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The skin is continuously challenged by environmental antigens that may penetrate and elicit a skin sensitization, which can develop into allergic contact dermatitis. Medical treatment for allergic contact dermatitis is limited - in fact only acute symptoms can be cured and for secondary prevention of the disease a lifelong avoidance of the allergen(s) is necessary. Therefore, the screening of the sensitization potential of substance used in commercially available products is indispensable to prevent such diseases. Hence, risk assessment is deduced from data obtained by murine local lymph node assay predominantly, but there exists a need to develop methods capable of providing the same information that do not require the use of animals in view of legislative initiatives such as REACH (registration, evaluation, authorization of chemicals) as well as the 7th Amendment to the Cosmetics Directive (2003/15/EC). Therefore, a number of promising in silico and in vitro approaches are being developed to address this need. In vitro test systems using the response of dendritic cells, which are the key player in the elicitation process of contact dermatitis, are established, but, although these novel methods for hazard identification might find application in the context of screening, it is not clear whether these approaches are useful for the purposes of risk assessment and risk management to predict allergic potency. Therefore, it was investigated whether on the one hand in vitro generated dendritic cells from primary blood monocytes (MoDC) and on the other hand a continuous monocytic cell line, the THP-1 cells, suggested as dendritic cell surrogate, react to a presumably weak allergen. Ascaridol, predicted as one of the possible causes for tea tree oil contact dermatitis, was studied and its effects in these two in vitro skin sensitization models were explored. Thus, the surface expression of CD86, HLADR, CD54, and CD40, which are known as activation markers in both in vitro models, were measured via flow cytometry. For MoDC, an augmented CD86 and HLADR surface expression in comparison to untreated cells were determined after 24 h exposure with ascaridol. An increased CD54 and CD40 surface expression were found only in some donors. After long term incubation of 96 h, ascaridol-treated MoDC still up-regulated CD86 and additionally an augmented CD40 expression was measured in all studied donors. An enhanced CD54 expression was determined for 50 percentage of all investigated donors. Furthermore, CD80, CD83 and CD209 protein expression were up-regulated in MoDC after 96 h of ascaridol incubation. In addition, it was determined that after 24 h ascaridol-treated MoDC showed an increased capacity to uptake antigens, whereas after 96 h this capacity got lost and antigen-capturing devices were reduced in comparison to non-treated MoDC. Moreover, the cytokine release of ascaridol-treated MoDC were measured after 24 h. Tumor necrosis factor (TNF)alpha, interleukin (IL)-1beta and IL 6 secretion were determined in some donors. Furthermore, IL-8 release was clearly increased after 24 h ascaridol treatment. By the same token, THP-1 cells were analyzed after ascaridol treatment for several activation markers. We found a similar response pattern as measured in MoDC. Ascaridol induced CD86 expression as well as CD54 after 24 h incubation. Additionally, the impact of ascaridol on phosphorylation of p38 mitogen-activated protein kinase, which had been shown to be involved in increased expression of activation markers like CD86 by others, were studied via Western blot analysis. A phosphorylation of p38 was determined after 15 min of ascaridol stimulation. Moreover, an augmented CD40 and HLADR surface expression were measured in a dose-response manner after 24 h ascaridol treatment. Also similar to MoDC an enhanced IL-8 secretion after ascaridol stimulation was observed in THP-1 cells. Hence, for the first time it was shown that ascaridol has immuno-modulating effects. The obtained data from both in vitro systems, MoDC and THP-1 cells, identified ascaridol as a sensitizer. Although for both systems there remain significant challenges to overcome for potency assessment, ascaridol is presumed to be a weak sensitizer probably. Interestingly, ascaridol treatment of THP-1 cells resulted also in an increased augmentation of CD184 and CCR2, two chemokine receptors expressed on monocyte. Therefore, these data encouraged the exploration of chemokine receptors as tools in skin sensitization prediction. Consequently, the combination of chemical assays with in vitro techniques may provide a useful surrogate to animal testing for skin sensitization. Due to the continuously changing environmental conditions, it is necessary to regularly monitor and update the spectrum of sensitizers that elicit contact dermatitis. Therefore, both debated in vitro test systems will become indispensable tools.
