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Phylogeographic analyses point to long-term survival on the spot in micro-endemic Lycian salamanders
(2020)
Lycian salamanders (genus Lyciasalamandra) constitute an exceptional case of microendemism of an amphibian species on the Asian Minor mainland. These viviparous salamanders are confined to karstic limestone formations along the southern Anatolian coast and some islands. We here study the genetic differentiation within and among 118 populations of all seven Lyciasalamandra species across the entire genus’ distribution. Based on circa 900 base pairs of fragments of the mitochondrial 16SrDNA and ATPase genes, we analysed the spatial haplotype distribution as well as the genetic structure and demographic history of populations. We used 253 geo-referenced populations and CHELSA climate data to infer species distribution models which we projected on climatic conditions of the Last Glacial Maximum (LGM). Within all but one species, distinct phyloclades were identified, which only in parts matched current taxonomy. Most haplotypes (78%) were private to single populations. Sometimes population genetic parameters showed contradicting results, although in several cases they indicated recent population expansion of phyloclades. Climatic suitability of localities currently inhabited by salamanders was significantly lower during the LGM compared to recent climate. All data indicated a strong degree of isolation among Lyciasalamandra populations, even within phyloclades. Given the sometimes high degree of haplotype differentiation between adjacent populations, they must have survived periods of deteriorated climates during the Quaternary on the spot. However, the alternative explanation of male biased dispersal combined with a pronounced female philopatry can only be excluded if independent nuclear data confirm this result.
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.
We use a novel sea-ice lead climatology for the winters of 2002/03 to 2020/21 based on satellite observations with 1 km2 spatial resolution to identify predominant patterns in Arctic wintertime sea-ice leads. The causes for the observed spatial and temporal variabilities are investigated using ocean surface current velocities and eddy kinetic energies from an ocean model (Finite Element Sea Ice–Ice-Shelf–Ocean Model, FESOM) and winds from a regional climate model (CCLM) and ERA5 reanalysis, respectively. The presented investigation provides evidence for an influence of ocean bathymetry and associated currents on the mechanic weakening of sea ice and the accompanying occurrence of sea-ice leads with their characteristic spatial patterns. While the driving mechanisms for this observation are not yet understood in detail, the presented results can contribute to opening new hypotheses on ocean–sea-ice interactions. The individual contribution of ocean and atmosphere to regional lead dynamics is complex, and a deeper insight requires detailed mechanistic investigations in combination with considerations of coastal geometries. While the ocean influence on lead dynamics seems to act on a rather long-term scale (seasonal to interannual), the influence of wind appears to trigger sea-ice lead dynamics on shorter timescales of weeks to months and is largely controlled by individual events causing increased divergence. No significant pan-Arctic trends in wintertime leads can be observed.
Der Anstieg der Weltbevölkerung, der Mobilität und des Warenhandels fördert die zunehmende Einschleppung von Biota. Ein Teil dieser gebietsfremden Arten kann sich etablieren, ausbreiten und die heimische Biodiversität gefährden ("invasive Arten"). In Mitteleuropa haben sich mehr als 150 gebietsfremde Populationen der ursprünglich submediterran verbreiteten Mauereidechse (Podarcis muralis) etabliert. Diese verkörpern ein ideales Modellsystem zur Untersuchung der Rolle des geografischen Ursprungs für den Etablierungserfolg, zur Überprüfung genetischer Konsequenzen von biologischen Invasionen sowie zur Untersuchung der Auswirkungen intraspezifischer Hybridisierung auf heimische Linien. Über eine mtDNA-Sequenzierung wurden in dieser Dissertation 77 eingeschleppte Populationen in Mitteleuropa acht geografisch abgrenzbaren evolutionären Linien zugeordnet (Kapitel I). Dieser Datensatz wurde in Kombination mit Artverbreitungsmodellen zur Überprüfung intraspezifischer Nischendivergenz genutzt. Trotz deutlicher Nischendifferenzierung zwischen den Linien, wurde nur eine schwache Korrelation zwischen geographischem Ursprung und invasivem Vorkommen gefunden. Linien mit enger realisierter Nische sind vermutlich aufgrund ihrer breiten fundamentalen Nische dennoch fähig erfolgreich Gebiete weit außerhalb ihres Areals zu kolonisieren. Für die populationsgenetischen Analysen dieser Arbeit bewährten sich, alternativ zu Gewebeproben, nicht-invasiv gewonnene Mundschleimhautproben zur DNA-Analyse (Kapitel II). Über eine DNA-Sequenzierung konnte der Ursprung (Poebene und nördliche Adriaregion) der nördlichsten eingeschleppten Ruineneidechsen-Population (Podarcis siculus) bestimmt werden (Kapitel III). Zudem wurde eine syntop in eine P. muralis Population eingeschleppte Podarcis liolepis Population erstmals in Deutschland nachgewiesen (Kapitel IV). Beide stammen vermutlich aus den Ost-Pyrenäen. Die Mikrosatelliten-Analyse zeigte keinen Genfluss zwischen beiden Arten. Verglichen mit natürlichen Populationen aus Süd-Frankreich konnten die eingeschleppten Populationen beider Arten aufgrund von hohem Aussetzungsdruck eine hohe genetische Diversität erhalten. Entlang des Oberrheingrabens treffen heimische Mauereidechsen auf eingeschleppte italienische Linien. In diesen Populationen wurde eine schnelle genetische Assimilation durch Hybridisierung mit gebietsfremden Mauereidechsen nachgewiesen (Kapitel V). Die genetische Diversität dieser Hybridpopulationen war wesentlich höher als die reiner eingeschleppter oder reiner natürlicher Populationen. Der Zusammenhang zwischen genetischer Diversität und Durchmischungsgrad war nicht-linear und erreichte frühzeitig ein Plateau hoher genetischer Diversität bei einer Vermischung von zwei Linien. Das Ausmaß an Introgression und die schnelle Bildung von Hybridschwärmen zeigt, dass Einschleppungen die genetische Integrität natürlicher Populationen stark gefährden. Die kleinräumige, genetische Analyse einer expandierenden Population in Passau (Kapitel VI) zeigt, dass eine signifikante Strukturierung schnell und kleinräumig entstehen kann. Die genetische Differenzierung wurde unter Abnahme der genetischen Diversität vom Einschleppungszentrum zum Expansionsrand stärker. Das abschließende Kapitel VII fasst die wichtigsten Resultate für die Naturschutzpraxis zusammen. Die Schwierigkeiten der phänotypischen Zuordnung von Populationen zu evolutionären Linien sowie der naturschutzrechtliche Umgangs mit Einschleppungen werden diskutiert.
Considering actual climatic and land use changes the problem of available water resources or the estimation of potential flood risks gain eco-political and economical relevance. Adequate assessments, thus, require precise process-based hydrological knowledge. Spatially distributed hydrological modelling enables a both abstractive and realistic description of hydrological processes, and therefore contributes to the understanding of the hydrological system- responses. Referring to the example of the mesoscale Ruwer basin (a tributary to the Mosel river), a modified version of the distributive modelling system PRMS/MMS (Precipitation Runoff Modeling System/Modular Modeling System) is applied to calculate spatially and temporally explicit water budgets. To achieve modelling results as precise as possible, integration of detailed land use information (spatial distribution of the existing land use classes, crop- and site-specific growth patterns) is necessary. This information is derived here by analysis of multitemporal, geometrically and radiometrically pre-processed Landsat TM-data. This enables separation of different land use classes and differentiated quantification of the leaf area index (LAI). The LAI is estimated by a spectral unmixing approach using statistically optimized endmember sets, referring to the example of winter grain and grassland plots. As a result, numerical inputs (coefficients for calculating evapotranspiration, interception storages) and extracted non-numerical (classified) information can be provided for hydrological modelling. The version of PRMS applied in this study allows important land use terms to be parameterized in high temporal resolution. Using model input derived from the available satellite data, simulation results are obtained that prove to be realistic compared to gauge data and with respect to their spatial differentiation. Results differ significantly from those obtained by using parameters from literature or by experience without distinguishing specific and site-dependent growth patterns. It can be concluded that the quality of modelling results notably improves by integration and quantitative analysis of remote sensing data; thus, these methods are a significant contribution to physically-based hydrological modelling.
