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In der Reaktion auf die Ausbreitung der Covid-19-Pandemie kam es weltweit für viele Menschen zum Bruch sozialer und räumlicher Routinen. In Deutschland haben die Landesregierungen die führende Rolle beim Versuch übernommen, durch Verfügungen und Verordnungen die weitere Ausbreitung der Pandemie einzudämmen. In diesem Kontext hat die Art und Weise wie Gesetze und Regeln Alltagsräume durchdringen für viele Menschen eine neue (unmittelbar erlebbare) Dimension angenommen. Ziel dieses Beitrags ist es, mit einem Fokus auf die getroffenen Maßnahmen der saarländischen Landesregierung diesbezüglich eine lokale Perspektive zu entwickeln. Durch die qualitative Methode der Autofotographie werden dabei individuelle Sichtweisen auf das zugrundeliegende Wechselspiel von Recht, Raum und Gesellschaft in den Vordergrund der Analyse gestellt. Durch den Blick auf sozialräumliche Zusammenhänge werden so die Auswirkungen der getroffenen Maßnahmen hinterfragt.
Grundlage der Arbeit stellten zwei Arbeitshypothesen dar, die es zu überprüfen galt. Die beiden Arbeitshypothesen wurden aufgrund einer Beobachtung eines Phänomens im Freiland formuliert, da bei scheinbar unterschiedlich starkem Reblausbesatzes im Boden kein direkter Zusammenhang zu einer schädigenden Wirkung dieses Stressphänomens (Reblausbefall) hergestellt werden konnte. Im Gegenteil traten die schädigenden Wirkungen des Reblausbefalls in Form von Rückgangserscheinungen eher in Rebflächen auf, die einer mangelhaften Bewirtschaftung oder Bestandsführung unterlagen. Zur Klärung dieses Phänomens wurden daher die beiden (A., B.) folgenden Hypothesen aufgestellt, die es zu überprüfen galt:
A.: Die in mit Unterlagsrebsorten der Kreuzung V. berlandieri x V. riparia zu beobachtenden Rückgangserscheinungen in Rebanlagen mit Reblausvorkommen werden nicht allein durch die Saugtätigkeit der Reblaus an den Rebwurzeln verursacht; eine direkte Korrelation zwischen Reblausdichte und Ausmaß der Rückgangserscheinungen an infizierten Reben besteht nicht. B.: Das Ausmaß möglicher Rückgangserscheinungen ist abhängig von der Bewirtschaftung des Rebbestands, wobei der Bodenbewirtschaftung eine maßgebliche Rolle zukommt.
Um diese Hypothesen zu überprüfen wurde ableitend von den Zielen der Arbeit ein Reblausbonitursystem zur Erfassung der Reblausabudanz im Freiland im Boden erarbeitet. Die besonderen Schwierigkeiten bei der Erfassung des Reblausbefalls im Boden aufgrund des stark variierenden Wurzelsystems der Rebe und dem ebenfalls stark schwankenden Reblausbefalls an der Wurzel der Rebe wurde mit dem Reblausbonitursystem (Grabungen) Rechnung getragen, sodass ein valides System zur Beurteilung des Reblausbefalls auch im jahreszeitlichen Verlauf erstellt worden konnte. Damit wurde ein Reblausbonitursystem geschaffen, das auch in praktischer Anwendung durchführbar ist und somit mit seiner höheren möglichen Replikationsrate bei der Probenentnahme dem stark variierenden Charakter des Reblausbefalls im Boden Rechnung trägt.