Evapotranspiration (ET) is one of the most important variables in hydrological studies. In the ET process, energy exchange and water transfer are involved. ET consists of transpiration and evaporation. The amount of plants transpiration dominates in ET. Especially in the forest regions, the ratio of transpiration to ET is in general 80-90 %. Meteorological variables, vegetation properties, precipitation and soil moisture are critical influence factors for ET generation. The study area is located in the forest area of Nahe catchment (Rhineland-Palatinate, Germany). The Nahe catchment is highly wooded. About 54.6 % of this area is covered by forest, with deciduous forest and coniferous forest are two primary types. A hydrological model, WaSiM-ETH, was employed for a long-term simulation from 1971-2003 in the Nahe catchment. In WaSiM-ETH, the potential evapotranspiration (ETP) was firstly calculated by the Penman-Monteith equation, and subsequently reduced according to the soil water content to obtain the actual evapotranspiration (ETA). The Penman-Monteith equation has been widely used and recommended for ETP estimation. The difficulties in applying this equation are the high demand of ground-measured meteorological data and the determination of surface resistance. A method combined remote sensing images with ground-measured meteorological data was also used to retrieve the ETA. This method is based on the surface properties such as surface albedo, fractional vegetation cover (FVC) and land surface temperature (LST) to obtain the latent heat flux (LE, corresponding to ETA) through the surface energy balance equation. LST is a critical variable for surface energy components estimation. It was retrieved from the TM/ETM+ thermal infrared (TIR) band. Due to the high-quality and cloudy-free requirements for TM/ETM+ data selection as well as the overlapping cycle of TM/ETM+ sensor is 16 days, images on only five dates are available during 1971-2003 (model ran) " May 15, 2000, July 05, 2001, July 19, August 04 and September 21 in 2003. It is found that the climate conditions of 2000, 2001 and 2003 are wet, medium wet and dry, respectively. Therefore, the remote sensing-retrieved observations are noncontinuous in a limited number over time but contain multiple climate conditions. Aerodynamic resistance and surface resistance are two most important parameters in the Penman-Monteith equation. However, for forest area, the aerodynamic resistance is calculated by a function of wind speed in the model. Since transpiration and evaporation are separately calculated by the Penman-Monteith equation in the model, the surface resistance was divided into canopy surface resistance rsc and soil surface resistance rse. rsc is related to the plants transpiration and rse is related to the bare soil evaporation. The interception evaporation was not taken into account due to its negligible contribution to ET rate under a dry-canopy (no rainfall) condition. Based on the remote sensing-retrieved observations, rsc and rse were calibrated in the WaSiM-ETH model for both forest types: for deciduous forest, rsc = 150 sm−1, rse = 250 sm−1; for coniferous forest, rsc = 300 sm−1, rse = 650 sm−1. We also carried out sensitivity analysis on rsc and rse. The appropriate value ranges of rsc and rse were determined as (annual maximum): for deciduous forest, [100,225] sm−1 for rsc and [50,450] sm−1 for rse; for coniferous forest, [225,375] sm−1 for rsc and [350,1200] sm−1 for rse. Due to the features of the observations that are in a limited number but contain multiple climate conditions, the statistical indices for model performance evaluation are required to be sensitive to extreme values. In this study, boxplots were found to well exhibit the model performance at both spatial and temporal scale. Nush-Sutcliffe efficiency (NSE), RMSE-observations standard deviation ratio (RSR), percent bias (PBIAS), mean bias error (MBE), mean variance of error distribution (S2d), index of agreement (d), root mean square error (RMSE) were found as appropriate statistical indices to provide additional evaluation information to the boxplots. The model performance can be judged as satisfactory if NSE > 0.5, RSR ≤ 0.7, PBIAS < -±12, MBE < -±0.45, S2d < 1.11, d > 0.79, RMSE < 0.97. rsc played a more important role than rse in ETP and ETA estimation by the Penman-Monteith equation, which is attributed to the fact that transpiration dominates in ET. The ETP estimation was found the most correlated to the relative humidity (RH), followed by air temperature (T), relative sunshine duration (SSD) and wind speed (WS). Under wet or medium wet climate conditions, ETA estimation was found the most correlated to T, followed by RH, SSD and WS. Under a water-stress condition, there were very small correlations between ETA and each meteorological variable.