Die Arbeit untersucht das Potential kleiner unbemannter Luftfahrtsysteme (UAS) in Landwirtschaft und Archäologie. Der Begriff UAS beinhaltet dabei: Fluggerät, Antriebsmechanismus, Sensorik, Bodenstation, Kommunikationsmittel zwischen Bodenstation und Fluggerät und weiteres Equipment. Aufgrund ihrer Flexibilität, fanden UAS seit der Jahrtausendwende eine blühende Entwicklung. Um die wachsende Weltbevölkerung zu ernähren, muss die landwirtschaftliche Produktion sensibel und nachhaltig intensiviert werden, um Nahrungssicherheit für alle zu gewährleisten und weitere Boden- und Landdegradation zu vermeiden. Präzisionslandwirtschaft umfasst technologische Verbesserungen hin zur effizienteren und weniger schädlichen landwirtschaftlichen Praxis. Hierbei ist die Verfügung über zeitnahe, leicht zugängliche hoch aufgelöste räumliche Daten eine Voraussetzung für die Nahrungsmittelproduktion. UAS schließen hier die Lücke zwischen Bodendaten und teuren bemannten Luftfahrtsysteme und selteneren Satellitenbildern. Die Vorteile der UAS-Daten liegen in der ad-hoc Akquisition großmaßstäbiger Fernerkundungsdaten, den geringeren Kosten gegenüber der bemannten Systeme und einer relativen Wetterunabhängigkeit, da auch unter Wolken geflogen werden kann. Den größten Anteil innerhalb der UAS stellen die Mini-UAS (Abfluggewicht von 5kg) und dabei vertikale Start- und Landesysteme. Diese können über Untersuchungsgebieten schweben, sind dadurch jedoch langsamer und eher geeignet für kleinere Flächen. Flugregularien und die Integration in den bemannten Luftraum werden derzeit europaweit harmonisiert und in den Mitgliedstaaten umgesetzt. Die Hauptziele dieser Arbeit lagen in der Evaluierung wie Schlüsselparametern landwirtschaftlicher Nutzpflanzen (Chlorophyll-, Stickstoffgehalt, Erntemenge, sonnendinduzierter Chlorophyll-Fluoreszenz) mittels UAS abgeleitet und wie UAS-Daten für archäologische Aufklärung genutzt werden können. Dazu wurde ein Quadrokopter (md4-1000, microdrones GmbH) mit einer digitalen Spiegelreflexkamera, einem Multispektralsensor (MiniMCA-6, Tetracam Inc.) und einer Thermalkamera (UCM, Zeiss) ausgestattet. Eine Sensitivitätsanalyse führte zur Ableitung geeigneter Wellenlängenbereiche und untersuchte bidirektionale und Flughöheneffekte auf das Multispektralsignal. Die Studie beschreibt außerdem die Vorgehensweise bei Bildaufnahme und Vorprozessierung mit besonderem Schwerpunkt auf die Multispektralkamera (530-900 nm). Die Vorprozessierung beinhaltet die Korrektur von Sensorfehlern (Linsenverzeichnung, Vignettierung, Kanalkalibrierung), die radiometrische Kalibrierung über eine empirische Korrektur mit Hilfe von Referenzspektren, Atmosphärenkorrektur und schließlich die geometrische Verarbeitung unter Verwendung von Structure from Motion Programme zur Generierung von Punktwolkenmodellen bis hin zum digitalen Orthophotomosaik und Höhenmodell in Zentimeterauflösung. In einer Weinbergsstudie (2011, 2012) wurden geeignete Beobachtungswinkel für die Untersuchung des Einflusses von Bodenbearbeitungsstrategien auf das Multispektralsignal evaluiert. Schrägichtaufnahmen von 45-° Beobachtungswinkel gegenüber Nadir waren am besten geeignet zur Ableitung pflanzenphysiolgischer Parameter und multispektraler Unterscheidung von Bodenbearbeitungstypen. So konnten Chlorophyll-Gehalte über Regressionsanalysen über mehrere saisonale Aufnahmen mit einem kreuzvalidierten R-² von 0.65, Stickstoffgehaltsindex von 0.76 (2012) und Ernte mit 0.84 (2011) und für verschiedene Zeitpunkte nach der Blüte (0.87) und während der Reifephase (0.73) ermittelt werden. Desweiteren wurde die (Fs) in einem Stickstoff-Düngung-Experiment bei Zuckerrüben von Multispektral-, Indizes und Thermaldaten untersucht (HyFlex-Kampagne 2012). Zuckerrübenvarietäten konnten spektral und thermal unterschieden werden, die Fluoreszenzindizes waren wetterbedingt, weniger erfolgreich. Außerdem konnte der Tagesgang der Fs trotz instabiler Einstrahlungsverhältnisse am Morgen abgeleitet werden. Die Werte waren jedoch gegenüber Bodenmessungen um ein Vielfaches erhöht. Archäologische Fernerkundung durch UAS wird bereits seit Jahren (z.B. mit Fesselballons) durchgeführt. Die Mustererkennung profitiert von der spektralen Ausdehnung vom menschlichen Auge hin zu multispektralen, neuerdings auch hyperspektralen Sensoren. Studien in Los Bañales, Spanien, zeigten die Möglichkeiten des Informationsgewinns durch Bildverarbeitung von UAS-Daten: vermutliche historische Siedlungsmuster konnten durch Landoberflächenklassifikation von Multispektraldaten mittels Support Vector Machines und Bestandsmusterdetektion beschrieben werden. Um qualitative hochwertige, hochaufgelöste UAS-Daten zu erhalten, sollten die Daten mit hoher Überlappung (80%) und auch Schrägsicht akquiriert und ggf. durch Referenzmessungen zur radiometrischen Kalibrierung und GPS-Messungen für geometrische Referenzierung ergänzt werden.
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.
Today obesity has been recognized as a disease. Evidence suggests that obesity often has Genetic, environmental, psychological and other factors. Growing evidence points to heredity as a strong determining factor of obesity. The characterization of uncoupling proteins (UCP) represents a major breakthrough of genetic factors towards understanding the molecular basis for energy expenditure and therefore likely to have important implication for the cause and treatment of human obesity. UCPs as mitochondrial anion carriers which creates a pathway that allows dissipation of the proton electrochemical gradient therefore which when deregulated are key risk factors in the development of obesity and other eating disorders. In order to better understand the roles of both UCP2 and UCP3 which considered as prime candidate genes involved in the pathogenesis of obesity, this study elucidate (1) Genomic organization: The human UCP2 (3) gene spans over 8.7 kb (7.5 kb) distributed on 8 (7) exons. Three UCP genes may have evolved from a common ancestor or are the result from gene duplication events. Two mRNA transcripts are generated from hUCP3 gene, the long and short form of hUCP3 is differing by the presence or absence of 37 amino acid residues at the C-terminus. (2) Mutational analysis revealed a mutation in exon 4 of hUCP2 resulting in the substitution of an alanine by a valine at codon 55 and an insertion polymorphism in exon 8 consisted of a 45 bp repeat located 150 bp downstream of the stop codon in the 3'-UTR. The allele frequencies of both polymorphisms were not significantly elevated in a subgroup of children characterized by low Resting Metabolic Rates (RMR). (3) Promoter Analysis showed that the promoter region of hUCP2 lacks a classical TATA or CAAT box. Functional characterization of hUCP2 promoter showed that minimal promoter activity was observed within 65 bp upstream of the transcriptional start site. 75 bp further upstream a strong cis-acting regulatory element was identified which significantly enhanced basal promoter activity. The regulation of human UCP2 gene expression involves complex interactions among positive and negative regulatory elements. the 5"-flanking region of the hUCP3 gene were characterized in which contains both TATA and CAAT boxes as well as consensus motifs for PPRE, TRE, CRE and muscle-specific MyoD and MEF2 sites. Functional characterization identified a cis-acting negative regulatory element between - 2983 and -982 while the region between -982 and -284 showed greatly increased basal promoter activity suggesting the presence of a strong enhancer element. Promoter activity was particularly enhanced in the murine skeletal muscle cell line C2C12 reflecting the tissue-selective expression pattern of UCP3.
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.
Im Rahmen eines Lehrforschungsprojekts setzten sich Studierende der Angewandten Geographie an der Universität Trier über zwei Semester in den Jahren 2016 und 2017 mit der Anpassung an den Klimawandel im Weinbau auseinander. Ziel des Lehrforschungsprojektes war es, besser zu verstehen wie Winzer*innen den Klimawandel wahrnehmen, welche Rolle der Klimawandel in (betrieblichen) Entscheidungen spielt und welche Anpassungspraktiken bereits beobachtbar sind.Der vorliegende Bericht fasst einige Ergebnisse der empirischen Untersuchung knapp zusammen.
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.
Niederschlagswasserbewirtschaftung dient der Wiederherstellung der natürlichen Abflussprozesse. Da die negativen Auswirkungen des anthropogenen Eingriffs durch Kanalisierung, Versiegelung, Bodenverdichtung u.a. erkannt sind, sind Maßnahmen zum Erhalt des natürlichen Wasserkreislaufs bei Neubaumaßnahmen obligatorisch. Ziel ist es, durch Speicherung, Versickerung und gedrosselte Ableitung den dämpfenden Einfluss des Bodens auf die Wasserstandsganglinie von Gewässern zu nutzen, bzw. zu näherungsweise zu imitieren. Zur Optimierung der zur Regenwasserbewirtschaftung dienenden Verfahren wurden Vorschriften, Richtwerte und Bauanleitungen durch Gesetzgebung und Wissenschaft geschaffen. Diese sollen Anleitung zum bestmöglichen Einsatz der bestehenden Retentionsmöglichkeiten geben. Für ein Neubaugebiet in Rodt in der Eifel scheinen jedoch die Vorraussetzungen zum Einsatz der standardisierten Verfahren nicht gegeben. Die notwendigen Wasser-Durchlässigkeiten wurden bestimmt und als außerhalb der vorgeschlagenen Grenzwerte liegend erkannt. Somit stellt sich die Frage nach Alternativen, die durch das Erstellen einer Modellsimulation in ihrer Wirksamkeit überprüft werden sollten. In der vorliegenden Arbeit werden sechs an die Gegebenheiten im Baugebiet angepasste Konzepte erstellt, die sich aus den möglichen Regenwasser- Retentionsmaßanlagen Retentionsteich, Kunststoffrigole, Tieflockerungsrigole und Brauchwassernutzung zusammensetzen. Die Konzepte werden mit dem Simulationsprogramm STELLA- Research 7.01 in Modelle umgesetzt und vorhandene die örtlichen Gegebenheiten kennzeichnende Daten als Grundlage der Simulation aufgenommen. Mit dem Ziel der Minimierung und Optimierung des Restüberlaufs aus dem Baugebiet in den Vorfluter werden die Simulationen auf grundlegende Schalter untersucht und diese in ihrer Wirkung beschrieben. Aus den Ergebnissen werden die optimierten Verfahren auf ihre Abwendbarkeit im Baugebiet in den Punkten Niederschlagswasser- Retention, Anpassung an natürliche Gegebenheiten und Kostenminderung überprüft und Vorschläge zur Durchführung der Arbeiten abgeleitet.
Die primäre Fragestellung der Arbeit war, inwiefern durch naturnah gestaltete Feuchtgebiete die teilweise erhebliche Restbelastung biologisch gereinigter Abwässer mit Nähr- und Schadstoffen sowie Indikatorkeimen verringert werden kann. Außerdem wurden u. a. das mögliche Risikopotential und der Biotopwert der Flächen betrachtet. Untersucht wurden drei Nachbehandlungsflächen (1,1 m-²/E, 1,3 m-²/E, 5,2 m-²/E), die jeweils einer Pflanzenkläranlage nachgeschaltet sind und aus flachen, bewachsenen Mulden, Ablaufgräben sowie oberflächlich und unterirdisch durchflossenem Grünland bestehen. In den Flächen wurde eine prinzipielle Sauerstoffanreicherung und eine bedeutende Verringerung von Nährstoffen festgestellt. Im Vergleich zum Kläranlagenablauf verringerte sich die NH4-N-Konzentration des gereinigten Abwassers in den Flächen um 72-92%, Nmin um durchschnittlich 23-64% und Nges um 17-59%. Die Verringerung der PO4-P-Konzentration betrug 23-79%, die von Pges 21-85%. Durch die Nachbehandlung ergab sich z.B. für eine Kläranlage eine Steigerung der Reinigungsleistung von 49% auf 95% für NH4-N, von 38% auf 68% für Nges und von 47% auf 90% für Pges. Die Flächen waren in der Lage, Belastungsspitzen zu kappen und die ohnehin geringen Ablaufbelastungen mit Indikatorkeimen weiter zu verringern. Die Risiken einer Grundwasserverschmutzung, einer Anreicherung persistenter toxischer Stoffe im Boden und einer Verbreitung pathogener Keime waren gering. Vor allem die durch die Nachbehandlung entstandenen Kleingewässer steigerten den Biotopwert der Flächen. Naturnahe Nachbehandlungsflächen stellen einen ökologisch wie ökonomisch sinnvollen Beitrag zur Effizienzsteigerung der Abwasserbehandlung dar. Sie eignen sich auch zur Aufbereitung belasteter Wässer, die Dränagen, Entwässerungsgräben oder Regenüberläufen der Mischwasserkanalisation entstammen.