Um Rückgangserscheinungen in einem Weinberg nachhaltig analysieren zu können, wurde ein Wuchsbonitursystem evaluiert. Dieses System beurteilt alle Reben einer Rebfläche innerhalb eines einfachen für den Menschen kognitiv sehr gut verarbeitenden Bewertungssystem zum Wuchs der Reben. Damit ist eine Erfassung einer sehr großen Datenmenge zur Beurteilung des Wuchses auf einem Rebfeld möglich. Die Korrelation des mit dem System ermittelten Wuchses zu vielen Leistungsparametern der Rebe und den Gegebenheiten auf den Versuchsflächen zeigt die hohe Validität des Wuchsbonitursystems auf. Auch konnten Wuchsunterschiede in sehr differierenden Versuchsfeldern mit dieser Methode deutlich belegt werden. Damit wurde deutlich, dass mit dieser Wuchsboniturmethode die Rückgangserscheinungen in einer Rebfläche erkannt und analysiert werden konnten. Somit konnten mit den beiden Instrumenten der Wuchs- und Reblausbonitur die beiden Arbeitshypothesen dahingehend belegt werden, dass unter Verwendung der Unterlagensorten der Kreuzungskombination V. berlandieri x V. riparia kein Zusammenhang zwischen der Reblausdichte im Boden und Rückgangserscheinungen der Rebe vorliegen. Darüber hinaus konnte belegt werden, dass in Erweiterung dieser Erkenntnis das Ausmaß der Rückganserscheinungen bei Reben maßgeblich von der Art der Bewirtschaftung abhängt und somit deutlich abzutrennen ist vom Einfluss des Reblausbefalls. Vor allem konnte durch die vorliegende Arbeit unter Einbeziehung des Wuchsbonitursystems eine Methode erarbeitet werden, die in Zukunft bei der Beurteilung von Fernerkundungsdaten ein nützliches Instrument darstellt, um die wirklichen Gegebenheiten hinsichtlich des Wuchses der Reben auf Weinbergsflächen mit den berechneten Werten zu Wuchsindizes zu korrelieren.
Traditionell werden Zufallsstichprobenerhebungen so geplant, dass nationale Statistiken zuverlässig mit einer adäquaten Präzision geschätzt werden können. Hierbei kommen vorrangig designbasierte, Modell-unterstützte (engl. model assisted) Schätzmethoden zur Anwendung, die überwiegend auf asymptotischen Eigenschaften beruhen. Für kleinere Stichprobenumfänge, wie man sie für Small Areas (Domains bzw. Subpopulationen) antrifft, eignen sich diese Schätzmethoden eher nicht, weswegen für diese Anwendung spezielle modellbasierte Small Area-Schätzverfahren entwickelt wurden. Letztere können zwar Verzerrungen aufweisen, besitzen jedoch häufig einen kleineren mittleren quadratischen Fehler der Schätzung als dies für designbasierte Schätzer der Fall ist. Den Modell-unterstützten und modellbasierten Methoden ist gemeinsam, dass sie auf statistischen Modellen beruhen; allerdings in unterschiedlichem Ausmass. Modell-unterstützte Verfahren sind in der Regel so konstruiert, dass der Beitrag des Modells bei sehr grossen Stichprobenumfängen gering ist (bei einer Grenzwertbetrachtung sogar wegfällt). Bei modellbasierten Methoden nimmt das Modell immer eine tragende Rolle ein, unabhängig vom Stichprobenumfang. Diese Überlegungen veranschaulichen, dass das unterstellte Modell, präziser formuliert, die Güte der Modellierung für die Qualität der Small Area-Statistik von massgeblicher Bedeutung ist. Wenn es nicht gelingt, die empirischen Daten durch ein passendes Modell zu beschreiben und mit den entsprechenden Methoden zu schätzen, dann können massive Verzerrungen und / oder ineffiziente Schätzungen resultieren.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der zentralen Frage der Robustheit von Small Area-Schätzverfahren. Als robust werden statistische Methoden dann bezeichnet, wenn sie eine beschränkte Einflussfunktion und einen möglichst hohen Bruchpunkt haben. Vereinfacht gesprochen zeichnen sich robuste Verfahren dadurch aus, dass sie nur unwesentlich durch Ausreisser und andere Anomalien in den Daten beeinflusst werden. Die Untersuchung zur Robustheit konzentriert sich auf die folgenden Modelle bzw. Schätzmethoden:
i) modellbasierte Schätzer für das Fay-Herriot-Modell (Fay und Herrot, 1979, J. Amer. Statist. Assoc.) und das elementare Unit-Level-Modell (vgl. Battese et al., 1988, J. Amer. Statist. Assoc.).
ii) direkte, Modell-unterstützte Schätzer unter der Annahme eines linearen Regressionsmodells.
