrationen, kann aber keine Indikation der Bedeutung chemischer Substanzen für Biosysteme erbringen. Damit fehlen wesentliche Voraussetzungen für eine umfassende Umweltbewertung. Dementsprechend besteht das Hauptziel der Untersuchung darin, ein Konzept für eine umfassendere Entschlüsselung des in Umweltproben von tierischen Organismen vorhandenen Informationsgehaltes über den Umweltzustand zu entwickeln. Wichtige Voraussetzung hierfür ist ein methodischer Ansatz basierend auf Standardisierungen, der die Qualität von Umweltproben festlegt. Um Wirkungen stofflicher Stressoren auf lebende Systeme aufzeigen zu können, wird das relativ neue wissenschaftliche Konzept der Biomarker für vier wichtige und sensible Systeme im Organismus diskutiert: das Cytochrom-P450-Oxigenase-System, das sexualhormonelle System, das genetische System und das Immunsystem. Dabei werden Leistungen und Defizite dieser Systeme im Hinblick auf ihre Einsatz im Rahmen der Umweltbeobachtung dargestellt. Daraus ergibt sich, dass Umweltprobenbanken geradezu prädestiniert sind, Proben zu lagern, die erst zu einem späteren Zeitpunkt mit verbesserten Methoden auf Wirkungen stofflicher Stressoren mit Hilfe des Biomarker-Konzepts untersucht werden können.
Exposure to fine and ultra-fine environmental particles is still a problem of concern in many industrialized parts of the world and the intensified use of nanotechnology may further increase exposure to small particles. Since many years air pollution is recognized as a critical problem in western countries, which led to rigorous regulation of air quality and the introduction of strict guidelines. However, the upper thresholds for particulates in ambient air recommended by the world health organization are often exceeded several times in newly industrialized countries. Such high levels of air pollution have the potential to induce adverse effects on human health. The response triggered by air pollutants is not limited to local effects of the respiratory system but is often systemic, resulting in endothelial dysfunction or atherosclerotic malady. The link between air pollution and cardiovascular disease is now accepted by the scientific community but the underlying mechanisms responsible for the pro-atherogenic potential still need to be unraveled in detail. Based on the results from in- vivo and in vitro studies the production of reactive oxygen species due to exposure to particles is the most important mechanism to explain the observed adverse effects. However, the doses that were applied in many in vivo and in vitro studies are far beyond the range of what humans are exposed to and there is the need for more realistic exposure studies. Complex in vitro coculture systems may be valuable tools to study particle-induced processes and to extrapolate effects of particles on the lung. One of the objectives of this PhD thesis was the establishment and further improvement of a complex coculture system initially described by Alfaro-Moreno et al. [1]. The system is composed of an alveolar type-II cell line (A549), differentiated macrophage-like cells (THP-1), mast cells (HMC-1) and endothelial cells (EA.hy 926), seeded in a 3D-orientation on a microporous membrane to mimic the cell response of the alveolar surface in vitro in conjunction with native aerosol exposure (VitrocellTM chamber). The tetraculture system was carefully characterized to ensure its performance and repeatability of results. The spatial distribution of the cells in the tetraculture was analyzed by confocal laser scanning microscopy (CLSM), showing a confluent layer of endothelial and epithelial cells on both sides of the Transwellâ„¢. Macrophage-like cells and mast cells can be found on top of the epithelial cells. The latter cells formed colonies under submerged conditions, which disappeared at the air-liquid-interface (ALI). The VitrocellTM aerosol exposure system was not significantly influencing the viability. Using this system, cells were exposed to an aerosol of 50 nm SiO2-Rhodamine nanoparticles (NPs) in PBS. The distribution of the NPs in the tetraculture after exposure was evaluated by CLSM. Fluorescence from internalized particles was detected in CD11b-positive THP-1 cells only. Furthermore, all cell lines were found to be able to respond to xenobiotic model compounds, such as benzo[a]pyrene (B[a]P) or 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin (TCDD) with the upregulation of CYP1 mRNA. With this tetraculture system the response of the endothelial part of the alveolar barrier was studied in- vitro in a still realistic exposure scenario representing the conditions for a polluted situation without direct exposure of endothelial cells. After exposure to diesel exhaust particulate matter (DEPM) the expression of different anti-oxidant target genes and inflammatory genes such as NAD(P)H dehydrogenase quinone 1 (NQO1), superoxide dismutase 1 (SOD1) and heme oxygenase 1 (HMOX1), as well as the nuclear translocation nuclear factor erythroid-derived 2 (Nrf2) was evaluated. In addition, the potential of DEPM to induce the upregulation of CYP1A1 mRNA in the endothelium was analyzed. DEPM exposure led not to an upregulation of the anti-oxidant or inflammatory target genes, but to clear nuclear translocation of Nrf2. The endothelial cells responded to the DEPM treatment also with the upregulation of CYP1A1 mRNA and nuclear translocation of the aryl hydrocarbon receptor (AhR). Overall, DEPM triggered a response in the endothelial cells after indirect exposure of the tetraculture system to low doses of DEPM, underlining the sensitivity of ALI exposure systems. The use of the tetraculture together with the native aerosol exposure equipment may finally lead to a more realistic judgment regarding the hazard of new compounds and/or new nano-scaled materials in the future. For the first time, it was possible to study the response of the endothelial cells of the alveolar barrier in vitro in a realistic exposure scenario avoiding direct exposure of endothelial cells to high amounts of particulates.
Ziel der durchgeführten Arbeit war mittels einer geophysikalischen Untersuchungsmethode die Wasserverteilung in Deponien nach einer Infiltration zu beobachten. Für den Nachweis der Wasserverteilung unterhalb von Infiltrationsstellen wurde die geoelektrische Impedanztomografie eingesetzt. Um das Messverfahren auf seine Eignung zur Detektierung der Infiltrationsauswirkungen in der Deponie zu überprüfen, wurde ein mehrjähriges Untersuchungsprogramm durchgeführt. Dabei hat sich herausgestellt, dass Deponiesickerwasser eine Verringerung des spezifischen Widerstandes im Untersuchungsgebiet verursacht und dieser Tatbestand vom Messsystem gut detektiert wird. Durch das Aufreihen der Ergebnisse als Tomogrammsequenzen wurden die Infiltrationsauswirkungen unterhalb der Infiltrationsstelle visualisiert. Anhand der entstandenen Tomogrammsequenzen und aufgestellten Modellbetrachtungen werden die Einschränkungen und Rahmenbedingungen des eigens dafür entwickelten Darstellungs- und Auswertungsalgorithmus der Arbeit erörtert.
Japanische Touristen in Deutschland : Analyse der Wahrnehmung der Destination Deutschland und der Kundenansprüche im interkulturellen Kontext. Auf der Angebotsseite steht die noch mittelständisch geprägte deutsche Hotellerie, mit der Tendenz einer zunehmenden Konzentration zur Groß- und Kettenhotellerie. Der japanische Kunde auf der Nachfragerseite wird aufgrund seiner kulturellen, sozialen, politischen und geschichtlichen Umgebung analysiert. Er bewegt sich in einer vorwiegend kollektivistisch und stark kontextorientierten, durch dichte Informationsnetze geprägten, maskulinen Gesellschaft. Beeinflusst durch die Lehre von Konfuzius bilden heute noch mora-lisches Handeln, Rechtschaffenheit, Höflichkeit, die Beachtung hierarchischer Beziehungen und Harmonie Handlungsgrundlage des gesellschaftlichen Lebens. Daneben hat Japan, als entwickeltes Industrieland, mit denselben Problemen wie westliche Industrienationen zu kämpfen, wie Überalterung, Wertewandel und konjunkturelle Auf- und Abschwünge. Der japanische Kunde stellt hohe Ansprüche an die Qualität des angebotenen Produktes und an den Service. Während die Hardware, z.B. die Qualität der Hotelzimmer in Deutschland positiv beurteilt wird, wird die Servicequalität hier oft als unzureichend empfunden. Dabei setzt der japanische Kunde, der an dichte Informationsnetze gewöhnt ist, viele Dinge als selbstverständlich voraus. Der Deutsche, der über diese Informationen nicht verfügt und sich stur an das Vereinbarte hält, wird als unhöflich empfunden. Als Einkaufsdestination hat Deutschland aufgrund fehlender Marken kaum Bedeutung. Japaner sind leidenschaftliche und experimentierfreudige Esser, die oft in Deutschland aufgrund der mangelnden Beachtung und Vermarktung lokaler Spezialitäten zu kurz kommen. Mittels der Methode Importance Grid konnten abgefragte Attribute in Basis-, Leistungs- und Begeisterungsfaktoren eingeteilt werden. Grundlegend und Ausschlusskriterium für einen Reiseantritt sind die öffentliche Sicherheit, die der Japaner nicht nur auf die Kriminalität sondern auch auf Lebensmittelsicherheit und Gesundheitswesen bezieht. Sehenswürdigkeiten sind wichtige Leistungsfaktoren. Das Hotelangebot, als Begeisterungsfaktor hat einen enormen Einfluss und damit großes Entwicklungspotential auf die Reisezufriedenheit. Begeisterung lösen weiterhin individuelle Begegnungen, eine originale und stimmige Atmo-sphäre und lokale Besonderheiten, aus. Der hoch kontextorientierte Japaner nimmt die Reise als Gesamterlebnis wahr und gibt seine Erinnerungen gern über Mund zu Mund Propaganda weiter. Folgereisen können sich wie ein Schneeballsystem entwickeln. Als Trends sind die zunehmende Bedeutung von Seniorenreisen, Hube-and-Spoke Reisen, Skeleton-Touren, der Furosato Trend und Honeymoonreisen zu nennen.