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.
Nach innen gerichtetes Marketing kann im Rahmen des Destinationsmanagements einen hohen Stellenwert einnehmen, der in der Tourismusliteratur jedoch noch nicht explizit ausgewiesen ist. Mit den beiden Komponenten "internes Marketing" und "Binnenmarketing" bestehen zwei Managementbereiche, die einen großen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit einer öffentlichen Tourismusorganisation und einer Destination als strategische Geschäftseinheit besitzen können. Dies bedingt, dass die Modelle begriffen, dann verinnerlicht, mitgetragen und gelebt werden. Doch dazu bedarf es auch bestimmter organisatorischer Voraussetzungen, um die Leistungsfähigkeit im nach innen gerichteten Marketing in einem guten Verhältnis und nach einem stringenten Muster umzusetzen. Damit wird die organisatorische Struktur einer Destination zum entscheidenden Indikator für ihre Wirkung nach innen und außen. Ein durch politische Vorgaben eingeengtes Destinationsmanagement, das sich vorwiegend an politischen Paradigmen orientiert, hat aus marktwirtschaftlichen Gesichtspunkten keine Möglichkeit sich am Markt durchzusetzen. Es wird immer unter seinen Möglichkeiten arbeiten (müssen). Die mittels des nach innen gerichteten Marketings angesetzte Kommunikation und Kooperation mit allen relevanten Anspruchsgruppen ist einer der wichtigsten Schlüssel, um eine destinationsweite Leistungsverbesserung umzusetzen. Fehlen jedoch die Instrumente, die Zeit, die Arbeitskräfte und das Know-how seitens der touristischen Organisationen, wird sich langfristig keine Verbesserung der Leistungsfähigkeit der Destination erreichen lassen. Da die Politik in den Gebietskörperschaften maßgeblichen Einfluss auf die Arbeit der Tourismusorganisationen ausübt und teilweise auch ihre eigenen Organisationen trotz offensichtlich ineffizienter Arbeitsweise protegiert, liegt im Umsetzen eines Strukturwandels ein maßgebliches Problem. Der Wille zur Reform der touristischen Struktur in Deutschland allgemein und in Rheinland- Pfalz speziell ist nur schwach ausgeprägt, weil durch eine Reform des vorhandenen Systems politische Macht auf allen Ebenen verloren gehen würde. Hierbei sind vor allem die zahlenmäßig am stärksten vertretenen Gebietskörperschaften, die Kommunen, angesprochen. Das Beharrungsvermögen wird durch viele kommunale Touristiker sogar noch verstärkt, da jede grundlegende Änderung auch eine - meist nicht gewünschte - Veränderung des Arbeitsplatzes und auch der Arbeitsplatzsicherheit mit sich bringt. Anhand der vorliegenden empirischen Untersuchung zeigen sich viele Schwachstellen im System. Eine Umstrukturierung ist die notwendige Voraussetzung einer grundlegenden Leistungsverbesserung. Hier ist es deshalb die Aufgabe der übergeordneten Organisationen (z.B. DTV, Landesverbände, Regionalagenturen) den Umstrukturierungsprozess voranzutreiben. Dabei muss vor allem auf höchster administrativer Ebene in den Ländern für einen Wandel geworben werden. Ein zielgerichtetes nach innen gerichtetes Marketing, das mittels strategischer Einheiten über ein einheitliches landesweites System implementiert wird, kann wichtige Grundlagen für eine geordnete Umstrukturierung geben. Veränderungen kommen nicht von selbst. Mit Hilfe der Tourismusorganisationen des Untersuchungsgebietes Rheinland-Pfalz lassen sich sukzessive solche Möglichkeiten herbeiführen, die erste Schritte einleiten können. Um relativ schnell einen Wandel einleiten zu können, sollte ein Modellprojekt für ein touristisches interkommunales Verbundsystem in einer rheinland-pfälzischen Region vom Wirtschaftsministerium unterstützt werden. Im Rahmen dieses Modellprojektes können wichtige Informationen gewonnen werden, die sukzessive auch auf andere Regionen übertragen werden können. Die Arbeitsphasenmodelle des internen Marketings und Binnenmarketings können für einen Strukturwandel entscheidende Hilfestellungen geben. Mit dem strikten Anwenden der Modelle werden Schwachstellen in Organisation und Destination aufgedeckt. Damit können effektive Instrumente für ein Change-Management gefunden und bei objektiver Betrachtung der Sachlage zielgerichtet für eine Verbesserung der jeweiligen Situation eingesetzt werden. Das Bilden "Strategischer Einheiten" bietet hierfür eine geeignete Basis. Ohne dass ein genereller Wandel im Denken herbeigeführt wird, werden die meisten öffentlichen Tourismusorganisationen immer unter ihren Möglichkeiten bleiben. Destinationsmanagement muss deshalb als Bewusstseinsmanagement begriffen werden. Der finanzielle Mitteleinsatz und die daraus induzierten Leistungen lassen sich bei genauer Betrachtung nicht mehr rechtfertigen, vor allem mit Hinblick auf die immer schlechter werdende Kassenlage der Gebietskörperschaften. Eine Professionalisierung im öffentlich geförderten Tourismus impliziert auch die Notwendigkeit des Umdenkens bei der Personalstruktur in den touristischen Organisationen. Gefragt sind Persönlichkeiten, die ausgestattet sind mit explizitem Fachwissen, hoher sozialer Kompetenz und ausgeprägter Management- und Entscheidungskompetenz. Für die zukünftige Arbeitsmarktsituation bedeutet dies die Notwendigkeit der Ausbildung von Destinationsmanagern an Universitäten, Fachhochschulen und Berufsfachschulen mit touristischer Ausrichtung, die sich sehr nah an der Praxis orientieren. Hier wäre die Gründung eines touristischen Kompetenz-Zentrums mit Schwerpunkt Destinationsmanagement ein Schritt in die richtige Richtung. Die Zukunftsfähigkeit der öffentlich geförderten Tourismusorganisationen wird entscheidend von eigenen Kompetenzen, ihrer Effizienz und den künftigen Rahmenbedingungen abhängen. Gewinner werden diejenigen Destinationen und deren Organisationen sein, die ihre Struktur durch Reformen so optimieren, dass sie durch ihre Arbeit nach innen und außen ein Höchstmaß an Effizienz und damit an Beachtung und Akzeptanz erreichen. Ein in den Tourismusorganisationen konsequent angewendetes, gezieltes und effizient eingesetztes nach innen gerichtetes Marketing wird hierfür einen entscheidenden Beitrag leisten können.
Ziel der Dissertation ist es, den Hochwasserschutz und das Management extremer Hoch-wasser für das Einzugsgebiet der Isar zu verbessern mit Hinblick darauf, wie sich vorhandene und neu zu schaffende Retentionsräume mit optimaler Wirkung für das gesamte Flusssystem einsetzen lassen. Dafür sind Kenntnisse über extreme Ereignisse und deren Auswirkung auf die betrachteten Einzugsgebiete notwendig. Großskalige Niederschläge in Mitteleuropa werden überwiegend durch Vb-artige Zugbahnen ausgelöst. Die Relevanz für Bayern zeigt die Auswertung des neuesten Kataloges der Vb-Zugbahnen für den Zeitraum 1959 bis 2015. In den Monaten April bis Oktober haben Vb-Zugbahnen zu ca. 30 % der beobachten Hochwasser beigetragen. Im Sommer führt sogar jedes zweite Vb-Tief zu Hochwasser. Im Donaueinzugsgebiet können 50 % der 20 größten Hochwasser direkt auf Vb-Zugbahnen zurückgeführt werden, weitere 25 % durch ähnliche Zugbahnen oder auf eine Vb aktiven Phase. Über die Hälfe der größten Hochwasser traten dabei in Bezug zu einer Serie von Vb-Tiefs auf. 60 % der Vb-Zugbahnen sind Teil einer Serie von Vb-Tiefs. Aus wiederkehrenden Niederschlägen persistenter Zugbahnen resultieren mehrgipflige Hochwasserwellen, die insbesondere für Rückhalteräume betrachtet werden müssen (DIN 19700). Die Detailuntersuchung erfolgt unter besonderer Beachtung der Untersuchungen zu den Vb-Zugbahnen. Das Isareinzugsgebiet mit 8900 km-² besitzt mit den Seen im Voralpenland große natürliche Retentionsräume und mit dem Sylvensteinspeicher im alpinen Einzugsgebiet den größten staatlichen Speicher Bayerns. Für die Wirkungsanalyse von gekoppelten Hoch-wasserrückhalteräumen in komplexen Einzugsgebieten müssen Ganglinien mit einem Nie-derschlag-Abfluss-Modell generiert werden, die den Wellenablauf des Hochwassers im ge-samten Einzugsgebiet repräsentieren. Die Dissertation analysiert, wie sich der Einsatz ver-schiedener Verfahren zur Vorgabe der Eingangsniederschläge auswirkt. Dabei liegt der Schwerpunkt der Untersuchung auf dem Niederschlagsverlauf. Es wird ein Verfahren zur Ableitung von Ganglinien aus standardisierten beobachteten Niederschlagsverläufen entwi-ckelt. Die Hochwasserganglinien, generiert aus synthetischen Niederschlagsverläufen der Bemessung, werden am Beispiel des Sylvensteinspeichers mit den drei größten abgelaufe-nen Hochwasserereignissen verglichen und diskutiert, ob mit dem neuen Verfahren die Cha-rakteristik der beobachten Hochwasser besser wiedergeben wird. Der Fokus liegt dabei auf der Wellenüberlagerung. Es kann für das ganze Gebiet gezeigt werden, dass die mit der neuen Methode standardisierten beobachteten Niederschlagsverläufe besser geeignet sind, die Wellenüberlagerung wiederzugeben, da zeitliche Unterschiede durch die Staueffekte an den Alpen berücksichtigt werden, wie sie bei Vb-Zugbahn geprägten Niederschlägen entste-hen. Es kann daher bei ähnlichen Fragestellungen empfohlen werden, diese Methode in der Praxis als Variante hinzuzuziehen, um die natürlichen Prozesse repräsentativer zu beschrei-ben. Für die Simulation mit dem N-A-Modell LARSIM werden die Unsicherheiten durch Varianten-rechnungen gezeigt. Es hat sich herausgestellt, dass nicht nur der Niederschlagsverlauf und die Vorbedingungen des Ereignisses eine große Auswirkung auf die Kalibrierung der Ab-flussbeiwerte im N-A-Modell haben, sondern auch das gewählte Flood-Routing-Verfahren und die Gerinnerauheit. Schließlich wird die Bewertung der potenziellen Standorte durchgeführt. Es wird berechnet, wo das Hochwasser zurückgehalten werden muss, um sowohl eine lokale Reduktion des Hochwasserscheitels, als auch gleichzeitig eine möglichst große Schutzwirkung für das Ge-samtsystem zu ermöglichen. Priorisiert werden Rückhaltestandorte, die praktisch umsetzbar sind und den größten Nutzen haben. Die Untersuchung einer Doppelwelle, die durch eine Serie von Vb-Zugbahnen entstehen kann, zeigt, wie die Einschätzung potenzieller Standorte verändern kann. Der alpine und zum Teil der voralpine Raum reagieren mit kurzen steilen Ganglinien und sind gegenüber Doppelwellen weniger sensitiv, weil kaum Wellenüberlagerung entsteht. Für den Sylvensteinspeicher, der im alpinen Raum liegt, können daher kurze Niederschlagspausen für eine schnelle Entlastung des Speicherraumes genutzt werden. Un-terhalb von Seen mit einem großen Retentionsvermögen erzeugen Doppelwellen aufgrund der langen Retentionsäste durch die Wellenüberlagerung deutlich höhere Abflüsse als Ein-zelwellen. Rückhalt an der oberen Isar ist unter diesen Kriterien am optimalsten. Empfohlene Maßnahmen - ohne Bauaufwand - konnten bereits umgesetzt werden und verbessern den Hochwasserschutz und das Hochwassermanagement an der Isar. Die Auswertungen zeigen, dass in den Monaten April, Mai, September und Oktober die Hochwasserereignisse in Folge von Vb-Zugbahnen im Zuge der Klimaveränderung häufiger und in den Sommermonaten extremer werden könnten.