Das Unit-Level-Modell zur Mittelwertschätzung beruht auf einem linearen gemischten Gauss'schen Modell (engl. mixed linear model, MLM) mit blockdiagonaler Kovarianzmatrix. Im Gegensatz zu bspw. einem multiplen linearen Regressionsmodell, besitzen MLM-Modelle keine nennenswerten Invarianzeigenschaften, so dass eine Kontamination der abhängigen Variablen unvermeidbar zu verzerrten Parameterschätzungen führt. Für die Maximum-Likelihood-Methode kann die resultierende Verzerrung nahezu beliebig groß werden. Aus diesem Grund haben Richardson und Welsh (1995, Biometrics) die robusten Schätzmethoden RML 1 und RML 2 entwickelt, die bei kontaminierten Daten nur eine geringe Verzerrung aufweisen und wesentlich effizienter sind als die Maximum-Likelihood-Methode. Eine Abwandlung von Methode RML 2 wurde Sinha und Rao (2009, Canad. J. Statist.) für die robuste Schätzung von Unit-Level-Modellen vorgeschlagen. Allerdings erweisen sich die gebräuchlichen numerischen Verfahren zur Berechnung der RML-2-Methode (dies gilt auch für den Vorschlag von Sinha und Rao) als notorisch unzuverlässig. In dieser Arbeit werden zuerst die Konvergenzprobleme der bestehenden Verfahren erörtert und anschließend ein numerisches Verfahren vorgeschlagen, das sich durch wesentlich bessere numerische Eigenschaften auszeichnet. Schließlich wird das vorgeschlagene Schätzverfahren im Rahmen einer Simulationsstudie untersucht und anhand eines empirischen Beispiels zur Schätzung von oberirdischer Biomasse in norwegischen Kommunen illustriert.
Das Modell von Fay-Herriot kann als Spezialfall eines MLM mit blockdiagonaler Kovarianzmatrix aufgefasst werden, obwohl die Varianzen des Zufallseffekts für die Small Areas nicht geschätzt werden müssen, sondern als bereits bekannte Größen betrachtet werden. Diese Eigenschaft kann man sich nun zunutze machen, um die von Sinha und Rao (2009) vorgeschlagene Robustifizierung des Unit-Level-Modells direkt auf das Fay-Herriot Model zu übertragen. In der vorliegenden Arbeit wird jedoch ein alternativer Vorschlag erarbeitet, der von der folgenden Beobachtung ausgeht: Fay und Herriot (1979) haben ihr Modell als Verallgemeinerung des James-Stein-Schätzers motiviert, wobei sie sich einen empirischen Bayes-Ansatz zunutze machen. Wir greifen diese Motivation des Problems auf und formulieren ein analoges robustes Bayes'sches Verfahren. Wählt man nun in der robusten Bayes'schen Problemformulierung die ungünstigste Verteilung (engl. least favorable distribution) von Huber (1964, Ann. Math. Statist.) als A-priori-Verteilung für die Lokationswerte der Small Areas, dann resultiert als Bayes-Schätzer [=Schätzer mit dem kleinsten Bayes-Risk] die Limited-Translation-Rule (LTR) von Efron und Morris (1971, J. Amer. Statist. Assoc.). Im Kontext der frequentistischen Statistik kann die Limited-Translation-Rule nicht verwendet werden, weil sie (als Bayes-Schätzer) auf unbekannten Parametern beruht. Die unbekannten Parameter können jedoch nach dem empirischen Bayes-Ansatz an der Randverteilung der abhängigen Variablen geschätzt werden. Hierbei gilt es zu beachten (und dies wurde in der Literatur vernachlässigt), dass die Randverteilung unter der ungünstigsten A-priori-Verteilung nicht einer Normalverteilung entspricht, sondern durch die ungünstigste Verteilung nach Huber (1964) beschrieben wird. Es ist nun nicht weiter erstaunlich, dass es sich bei den Maximum-Likelihood-Schätzern von Regressionskoeffizienten und Modellvarianz unter der Randverteilung um M-Schätzer mit der Huber'schen psi-Funktion handelt.
Unsere theoriegeleitete Herleitung von robusten Schätzern zum Fay-Herriot-Modell zeigt auf, dass bei kontaminierten Daten die geschätzte LTR (mit Parameterschätzungen nach der M-Schätzmethodik) optimal ist und, dass die LTR ein integraler Bestandteil der Schätzmethodik ist (und nicht als ``Zusatz'' o.Ä. zu betrachten ist, wie dies andernorts getan wird). Die vorgeschlagenen M-Schätzer sind robust bei Vorliegen von atypischen Small Areas (Ausreissern), wie dies auch die Simulations- und Fallstudien zeigen. Um auch Robustheit bei Vorkommen von einflussreichen Beobachtungen in den unabhängigen Variablen zu erzielen, wurden verallgemeinerte M-Schätzer (engl. generalized M-estimator) für das Fay-Herriot-Modell entwickelt.