Intense, southward low-level winds are common in Nares Strait, between Ellesmere Island and northern Greenland. The steep topography along Nares Strait leads to channelling effects, resulting in an along-strait flow. This research study presents a 30-year climatology of the flow regime from simulations of the COSMO-CLM climate model. The simulations are available for the winter periods (November–April) 1987/88 to 2016/17, and thus, cover a period long enough to give robust long-term characteristics of Nares Strait. The horizontal resolution of 15 km is high enough to represent the complex terrain and the meteorological conditions realistically. The 30-year climatology shows that LLJs associated with gap flows are a climatological feature of Nares Strait. The maximum of the mean 10-m wind speed is around 12 m s-1 and is located at the southern exit of Smith Sound. The wind speed is strongly related to the pressure gradient. Single events reach wind speeds of 40 m s-1 in the daily mean. The LLJs are associated with gap flows within the narrowest parts of the strait under stably stratified conditions, with the main LLJ occurring at 100–250 m height. With increasing mountain Froude number, the LLJ wind speed and height increase. The frequency of strong wind events (>20 m s-1 in the daily mean) for the 10 m wind shows a strong interannual variability with an average of 15 events per winter. Channelled winds have a strong impact on the formation of the North Water polynya.
Die Dissertation beschreibt den Bewerber als Kunden eines Unternehmens und das damit verbundene Erleben während der Bewerbungsphase. Die Gesamteindrücke des Bewerbers werden auch als Candidate Experience bezeichnet. Die theoretische Herangehensweise der Arbeit orientiert sich am Marketingkonzept Customer Experience Management (CEM), welches den Kunden in den Mittelpunkt der Betrachtung stellt. Neben der theoretischen Herleitung wurde für die empirische Datengrundlage ein vielfältiges Methodenspektrum gewählt, um sowohl die Kundensicht zu beleuchten als auch die Unternehmensseite. Die Analyse zeigt, dass Standards bzw. selbstverständliche Verhaltensregeln (Recruiting-Basics) in der Interaktion mit dem Bewerber noch lange nicht von allen Unternehmen eingehalten werden, was teilweise zu Unzufriedenheit und negativen Kommentaren im Social Web führt. Die unmittelbare Veröffentlichung und Verbreitung von Kommentaren im Internet bieten aus Sicht der Unternehmen Risiken, aber auch Chancen. Die Ergebnisse der Arbeit zeigen, dass Candidate Experience in einem durch den Fachkräftemangel bedingten "Arbeitnehmermarkt" zur Notwendigkeit wird. Es entsteht ein Umwerben von Talenten, wodurch sich der bisherige Recruiting-Ansatz umdreht. Ein modernes Recruiting kennzeichnet sich dabei durch eine aktive Ansprache der potentiellen Bewerber. Als Konsequenz dieser Entwicklung sollte das Recruiting ganzheitlich auf Maßnahmen ausgerichtet werden, die gemäß eines abgeleiteten Candidate-Experience-Management-Ansatz den persönlichen Dialog mit dem Kandidaten fördern, Orientierung und Transparenz schaffen sowie relevante Informationen aus Kundensicht bereitstellen. Dazu kann bereits eine Karriereseite mit kundenorientierten Inhalten beitragen. Weiterhin gilt der erlebte persönliche Dialog mit den Unternehmensvertretern als entscheidend. Im Hinblick auf die Erkenntnisse der Arbeit ist es für die Zukunft empfehlenswert, sowohl im Wettbewerb um die besten Talente als auch hinsichtlich einer positiven Reputation on und offline alle Kontaktpunkte des Bewerbers mit dem Unternehmen zu identifizieren und zu analysieren. Das positive Bewerbererlebnis kann dabei auf Basis der Identifizierung kritischer Kundenkontaktpunkte und gleichzeitiger Implementierung von Maßnahmen gestaltet werden. Als Strukturierungshilfe dient ein durch den Verfasser entwickeltes Prozessmodell, welches in der Praxis auf Basis einer Fallstudie angewendet wurde. Um Erwartungen von Bewerbern nicht nur zu erfüllen, sondern zu übertreffen, gilt es zusätzlich kreative Maßnahmen zu implementieren, die auch eine zunehmende Weiterempfehlungs-bereitschaft fördern. Insgesamt lässt sich hinsichtlich der Erwartungshaltung der Bewerber konstatieren, dass ein Unternehmen auch bei den jungen Akademikern der Generation Y punkten kann, wenn es sich in einem ersten Schritt zunächst auf die Einhaltung der Recruiting-Basics konzentriert.
Comparing the results of the phylogeographies of the four species included in this thesis, some accordances have been found, even though certain patterns are only represented in one or two species. In all cases, the findings of the studied species strongly support the existence of forests or forest-like ecosystems beyond the classic forest refugia in the Mediterranean areas (Iberian, Apennine and Balkan peninsulas) during glacial times. However, evidence of glacial refugial areas in Southeastern Europe, especially the Balkans, have been found in this study as well. The analysed populations of Aposeris foetida, Melampyrum sylvaticum and Erebia euryale showed high genetic diversity values and mostly higher private fragments in this area, which is a strong indicator for centres of glacial survival during Würm and, regarding the results of M. sylvaticum, even during the Riss ice age. Three of the analysed species (A. foetida, M. sylvaticum and Colias palaeno) supported a second main glacial refuge area located along the Northern Alps. Again, high genetic diversity values and the uniqueness of the populations living in this region today prove the importance of this area as a glacial centre of survival. Those results confirm several recently published studies on forest species and strongly indicate the persistence of forest-like structures or even forests during the ice ages along the foothills of the Northern Alps. Additionally, the persistence of C. palaeno in this area furthermore supports the existence of peatlands north of the Alps, at least during the last glacial. The results of M. sylvaticum and E. euryale further indicate the vicinity of the Tatra Mountains as core areas for glacial survival. However, the genetic patterns found for E. euryale are ambiguous. Due to an intermediate position of two genetic lineages (originating in the Eastern Alps and Southeastern Europe), the Tatras could also reflect a postglacial mixture zone of those lineages. Moreover, the glacial and postglacial importance of this area for woodland species was accentuated, supporting other phylogeographic studies published. Besides the congruities among the results of the study species, some unique patterns and therefore further potential glacial refugia have also been illuminated in this thesis. For instance, the calcicole species, A. foetida, most probably had further survival area at both sides of the Dinaric Alps, supported by high genetic diversity values and a high number of private fragments found in Croatian populations. Furthermore, the surroundings of the German Uplands and the margin of the Southern Alps provided suitable conditions for glacial survival for M. sylvaticum, while the Eastern and Southeastern Alpine region most probably sheltered the Large Ringlet E. euryale during ice ages. Additionally, this butterfly species survived at least the glaciation along the foothills of the Massif Central, whose present populations showed a unique genetic lineage and their genetic diversity values have been measurably higher than in other populations for this species. Finally, a large and continuous Würm distribution is highly likely south of the Fennoscandian glaciers in Central Europe for C. palaeno, which might indicate extended peatland areas during Würm glacial. With all the patterns found in this study, the understanding of glacial persistence of forest, respectively forest-like structures and peatlands during Würm or even Riss glacial in Europe could be advanced. The congruencies among the analysed woodland and bog species illustrate the importance and location of extra-Mediterranean refugia for European mountain forests and the glacial presence of Central European peatlands. Thus, already postulated theories could be supported and further pieces of the overall puzzle could be added. The varieties of the different survival centres once more clarified that further phylogeographic studies on mountain forest of different habitat requirements and especially peatland species have to be implemented to get a clearer picture of the glacial history of these habitats.
Background
In light of the current biodiversity crisis, DNA barcoding is developing into an essential tool to quantify state shifts in global ecosystems. Current barcoding protocols often rely on short amplicon sequences, which yield accurate identification of biological entities in a community but provide limited phylogenetic resolution across broad taxonomic scales. However, the phylogenetic structure of communities is an essential component of biodiversity. Consequently, a barcoding approach is required that unites robust taxonomic assignment power and high phylogenetic utility. A possible solution is offered by sequencing long ribosomal DNA (rDNA) amplicons on the MinION platform (Oxford Nanopore Technologies).
Findings
Using a dataset of various animal and plant species, with a focus on arthropods, we assemble a pipeline for long rDNA barcode analysis and introduce a new software (MiniBar) to demultiplex dual indexed Nanopore reads. We find excellent phylogenetic and taxonomic resolution offered by long rDNA sequences across broad taxonomic scales. We highlight the simplicity of our approach by field barcoding with a miniaturized, mobile laboratory in a remote rainforest. We also test the utility of long rDNA amplicons for analysis of community diversity through metabarcoding and find that they recover highly skewed diversity estimates.
Conclusions
Sequencing dual indexed, long rDNA amplicons on the MinION platform is a straightforward, cost-effective, portable, and universal approach for eukaryote DNA barcoding. Although bulk community analyses using long-amplicon approaches may introduce biases, the long rDNA amplicons approach signifies a powerful tool for enabling the accurate recovery of taxonomic and phylogenetic diversity across biological communities.