In recent decades, the Arctic has been undergoing a wide range of fast environmental changes. The sea ice covering the Arctic Ocean not only reacts rapidly to these changes, but also influences and alters the physical properties of the atmospheric boundary layer and the underlying ocean on various scales. In that regard, polynyas, i.e. regions of open water and thin ice within thernclosed pack ice, play a key role as being regions of enhanced atmosphere-ice-ocean interactions and extensive new ice formation during winter. A precise long-term monitoring and increased efforts to employ long-term and high-resolution satellite data is therefore of high interest for the polar scientific community. The retrieval of thin-ice thickness (TIT) fields from thermal infrared satellite data and atmospheric reanalysis, utilizing a one-dimensional energy balance model, allows for the estimation of the heat loss to the atmosphere and hence, ice-production rates. However, an extended application of this approach is inherently connected with severe challenges that originate predominantly from the disturbing influence of clouds and necessary simplifications in the model set-up, which all need to be carefully considered and compensated for. The presented thesis addresses these challenges and demonstrates the applicability of thermal infrared TIT distributions for a long-term polynya monitoring, as well as an accurate estimation of ice production in Arctic polynyas at a relatively high spatial resolution. Being written in a cumulative style, the thesis is subdivided into three parts that show the consequent evolution and improvement of the TIT retrieval, based on two regional studies (Storfjorden and North Water (NOW) polynya) and a final large-scale, pan-Arctic study. The first study on the Storfjorden polynya, situated in the Svalbard archipelago, represents the first long-term investigation on spatial and temporal polynya characteristics that is solely based on daily TIT fields derived from MODIS thermal infrared satellite data and ECMWF ERA-Interim atmospheric reanalysis data. Typical quantities such as polynya area (POLA), the TIT distribution, frequencies of polynya events as well as the total ice production are derived and compared to previous remote sensing and modeling studies. The study includes a first basic approach that aims for a compensation of cloud-induced gaps in daily TIT composites. This coverage-correction (CC) is a mathematically simple upscaling procedure that depends solely on the daily percentage of available MODIS coverage and yields daily POLA with an error-margin of 5 to 6 %. The NOW polynya in northern Baffin Bay is the main focus region of the second study, which follows two main goals. First, a new statistics-based cloud interpolation scheme (Spatial Feature Reconstruction - SFR) as well as additional cloud-screening procedures are successfully adapted and implemented in the TIT retrieval for usage in Arctic polynya regions. For a 13-yr period, results on polynya characteristics are compared to the CC approach. Furthermore, an investigation on highly variable ice-bridge dynamics in Nares Strait is presented. Second, an analysis of decadal changes of the NOW polynya is carried out, as the additional use of a suite of passive microwave sensors leads to an extended record of 37 consecutive winter seasons, thereby enabling detailed inter-sensor comparisons. In the final study, the SFR-interpolated daily TIT composites are used to infer spatial and temporal characteristics of 17 circumpolar polynya regions in the Arctic for 2002/2003 to 2014/2015. All polynya regions combined cover an average thin-ice area of 226.6 -± 36.1 x 10-³ km-² during winter (November to March) and yield an average total wintertime accumulated ice production of about 1811 -± 293 km-³. Regional differences in derived ice production trends are noticeable. The Laptev Sea on the Siberian shelf is presented as a focus region, as frequently appearing polynyas along the fast-ice edge promote high rates of new ice production. New affirming results on a distinct relation to sea-ice area export rates and hence, the Transpolar Drift, are shown. This new high-resolution pan-Arctic data set can be further utilized and build upon in a variety of atmospheric and oceanographic applications, while still offering room for further improvements such as incorporating high-resolution atmospheric data sets and an optimized lead-detection.
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.
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.
Arctic and Antarctic polynya systems are of high research interest since extensive new ice formation takes place in these regions. The monitoring of polynyas and the ice production is crucial with respect to the changing sea-ice regime. The thin-ice thickness (TIT) distribution within polynyas controls the amount of heat that is released to the atmosphere and has therefore an impact on the ice-production rates. This thesis presents an improved method to retrieve thermal-infrared thin-ice thickness distributions within polynyas. TIT with a spatial resolution of 1 km × 1 km is calculated using the MODIS ice-surface temperature and atmospheric model variables within the Laptev Sea polynya for the winter periods 2007/08 and 2008/09. The improvement of the algorithm is focused on the surface-energy flux parameterizations. Furthermore, a thorough sensitivity analysis is applied to quantify the uncertainty in the thin-ice thickness results. An absolute mean uncertainty of -±4.7 cm for ice below 20 cm of thickness is calculated. Furthermore, advantages and drawbacks using different atmospheric data sets are investigated. Daily MODIS TIT composites are computed to fill the data gaps arising from clouds and shortwave radiation. The resulting maps cover on average 70 % of the Laptev Sea polynya. An intercomparison of MODIS and AMSR-E polynya data indicates that the spatial resolution issue is essential for accurately deriving polynya characteristics. Monthly fast-ice masks are generated using the daily TIT composites. These fast-ice masks are implemented into the coupled sea-ice/ocean model FESOM. An evaluation of FESOM sea-ice concentrations is performed with the result that a prescribed high-resolution fast-ice mask is necessary regarding the accurate polynya location. However, for a more realistic simulation of other small-scale sea-ice features further model improvements are required. The retrieval of daily high-resolution MODIS TIT composites is an important step towards a more precise monitoring of thin sea ice and sea-ice production. Future work will address a combined remote sensing " model assimilation method to simulate fully-covered thin-ice thickness maps that enable the retrieval of accurate ice production values.