Aufgrund oftmals erhöhter Arsen- und Schwermetallgehalte in den Oberböden von Auen ist eine Verwertung von Auenböden, zum Beispiel im Rahmen von Renaturierungsmaßnahmen, oftmals schwierig, da keine auenspezifische Bewertungsgrundlage für dieser Stoffgehalte vorliegt.
Am Beispiel der Lippeaue erfolgte auf Grundlage abgeleiteter Haupteinflussfaktoren für die Konzentration von Arsen- und Schwermetallen in den Oberböden die Ableitung von Hintergrundgehalten. Die Metall- und Schwermetallgehalte in den Oberböden der Lippeaue lagen i. d. R. erwartungsgemäß oberhalb der in der Praxis verwendeten Einstufungswerte (z. B. Vorsorgewerte der BBodSchV, Hintergrundwerte von NRW), die sich allerdings auf Standorte außerhalb der Aue beziehen.
Anhand von gewonnen Daten aus Projektarbeiten im Zuge der Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinie (z. B. bodenkundliche und ingenieurgeologische Profilaufnahme, bodenmechanische Laborversuche) und ergänzend durchgeführter Untersuchungen, wie z. B. Bodentypenkartierung und mineralogische Untersuchungen, erfolgte eine detaillierte Standortcharakterisierung der Böden in der Lippeaue.
Auf Basis der abgeleiteten Hintergrundgehalte wurden unter Berücksichtigung der ermittelten Bodenkennwerte und Einflussgrößen auenspezifische Einbauregeln abgeleitet. Mit dem Ziel einer praktikablen Anwendbarkeit wurde eine auf die wesentlichen Kenngrößen reduzierte Bewertungsmatrix erarbeitet. Bei geplanten baulichen Eingriffen in den Boden kann nun mit den lippeauenspezifischen Einbauwerten für Arsen und Schwermetalle anhand konventioneller Parameter für jeden Standort ermittelt werden, ob besonders günstige oder ungünstige Bedingungen für einen potenziellen Wiedereinbau vorliegen. Die abgeleiteten Hintergrundgehalte und Einbauwerte verstehen sich dabei als – auf Basis der aktuellen Datenlage abgeleitete – Handlungsempfehlung und Orientierung zur Bewertung von Böden im Hinblick auf einen gebietsübergreifenden Wiedereinbau in der Lippeaue.
In this thesis we study structure-preserving model reduction methods for the efficient and reliable approximation of dynamical systems. A major focus is the approximation of a nonlinear flow problem on networks, which can, e.g., be used to describe gas network systems. Our proposed approximation framework guarantees so-called port-Hamiltonian structure and is general enough to be realizable by projection-based model order reduction combined with complexity reduction. We divide the discussion of the flow problem into two parts, one concerned with the linear damped wave equation and the other one with the general nonlinear flow problem on networks.
The study around the linear damped wave equation relies on a Galerkin framework, which allows for convenient network generalizations. Notable contributions of this part are the profound analysis of the algebraic setting after space-discretization in relation to the infinite dimensional setting and its implications for model reduction. In particular, this includes the discussion of differential-algebraic structures associated to the network-character of our problem and the derivation of compatibility conditions related to fundamental physical properties. Amongst the different model reduction techniques, we consider the moment matching method to be a particularly well-suited choice in our framework.
The Galerkin framework is then appropriately extended to our general nonlinear flow problem. Crucial supplementary concepts are required for the analysis, such as the partial Legendre transform and a more careful discussion of the underlying energy-based modeling. The preservation of the port-Hamiltonian structure after the model-order- and complexity-reduction-step represents a major focus of this work. Similar as in the analysis of the model order reduction, compatibility conditions play a crucial role in the analysis of our complexity reduction, which relies on a quadrature-type ansatz. Furthermore, energy-stable time-discretization schemes are derived for our port-Hamiltonian approximations, as structure-preserving methods from literature are not applicable due to our rather unconventional parametrization of the solution.
Apart from the port-Hamiltonian approximation of the flow problem, another topic of this thesis is the derivation of a new extension of moment matching methods from linear systems to quadratic-bilinear systems. Most system-theoretic reduction methods for nonlinear systems rely on multivariate frequency representations. Our approach instead uses univariate frequency representations tailored towards user-defined families of inputs. Then moment matching corresponds to a one-dimensional interpolation problem rather than to a multi-dimensional interpolation as for the multivariate approaches, i.e., it involves fewer interpolation frequencies to be chosen. The notion of signal-generator-driven systems, variational expansions of the resulting autonomous systems as well as the derivation of convenient tensor-structured approximation conditions are the main ingredients of this part. Notably, our approach allows for the incorporation of general input relations in the state equations, not only affine-linear ones as in existing system-theoretic methods.