Diese Untersuchungen beinhalten eine Diskussion von Hintergründen, Konzepten und Herausforderungen der aktuellen Qualitätsdiskussion im tertiären Tourismusbildungs-system des südlichen Afrikas. Dabei werden Fragen wie: "Welche Aspekte haben in diesen Ländern zu einer verstärkten Fokussierung auf Qualität geführt?", "Inwieweit lassen sich Erkenntnisse zu Qualitätsentwicklungen aus westlichen Industrienationen auf afrikanische Länder wie z.B. Namibia übertragen?", als auch "Welche Qualitätskriterien werden in der tertiären namibischen Tourismusbildungsinstitutionen als wichtig erachtet?" diskutiert. In diesen Untersuchungen wird diskursiv aufgezeigt, dass sich in vielen Ländern des südlichen Afrikas aufgrund rechtlicher Rahmenbedingungen in der tertiären Tourismus-bildung unterschiedliche Qualitätsansätze etablieren konnten. Eine fundierte Analyse der stark wachsenden Tourismusdestination Namibia als ausgewählte Fallstudie dient dabei als Basis zur Erarbeitung eines spezifischen Qualitätsinstruments. Neben einer Analyse der bestehende Situation versuchen diese vorliegenden Untersuchungen, einen konstruktiven Beitrag zur Qualtätsentwicklung in der namibischen tertiären Tourismusbildung zu liefern. So steht denn auch als Ziel die Erarbeitung eines namibiaspezifischen Qualitätsinstrumentes im Mittelpunkt des Interesses. Zu dessen Entwicklung wird als zentrale Methode eine angepasste Form des Delphi-Verfahrens angewendet, bei welchem eine breite Anzahl relevanter Stakeholder der namibischen tertiären Tourismusbildung eingebunden ist.
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.
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.
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.
Production of biomass feedstock for methanation in Europe has focused on silages of maize and cereals. As ecological awareness has increased in the last several years, more attention is being focused on perennial energy crops (PECs). Studies of specific PECs have shown that their cultivation may enhance agrobiodiversity and increase soil organic carbon stocks while simultaneously providing valuable feedstock for methanation. This study was designed to compare soil quality indicators under annual energy crops (AECs), PECs and permanent grassland (PGL) on the landscape level in south-western Germany. At a total 25 study sites, covering a wide range of parent materials, the cropping systems were found adjacent to each other. Stands were commercially managed, and PECs included different species such as the Cup Plant, Tall Wheatgrass, Giant Knotweed, Miscanthus, Virginia Mallow and Reed Canary Grass. Soil sampling was carried out for the upper 20 cm of soil. Several soil quality indicators, including soil organic carbon (Corg), soil microbial biomass (Cmic), and aggregate stability, showed that PECs were intermediate between AEC and PGL systems. At landscape level, mean Corg content for (on average) 6.1-year-old stands of PEC was 22.37 (±7.53) g kg1, compared to 19.23 (±8.08) and 32.08 (±10.11) for AEC and PGL. Cmic contents were higher in PECs (356 ± 241 lgCg1) compared to AECs (291 ± 145) but significantly lower than under PGL (753 ± 417). The aggregate stability increased by almost 65% in PECs compared to AEC but was still 57% lower than in PGL. Indicator differences among cropping systems were more pronounced when inherent differences in the parent material were accounted for in the comparisons. Overall, these results suggest that the cultivation of PECs has positive effects on soil quality indicators. Thus, PECs may offer potential to make the production of biomass feedstock more sustainable.