Die Gemeine Fichte (Picea abies (L.) Karst.) zählt in Mitteleuropa zu den häufigsten und wirtschaftlich bedeutsamsten Baumarten. Aufgrund ihrer forstwirtschaftlichen Nutzbarkeit wird sie " insbesondere in Deutschland " weit über ihr natürliches Verbreitungsgebiet hinaus angebaut. Die Entwicklungsgeschichte der jeweiligen Populationen und die auf sie einwirkenden Standortfaktoren haben in Bezug auf ihre genetische Konstitution unterschiedlichen Einfluss ausgeübt. Wenn auch anhand morphologischer und isoenzymatischer Studien erste Kenntnisse zur Differenzierung der Fichte in ihrem europäischen Verbreitungsgebiet vorliegen, so muss vermutet werden, dass die bisher verwendeten Methoden nicht ausreichend in der Lage sind die genetische Variabilität der Fichte und die Differenzierung ihrer Populationen in ihrem deutschen Verbreitungsgebiet zu beschreiben. Ziel dieser Untersuchung war deshalb die Durchführung einer umfassenden populationsgenetischen Charakterisierung der Fichte in Deutschland auf Basis geeigneter molekulargenetischer Verfahren. Der Schwerpunkt lag insbesondere auf der Überprüfung möglicher genetischer Differenzierungen von Populationen und in der Darstellung ihrer genetischen Variabilität. Dazu wurden insgesamt vier PCR-gestützte Techniken eingesetzt: RAPD (random amplified polymorphic DNA), ISSR (inter simple sequence repeats), SSR (simple sequence repeats) und EST (expressed sequence tags). Die populationsgenetischen Analysen erfolgten an sieben Fichtenbeständen, deren Auswahl sowohl die gesamte Nord-Süd-Ausdehnung Deutschlands als auch die wesentlichen Höhenstufen berücksichtigte. Von jeder Fläche wurden 30 Individuen beprobt, morphologisch-biometrisch charakterisiert und populationsgenetisch analysiert. Als Probenmaterial für die genetische Analyse wurden Nadeln einjähriger Triebe verwendet. Die morphologisch-biometrische Analyse ergab bezüglich der Parameter Stammumfang, Baumhöhe, Trieblänge und -gewicht einjähriger Triebe sowie einiger daraus errechneter Relationen große Differenzierungen zwischen den untersuchten Populationen. Während sich die Bestände in den Höhenlagen durch niedrigen aber kräftigen Wuchs sowie vergleichsweise kurze und kompakt erscheinende Triebe auszeichneten, zeigten die Bäume der Niederungen eher ein verhältnismäßig schlankes Erscheinungsbild und lange Triebe bei niedrigen Triebgewichten. Die übrigen Bestände waren einem intermediären Typ zuzuordnen. Im Rahmen der populationsgenetischen Analyse wurden zahlreiche deskriptive und populationsgenetische Parameter zur Charakterisierung der Populationen verwendet. Während mit den dominanten Verfahren mit 14 (RAPD) bzw. 4 (ISSR) Primern 234 bzw. 36 Marker amplifiziert wurden, konnten mit Hilfe der jeweils 3 verwendeten SSR- bzw. EST-Primer 34 bzw. 9 Produkte nachgewiesen werden. Es konnte deutlich gemacht werden, dass die Detailbetrachtung der je nach Markersystem ermittelten populationsgenetischen Parameter zum Teil gegensätzliche Ergebnisse erbrachte. Während im Rahmen der ISSR-Analyse eine deutliche Differenzierung der Populationen innerhalb des natürlichen Verbreitungsgebietes gegenüber der Gruppe der künstlichen Bestände erbracht werden konnte, war dies mit den übrigen Markersystemen nicht nachvollziehbar. In der Gesamtbetrachtung aller Ergebnisse sind jedoch drei Schwerpunkte über alle verwendeten Methoden herauszuarbeiten: (1) zwischen den untersuchten Populationen bestehen lediglich geringe Differenzierungen, (2) die untersuchten Populationen zeichnen sich durch eine hohe bis sehr hohe genetische Variabilität aus, (3) die Variation der Grundgesamtheit ist durch die Variation innerhalb der Populationen begründet. Mit diesen Ergebnissen konnte auf Basis von DNA-Analysen die aus theoretischen Überlegungen sowie aus isoenzymatischen Untersuchungen stammenden Vermutungen hoher genetischer Variabilität von Fichtenpopulationen belegt werden. Darüber hinaus konnte deutlich gemacht werden, dass mit den verwendeten Markersystemen trotz großer morphologisch-biometrischer Differenzierung der untersuchten Bestände kein Zusammenhang zwischen Morphologie und Genetik nachweisbar ist. Erst die Entwicklung spezifischer EST-Marker wird die zur Zeit noch bestehende Lücke des funktionalen Zusammenhangs schließen können.
Auf der Grundlage von bodenphysikalischen Standortdaten wurden mit dem physikalisch basierten Modell CATFLOW Bodenwassergehalte und Abflussprozesse von verschiedenen Standorten im Mesozoikum der Trierer Bucht auf der Plotskale simuliert. Die Standorte unterscheiden sich durch das Ausgangssubstrat der Bodenbildung (lehmig-tonig, schluffig-sandig) und die Landnutzung (Acker, Grünland, Wald). Für die Modellvalidierung standen wöchentliche Bodenwassergehaltsmessungen, monatliche Sickerwassersummen aus Lysimetermessungen und Oberflächen- und Zwischenabflusskurven von Beregnungsversuchen zur Verfügung. Ziel der Arbeit ist es zu untersuchen, inwieweit Retentionseigenschaften, Abflussprozesse und Abflussmengen aus Standortdaten ohne eine weitere Kalibrierung des Modells abgeleitet werden können. Besonderer Wert wird dabei auf die Parametrisierung des Bodens gelegt. Das Modell simuliert den Wassertransport in der Bodenmatrix über die zweidimensionale Richardsgleichung und den schnellen Wassertransport in Makroporen über ein einfaches Bulk-Modell. Daneben werden Oberflächenrauhigkeit, Durchwurzelungstiefe und Vegetationsbedeckung im Jahresgang berücksichtigt. Um den Einfluss von unterschiedlichen Parametrisierungen des Bodens aufzuzeigen, werden verschiedene Parametrisierungsvarianten untersucht. Die van Genuchten/Mualem-Parameter, welche die Retentions- und Leitfähigkeitseigenschaften der einzelnen Bodenhorizonte beschreiben, wurden zum einen über die Bodenart und Trockenrohdichte bestimmt und zum anderen über die Anpassung von Retentionskurven an im Labor bestimmte Punkte der Wasserspannungskurve ermittelt. Die Ergebnisse der Simulationen für die Standorte mit Bodenfeuchtemessung zeigen, dass mit dem Modell der Jahresgang der Bodenfeuchte prinzipiell nachvollzogen werden kann. Jedoch führt keine der drei Parametrisierungsvarianten zu einer eindeutigen Überlegenheit bei der Simulationsgüte. Um neben den üblichen Gütemaßen ein weiteres Kriterium für den Erfolg oder Misserfolg einer Standortsimulation zu gewinnen, wurden die Simulationsergebnisse mit den Messwerten der anderen Standorte verglichen. An vier von zehn Standorten führt der Vergleich der Messwerte mit den Simulationen von anderen Standorten zu einer deutlich besseren Übereinstimmung als die Simulation für diesen Standort. Die Ergebnisse der Simulationen der Lysimeterstandorte zeigen, dass mit dem Makroporenansatz ein schneller Wasserfluss im Sommer nicht simuliert werden kann, da das "Anspringen" der Makroporen im Modellkonzept an den Bodenwassergehalt geknüpft ist. Auch hier wurden die Simulationsergebnisse mit den Messwerten der anderen Standorte verglichen. Für fünf von acht Standorten konnte mit den simulierten Sickerwassermengen von anderen Standorten eine bessere Übereinstimmung erzielt werden. Die Simulation der Sickerwassermenge aus Lysimetern scheint daher auf Grundlage der vorliegenden Datenbasis den jeweiligen Standort nicht in seiner Einzigartigkeit charakterisieren zu können. Die mit den Beregnungsversuchen bestimmten Abflussprozesse konnten für die Mehrheit der 18 Standorte mit dem Modell abgebildet werden. Der Oberflächenabfluss konnte für Standorte, die nicht zur Verschlämmung neigen, unter Berücksichtigung von Infiltrationsdaten sehr gut nachgezeichnet werden. Zwischenabfluss wird zwar simuliert, bleibt aber auf der Plotskale in Dynamik und Abflussmenge hinter dem Realsystem zurück. Mit der Untersuchung konnte gezeigt werden, dass sich sowohl die zeitliche Entwicklung des Bodenwassergehaltes, als auch die gemessenen Abflussprozesse allein über die Standortdaten, ohne eine weitere Kalibrierung des Modells, abbilden lassen. Die Trennschärfe der Modellierung ist bei Standorten mit relativ ähnlicher bodenphysikalischer Ausstattung begrenzt. Andererseits müssen aber auch Messungenauigkeiten, besonders bei der thermogravimetrischen Bestimmung des Bodenwassergehaltes, berücksichtigt werden. Eine standortbezogene Aussage über Retentions- und Abflussverhalten ist über eine Simulation möglich, jedoch bleibt die quantitative Aussagekraft begrenzt.
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.
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.
Dieser Maßnahmenkatalog stellt Anpassungsoptionen für den Weinbau an der Mittelmosel vor. Die gemeinsam mit lokalen Akteur*innen erarbeiteten Maßnahmen zielen erstens darauf ab, konkrete Handlungsoptionen zur Anpassung des Weinbaus an den Klimawandel aufzuzeigen. Zweitens sollen durch strukturelle Maßnahmen bestehende regionalspezifische Herausforderungen adressiert und die generellen Anpassungskapazitäten der Akteur*innen an der Mittelmosel gestärkt werden.
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.
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.
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.
Up-to-date information about the type and spatial distribution of forests is an essential element in both sustainable forest management and environmental monitoring and modelling. The OpenStreetMap (OSM) database contains vast amounts of spatial information on natural features, including forests (landuse=forest). The OSM data model includes describing tags for its contents, i.e., leaf type for forest areas (i.e., leaf_type=broadleaved). Although the leaf type tag is common, the vast majority of forest areas are tagged with the leaf type mixed, amounting to a total area of 87% of landuse=forests from the OSM database. These areas comprise an important information source to derive and update forest type maps. In order to leverage this information content, a methodology for stratification of leaf types inside these areas has been developed using image segmentation on aerial imagery and subsequent classification of leaf types. The presented methodology achieves an overall classification accuracy of 85% for the leaf types needleleaved and broadleaved in the selected forest areas. The resulting stratification demonstrates that through approaches, such as that presented, the derivation of forest type maps from OSM would be feasible with an extended and improved methodology. It also suggests an improved methodology might be able to provide updates of leaf type to the OSM database with contributor participation.