Data used for the purpose of machine learning are often erroneous. In this thesis, p-quasinorms (p<1) are employed as loss functions in order to increase the robustness of training algorithms for artificial neural networks. Numerical issues arising from these loss functions are addressed via enhanced optimization algorithms (proximal point methods; Frank-Wolfe methods) based on the (non-monotonic) Armijo-rule. Numerical experiments comprising 1100 test problems confirm the effectiveness of the approach. Depending on the parametrization, an average reduction of the absolute residuals of up to 64.6% is achieved (aggregated over 100 test problems).
The present thesis is devoted to a construction which defies generalisations about the prototypical English noun phrase (NP) to such an extent that it has been termed the Big Mess Construction (Berman 1974). As illustrated by the examples in (1) and (2), the NPs under study involve premodifying adjective phrases (APs) which precede the determiner (always realised in the form of the indefinite article a(n)) rather than following it.
(1) NoS had not been hijacked – that was too strong a word. (BNC: CHU 1766)
(2) He was prepared for a battle if the porter turned out to be as difficult a customer as his wife. (BNC: CJX 1755)
Previous research on the construction is largely limited to contributions from the realms of theoretical syntax and a number of cursory accounts in reference grammars. No comprehensive investigation of its realisations and uses has as yet been conducted. My thesis fills this gap by means of an exhaustive analysis of the construction on the basis of authentic language data retrieved from the British National Corpus (BNC). The corpus-based approach allows me to examine not only the possible but also the most typical uses of the construction. Moreover, while previous work has almost exclusively focused on the formal realisations of the construction, I investigate both its forms and functions.
It is demonstrated that, while the construction is remarkably flexible as concerns its possible realisations, its use is governed by probabilistic constraints. For example, some items occur much more frequently inside the degree item slot than others (as, too and so stand out for their particularly high frequency). Contrary to what is assumed in most previous descriptions, the slot is not restricted in its realisation to a fixed number of items. Rather than representing a specialised structure, the construction is furthermore shown to be distributed over a wide range of possible text types and syntactic functions. On the other hand, it is found to be much less typical of spontaneous conversation than of written language; Big Mess NPs further display a strong preference for the function of subject complement. Investigations of the internal structural complexity of the construction indicate that its obligatory components can optionally be enriched by a remarkably wide range of optional (if infrequent) elements. In an additional analysis of the realisations of the obligatory but lexically variable slots (head noun and head of AP), the construction is highlighted to represent a productive pattern. With the help of the methods of Collexeme Analysis (Stefanowitsch and Gries 2003) and Co-varying Collexeme Analysis (Gries and Stefanowitsch 2004b, Stefanowitsch and Gries 2005), the two slots are, however, revealed to be strongly associated with general nouns and ‘evaluative’ and ‘dimension’ adjectives, respectively. On the basis of an inspection of the most typical adjective-noun combinations, I identify the prototypical semantics of the Big Mess Construction.
The analyses of the constructional functions centre on two distinct functional areas. First, I investigate Bolinger’s (1972) hypothesis that the construction fulfils functions in line with the Principle of Rhythmic Alternation (e.g. Selkirk 1984: 11, Schlüter 2005). It is established that rhythmic preferences co-determine the use of the construction to some extent, but that they clearly do not suffice to explain the phenomenon under study. In a next step, the discourse-pragmatic functions of the construction are scrutinised. Big Mess NPs are demonstrated to perform distinct information-structural functions in that the non-canonical position of the AP serves to highlight focal information (compare De Mönnink 2000: 134-35). Additionally, the construction is shown to place emphasis on acts of evaluation. I conclude the construction to represent a contrastive focus construction.
My investigations of the formal and functional characteristics of Big Mess NPs each include analyses which compare individual versions of the construction to one another (e.g. the As Big a Mess, Too Big a Mess and So Big a Mess Constructions). It is revealed that the versions are united by a shared core of properties while differing from one another at more abstract levels of description. The question of the status of the constructional versions as separate constructions further receives special emphasis as part of a discussion in which I integrate my results into the framework of usage-based Construction Grammar (e.g. Goldberg 1995, 2006).