Die Arbeit befasst sich mit der quantifizierenden Wirkungsabschätzung folgender Hochwasserschutzmaßnahmen: Auwaldaufforstung, Kleinrückhalte, Tieflockerung und Wegebaumaßnahmen. Neben der Betrachtung der hochwassermindernden Wirkung der einzelnen Maßnahmen werden auch die Grenzen der eingesetzten Simulationsmodelle aufgezeigt, diskutiert und Impulse für die Weiterentwicklung der Modellsysteme geben. Für die Auwaldaufforstung wurde ein zweidimensional instationäres Strömungsmodell auf der Basis des Rauhigkeitsansatzes nach Manning-Strickler auf einen rund 7,0 km langen Abschnitt eines Auetalgewässers angewendet. Bezüglich der hochwassermindernden Wirkung der Maßnahme Auwaldaufforstung konnte festgestellt werden, dass sich die Wirkung nahe der modelltechnischen Nachweisbarkeitsgrenze bewegt. Als Referenzereignisse dienten ein ca. 5-10 jährliches sowie ein ca. 50-80 jährliches Hochwasserereignis. In allen untersuchten Fällen blieb die relative Scheitelabminderung deutlich unter 1 %. Der Maßnahmentyp Kleinrückhalte wurde zunächst anhand von zwei Einzugsgebieten der Mesoskale (Obere Blies, AE ca. 8,5 km-² und Thalfanger Bach, AE ca.17 km-²) sowie anhand von mehreren hieraus abgeleiteten Fiktivsystemen mit Hilfe eines konzeptionellen Flussgebietsmodells untersucht. Die Untersuchung von Fiktivsystemen diente der Identifikation derjenigen Modellparameter, die den Effekt " also die hochwassermindernde Wirkung der Maßnahme " im Wesentlichen bewirken. Anschließend erfolgte eine Betrachtung des Maßnahmentyps Kleinrückhalte in den Flussgebieten von Prims (AE ca. 730 km-²) und Blies (AE ca. 1.890 km-²). Die Simulationsergebnisse zeigen, dass die Retentionswirkung von Kleinrückhalten entscheidend vom Volumen der jeweiligen Standorte und vom Volumen des betrachteten Hochwassers abhängt. In Abhängigkeit des Volumens wurden Scheitelabminderungen " je nach Ereignis " von < 1 % bis über 60 % simuliert. Entscheidend ist die Summe des Volumens der Einzelstandorte. Liegt das Gesamtvolumen unter einem Wert von 2,0 mm Gebietsrückhalt, so kann davon ausgegangen werden, dass die Maßnahmen nicht signifikant zur Hochwasserminderung beitragen können. Das Retentionspotenzial der Kleinrückhalte kann entscheidend gesteigert werden, wenn die Drosselöffnungen der Kleinrückhalte entsprechend optimiert werden. Die Arbeit stellt ein einfach handhabbares Regionalisierungsverfahren zur Abschätzung des Retentionspotenzials in mesoskaligen Einzugsgebieten (bis 20 km-²) vor. In den Einzugsgebieten von Blies und Prims würden jeweils 104 bzw. 79 Standorte mit einem Gesamtvolumen von 1,9 bzw. 2,5 mm zu Scheitelabminderungen am Gebietsauslass von 2-4 % bzw. 3-5 % bei interessanten, schadbringenden Hochwasserereignissen führen. Die Maßnahmentypen Tieflockerung und Wegebaumaßnahmen wurden mit Hilfe eines Wasserhaushaltsmodells im Einzugsgebiet der Oberen Blies untersucht. Für dieses Gebiet liegen die simulierten Scheitelabminderungen bezogen auf das zugrunde liegende Hochwasserereignis vom Dezember 1993 (ca. HQ10) bei jeweils < 5 % für die beiden untersuchten Maßnahmentypen Tieflockerung und Wegebaumaßnahmen. Generell sind die Möglichkeiten der Tieflockerung und der wegebaulichen Maßnahmen als Hochwasserschutzmaßnahmen begrenzt auf kleinere, 1-5 jährliche Ereignisse. Große, schadbringende Ereignisse können nicht signifikant abgemindert werden.
The state-of-the-art finite element software Plaxis 3D was applied in a real-world study site of the Turaida castle mound to investigate the slope stability of the mound and understand the mechanisms triggering landslides there. During the simulation, the stability of the castle mound was analysed and the most landslide-susceptible zones of hillslopes were determined. The 3D finite-element stability analysis has significant advantages over conventional 2D limit-equilibrium methods where locations of 2D stability sections are arbitrarily selected. Two modelling scenarios of the slope stability were elaborated considering deep-seated slides in bedrock and shallow landslides in the colluvial material of slopes. The model shows that shallow slides in colluvium are more probable. In the finite-element model, slope failure occurs along the weakest zone in colluvium, similarly to the situation observed in previous landslides in the study site. The physical basis of the model allows results to be obtained very close to natural conditions and delivers valuable insight in triggering mechanisms of landslides.
Die Extraktion relevanter Abflussbildungsprozesse und deren adäquate Abbildung in Modellen gewinnt im Rahmen eines integrierten Managements ganzer Einzugsgebiete immer mehr an Wert, weil die Hochwasserentstehung und die Dynamik der mit dem Wasser transportierten Schadstoffe entscheidend von der Abflussbildung gesteuert werden. Ziel eines Flussgebietsmanagements ist die Verbesserung der Funktionsfähigkeit eines Einzugsgebiets. Das Bereitstellen verlässlicher Entscheidungsgrundlagen für die praktische Umsetzung einzugsgebietsbezogener Maßnahmen erfordert die Einbindung der komplexen, interagierenden Prozesse. Modelle können bei der Analyse und integrierenden Betrachtung der in der Regel nichtlinearen und rückgekoppelten Prozesse einen besonderen Stellenwert einnehmen. So können sie zu Prognosen der Auswirkungen geplanter Maßnahmen und der Veränderungen von natürlichen Randbedingungen herangezogen werden. Die erforderliche Genauigkeit der Prozessabbildung und welche Art von Modellen genutzt wird ist dabei abhängig von der jeweiligen Fragestellung und der untersuchten Skala. Insgesamt ist es erforderlich, den Unsicherheiten der Modellergebnisse einen angemessenen Stellenwert im Hinblick auf ein langzeitliches, optimales Management einzuräumen. Hierzu zählen auch Fragen der Verfügbarkeit, Zuverlässigkeit und Repräsentativität von Daten auf Einzugsgebietsebene. Eine enge Kopplung der Prozessforschung und der Auswertung mittels hydrologischer Modellierung ist in diesem Kontext für eine Beurteilung von Richtlinien und Maßnahmenvorschlägen im Flussgebietsmanagement notwendig.
Die Verwendung von unbestimmten Rechtsbegriffen bereitet Schwierigkeiten bei der Anwendung und gefährdet die Rechtssicherheit. In vielen Rechtsnormen des Umweltrechts (u. a. UVPG) findet der unbestimmte Rechtsbegriff "voraussichtliche erhebliche Umweltauswirkungen" Verwendung. In dieser Arbeit wird ein Beitrag zur Konkretisierung dieses Begriffes im Rahmen der strategischen Umweltprüfung (SUP) geleistet. Dabei wird ein interdisziplinärer Forschungsansatz gewählt, der durch juristische, wie naturwissenschaftliche Methodik geprägt ist und dazu beiträgt das Schutzgut der Biodiversität genauer zu bestimmen. Dazu wird zunächst auf juristischer Ebene geprüft, ob aus dem UVPG sowie weiteren Rechtsnormen des Umweltrechts Informationen zur Konkretisierung dieses Begriffes zu gewinnen sind. Hiernach ergibt sich, dass der Erheblichkeitsbegriff insbesondere dazu dient, Bagatellfälle auszuklammern und Angleichungen zwischen den Rechtsnormen zu erreichen. Da die SUP seit 2005 geltendes Recht ist, ist es wichtig zu sehen, wie in der Gutachtenpraxis mit diesem unbestimmten Rechtsbegriff umgegangen wird. Daher sind vier Umweltberichte gemäß -§14g Satz 2 Nr.5 UVPG überprüft worden. Es stellte sich heraus, dass die Umweltberichte weder in der Lage sind die voraussichtlichen erheblichen Umweltauswirkungen zu Konkretisieren, noch wie es vom UVPG gemäß -§14g Satz 2 Nr.3 UVPG gefordert wird das Schutzgut der Biodiversität hinreichend darzustellen. Aus naturwissenschaftlicher Sicht wurden zunächst natürliche und anthropogene Auswirkungen auf die Biodiversität geprüft, um so die Faktoren zu ermitteln, die die Biodiversität besonders negativ zu beeinflussen vermögen. Demnach gilt es die Faktoren Habitatfragmentierung, Angleichungsprozesse (Biotic homogenization) und Intensität der Landnutzung im Rahmen der SUP frühzeitig zu vermeiden. Die "Convention of Biodiversity" zählt neben den Arten und Landschaften auch die genetische Ebene zum Begriff der Biodiversität. So ist es sinnvoll auch genetische Aspekte in die Schadensbewertung zu integrieren. Daher wurden in einer phylogeographischen Analyse die zwei Genorte Cytochrom Oxidase I und die Control Region der mtDNA des silbergrünen Bläuling, Polyommatus coridon (30 Populationen) untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass genetische Analysen zwar wichtige Informationen für die Konkretisierung des unbestimmten Rechtsbegriffes liefern, aber dennoch mit Vorsicht diesbezüglich zu behandeln sind. Letztendlich stellte sich heraus, dass die Konkretisierung des unbestimmten Rechtbegriffes der voraussichtlichen erheblichen Umweltauswirkungen sich im Rahmen der strategischen Umweltprüfung mehr als schwierig und in Hinblick auf der Konzeption der SUP wenig sinnvoll erweist.