Mechanisch-biologisch behandelte Abfälle zeigen im Vergleich mit unbehandelten Siedlungsabfällen völlig veränderte geomechanische Eigenschaften auf. Das Emissionspotenzial ist weitgehend reduziert. Dies erforderte eine Anpassung der Deponietechnik bezüglich Materialeinbau und Deponiebetrieb. Um sowohl das Deponieverhalten der mechanisch-biologisch behandelten Abfälle sowie das verbleibende Emissionspotenzial beurteilen zu können, wurde in dieser Arbeit ein breit angelegtes Untersuchungsprogramm im Deponiefeld umgesetzt, welches zum Ziel hat, das Langzeitverhalten des mechanisch-biologisch behandelten Abfalls im Deponiefeld zu beschreiben. Hieraus wurden Empfehlungen für Deponiebetreiber abgeleitet, die eine langfristige Sicherung der gesetzlichen Anforderungen an das Ablagern von MBA-Material gewährleisten. Somit wird der Forderung nach einem nachhaltigen Schutz der Umwelt Rechnung getragen. Eine solche Sicherung ermöglicht einen langfristig ökonomisch und ökologisch tragbaren Deponiebetrieb und somit die nötige Planungssicherheit für Deponiebetreiber. rnDie bisherigen Erfahrungen haben gezeigt, dass MBA-Deponien unter den beschriebenen Bedingungen ohne größere Probleme betrieben werden können. Durch die mechanisch-biologische Behandlung wurde jedoch der gesamte Bereich der Ablagerung neu definiert. rnSchwerpunkt des Untersuchungsprogramms war die Untersuchung der Temperatur- und Feuchtigkeitsentwicklung im Deponiekörper, der daraus resultierenden Auswirkungen auf die Zusammensetzung und Menge des Deponiegases sowie die Beurteilung der geotechnischen Erfordernisse an das abzulagernde Material und das Deponiefeld. Hierbei stand die Untersuchung von Porenwasserdrücken im Vordergrund. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass die Temperaturniveaus im Deponiekörper mit ca. 16-25-°C etwas unter den von DSR lagen. Die Deponiegaszusammensetzung weicht ebenfalls etwas von den Ergebnissen aus DSR ab. Die Deponiegasmenge liegt im erwarteten Bereich und lässt Rückschlüsse auf das Gasphasenmodell zu. An den Zuordnungskriterien konnten keine wesentlichen Veränderungen oder Abbauraten bezogen auf das Ursprungsmaterial beobachtet werden. Die Anforderungen an den Einbau von mechanisch-biologisch behandelten Abfällen sollten weiterhin unter der Maßgabe: verdichteter Dünnschichteinbau, Profilierung mit 5-10% Gefälle, Einbauwassergehalt 30-35 %, geringstmögliche Einbaufläche und einer arbeitstägigen Abdeckung des Deponiefeldes mit wasserundurchlässigem Material in regenintensiven Monaten und im Winter erfolgen. Ein Deponiebetrieb nach den Vorgaben des Anhanges 5, Nr. 6 der Deponieverord-nung, nach dem ein Deponiebetreiber den Anfall von Sickerwasser so gering zu halten hat, wie dies nach dem Stand der Technik möglich ist, ist somit umsetzbar. Aufgrund der geringen Sickerwassermengen und des verdichteten Materialeinbaus stellt der Deponiekörper mit MBA-Material kein umweltrelevantes Gefährdungspotenzial bezogen auf die Deponiegasemissionen dar, insofern nach Abschluss des Deponiekörpers eine Methanoxidationsschicht als Oberflächenabdichtung aufgebracht wird.
The main research question of this thesis was to set up a framework to allow for the identification of land use changes in drylands and reveal their underlying drivers. The concept of describing land cover change processes in a framework of global change syndrome was introduced by Schellnhuber et al. (1997). In a first step the syndrome approach was implemented for semi-natural areas of the Iberian Peninsula based on time series analysis of the MEDOKADS archive. In the subsequent study the approach was expanded and adapted to other land cover strata. Furthermore, results of an analysis of the relationship of annual NDVI and rainfall data were incorporated to designate areas that show a significant relationship indicating that at least a part of the variability found in NDVI time series was caused by precipitation. Additionally, a first step was taken towards the integration of socio-economic data into the analysis; population density changes between 1961 and 2008 were utilized to support the identification of processes related to land abandonment accompanied by cessation of agricultural practices on the one hand and urbanization on the other. The main findings of the studies comprise three major land cover change processes caused by human interaction: (i) shrub and woody vegetation encroachment in the wake of land abandonment of marginal areas, (ii) intensification of non-irrigated and irrigated, intensively used fertile regions and (iii) urbanization trends along the coastline caused by migration and the increase of mass tourism. Land abandonment of cultivated fields and the give-up of grazing areas in marginal mountainous areas often lead to the encroachment of shrubs and woody vegetation in the course of succession or reforestation. Whereas this cover change has positive effects concerning soil stabilization and carbon sequestration the increase of biomass involves also negative consequences for ecosystem goods and services; these include decreased water yield as a result of increased evapotranspiration, increasing fire risk, decreasing biodiversity due to landscape homogenization and loss of aesthetic value. Arable land in intensively used fertile zones of Spain was further intensified including the expansion of irrigated arable land. The intensification of agriculture has also generated land abandonment in these areas because less people are needed in the agricultural labour sector due to mechanization. Urbanization effects due to migration and the growth of the tourism sector were mapped along the eastern Mediterranean coast. Urban sprawl was only partly detectable by means of the MEDOKADS archive as the changes of urbanization are often too subtle to be detected by data with a spatial resolution of 1 km-². This is in line with a comparison of a Landsat TM time series and the NOAA AVHRR archive for a study area in the Greece that showed that small scale changes cannot be detected based on this approach, even though they might be of high relevance for local management of resources. This underlines the fact that land degradation processes are multi-scale problems and that data of several spatial and temporal scales are mandatory to build a comprehensive dryland observation system. Further land cover processes related to a decrease of greenness did not play an important role in the observation period. Thus, only few patches were identified, suggesting that no large-scale land degradation processes are taking place in the sense of decline of primary productivity after disturbances. Nevertheless, the land cover processes detected impact ecosystem functioning and using the example of shrub encroachment, bear risks for the provision of goods and services which can be valued as land degradation in the sense of a decline of important ecosystem goods and services. This risk is not only confined to the affected ecosystem itself but can also impact adjacent ecosystems due to inter-linkages. In drylands water availability is of major importance and the management of water resources is an important political issue. In view of climate change this topic will become even more important because aridity in Spain did increase within the last decades and is likely to further do so. In addition, the land cover changes detected by the syndrome approach could even augment water scarcity problems. Whereas the water yield of marginal areas, which often serve as headwaters of rivers, decreases with increasing biomass, water demand of agriculture and tourism is not expected to decline. In this context it will be of major importance to evaluate the trade-offs between different land uses and to take decisions that maintain the future functioning of the ecosystems for human well-being.
Kunstgeographie versucht, die räumlichen Beziehungen zwischen der (Bau-) Kunst und den sie bestimmenden Faktoren innerhalb ihres Entstehungsraumes aufzuzeigen. Dabei werden die örtliche Verbreitung von Stilformen und "typen, die Baumaterialien und die landschaftliche Differenzierung und regionale Ausprägung von Stilformen untersucht. Neben der Aufarbeitung des aktuellen Forschungsstandes wird in dieser Arbeit die kunstgeographische Analyse als Methode einer synthetisch-kulturgeographischen Raumdifferenzierung entwickelt und am Beispiel der Renaissancearchitektur in Deutschland aufgezeigt. Auf Basis von mehr als 3.100 Renaissancebauten konnten durch die kartographische Umsetzung und Interpretation der erhobenen Daten erstmals kunstgeographische Raumbilder als Konzentrationsräume des Baustils visualisiert werden. Dabei wurden Faktoren wie der Einfluss des Menschen, der Naturraum sowie die wirtschaftlichen, historischen und sozialen Bedingungen analysiert, die raumbildprägend sind. Neben der internationalen Entwicklung fließen die innerhalb Deutschlands wirksamen Innovationszentren und Schlüsselbauten der Renaissancearchitektur in die Betrachtung ein, sodass die Gemeinsamkeiten und Unterschiede innerhalb unserer Kulturumwelt im regionalen und überregionalen Zusammenhang verdeutlicht und in Bezug gesetzt werden. Es wird gezeigt, dass sich innerhalb des Zeitstils der Renaissance in Deutschland vor einem unterschiedlichen kunstgeographischen Hintergrund regionale Schwerpunkt räume formierten, die bis heute das Raumbild beeinflussen. Damit wird ein detaillierter, raumwissenschaftlich erklärender Überblick über die Verbreitung und Ausprägung des Zeitstils vorgestellt, der die Basis einer anwendungsorientierten humangeographischen Forschung in den Bereichen Kulturleben und Tourismusentwicklung bildet.
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.
Das bauliche Erbe der Befestigungs- und Verteidigungssysteme im SaarLorLux-Raum vom 16. Jahrhundert bis zum Zweiten Weltkrieg. Möglichkeiten und Probleme seiner Inwertsetzung unter besonderer Berücksichtigung freizeit- und tourismusorientierter Nutzungsformen. Seit der Teilung des karolingischen Großreichs 843 entwickelten sich in der heutigen Europaregion SaarLorLux vielfältige territoriale Auseinandersetzungen und zahlreiche Grenzverschiebungen, die zu einer außergewöhnlichen Konzentration von Festungs- und Verteidigungsanlagen aus verschiedenen Epochen in diesem Raum führten. Dass dies als einzigartig anzusehen ist, machte der Metzer Geograph Francois Reitel deutlich, der die Region SaarLorLux als "das größte Freilichtmuseum der Welt, was die Fortifikation angeht" bezeichnete. Kaum eine andere Region kann auf ähnlich eindrucksvolle Weise räumlich konzentriert die neuzeitliche Evolution des Festungswesens aus fünf Jahrhunderten dokumentieren. Die ausgeprägte epochale Vielfalt der Festungen macht sie für einen abwechslungsreichen Be-sichtigungstourismus interessant. Im SaarLorLux-Raum sind daher Freizeit und Tourismus wichtige Zielsetzungen für die Konversion von Festungs- und Verteidigungsanlagen. Sie bieten ein großes Freiraumpotential und stellen nur teilverbaute, extensiv oder gar nicht genutzte Flächenreserven dar. Es besteht jedoch eine große Diskrepanz zwischen vielen bisher stark vernachlässigten und wenigen, zum Teil hervorragend inwertgesetzten Festungsbauwerken. Damit besitzen die Festungsanlagen des Saar-LorLux-Raumes eine große Relevanz für den Kulturtourismus, die noch weitgehend unerkannt ist. Untersuchungsgegenstand der Dissertation sind insgesamt 333 Bauwerke aus den drei neuzeitlichen, feuerwaffengeprägten Festungsbauepochen. Im Einzelnen handelt es sich dabei um die Epoche der bastionären Festungsanlagen (16.-18. Jh.), die Epoche der Forts und Großfestungsanlagen (19.Jh.) und um die Epoche der Territorialfestungen (20. Jh.). Ein grundlegendes Ziel war die Erfassung der festungsbaulichen Substanz des SaarLorLux-Raumes zur Dokumentation von Art, Umfang, Funktion und Besonderheiten der vorhandenen Objekte. Die in der Bestandsaufnahme erfassten Bauwerke wurden hinsichtlich ihrer Eignung für besucherorientierte Nutzungsmöglichkeiten beurteilt. Dadurch war es möglich 25 Einzelfestungen und Ensembles zu identifizieren, die bislang noch keine Konversion erfahren haben, aber herausragende Potentiale für eine zukünftige Nutzung im Freizeit- und Tourismusbereich darstellen. Bereits festungstouristisch genutzte Anlagen werden analysiert und bewertet. Dabei finden die Vereine als hauptsächliche Träger der Erschließung und Inwertsetzung besondere Berücksichtigung. Nach Abschätzung der Stärken und Schwächen der aktuellen touristischen Strukturen werden freizeit- und tourismusorientierte Nutzungsperspektiven für das festungsbauliche Erbe des SaarLorLux-Raumes entwickelt.