Veterinary antibiotics are released to arable agricultural soil together with manure, including nutrients, organic matter, and microorganisms. Previously, the effects of antibiotic-contaminated manure on soil microbial community activity, function, structure, and resistance have been reported under controlled experimental conditions. This thesis further evaluated the antimicrobial effects as influenced by different manure compositions, soil microhabitats and moisture regimes, plants, and different distances to roots. Microbial community responses were determined by phenotypic phospholipid fatty acid (PLFA) and genotypic 16S rRNA gene fragment analyses. (Chapter 3) demonstrates that medication of pigs with difloxacin (DIF) and sulfadiazine (SDZ) alters the molecular-chemical pattern of slurries, confounding the detection of a consistent antibiotic effect in bulk and respective rhizosphere soil. This was evaluated in a 63-day mesocosm experiment considering typical agricultural manure applications to maize planted soil. Fecal bacteria were detected even 14 days after manure amendment. Manure of DIF- and SDZ-medicated pigs clearly affected the microbial community in mesocosm bulk and rhizosphere soil, temporarily matching antibiotic effects reported in previous studies. (Chapter 4) discusses the influences of different soil microhabitats on antibiotic fate and the effects on soil microflora. Total extractable SDZ was more than two-fold larger in earthworm burrows and soil macroaggregate surfaces compared to bulk soil or the interior fraction of aggregates. Furthermore, soil microbial communities were affected by a combination of soil microhabitat and treatment, which was reflected by different structural and functional community responses to SDZ in laboratory and under field conditions. (Chapter 5) evaluates if SDZ effects on microbial communities are more pronounced in soils which undergo periodic changes in soil moisture by drying-rewetting dynamics compared to soils without such moisture fluctuations. This was tested in a 49-day climate chamber soil pot experiment grown with grass. Manure-amended pots without or with SDZ contamination were incubated under a dynamic moisture regime with repeated drying and rewetting changes of more than twenty percent maximum water holding capacity compared to the control moisture regime. The microbial biomass, but less pronouncedly the community structure, showed an increased responsiveness to the combined stress of SDZ and dynamic moisture changes in the laboratory. Similar responses were documented under field conditions. (Chapter 6) indicated adverse effects of SDZ on root geotropism, number of lateral roots, and water uptake by plants in a 40-day greenhouse experiment with willow and maize grown in soil with environmentally relevant and worst-case antibiotic contamination. (Chapter 7) showed that the associated microbial community responded to a combination of plant species, distance to the root, and antibiotic spiking concentration. In highly antibiotic-contaminated soils, the structural and functional responses of the microbial community were dominated by indirect antibiotic effects on plants and roots.
Roof and wall slates are fine-grained rocks with slaty cleavage, and it is often difficult to determine their mineral composition. A new norm mineral calculation called slatecalculation allows the determination of a virtual mineral composition based on full chemical analysis, including the amounts of carbon dioxide (CO2), carbon (C), and sulfur (S). Derived norm minerals include feldspars, carbonates, micas, hydro-micas, chlorites, ore-minerals, and quartz. The mineral components of the slate are assessed with superior accuracy compared to the petrographic analysis based on the European Standard EN 12326. The inevitable methodical inaccuracies in the calculations are limited and transparent. In the present paper, slates, shales, and phyllites from worldwide occurrences were examined. This also gives an overview of the rocks used for discontinuous roofing and external cladding.
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.
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.
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.
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.
Die globale Vernetzung, der Flächennutungs- und Klimawandel sind zentrale Aspekte bei der Ursachenanalyse der zunehmenden Homogenisierung von Biozönosen und dem weltweiten Verlust von Biodiversität. Von großer Bedeutung sind dabei Arten, die in sich ein weiträumiges Verbreitungspotential mit einem hohen ökologischen, zum Teil in Verbindung mit einem hohen ökonomischen, Schadpotential vereinen " so genannte invasive Arten. Aufgrund ihrer Eigenschaften bilden sie einen wichtigen Schnittpunkt von Ökologie, Ökonomie und Soziologie in Theorie und Praxis. Im Zuge der steigenden Anzahl von biologischen Invasionen weltweit und dem interessanten, interdisziplinären Charakter des Forschungsfeldes, ist dessen Analyse ein bedeutendes Top-Thema internationaler Forschung geworden. Die durch invasive Arten verursachten Schäden sind enorm: So werden die jährlichen Schäden für die USA, Südafrika, das Vereinigte Königreich, Brasilien und Indien auf insgesamt 336 Milliarden US Dollar geschätzt. Nach einem Bericht der EU Kommissionrnbeläuft sich für die Europäische Union die Summe aller Schäden die durch invasive Arten verursacht werden auf jährlich 12 Mrd. Euro. Folglich stellen invasive Arten zugleich einen zunehmend wichtigeren, rechtlichen Regelungsgegenstand auf den unterschiedlichsten Ebenen (international, europäisch, national) dar. In dieser Dissertation wird die Bedeutung von Verbreitungsmodellen als Analyseund Präventions-Instrument in der naturschutzfachlichen Risikoabschätzung verdeutlicht. Ferner wird die Einsatzmöglichkeit von Modellen für die rechtliche Einstufung von Arten und als Ermessensgrundlage bei der Bewilligung von Kostenersatzansprüchen nach entstandenen Schäden aufgezeigt. Zwei ökonomisch bedeutsame Käferarten wurden zur Veranschaulichung als Modellorganismen ausgewählt: Der für die biologische Schädlingsbekämpfung absichtlich eingeführte Asiatische Marienkäfer Harmonia axyridis und der vorwiegend mit Holzverpackungsmaterialien global verschleppte AsiatischernLaubholzbockkäfer Anoplophora glabripennis. Beide Organismen sind in der EU alsrngebietsfremde Arten mit einem hohen Schadpotential einzustufen, haben jedoch einen sehr unterschiedlichen rechtlichen Status inne. Harmonia axyridis wird in Europa kommerziell vermarktet und darf in Deutschland mit Genehmigungsvorbehalt im Freiland ausgebracht werden, wohingegen Anoplophora glabripennis in der EU als zu bekämpfender Quarantäneschadorganismus geführt wird. Für beide Insekten gibt es derzeit keinen praktikablen Rechtsanspruch auf Schadenshaftung bzw. Entschädigungen. Neben der Erstellung von Verbreitungsmodellen nach naturwissenschaftlichen Kriterien, wird dieser Tatbestand erörtert und entsprechende Verbesserungsansätze für die Normsetzung und -anwendung präsentiert.