Weltweit wird die Wildjagd unserer Zeit selten noch aus rein praktischen Motiven (z. B. Nahrungsjagd),sondern um eines starken emotionalen Erfolges Willen (der Kick beim Töten des Tieres, Freude, Glück,Zerstreuung, Entspannung, Abenteuer) oft mit großer Leidenschaft und Hingabe betrieben. Die Außenperspektive registriert Jagdhandeln dieser Art meistens als Lust am Töten. Mit dieser spekulativen Annahme eines urmenschlichen Bedürfnisses (Anlage) stimmen die meisten Jäger überein: Sie glaubenan einen atavistisch auftretenden naturalen Beutetrieb, der sich an der Kulturevolution "vorbeigeschlichen" hat. Für die modernen Jäger unserer Zeit bedeutet das Töten des Wildes notwendige Bedingung zum Erreichen des oft leidenschaftlich intendierten emotionalen Ereignisses (der Kick). Gleichzeitig behaupten sie, das Töten des Wildes sei nicht erlebenskonstitutiv: Für den angestrebtenemotionalen Erfolg ist das Töten notwendige Bedingung, er (das Erleben) besteht aber nicht darin. Diesen Widerspruch bezeichnet eine umfangreiche wissenschaftliche Untersuchung an der Universität Trier als das Emotionale Jagdparadox. Mit einer ersten wissenschaftstauglichen Jagdtheorie brachte sie Licht in das Dunkel des Jagdmotivs und dessen vorbewußte elementare Bedürfnisebene. In einer komplexen empirischen multidisziplinären Untersuchung wurde mit relevanten Ansätzen der aktuellen Hirnforschung, Genetik, Evolutionsforschung und der Humanwissenschaften (Fundamentalontologie im Sinne von Martin Heidegger) ein jagdthematisches kulturanthropologisches Erklärungsmodell geleistet,mit dem das Emotionale Jagdparadox aufgelöst werden konnte. Seine Entstehung fällt offenbar mit der Evolution des Selbstbewußtseins und damit des Todesbewußtseins des Menschen zusammen. Es handelt sich um einen kulturellen Elementartrieb, der im Bewußtsein des Subjekts nicht repräsentiert ist. Er wird von einem Beherrschungsstreben (Machtmotiv) fundiert und hat das Leben als naturgesetzliche Entität zum Objekt. Der erlebte Kick beim Töten des Wildes ist demgemäß nicht Lust am Töten, sondern die Erfahrung einer extremalen Befriedigung vermittels (virtueller) Macht über die dem Menschen mit dem Bewußtsein der Endlichkeit (Todesangst) unbeherrschbar und unabwendbar bedrohlich erscheinende Natur. Das Tier bzw. das individualtierische Leben ist nur Vermittlungsgestalt. Das erlebte Glück, die Freude und Zufriedenheit, die Zerstreuung usf. beruhen auf der virtuellen, nie bewußt vom Individuum erfahrenen Überwindung der Todesangst. Die emotionalen und kortikalen Prozesse sind fast ausnahmslos limbisch strukturiert. Daher die Ahnungslosigkeit des Jägers im Hinsehen auf die Entstehung seines Jagdbedürfnisses. Unberührt von diesen, die Motivation des Jagens bedingenden Faktoren ergibt sich eine funktionale zukunftsorientierte Begründung für ein modernes Wildlife Management durch die "Ökosystemgerechte Jagd".
Determining the exact position of a forest inventory plot—and hence the position of the sampled trees—is often hampered by a poor Global Navigation Satellite System (GNSS) signal quality beneath the forest canopy. Inaccurate geo-references hamper the performance of models that aim to retrieve useful information from spatially high remote sensing data (e.g., species classification or timber volume estimation). This restriction is even more severe on the level of individual trees. The objective of this study was to develop a post-processing strategy to improve the positional accuracy of GNSS-measured sample-plot centers and to develop a method to automatically match trees within a terrestrial sample plot to aerial detected trees. We propose a new method which uses a random forest classifier to estimate the matching probability of each terrestrial-reference and aerial detected tree pair, which gives the opportunity to assess the reliability of the results. We investigated 133 sample plots of the Third German National Forest Inventory (BWI, 2011"2012) within the German federal state of Rhineland-Palatinate. For training and objective validation, synthetic forest stands have been modeled using the Waldplaner 2.0 software. Our method has achieved an overall accuracy of 82.7% for co-registration and 89.1% for tree matching. With our method, 60% of the investigated plots could be successfully relocated. The probabilities provided by the algorithm are an objective indicator of the reliability of a specific result which could be incorporated into quantitative models to increase the performance of forest attribute estimations.
Although gravitropism forces trees to grow vertically, stems have shown to prefer specific orientations. Apart from wind deforming the tree shape, lateral light can result in prevailing inclination directions. In recent years a species dependent interaction between gravitropism and phototropism, resulting in trunks leaning down-slope, has been confirmed, but a terrestrial investigation of such factors is limited to small scale surveys. ALS offers the opportunity to investigate trees remotely. This study shall clarify whether ALS detected tree trunks can be used to identify prevailing trunk inclinations. In particular, the effect of topography, wind, soil properties and scan direction are investigated empirically using linear regression models. 299.000 significantly inclined stems were investigated. Species-specific prevailing trunk orientations could be observed. About 58% of the inclination and 19% of the orientation could be explained by the linear models, while the tree species, tree height, aspect and slope could be identified as significant factors. The models indicate that deciduous trees tend to lean down-slope, while conifers tend to lean leeward. This study has shown that ALS is suitable to investigate the trunk orientation on larger scales. It provides empirical evidence for the effect of phototropism and wind on the trunk orientation.
The aim of this dissertation was to examine the influence of land cultivation on the genetic variability and genetic population structure of the Neozoen Arion lusitanicus. Arion lusitanicus is a slug, which is spreading quickly in its range. This species has been chosen as it is possible to classify them easily to single plots due to their low mobility and as they are especially exposed to environmental and cultivation influences. Another well known factor in Herl is the age of this quite young population, thus enabling to classify genetic changes to recent working environmental and cultivation influences. To examine small spatial effects on various cultivation systems, ten plots - mostly used for agriculture - have been chosen in the Hunsrück-municipality Herl. Among them were four ecologically and four conventionally cultivated areas with partly varying land development dynamics. Furthermore a waste land of many years and a meadow have been included in the test. Wahlen in Northern Saarland and Belm in South Lower Saxony have been chosen as reference areas. Two fundamentally different PCR-based molecular genetic methods came into operation. The RAPD-analysis (randomly-amplified-polymorphic DNA) and the microsatellite analysis. As microsatellite primer have not been known for A. lusitanicus so far, primer of other mollusc species have been successfully tested. Two microsatellite Loci showed results which were easy to analyse. Thus it was possible to analyse five alleles on 360 individuals. In the RAPD-analysis 94 polymorph marker have been analysed. In a comparison of the conventionally and the biologically cultivated plots no significant differences with regard to the analysed parameter (genetic diversity, genetic distances and population structuring) could be found with either of the two molecular genetic methods. The RAPD-analysis in particular showed a population division in the test area that could come into being due to reduced gene flow and gene drift through environmental-stochastic influences. A part of this population structuring can be explained through "isolation by distance". With "isolation by distance" the similarity between populations decreases with increasing distance. Although a regression analysis could proof a statistically significant connection between the ground height and the genetic diversity of the single samples (p= 0,029), is it difficult to establish functional connections. Nevertheless is it probable that abiotic factors such as temperature, humidity and soil moisture have an influence on mortality and vitality and thus on the genetic structure of slug populations. With regard to the cultivation three slug populations in Herl showed especially low genetic diversities. These were a waste land, a meadow and a plot, which had been uncultivated until the year 2001 ("conv1"). The difference between these three plots and the rest of the agriculturally used areas was significant on the basis of data of both microsatellite sites (Arin1: U-Test, p=0,033; HA-7: p=0,017). In the RAPD-analysis the areas "conv1" and "meadow" showed higher diversities, the area "waste land" lay also on a higher scale with regard to diversity. As 94 Loci have been analysed in the RAPD-analysis, while there were only two sites in the microsatellite analysis, the RAPD-results are more trustworthy. Possibly these results can be interpreted as indication that land cultivation - unaffected by biological or conventional cultivation - is able to have an influence on the genetic diversity of Arion lusitanicus.
Background
The morphology of anuran larvae is suggested to differ between species with tadpoles living in standing (lentic) and running (lotic) waters. To explore which character combinations within the general tadpole morphospace are associated with these habitats, we studied categorical and metric larval data of 123 (one third of which from lotic environments) Madagascan anurans.
Results
Using univariate and multivariate statistics, we found that certain combinations of fin height, body musculature and eye size prevail either in larvae from lentic or lotic environments.
Conclusion
Evidence for adaptation to lotic conditions in larvae of Madagascan anurans is presented. While lentic tadpoles typically show narrow to moderate oral discs, small to medium sized eyes, convex or moderately low fins and non-robust tail muscles, tadpoles from lotic environments typically show moderate to broad oral discs, medium to big sized eyes, low fins and a robust tail muscle.