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.
Öffentlichkeitsarbeit ist in der politischen Arbeit unabdingbar geworden, die Wirkungen von Kommunikationsmaßnahmen in die Bevölkerung sind Gegenstand zahlreicher Untersuchungen. Die Wirkungen auf die Durchführenden selber, also auf die Politik und die Verwaltung, sind hingegen noch nicht untersucht worden. Hier setzt diese Arbeit an. Im Zentrum der Untersuchung steht dementsprechend die "interne" Wirkung (auf Verwaltung, Politik) einer Kommunikationsmaßnahme, weniger die "externe" (in die Bevölkerung). Zentrale These ist, dass eine an die Öffentlichkeit gerichtete Maßnahme eine interne Wirkung entfaltet, die die politischen, gesellschaftlichen und verwaltungstechnischen Rahmenbedingungen wesentlich zugunsten des beworbenen Themas verändert. Am Beispiel des Radverkehrs wird diese These überprüft. Als Untersuchungsrahmen dient die "Kopf-an" Kampagne des Bundesumweltministeriums, welche, durchgeführt in neun Kommunen Deutschlands, die Förderung des Alltagsradverkehrs zum Ziel hatte. Mittels einer vergleichenden Untersuchung von Hemmnissen und Erfolgsfaktoren kommunaler Radverkehrspolitik werden Erfolgsfaktoren für den kommunalen Radverkehr extrahiert, die die Kernthesen der Untersuchung bilden. Inwieweit diese Erfolgsfaktoren durch die "Kopf an" Kampagne positiv beeinflusst werden konnten, wird mittels Experteninterviews untersucht. Es wird gezeigt, dass eine Reihe von Faktoren positiv beeinflusst wurde und sich so aufgrund der Kampagne ein positiveres Klima für den Radverkehr in Politik und Verwaltung entwickelt hat.
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.
In der Dissertation "Kartographische Medien zur Entscheidungsunterstützung: empirische Untersuchungen georäumlicher Visualisierungen im Rahmen des Trierer Kommunalhaushalts" werden kartographische Medien im Hinblick auf die Funktion der Entscheidungsunterstützung bei der Aufstellung eines Kommunalhaushalts untersucht. Die Akteure der Haushaltsaufstellung können in drei Gruppen aufgeteilt werden: Bürger, Politiker und Verwaltungsmitarbeiter. Die grundlegende Fragestellung der Arbeit lautet: Wie muss ein räumliches Finanzauskunftssystem gestaltet sein, um die Beteiligten in verschiedenen Phasen des Entscheidungsprozesses bestmöglich zu unterstützen? Ziel ist dabei die modellhafte Entwicklung eines nutzerorientierten kommunalen Finanzauskunftssystems. Zur Erstellung der kartographischen Medien werden zunächst die Ausgaben des Trierer Kommunalhaushalts georeferenziert und mit Hilfe von Karten visualisiert. Die Georeferenzierung erfolgt dabei über die theoretische Herleitung der Raumwirkung einzelner Haushaltspositionen, die vom Grundsatz her sehr kleinräumig, gesamtstädtisch oder auch regional wirken können. Theoretisch lassen sich 79% der Ausgabepositionen des Finanzhaushalts und 45% der Ausgabepositionen des Ergebnishaushalts 2009 räumlich verorten. Einschränkungen der Georeferenzierungsquote ergeben sich aus der Datenverfügbarkeit der Stadtverwaltung Trier. Die erzeugten Kartendarstellungen unterscheiden sich im Hinblick auf die Komplexität der dargestellten Inhalte. Zum Einsatz kommen verschiedene kartographische Modellformen sowie unterschiedliche Darstellungsformen der Legende (verbal und numerisch). Der Studie besteht aus zwei empirischen Untersuchungsreihen: einer Online-Befragung und einem Bildschirmexperiment mit eye tracking und Logfile-Aufzeichnung. Diese haben gezeigt, dass die Unterschiede zwischen den drei Akteursgruppen nicht entscheidend sind. Die generelle Haltung der Probanden zur Relevanz des Raumbezugs ist vielmehr ausschlaggebend dafür, ob das Medium Karte positiv angenommen wird oder nicht. Während die Relevanz des Kriteriums "Raum" bei Entscheidungen nachgewiesen wurde, bleibt die Frage nach dessen Gewichtung innerhalb diverser Einflussgrößen kommunal-politischer Entscheidungen offen. Kartographische Medien können eine sinnvolle Unterstützung im Entscheidungsprozess darstellen, bedürfen jedoch je nach Art der Fragestellung und dementsprechend vom Nutzer durchzuführenden räumlichen Operationen einer Kombination mit Texten und/oder Tabellen. Der Bedarf an Nutzerunterstützung steigt mit der Komplexität der räumlichen Operationen: das Bilden von Mustern ist für die Nutzer mit erheblich mehr Blickaufwand verbunden als das Identifizieren von Werten in der Karte. Generell stellt die Komplexität des Informationsgehalts für die Probanden keinen Hinderungsgrund dar, mit kartographischen Medien zu arbeiten. Vielmehr müssen sich die dargestellten Inhalte an den Interessen der Akteure orientieren. Beim Betrachten der Kartendarstellungen spielen Erfahrungen im Georaum eine wesentliche Rolle. Die Untersuchung konnte zeigen, dass das Raumwissen der Probanden jedoch oft mangelhaft ist. Kartographische Medien können dabei helfen, das Raumwissen auch in Bezug auf die Verteilung von Merkmalen im Raum zu steigern. Die Probanden steuerten in der empirischen Erhebung viele Anregungen zur Gestaltung eines interaktiven Systems bei, die darauf hinweisen, dass eine nutzerorientierte Systemgestaltung zwingend erforderlich ist, wenn möglichst viele Akteure von einem kommunalen Finanzauskunftssystem profitieren sollen.
Digital technologies have become central to social interaction and accessing goods and services. Development strategies and approaches to governance have increasingly deployed self-labelled ‘smart’ technologies and systems at various spatial scales, often promoted as rectifying social and geographic inequalities and increasing economic and environmental efficiencies. These have also been accompanied with similarly digitalized commercial and non-profit offers, particularly within the sharing economy. Concern has grown, however, over possible inequalities linked to their introduction. In this paper we critically analyse the role of sharing economies’ contribution to more inclusive, socially equitable
and spatially just transitions. Conceptually, this paper brings together literature on sharing economies, smart urbanism
and just transitions. Drawing on an explorative database of sharing initiatives within the cross-border region of Luxembourg and Germany, we discuss aspects of sustainability as they relate to distributive justice through spatial accessibility, intended benefits, and their operationalization. The regional analysis shows the diversity of sharing models, how they are appropriated in different ways and how intent and operationalization matter in terms of potential benefits.
Results emphasize the need for more fine-grained, qualitative research revealing who is, and is not, participating and
benefitting from sharing economies.
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.
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.
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.
Mit der Globalisierung des Tourismus und der Technisierung der Tourismusbranche hat die Bedeutung elektronischer Tourismusmärkte im Zeitablauf zugenommen. In dem Zusammen-hang ist das Internet in jüngster Zeit zunehmend in den Mittelpunkt der öffentlichen und wissenschaftlichen Debatte gerückt, da es zum einen seitens der Tourismuswirtschaft ver-stärkt zur weltweiten Vermarktung von Angeboten und zum anderen auch von den Nachfragern vermehrt als Informations- und Buchungsmedium genutzt wird. Der Vergleich zwischen traditionellen und elektronischen Märkten zeigt, dass sie durch eine Vielzahl von Merkmalen gekennzeichnet sind. Beiden Marktmodellen ist jedoch das Zusammenführen von Anbietern und Nachfragern gemeinsam. Bereits bei der historischen Agora, dem Marktplatz des antiken Athen, wo griechische Händler Waren und Neuigkeiten aus aller Welt austauschten, handelte es sich um einen Raum der Rhetorik, des Marketings und der Public Relations. Das grundsätzlich Neue an elektronischen Tourismusmärken, wie dem Internet, ist, dass sie virtuelle Begegnungsräume darstellen und durch ihre Ubiquität eine globale und augenblickliche Reichweite erlangen. Aufgrund dieser besonderen Eigenschaften erhalten Tourismusanbieter die Möglichkeit, weltweite Länderzielgruppen schneller und einfacher zu bewerben, was aufgrund des zunehmenden internationalen Wettbewerbs von strategischer Relevanz ist. Vor diesem Hin-tergrund gewinnt auch die Erschließung neuer touristischer Quell- und Wachstumsmärkte, z.B. der Asien-Pazifik-Region, wo sich Tourismus und Internetnutzung stark entwickeln, eine besondere Bedeutung für Anbieter touristischer Leistungen. Es stellt sich jedoch die Frage nach den Merkmalen des touristischen Konsumverhaltens unterschiedlicher Nationalitäten im Internet und den Strategien von Tourismusunternehmen zur Vermarktung von Angeboten an verschiedene Länderzielgruppen. Um diese Problematik zu klären, wird im Rahmen einer Untersuchung zum touristischen Konsumverhalten im Internet das Internetnutzerverhalten verschiedener Nationalitäten am Beispiel Deutscher, Australier, Neuseeländer und Singapurer analysiert und im Kontext der aktuellen Diskussion zur Theorie der Standardisierung des Konsums hinterfragt.