Im Mittelpunkt dieser Untersuchung stand die in der Umweltbeobachtung bestehende Diskrepanz zwischen dem Wunsch nach flächendeckender Information und der Tatsache, dass meist nur punktuell und stichprobenartig Information erhoben wird. Über das Zusammenführen von unterschiedlichsten Informationen über die Umwelt wurde die Frage der räumlichen Übertragbarkeit von Umweltdaten und die Leistungsfähigkeit von Umweltdaten untersucht. Zur Überprüfung der Hypothese, dass die in einem bestimmten Ökosystemtyp ermittelten Ergebnisse auf andere Vertreter desselben Ökosystemtyps übertragbar sind, wurden PAK gewählt, die als Indikatoren für die luftgetragene stoffliche Immission dienen. Grundlegend für den Untersuchungsansatz war die Annahme, dass die ökologisch-strukturelle Ausstattung eines Ökosystems auch einen bestimmenden Einfluss auf die stoffliche "Belastung" in diesem Ökosystem hat. Dazu wurden zunächst Hinweise auf ein Faktorengefüge erarbeitet, welches den Stoffeintrag bestimmen und welches die ökologisch-struktuelle Ausstattung im Hinblick auf die Zielsetzung in einem ausreichenden Maße beschreiben kann. Die erarbeiteten Faktoren gehören zu den Komplexen Klima, Topographie, Flächennutzung und Biometrie. Entsprechend dem Untersuchungsansatz wurde nach einem Modell gesucht, das den funktionalen Zusammenhang zwischen Faktoren zur Beschreibung der ökologisch-strukturellen Ausstattung der Gebiete und der entsprechenden PAK-Immission annähert. Für diesen Anwendungsfall ist der Netztyp des GRNN (General Regression Neural Network) besonders gut geeignet. Mit Hilfe des Modells wurden Prognosen der PAK-Immission für fünf Ökosysteme in Deutschland berechnet. Die Validierung dieser Ergebnisse erfolgte anhand von rückstandsanalytischen Untersuchungen an einjährigen Fichtentrieben aus diesen Gebieten. Über die Modellbildung mit unterschiedlichen Input-Sets wurden die für die PAK-Immission relevanten Faktoren herausgearbeitet. Es konnte gezeigt werden, dass sich das gewählte Modell für die Frage der räumlichen Übertragbarkeit eignet, wobei hinsichtlich der Güte der Prognose deutliche Unterschiede zwischen den beiden Gruppen leichtflüchtige und schwerflüchtige PAK bestehen. Zudem bestehen qualitative Unter-schiede hinsichtlich der Prognosen zwischen den Gebieten, da durch die bisherige ökologisch-strukturelle Beschreibung wahrscheinlich einige die Immission bestimmende oder beeinflussende Faktoren nicht oder nicht ausreichend berücksichtigt wurden. Insgesamt wurde durch den gewählten Ansatz auch die Leistungsfähigkeit von Umweltdaten aus unterschiedlichen Monitoring- und Untersuchungsprogrammen durch deren gemeinsame Auswertung verdeutlicht.