Der Planungsorientierten Stadtklimatologie und der Stadtökologie stehen eine Vielzahl von Einzelmethoden zur Erfassung und Bewertung der Belastungsfaktoren Klima, Luft oder Lärm zur Verfügung. Es fehlen derzeit Möglichkeiten zur Gesamtbeurteilung des aktuellen Umweltzustandes oder von bestimmten Planungsvarianten. Um die Strukturen der Gesamtbelastung städtischer Gebiete durch Klima, Luft und Lärm zu bewerten, wird der Ansatz über die Indexbildung untersucht. Dabei werden die Einzelbelastungen durch die städtische Überwärmung, die Belastung mit Kfz-bedingten Luftschadstoffen und die Verkehrslärmbelastung zu einer einzigen Bewertungsgröße integrierend zusammengefasst. Das "Indikatorensystem Klima - Luft - Lärm" kurz: "K-L-L-Index" knüpft im weiteren Sinne an die Nachhaltigkeitsindikatoren an. Die Ermittlung des K-L-L-Indexes erfolgt schrittweise, wobei die berechneten oder gemesse-nen Einzelgrößen zunächst einer vereinheitlichten Klassifizierung unterzogen werden. Mit dieser Vorgehensweise werden die Einzelgrößenbelastungen entsprechend ihrer Ausprägung bzw. Intensität eingestuft und erhalten jeweils einen Indikatorenwert. Die eigentliche Berechnung des K-L-L-Indexes erfolgt über die Verknüpfung der einzelnen Indikatorenwerte zu einem ge-meinsamen Indikatorensystem. Die Einstufung des K-L-L-Indexes wird entsprechend einer definierten Bewertungsskala durch arithmetische Mittelwertbildung der Indikatorwerte zwi-schen den Stufen 0 "kaum belastet" bis Stufe 4 "extrem belastet" ermittelt. Die kumulative Wirkung der drei Größen auf die menschliche Gesundheit wird insoweit berücksichtigt, dass die Fälle von drei gleich stark belasteten Einzelgrößen in der Gesamtbelastung der nächst höhe-ren Belastungsstufe zugeordnet werden. Die Berechnung und Darstellung des K-L-L-Indexes wird unter Verwendung digitaler Informa-tionen in einem Geographischen Informationssystem (GIS) durchgeführt. Hier können die zahl-reichen räumlichen Informationen entsprechend den Vorgaben miteinander verarbeitet werden und die Ergebnisse für die Untersuchungsgebiete direkt flächenhaft dargestellt werden. Da-durch weist der K-L-L-Index hinsichtlich des räumlichen Bezugs deutliche Vorteile gegenüber anderen Nachhaltigkeitsindikatoren auf. Die Anwendbarkeit und Flexibilität des vorgestellten K-L-L-Indexes wird anhand von zwei ausgewählten Untersuchungsgebieten in Trier und Lud-wigshafen überprüft. Der K-L-L-Index bietet zahlreiche Einsatzmöglichkeiten in der Straßen- und Verkehrsplanung (Verkehrsszenarien, Trassenvarianten), Stadtentwicklungsplanung und Bauleitplanung (Ausweisung von Flächen, Baugenehmigungen, Rahmenpläne) oder in der Lärmminderungsplanung. Neben der Erfassung der Ist-Belastungssituation kann der K-L-L-Index insbesondere in Bezug auf geplante Nutzungsänderungen oder Planungsalternativen Detailinformationen hin-sichtlich der Umweltbelastungen liefern und somit einen wichtigen Beitrag zur vorsorgenden Umweltplanung leisten. Als weiteren Forschungsbedarf wird die Anpassung des K-L-L-Indexes an aktuelle Entwicklungen im Bereich des Immissionsschutzes (Einbeziehung von PM10 und des LDEN) und der Einsatz im Zuge von Aktionsplänen nach -§ 47 Bundesimmissionsschutzgesetz zur Vermeidung von Grenzwertüberschreitungen nach der 22. BImSchV angesehen. Der K-L-L- Index ist somit als ein erster Schritt zur Gesamtbewertung hin zu sehen, weitere Schritte müssen folgen.
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.
Der Aufbau einer Klassifikation von Einzugsgebieten (EZG) auf Basis des Abflussverhaltens und der Gebietseigenschaften sowie die Regionalisierung von Abflussparametern sind Kernthemen der Hydrologie. Die Ziele dieser Arbeit sind der Aufbau einer Klassifikation für EZGs mit hoher räumlicher Auflösung nach dem Abflussverhalten und der Gebietseigenschaften, die Identifikation abflussrelevanter, physiogeografischer und klimatischer Gebietseigenschaften und die Regionalisierung von Abflussverhalten und Modellparametern auf Basis von Klassifikationen. Dabei wird untersucht, ob sich 53 häufig benachbarte und z.T. ineinander geschachtelte Einzugsgebiete in Rheinland-Pfalz für eine Klassifikation eignen und wie das Abflussverhalten für die Beurteilung von Ähnlichkeiten beschrieben werden kann. Das Abflussverhalten der EZGs wird mit einer großen Anzahl von Ereignis-Abflussbeiwerten je EZG und Abflussdauerlinien (Flow-Duration Curves) der EZGs beschrieben, die das Abflussverhalten umfassend und mit einer ausreichenden Trennschärfe abbilden. Gebietseigenschaften, die das Abflussgeschehen dieser EZG dominieren, sind langjährige, mittlere Niederschlagssummen, die mittlere potentielle Verdunstung, die Topografie und die Speichermöglichkeiten im EZG. Für den Aufbau und die Anwendung der EZG-Klassifikationen wird ein hierfür entwickeltes Verfahren eingesetzt, dass auf Selbstorganisierenden Merkmalskarten (Self-Organizing Maps, SOM) basiert. Vorteile dieses Verfahrens gegenüber vielen konventionellen Verfahren sind Qualitätsmaße, die datenbasierte Bestimmung wichtiger Parameter, aussagestarke Visualisierungen der Ergebnisse und die Klassifikation und Regionalisierung mit einer Methode. Die Auswertung von zwei separaten Klassifikationen, nach dem Abflussverhalten und nach den physiogeografischen und klimatischen Gebietseigenschaften, stellen einen direkten Zusammenhang zwischen Abfluss- und Gebietseigenschaften her. Der Überschneidungsbereich der beiden Klassifikationen ist die Grundlage für die Übertragung von Abflussinformationen auf unbeobachtete Gebiete (Regionalisierung). Die Ergebnisse zeigen, dass die Methode der Clusteranalyse, Klassifikation und Regionalisierung mit SOM und den genannten Abfluss- und Gebietskennwerten geeignet ist, EZGs mit einer hohen räumlichen Auflösung treffend und detailliert zu klassifizieren sowie Abflussparameter zu regionalisieren.
This study aims to estimate the cotton yield at the field and regional level via the APSIM/OZCOT crop model, using an optimization-based recalibration approach based on the state variable of the cotton canopy - the leaf area index (LAI), derived from atmospherically corrected Landsat-8 OLI remote sensing images in 2014. First, a local sensitivity and global analysis approach was employed to test the sensitivity of cultivar, soil and agronomic parameters to the dynamics of the LAI. After sensitivity analyses, a series of sensitive parameters were obtained. Then, the APSIM/OZCOT crop model was calibrated by observations over a two-year span (2006-2007) at the Aksu station, combined with these sensitive cultivar parameters and the current understanding of cotton cultivar parameters. Third, the relationship between the observed in-situ LAI and synchronous perpendicular vegetation indices derived from six Landsat-8 OLI images covering the entire growth stage was modelled to generate LAI maps in time and space. Finally, the Particle Swarm Optimization (PSO) and general-purpose optimization approach (based on Nelder-Mead algorithm) were used to recalibrate four sensitive agronomic parameters (row spacing, sowing density per row, irrigation amount and total fertilization) according to the minimization of the root-mean-square deviation (RMSE) between the simulated LAI from the APSIM/OZCOT model and retrieved LAI from Landsat-8 OLI remote sensing images. After the recalibration, the best simulated results compared with observed cotton yield were obtained. The results showed that: (1) FRUDD, FLAI and DDISQ were the major cultivar parameters suitable for calibrating the cotton cultivar. (2) After the calibration, the simulated LAI performed well with an RMSE and mean absolute error (MAE) of 0.45 and 0.33, respectively, in 2006 and 0.46 and 0.41, respectively, in 2007. The coefficient of determination between the observed and simulated LAI was 0.83 and 0.97, respectively, in 2006 and 2007. The Pearson- correlation coefficient was 0.913 and 0.988 in 2006 and 2007, respectively, with a significant positive correlation between the simulated and observed LAI. The difference between the observed and simulated yield was 776.72 kg/ha and 259.98 kg/ha in 2006 and 2007, respectively. (3) Cotton cultivation in 2014 was obtained using three Landsat-8 OLI images - DOY136 (May), DOY 168 (June) and DOY 200 (July) - based on the phenological differences in cotton and other vegetation types. (4) The yield estimation after the assimilation closely approximated the field-observed values, and the coefficient of determination was as high as 0.82, after recalibration of the APSIM/OZCOT model for ten cotton fields. The difference between the observed and assimilated yields for the ten fields ranged from 18.2 to 939.7 kg/ha. The RMSE and MAE between the assimilated and observed yield was 417.5 and 303.1 kg/ha, respectively. These findings provide scientific evidence for the feasibility of coupled remote sensing and APSIM/OZCOT model at the field level. (5) Upscaling from field level to regional level, the assimilation algorithm and scheme are both especially important. Although the PSO method is very efficient, the computational efficiency is also the shortcoming of the assimilation strategy on a regional scale. Comparisons between the PSO and general-purpose optimization method (based on the Nelder-Mead algorithm) were implemented from the RSME, LAI curve and computational time. The general-purpose optimization method (based on the Nelder-Mead algorithm) was used for the regional assimilation between remote sensing and the APSIM/OZCOT model. Meanwhile, the basic unit for regional assimilation was also determined as cotton field rather than pixel. Moreover, the crop growth simulation was also divided into two phases (vegetative growth and reproductive growth) for regional assimilation. (6) The regional assimilation at the vegetative growth stage between the remote sensing derived and APSIM/OZCOT model-simulated LAI was implemented by adjusting two parameters: row spacing and sowing density per row. The results showed that the sowing density of cotton was higher in the southern part than in the northern part of the study area. The spatial pattern of cotton density was also consistent with the reclamation from 2001 to 2013. Cotton fields after early reclamation were mainly located in the southern part while the recent reclamation was located in the northern part. Poor soil quality, lack of irrigation facilities and woodland belts of cotton fields in the northern part caused the low density of cotton. Regarding the row spacing, the northern part was larger than the southern part due to the variation of two agronomic modes from military and private companies. (7) The irrigation and fertilization amount were both used as key parameters to be adjusted for regional assimilation during the reproductive growth period. The result showed that the irrigation per time ranged from 58.14 to 89.99 mm in the study area. The spatial distribution of the irrigation amount is higher in the northern part while lower in southern study area. The application of urea fertilization ranged from 500.35 to 1598.59 kg/ha in the study area. The spatial distribution of fertilization was lower in the northern part and higher in the southern part. More fertilization applied in the southern study area aims to increase the boll weight and number for pursuing higher yields of cotton. The frequency of the RSME during the second assimilation was mainly located in the range of 0.4-0.6 m2/m2. The estimated cotton yield ranged from 1489 to 8895 kg/ha. The spatial distribution of the estimated yield is also higher in the southern part than the northern study area.