Diese Arbeit konzentriert sich auf die Darstellung gemeinsamer Projekte von Hotelunternehmen und Hochschulen mit hotelspezifischen Studienangeboten. Infolge der demografischen Entwicklungen sowie des Wertewandels gewinnen Personalgewinnung und Mitarbeiterloyalisierung zunehmend an Bedeutung und werden zu einem Wettbewerbsparameter der Hotellerie. Für diese essentielle Herausforderung sind Hotelbetriebe mit engagierter Mitarbeiterförderung gefragt. Viele Hochschulen haben neue Studiengänge im Tourismus, Event- oder Hotelmanagementbereich praxisorientiert aufgelegt, um der Skepsis der Hotellerie entgegen zu wirken und um zugleich den Erwartungen der Studenten gerecht zu werden. Viele der Studenten wären potenzielle Auszubildende, die sich bei der Abwägung allerdings für die Studienoption entschieden haben. Daher ist es wichtig, in enger Kooperation mit den hierzu passenden Institutionen und Bildungsträgern, vor allem praxisnahe Studienmodelle für sich verändernde Erwartungen der Bewerber mit modernen Lehrinhalten zu entwickeln und erfolgreich am Markt zu platzieren. Daher verfolgt diese Arbeit den Ansatz, adäquate Kriterien und Faktoren für den Erfolg vertraglich vereinbarter Kooperationen zwischen Hotelketten und Hochschulen zu analysieren und daraus Handlungsempfehlungen abzuleiten. Die große Anzahl an Kooperationen macht deutlich, dass die Notwendigkeit für die Hotellerie, sich im Bereich der Mitarbeitergewinnung, -bindung und -entwicklung mit akademischen Partnern zusammen zu schließen, bei einer ansteigenden Zahl von Hotelgruppen nachvollzogen wird. Durch die zurückhaltende Vermarktung vieler Kooperationsmodelle ist deren Bekanntheit jedoch begrenzt und dadurch auch deren positive Auswirkungen auf das Image der Hotellerie. Gleichwohl sind in der Bildungslandschaft steigende Studentenzahlen und eine Vermehrung der Studiengänge bei gleichzeitig gravierender Abnahme der Zahl berufsfachlich Ausgebildeter erkennbar. Die Kooperationsmodelle sind daher ein sinnvolles Instrument, um auf diese Marktentwicklungen zu reagieren, wobei ihre Bedeutung primär von Unternehmen mit strategischer Personalpolitik erkannt wird. Daraus wurde die "Typologie privilegierter Bildungspartnerschaften" mit einer Bandbreite von zehn Kooperationstypen entwickelt. Damit werden unterschiedliche Intensitäten der partnerschaftlichen Bildungselemente ebenso deutlich wie ein individualisiertes "Faktoren-Phasenmodell", dass die Prozessstruktur der Kooperationsentwicklung abbildet. Je nach Enge der Zusammenarbeit, nach Unternehmens- und Hochschulphilosophie und entsprechend der Erfahrungen mit Kooperationen entstehen vor allem Verpflichtungen und Herausforderungen in der aktiven Gestaltung und verlässlichen Kommunikation in einem Kooperationsmodell. Eine Schlüsselrolle nimmt der persönlich verantwortliche Koordinator ein, der als Garant für eine effiziente Organisation und Professionalität angesehen wird. Daraus ableitend sind die Erfolgsfaktoren im ASP-Modell herausgefiltert worden: Attraktivität, Sicherheit und Persönlichkeit machen den Erfolg einer privilegierten Bildungspartnerschaft aus. Bestätigt wurde zudem, dass die Erfahrung der beiden Partner einer Kooperation zueinander passen muss und eine klare Zielvereinbarung mit Fixierung der Pflichten und Aufgaben erforderlich ist. Ein hoher Qualitätsanspruch, Transparenz und Prozesseffizienz ergänzen dies und machen deutlich, dass der Bildungsbereich als Teil der Personalpolitik eines Unternehmens sensibel und anspruchsvoll zugleich ist. Die Verankerung auf der Führungsebene eines Unternehmens ist entscheidend, um durch ein Signal nach innen und außen den Stellenwert einer Bildungsallianz zu verdeutlichen. Wenn aus Lernen und Wissen wirtschaftliche Vorteile erarbeitet werden können, wird Bildung noch mehr als Markenkern eines guten Arbeitgebers interpretiert. Auf dieser Grundlage wird der Gedanke der Personalentwicklung durch den Ansatz fortwährender Mitarbeiterbildung perfektioniert und der Lösungsansatz einer "privilegierten Bildungspartnerschaft" legt den Grundstein dafür. Nachwuchskräfteförderung wird zum strategischen Mittel der Mitarbeiterbindung und zur Vermeidung kostenintensiver Vakanzen, zudem sichern Netzwerke Fachwissen und stärken das Unternehmensimage. Mit privilegierten Bildungspartnerschaften werden geeignete Modelle vorgestellt, um einsatzfreudige Mitarbeiter zu halten und sie gleichzeitig auf den nächsten Karriereschritt vorzubereiten. Die vorliegende Ausarbeitung liefert einen Diskussionsbeitrag zum besseren gegenseitigen Verständnis einer Symbiose aus Hotelkette und Hochschule im Bildungsbereich sowie erfolgreiche Konzeptideen für vielfältige Netzwerkstrukturen.
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.
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.
Die Dissertation widmet sich der Eisenbahninfrastruktur des Raumes Saarland-Lothringen-Luxemburg mit ihrer hohen Netzdichte sowie der Frage, wie diese Bahnstrecken besser genutzt werden können. Möglichkeiten, wie diese Strecken durch innovative, insbesondere aber durch grenzüberschreitende Angebote im Schienen-¬verkehr besser genutzt werden können, werden aufgezeigt. Ziel ist es zu zeigen, welche Potenziale der Schienenverkehr auf Basis der vorhandenen Bahninfrastruktur als Alternative zum dominierenden Straßenverkehr bieten könnte. Der Grenzraum SaarLorLux wird dazu porträtiert, einschließlich einer historischen Genese des Bahnsystems. Dieser historische Rückblick ist kartographisch aufbereitet. Die wechselhafte politische und wirtschaftliche Geschichte des Grenzraumes, insbesondere seine Montanindustrie haben den Untersuchungsraum und die Entwicklung seiner Eisenbahnen entscheidend geprägt. Neben den neuen und schnellen Korridor-Verbindungen nach Paris und Frankfurt wird auch eine gegenläufige Entwicklung aufgezeigt, die zu einem Einbruch der Fernverkehrsqualität für SaarLorLux geführt hat. Auch beim Güterverkehr ist ein Niedergang zu beobachten, gerade im Bereich der Güter in der Montanindustrie. Die Analyse des Bestandsnetzes der gesamten Verkehrsinfrastruktur einschließlich Luftfahrt, Schifffahrt und Straßenverkehr im SaarLorLux-Raum zeigt auf, welche Standards und Verbindungsqualitäten hier vorhanden sind. Ein Schwerpunkt der Betrachtung ist der Frage gewidmet, wie durch angebotsorientierte, aber auch durch organisatorische Maßnahmen die grenzüberschreitende Zusammenarbeit im Schienenregionalverkehr optimiert werden kann. Am Beispiel eines Ringverkehrs Luxemburg-Metz-Saarbrücken-Trier-Luxemburg (Q_Intracity) zeigt der Autor, welche Chancen sich ergäben, wenn die grenzüberschreitende Kooperation ausgeweitet würde. Weitere Vorschläge betreffen die Reaktivierung von derzeit kaum genutzten oder stillgelegten Bahnstrecken sowie die Verlängerung des bestehenden Nahverkehrs über die Grenze hinweg. Für den Saar-Rossel-Raum im Eurodistrikt Saarbrücken-Forbach erläutert die Abhandlung beispielhaft, wie ein neues Stadtbahnangebot die grenzüberschreitende und umwelt-¬freundliche Mobilität stärken kann. Dabei spielt die Wiedernutzung stillgelegter Bahnstrecken der ehemaligen lothringischen Kohlebahn HBL und des Bahnnetzes links der Saar eine große Rolle. Die vorgelegte Arbeit skizziert auch Verbesserungen für den Fernverkehr: Die Abhandlung umreißt die technischen Möglichkeiten, um vorhandene Bahnstrecken zeitgemäß auszurüsten. Die Elektromobilität spielt hierbei eine besondere Rolle Das Schließen von Lücken bei der Elektrifizierung vermag die Kapazitäten der Bahnstrecken deutlich auszudehnen und gerade auch dem Güterverkehr neue und günstigere Wege zu erschließen. Die ermittelte Elektrifizierung von rund dreihundert Kilometern an bestehenden Strecken im Unter-¬suchungsraum ermöglichte beispielsweise, den regelmäßigen Dieselbetrieb auf einem Netz von fast 500 Kilometern durch elektrische Traktion zu ersetzen. Ausgehend von der Analyse der Organisationsstruktur im Schienenverkehr und mit Blick auf die heterogene Struktur der Aufgabenträger im Schienenpersonennahverkehr schlägt der Autor vor, eine grenzüberschreitend agierende Instanz mit Verantwortung für den regionalen Nahverkehr zu schaffen. Diese sollte sich an dem Rechtsrahmen eines Europäischen Verbundes für Territoriale Zusammenarbeit (EVTZ) ausrichten und dazu beitragen, dass Angebote im bestellten Schienen-¬personennahverkehr nicht mehr an den Grenzen der Zuständigkeitsbereiche von Aufgabenträgern enden. Ein weiterer Vorschlag umfasst die Schaffung einer Infrastruktur-Sicherungs- und Entwicklungs-¬gesellschaft für den Schienen-verkehr. Ihre Aufgabe sollte die akteursüber-¬greifende Initiative sein mit dem Ziel, vorhandene aber aus der Nutzung genommene Bahnstrecken vor dem Verfall zu retten und für eine spätere Nutzung aufzuwerten. Die Abhandlung beinhaltet eine erste Kostenschätzung und eine erste Priorisierung der vorgeschlagenen technischen, infrastrukturellen und administrativen Maßnahmen. Das Leitmotiv ist dabei Erhalt vor Neubau. Neubaustrecken sind nur in geringem Umfang von 32 Kilometern vorgesehen, wohingegen auf rund 165 Kilometern bestehender Trassen ein Personen-¬verkehrsangebot wieder aufgenommen werden sollte und mindestens 50 neue Bahnhöfe und Haltestellen zu errichten sind. Der Autor ermittelt einen Bedarf von rund 500 Kilometern, um Strecken mit moderner Leit- und Sicherungstechnik, Funkbetrieb und Gleiswechselbetrieb zu modernisieren. Die Dissertation versteht sich als ersten Beitrag, um für den SaarLorLux-Raum einen Masterplan Schiene zu verwirklichen. Die Abhandlung beinhaltet 147 überwiegend kartographische Abbildungen und 23 Tabellen. Im Anhang greift ein Kartendossier im Format DIN A 3 15 Karten aus der Abhandlung großformatig auf.
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.
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.