Gerade in der heutigen Zeit im Spannungsfeld zwischen der globalen Klimaveränderung und einer stetig wachsenden Weltbevölkerung wird es immer wichtiger, die Oberflächenprozesse quantifizieren zu können. In fünf Untersuchungsgebieten in Deutschland, Luxemburg und Spanien wurden experimentelle Geländemessmethoden zur Quantifizierung von Oberflächenabflussbildung und Bodenerosion eingesetzt. Je nach geographischer Lage der Testgebiete sind unterschiedliche Einflussgrößen wichtig für die Abflussreaktion und den Bodenabtrag. Jahreszeit und Vorfeuchte des Bodens können zu verschiedenen Systemzuständen führen und damit die Oberflächenabflussbildungs- und Bodenerosionsraten beeinflussen. Die Verwendung von experimentellen Messmethoden (Beregnungen) ermöglicht es uns, die Reaktion derselben Flächen bei unterschiedlichen Ausgangsbedingungen auf ein und dasselbe (simulierte) Niederschlagsereignis zu messen. Durch die Kombination mit Geländekartierungen und GIS-Auswertungen wird eine qualitative Übertragung der punktuellen Messergebnisse auf die Fläche ermöglicht. In den beiden Untersuchungsgebieten in Deutschland wurden häufig hydrophobe Eigenschaften der Böden festgestellt. Durch diese Hydrophobizität dringt ein Teil des Niederschlagswassers gar nicht bis zum Mineralboden durch, sondern wird in der Streuschicht gehalten oder fließt innerhalb der Streuschicht ab. Dies führt zu einer Erhöhung der Oberflächenabflussraten. Auch der Einfluss der Landnutzung auf die Intensität der Oberflächenprozesse konnte für die Testgebiete in Deutschland und Luxemburg nachgewiesen werden. Auf Wegen und Fahrspuren, sowie auf Ackerflächen wurden die höchsten Oberflächenabfluss- und Bodenabtragsraten gemessen. Aber auch hydrophobe Waldstandorte zeigten hohe Oberflächenabflussraten, allerdings keinen nennenswerten Bodenabtrag, weil die Humusauflage die Bodenoberfläche schützt. Die im Rahmen dieser Arbeit verwendeten Rinnenerosionsversuche ermöglichen es, die Effizienz natürlicher Erosionsrinnen zu messen und zu vergleichen. Durch die Verwendung von beiden Methoden, Beregnung und Rinnenerosionsversuch, können die im Rinneneinzugsgebiet gemessenen Abtragsraten und -mengen mit den Abtragswerten der Erosionsrinne selbst verglichen werden. Insgesamt kann festgestellt werden, dass die Ergebnisse der experimentellen Messungen in Kombination mit einer Kartierung der aktuellen Geomorphodynamik sowie der Auswertung großmaßstäbiger Luftbilder, eine Quantifizierung der aktuellen Prozessdynamik ermöglichen.
Wastewater treatment is of great financial concern in many states of Germany. In the rural areas of the Saarland (German state at the border to Luxembourg and France) investments for wastewater treatments in the next years will mount up to 400 mio. €. Nevertheless, decision makers are still left with the question, if these investments result in an effective and sustainable water treatment. To answer this question, the ministry of environment, related authorities and the University of the Saarland (Geographical Institute) started a Project to investigate seven small headwater catchments with predominantly Triassic series of Muschelkalk. Aims of this study were the following: (i) the description of the spatial variability of water chemistry upstream and downstream of small villages (in these villages only mechanically treated waste water is discharged into the brooks), (ii) calculation of nutrient loads of differently managed catchments (predominantly woodland, meadows or fields) and (iii) the relative importance of non-point pollution sources to point pollution sources. Results indicated that spatial variability of nitrate concentration during base-flow conditions was quite similar in intensively used agricultural areas. Nitrogen fluxes were predominantly controlled hydrologically. The nitrogen load (kg N per ha) from non-point pollution sources amounts from 32.5 to 43 kg N / ha * a in intensively used agricultural areas. This load, forecast to one square-km, is equal to the N-load of 800 " 1000 population equivalents. Thus, non-point pollution sources are a major part of the overall nitrogen pollution in the rural areas. The results are important criterias for the sewage disposal plan of the Saarland (disposal plans are obligate according to German water law) and can serve as a first part of a river basin management according to the European Water Framework Directive. To lower non-point N-pollution changes in agricultural management practices are necessary.
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.
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.