Die organische Bodensubstanz (OBS) ist eine fundamentale Steuergröße aller biogeochemischen Prozesse und steht in engem Zusammenhang zu Kohlenstoffkreisläufen und globalem Klima. Die derzeitige Herausforderung der Ökosystemforschung ist die Identifizierung der für die Bodenqualität relevanten Bioindikatoren und deren Erfassung mit Methoden, die eine nachhaltige Nutzung der OBS in großem Maßstab überwachen und damit zu globalen Erderkundungsprogrammen beitragen können. Die fernerkundliche Technik der Vis-NIR Spektroskopie ist eine bewährte Methode für die Beurteilung und das Monitoring von Böden, wobei ihr Potential bezüglich der Erfassung biologischer und mikrobieller Bodenparameter bisher umstritten ist. Das Ziel der vorgestellten Arbeit war die quantitative und qualitative Untersuchung der OBS von Ackeroberböden mit unterschiedlichen Methoden und variierender raumzeitlicher Auflösung sowie die anschließende Bewertung des Potentials non-invasiver, spektroskopischer Methoden zur Erfassung ausgewählter Parameter dieser OBS. Dafür wurde zunächst eine umfassende lokale Datenbank aus chemischen, physikalischen und biologischen Bodenparametern und dazugehörigen Bodenspektren einer sehr heterogenen geologischen Region mit gemäßigten Klima im Südwesten Deutschlands erstellt. Auf dieser Grundlage wurde dann das Potential der Bodenspektroskopie zur Erfassung und Schätzung von Feld- und Geländedaten ausgewählter OBS Parameter untersucht. Zusätzlich wurde das Optimierungspotential der Vorhersagemodelle durch statistische Vorverarbeitung der spektralen Daten getestet. Die Güte der Vorhersagewahrscheinlichkeit gebräuchlicher fernerkundlicher Bodenparameter (OC, N) konnte für im Labor erhobene Hyperspektralmessungen durch statistische Optimierungstechniken wie Variablenselektion und Wavelet-Transformation verbessert werden. Ein zusätzliches Datenset mit mikrobiellen/labilen OBS Parametern und Felddaten wurde untersucht um zu beurteilen, ob Bodenspektren zur Vorhersage genutzt werden können. Hierzu wurden mikrobieller Kohlenstoff (MBC), gelöster organischer Kohlenstoff (DOC), heißwasserlöslicher Kohlenstoff (HWEC), Chlorophyll α (Chl α) und Phospholipid-Fettsäuren (PLFAs) herangezogen. Für MBC und DOC konnte abhängig von Tiefe und Jahreszeit eine mittlere Güte der Vorhersagewahrscheinlichkeit erreicht werden, wobei zwischen hohen und niedrigen Konzentration unterschieden werden konnte. Vorhersagen für OC und PLFAs (Gesamt-PLFA-Gehalt sowie die mikrobiellen Gruppen der Bakterien, Pilze und Algen) waren nicht möglich. Die beste Prognosewahrscheinlichkeit konnte für das Chlorophyll der Grünalgen an der Bodenoberfläche (0-1cm Bodentiefe) erzielt werden, welches durch Korrelation mit MBC vermutlich auch für dessen gute Vorhersagewahrscheinlichkeit verantwortlich war. Schätzungen des Gesamtgehaltes der OBS, abgeleitet durch OC, waren hingegen nicht möglich, was der hohen Dynamik der mikrobiellen OBS Parameter an der Bodenoberfläche zuzuschreiben ist. Das schränkt die Repräsentativität der spektralen Messung der Bodenoberfläche zeitlich ein. Die statistische Optimierungstechnik der Variablenselektion konnte für die Felddaten nur zu einer geringen Verbesserung der Vorhersagemodelle führen. Die Untersuchung zur Herkunft der organischen Bestandteile und ihrer Auswirkungen auf die Quantität und Qualität der OBS konnte die mikrobielle Nekromasse und die Gruppe der Bodenalgen als zwei mögliche weitere signifikante Quellen für die Entstehung und Beständigkeit der OBS identifizieren. Insgesamt wird der mikrobielle Beitrag zur OBS höher als gemeinhin angenommen eingestuft. Der Einfluss mikrobieller Bestandteile konnte für die OBS Menge, speziell in der mineralassoziierten Fraktion der OBS in Ackeroberböden, sowie für die OBS Qualität hinsichtlich der Korrelation von mikrobiellen Kohlenhydraten und OBS Stabilität gezeigt werden. Die genaue Quantifizierung dieser OBS Parameter und ihre Bedeutung für die OBS Dynamik sowie ihre Prognostizierbarkeit mittels spektroskopischer Methoden ist noch nicht vollständig geklärt. Für eine abschließende Beurteilung sind deshalb weitere Studien notwendig.
Seit 2005 wird auf der Deponie Muertendall (Luxemburg) der Wasserhaushalt einer Oberflächenabdeckung anhand eines Testfeldes untersucht. Die Deponie wurde 1979 in Betrieb genommen. 1991 wurde sie erstmals geschlossen, da ihre Kapazität ausgeschöpft war. Anschließend wurde die Deponie saniert und mit einer Basisabdichtung ausgestattet. Der sanierte Altmüllkörper wurde mit einer 80 cm starken Oberflächenabdeckung versehen. In diesem Bereich der Deponie wurde 2005 ein Testfeld angelegt, um den Wasserhaushalt der Abdeckung zu untersuchen. Ziel dieser Arbeit ist es den Wasserhaushalt der derzeitigen Abdeckung zu bilanzieren und ihre Wasserdurchlässigkeit zu beurteilen. Die Auswertung der Daten zeigt, dass zwischen 30 und 66% des Niederschlages jährlich unterhalb der Abdeckung als Drainageabfluss auftreten. Deutlich zu erkennen ist eine jahreszeitliche Abhängigkeit mit höheren Abflüssen im Winter. Der auftretende Oberflächenabfluss ist vernachlässigbar. In Hinblick auf die Wasserdurchlässigkeit ist die auf der Deponie bestehende Abdeckung nicht geeignet um die Sickerwassermengen deutlich zu minimieren. Da der Wasserhaushalt von Oberflächenabdeckungen die biologischen Abbauprozesse im Deponiekörper maßgeblich beeinflusst, wurden auf der Deponie ebenfalls Untersuchungen am Altmüllkörper durchgeführt, um Rückschlüsse auf den Fortschritt der biologischen Abbauprozesse zu gewinnen. Die ermittelten Wassergehalte im Deponiekörper liegen bei nur 33 Gew. % und sind somit nicht optimal für die biologischen Abbauprozesse. Der untersuchte Altmüll besteht zum Großteil nur noch aus der Fraktion <20 mm als Resultat der biologischen Abbauprozesse. Der übrige Teil besteht größtenteils aus Stoffgruppen, die nur noch schwer biologisch abbaubar sind. Weitere chemisch- physikalische Untersuchungen zeigen, dass im Altmüll immer noch Organik vorhanden ist, die aber durch die biologischen Abbauprozesse nur noch schwer abgebaut werden kann. Aus den gewonnen Ergebnissen werden Vorschläge für die endgültige Abdeckung der Deponie Muertendall gemacht.
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).
The availability of data on the feeding habits of species of conservation value may be of great importance to develop analyses for both scientific and management purposes. Stomach flushing is a harmless technique that allowed us to collect extensive data on the feeding habits of six Hydromantes species. Here, we present two datasets originating from a three-year study performed in multiple seasons (spring and autumn) on 19 different populations of cave salamanders. The first dataset contains data of the stomach content of 1,250 salamanders, where 6,010 items were recognized; the second one reports the size of the intact prey items found in the stomachs. These datasets integrate considerably data already available on the diet of the European plethodontid salamanders, being also of potential use for large scale meta-analyses on amphibian diet.
The trophic niche is a life trait that identifies the consumer’s position in a local food web. Several factors, such as ontogeny, competitive ability and resource availability contribute in shaping species trophic niches. To date, information on the diet of European Hydromantes salamanders are only available for a limited number of species, no dietary studies have involved more than one species of the genus at a time, and there are limited evidences on how multiple factors interact in determining diet variation. In this study we examined the diet of multiple populations of six out of the eight European cave salamanders, providing the first data on the diet for five of them. In addition, we assessed whether these closely related generalist species show similar diet and, for each species, we tested whether season, age class or sex influence the number and the type of prey consumed. Stomach condition (empty/full) and the number of prey consumed were strongly related to seasonality and to the activity level of individuals. Empty stomachs were more frequent in autumn, in individuals far from cave entrance and in juveniles. Diet composition was significantly different among species. Hydromantes imperialis and H. supramontis were the most generalist species; H. flavus and H. sarrabusensis fed mostly on Hymenoptera and Coleoptera Staphylinidae, while H. genei and H. ambrosii mostly consumed Arachnida and Endopterygota larvae. Furthermore, we detected seasonal shifts of diet in the majority of the species examined. Conversely, within each species, we did not find diet differences between females, males and juveniles. Although being assumed to have very similar dietary habits, here Hydromantes species were shown to be characterized by a high divergence in diet composition and in the stomach condition of individuals.
Leeches can parasitize many vertebrate taxa. In amphibians, leech parasitism often has potential detrimental effects including population decline. Most of studies on the host-parasite interactions involving leeches and amphibians focus on freshwater environments, while they are very scarce for terrestrial amphibians. In this work, we studied the relationship between the leech Batracobdella algira and the European terrestrial salamanders of the genus Hydromantes, identifying environmental features related to the presence of the leeches and their possible effects on the hosts. We performed observation throughout Sardinia (Italy), covering the distribution area of all Hydromantes species endemic to this island. From September 2015 to May 2017, we conducted >150 surveys in 26 underground environments, collecting data on 2629 salamanders and 131 leeches. Water hardness was the only environmental feature correlated with the presence of B. algira, linking this leech to active karstic systems. Leeches were more frequently parasitizing salamanders with large body size. Body Condition Index was not significantly different between parasitized and non-parasitized salamanders. Our study shows the importance of abiotic environmental features for host-parasite interactions, and poses new questions on complex interspecific interactions between this ectoparasite and amphibians.
Introduction:In patients with common variable immunodeficiency (CVID),immunological response is compromised. Knowledge about COVID‐19 in CVIDpatients is sparse. We, here, synthesize current research addressing the level ofthreat COVID‐19posestoCVIDpatientsandthebest‐known treatments.
Method:Review of 14 publications.
Results:The number of CVID patients with moderate to severe (~29%) andcritical infection courses (~10%), and the number of fatal cases (~13%), areincreased compared to the general picture of COVID‐19 infection. However,this might be an overestimate. Systematic cohort‐wide studies are lacking, andasymptomatic or mild cases among CVID patients occur that can easily remainunnoticed. Regular immunoglobulin replacement therapy was administered inalmost all patients, potentially explaining why the numbers of critical and fatalcases were not higher. In addition, the application of convalescent plasma wasdemonstrated to have positive effects.
Conclusions:COVID‐19 poses an elevated threat to CVID patients. However,only systematic studies can provide robust information on the extent of thisthreat. Regular immunoglobulin replacement therapy is beneficial to combatCOVID‐19 in CVID patients, and best treatment after infection includes theuse of convalescent plasma in addition to common medication.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde die agrarklimatische und phänologische Situation in der zweiten Hälfte des vergangenen 20. Jahrhunderts für das Mittlere Moseltal am Beispiel der Moselregion im Umfeld der Stadt Bernkastel-Kues ausgewertet. Es konnten erhebliche klimatische und phänologische Veränderungen festgestellt und deren Auswirkungen auf den regionsprägenden Weinbau aufgezeigt werden. Der zeitliche Verlauf der Jahresmittel der Lufttemperatur zeigt eine deutliche Zweiteilung der Entwicklung in den Jahren 1945 bis 2000. Eine Abnahme (- 0.7 K) in der ersten Hälfte und eine deutliche Zunahme (+1.1 K) in der zweiten Hälfte der Zeitreihe. Einen vergleichbaren Verlauf zeigen die Jahresmittel der Tagestemperaturmaxima und -minima. Eine erhebliche Erwärmung lässt sich im April und Mai, August und Oktober und Januar und Dezember beobachten. Die geringsten Veränderungen zeigen Februar, Juli und November. Die Jahresniederschläge lassen keinen Trend im Gesamtabschnitt erkennen. Saisonale Verschiebungen weisen jedoch auf Änderungen in der Niederschlagscharakteristik hin. Die niederschlagsreichste Zeit im Jahr hat sich vom August auf Juni/Juli verschoben (starke Abnahme im August) und der regenärmste Monat vom März auf den Februar. Zunahmen zeigen v. a. September und Oktober. Die Jahressummen der Sonnen-scheindauer zeigen einen starken Rückgang in den Jahren 1945 bis 1981 und eine Trendumkehr in den Jahren bis 2000. Insbesondere der Monat August weist eine starke Zunahme der Sonnenscheindauer auf. Der mittlere jährliche Wachstumsverlauf der Weinrebe beginnt Anfang/Mitte April. Austrieb und Ergrünen folgen bis Mitte Mai. Die Rebe blüht im Durchschnitt zwischen dem 21.6. und 26.6. Mitte Juli sind die Beeren erbsengroß. Das Beerenwachstum und die Fruchtreife dauern in der Regel bis Anfang Oktober. Die Herbsttermine Laubfärbung und Laubfall finden zwischen Mitte Oktober und Anfang November statt. Alle in Bernkastel beobachteten phänologischen Merkmale zeigen eine Vorverlagerung der Eintrittstermine zwischen -6 Tagen und -15 Tagen in den Jahren 1967 bis 2001. Die Beerenentwicklung bzw. Reifephase im Sommer und Frühherbst verlängert sich um rund 10 Tage. Die wärmer gewordenen Monate März und April (geringere Spätfrostgefahr) äußern sich anhand eines früheren Vegetationsbeginns der Rebe. Die wärmeren, trockeneren und sonnenscheinreicheren Monate Mai und Juni führen zu einer erheblichen Vorverlagerung des Blühtermins und zu einer günstigen Verschiebung der Fruchtentwicklungs- und Reifephasen in den trockeneren, wärmeren und strahlungsreicheren Hochsommer. Die optimale Ausreife der Trauben im September und Oktober wird einerseits durch eine Temperaturzunahme gefördert, anderseits durch höhere Niederschlagswerte verzögert oder behindert. Die phänologischen Termine Knospung, Austriebs, Blüte und Reifegrad eignen sich somit hervorra-gend als Indikator für die Veränderung der klimatischen Bedingungen im Jahresverlauf. Ein starker Zusammenhang zwischen den Terminen des Blühbeginns der Rebe mit den Temperaturfaktoren und zwischen dem Reifegrad 60 -°Oe und kumulierten Temperatursummen bzw. den Sonnenscheindauern zwischen Mai und August ist ein weiterer Beleg für die stattgefundenen klimatischen Veränderungen im Mittleren Moseltal besonders in den Monaten März bis Juni und August und Oktober.
Time series archives of remotely sensed data offer many possibilities to observe and analyse dynamic environmental processes at the Earth- surface. Based on these hypertemporal archives, which offer continuous observations of vegetation indices, typically at repetition rates from one to two weeks, sets of phenological parameters or metrics can be derived. Examples of such parameters are the beginning and end of the annual growing period, as well as its length. Even though these parameters do not correspond exactly to conventional observations of phenological events, they nevertheless provide indications of the dynamic processes occurring in the biosphere. The development of robust algorithms for the derivation of phenological metrics can be challenging. Currently, such algorithms are most commonly based on digital filters or the Fourier analysis of time series. Polynomial spline models offer a useful alternative to existing methods. The possibilities of using spline models in the analytical description of time series are numerous, and their specific mathematical properties may help to avoid known problems occurring with the more common methods for deriving phenological metrics. Based on a selection of different polynomial spline models suitable for the analysis of remotely sensed time series of vegetation indices, a method to derive various phenological parameters from such time series was developed and implemented in this work. Using an example data set from an intensively used agricultural area showing highly dynamic variations in vegetation phenology, the newly developed method was verified by a comparison of the results of the spline based approach to the results of two alternative, well established methods.
Eine Vielzahl hydrophiler Xenobiotika wird in kommunalen Kläranlagen nur unvollständig abgebaut und stellt ein potentielles Risiko für aquatische Ökosysteme dar. Die Eliminationsleistung von Kläranlagen hat sich deshalb während des letzten Jahrzehnts zu einem Schwerpunkt in der aquatischen Umweltchemie entwickelt. Die vorliegende Arbeit untersucht in diesem Zusammenhang die Variation biologischer Abbauleistungen kommunaler Kläranlagen für polare Xenobiotika. Es soll überprüft werden, ob die Abbauleistung von Xenobiotika mit derer klassischer Nährstoffe in Beziehung gesetzt werden kann. Als zusätzlicher Faktor zur Erklärung von unterschiedlichen Eliminationsleistungen wurden Probenahmestrategien hinsichtlich der Erstellung von Massenbilanzen analysiert. Fünf Pharmaka sowie drei Aminopolycarbonsäuren wurden als Testsubstanzen ausgewählt. Diese umfassen ein Spektrum an mikrobiologischer Abbaubarkeit bedingt durch die Reaktivität ihrer unterschiedlichen molekularen Strukturen. Ein kombinierter Versuchsaufbau aus Respirometrie und Abbautests ermöglichte, neben der Bestimmung von Abbaukinetiken, auch die Charakterisierung von Belebtschlamm. Der Einfluss von Mischungsprozessen auf die Abbauleistungen von Kläranlagen wurde mittels hydraulischer Aufenthaltszeitverteilungen modelliert. Darauf basierend wurde eine Methode zur Beurteilung und Erstellung von Eliminationsleistungen aus Zulauf-Ablauf Massenbilanzen entwickelt. Die Resultate zeigen deutliche Unterschiede in den Belebtschlammcharakteristika und dem Abbaupotential von Xenobiotika zwischen verschiedenen Kläranlagen. Die aktive heterotrophe Biomasse wurde als steuernder Faktor für die Biodegradation der untersuchten leicht und moderat abbaubaren Xenobiotika identifiziert. Dies kann als Hinweis auf kometabolische Abbauprozesse durch unspezifische Enzymaktivitäten gewertet werden. Die beobachtete Abnahme der Eliminationsleistung mit steigendem Schlammalter konnte anhand modifizierter Kinetiken pseudo-erster Ordnung beschrieben werden. Die Modellierung von Mischungsprozessen mittels hydraulischer Aufenthaltszeitverteilungen macht deutlich, mit welcher Unsicherheit Massenbilanzen in Kläranlagen behaftet sind. Die Ergebnisse demonstrieren, dass dies vor allem auf inadäquate Probenahmestrategien zurückzuführen ist. Insbesondere Massenbilanzen auf der Basis von kurzen Probenahmezeiträumen und 24-h Mischproben resultieren in fehlerhafte Eliminationsraten. Der vorgestellte Ansatz benutzt die Verteilungen von Aufenthaltszeiten als Leitprinzip, um Zulauf- und Ablauffrachten zueinander in Beziehung zu setzen. Die Methode kann als Grundlage zur akkuraten Schätzung von Eliminationsleistungen herangezogen werden und bietet eine Erklärung für das Vorkommen negativer Eliminationsleistungen.
Since November 1997, we started to focus on the population ecology of two sympatric Sinonatrix snakes in the Chutzuhu swamp, northern Taiwan. At the same time we also examined some specimens from Senckenberg Natural History Museum, Frankfurt am Main and accumulated field data of some observation made on S. percarinata suriki from Fushan botanical garden, Sanping and Gaoshu, Taiwan. According to the specimens examined, we suspect that the close phylogeny of S. percarinata suriki may come from two ancestors, northeast Taiwan population closest to Fujien or Zehjiang and the southwest population closest to Guandong or Vietnam. This pattern was also represented in some molecular phylogeny studies of freshwater fish in Taiwan. There were 22,462 trap-nights, taken from the Chutzuhu swamp, during the period November 1999 to September 2001 and 361 snakes were collected, comprising five species and 617 snake-times. The population sizes were based on the Lincoln-Peterson index and were estimated to be 988-±326 in S. annularis and 129-±78 in S. percarinata suriki. Movement and home range data showed S. annularis is a restricted activity water snake and S. percarinata suriki possesses great mobility in spatial patterns, but movement ability seems to be influenced by the size of the aquatic environment. S. annularis is live-bearing, on average 8.19 neonates and this principally occurs in September; S. percarinata suriki lays 6-24 eggs, but due to insufficient observations no conclusions can be drawn. It must be noted that oviposition was also noted in September. The reproductive mode may reflect on thermal requirement differences of the two sympatric snakes. S. annularis tended to be a fish (98%) eater and S. percarinata suriki take 50% fish and 50% frogs in their diet. Middle to high ground cover marshland appears to be the favorite microhabitat of S. annularis, and S. percarinata suriki seems prefer open creeks and ditches. The population condition of S. annularis in the Chutzuhu swamp seems to be rapidly deteriorating and this trend is also reflected in the BCI declines, low proportion stomach contents and diseases of S. annularis. Water seems to be the major influencing factor and strongly correlates with the conservation strategy. Conservation proposals for S. annularis in the Chutzuhu swamp will be formulated. During this study period we also developed an efficient technique for snake morphological data accumulation and image database, with the aid of the following devices, PC notebook and scanner, which is adapted for practical field studies. We also want to propose a component system for the establishment of a fundamental snake population databases (FPDS) for long-term snake ecological studies and monitoring herein.
Erosion durch Regen und Wind schädigt fruchtbare Bodensubstanz irreversibel, verursacht weltweit riesige ökologische und sozio-ökonomische Schäden und ist eines der Hauptanliegen bezüglich Ökosystemdienstleistungen und Nahrungsmittelsicherheit. Die Quantifizierung von Abtragsraten ist immer noch höchst spekulativ, und fehlende empirische Daten führen zu großen Unsicherheiten von Risikoanalysemodellen. Als ein wesentlicher Grund für diese Unsicherheiten wird in dieser Arbeit die Prozesse der Beeinflussung von Wassererosion durch Wind und, im Speziellen, die Erosionsleistung von windbeeinflussten Regentropfen im Gegensatz zu windlosen Tropfen inklusive unterschiedlicher Oberflächenparameter beleuchtet. Der Forschungsansatz war experimentell-empirisch und beinhaltete die Entwicklung und Formulierung der Forschungshypothesen, die Konzeption und Durchführung von Experimenten mit einem mobilen Wind-Regenkanal, die Probenverarbeitung und Analyse sowie Interpretation der Daten. Die Arbeit gliedert sich in die Teile 1. "Bodenerosionsexperimente zu windbeeinflusstem Regen auf autochthonen und naturähnlichen Böden", 2. "Experimente zu Substratpartikeltransport durch windbeeinflussten Tropfenschlag" und 3. "Zusammenführung der Freiland- und Labortests". 1. Tests auf autochthonen degradierten Böden im semiariden Südspanien sowie auf kohäsionslosem sandigen Substrat wurden durchgeführt, um die relativen Auswirkungen von windbeeinflusstem Regen auf Oberflächenabflussbildung und Erosion zu untersuchen und zu quantifizieren. In der überwiegenden Anzahl der Versuche wurde klar eine Erhöhung der Erosionsraten festgestellt, was die Forschungshypothese, windbeeinflusster Regen sei erosiver als windloser Regen, deutlich bestätigte. Neben den stark erhöhten wurden auch niedrigere Abtragswerte gemessen, was zum einen die ausnehmende Relevanz der Oberflächenstrukturen und damit von in-situ- Experimenten belegte, zum anderen auf eine Erhöhung der Variabilität der Erosionsprozesse deutete. Diese Variabilität scheint zuzunehmen mit der Erhöhung der beteiligten Faktoren. 2. Ein sehr spezialisiertes Versuchsdesign wurde entwickelt und eingesetzt, um explizite Messungen der Tropfenschlagprozesse mit und ohne Windeinfluss durchzuführen. Getestet wurden die Erosionsagenzien Regen, Wind und windbeeinflusster Regen sowie drei Neigungen, drei Rauheiten und zwei Substrate. Alle Messergebnisse zeigten eine klare windinduzierte Erhöhung der Erosion um bis zu zwei Größenordnungen gegenüber windlosem Tropfenschlag und Wind. Windbeeinflusster Regen wird durch die gesteigerte Transportmenge und Weite als wesentlicher Erosionsfaktor bestätigt und ist damit ein Schlüsselparameter bei der Quantifizierung von globaler Bodenerosion, Erstellung von Sedimentbudgets und bei der Erforschung von Connectivity. Die Daten sind von hervorragender Qualität und sowohl für anspruchsvollere Analysemethoden (multivariate Statistik) als auch für Modellierungsansätze geeignet. 3. Eine Synthese aus Feld- und Laborversuchen (darunter auch ein bis dato unveröffentlichtes Versuchsset) inklusive einer statistischen Analyse bestätigt WDR als den herausragenden Faktor, der alle anderen Faktoren überlagert. Die Zusammenführung der beiden komplementären Experimentgruppen bringt die Forschungsreihe zu windbeeinflusstem Regen auf eine weiterführende Ebene, indem die Messergebnisse in einen ökologischen Zusammenhang gesetzt werden. Eine vorsichtige Projektion auf Landschaftsebene ermöglicht einen Einblick in die Risikobewertung von Bodenerosion durch windbeeinflussten Regen. Es wird deutlich, dass er sich gerade auch im Zusammenhang mit den durch den Klimawandel verstärkt auftretenden Regensturmereignissen katastrophal auf Bodenerosionsraten auszuwirken kann und dringend in die Bodenerosionsmodellierung integriert werden muss.