Les régions transfrontalières sont souvent des laboratoires de circulation d’idées et de pratiques. Cet article se demande si, dans le Grand Genève il est possible de transposer le modèle de logement coopératif, assez développé en Suisse, dans le contexte français, où ce type d’habitat est moins pratiqué. A partir de l’exemple de Viry, commune française sise dans le périmètre institutionnel du Grand Genève, l’article analyse les possibilités et les limites d’une telle transposition. Les résultats montrent la difficulté à émuler un contexte propre à reproduction du modèle suisse de coopératives en France. Les différences législatives et institutionnelles, mais aussi culturelles sur le rapport au logement dans ses différentes dimensions sont autant d’obstacles pour reproduire à l’identique en France des modalités éprouvées de construction du logement coopératif en Suisse. Il est ainsi nécessaire de procéder à des adaptations créatives de différents ordres pour que le modèle puisse trouver une place dans le nouveau contexte.
This thesis addresses three different topics from the fields of mathematical finance, applied probability and stochastic optimal control. Correspondingly, it is subdivided into three independent main chapters each of which approaches a mathematical problem with a suitable notion of a stochastic particle system.
In Chapter 1, we extend the branching diffusion Monte Carlo method of Henry-Labordère et. al. (2019) to the case of parabolic PDEs with mixed local-nonlocal analytic nonlinearities. We investigate branching diffusion representations of classical solutions, and we provide sufficient conditions under which the branching diffusion representation solves the PDE in the viscosity sense. Our theoretical setup directly leads to a Monte Carlo algorithm, whose applicability is showcased in two stylized high-dimensional examples. As our main application, we demonstrate how our methodology can be used to value financial positions with defaultable, systemically important counterparties.
In Chapter 2, we formulate and analyze a mathematical framework for continuous-time mean field games with finitely many states and common noise, including a rigorous probabilistic construction of the state process. The key insight is that we can circumvent the master equation and reduce the mean field equilibrium to a system of forward-backward systems of (random) ordinary differential equations by conditioning on common noise events. We state and prove a corresponding existence theorem, and we illustrate our results in three stylized application examples. In the absence of common noise, our setup reduces to that of Gomes, Mohr and Souza (2013) and Cecchin and Fischer (2020).
In Chapter 3, we present a heuristic approach to tackle stochastic impulse control problems in discrete time. Based on the work of Bensoussan (2008) we reformulate the classical Bellman equation of stochastic optimal control in terms of a discrete-time QVI, and we prove a corresponding verification theorem. Taking the resulting optimal impulse control as a starting point, we devise a self-learning algorithm that estimates the continuation and intervention region of such a problem. Its key features are that it explores the state space of the underlying problem by itself and successively learns the behavior of the optimally controlled state process. For illustration, we apply our algorithm to a classical example problem, and we give an outlook on open questions to be addressed in future research.
Many NP-hard optimization problems that originate from classical graph theory, such as the maximum stable set problem and the maximum clique problem, have been extensively studied over the past decades and involve the choice of a subset of edges or vertices. There usually exist combinatorial methods that can be applied to solve them directly in the graph.
The most simple method is to enumerate feasible solutions and select the best. It is not surprising that this method is very slow oftentimes, so the task is to cleverly discard fruitless search space during the search. An alternative method to solve graph problems is to formulate integer linear programs, such that their solution yields an optimal solution to the original optimization problem in the graph. In order to solve integer linear programs, one can start with relaxing the integer constraints and then try to find inequalities for cutting off fractional extreme points. In the best case, it would be possible to describe the convex hull of the feasible region of the integer linear program with a set of inequalities. In general, giving a complete description of this convex hull is out of reach, even if it has a polynomial number of facets. Thus, one tries to strengthen the (weak) relaxation of the integer linear program best possible via strong inequalities that are valid for the convex hull of feasible integer points.
Many classes of valid inequalities are of exponential size. For instance, a graph can have exponentially many odd cycles in general and therefore the number of odd cycle inequalities for the maximum stable set problem is exponential. It is sometimes possible to check in polynomial time if some given point violates any of the exponentially many inequalities. This is indeed the case for the odd cycle inequalities for the maximum stable set problem. If a polynomial time separation algorithm is known, there exists a formulation of polynomial size that contains a given point if and only if it does not violate one of the (potentially exponentially many) inequalities. This thesis can be divided into two parts. The first part is the main part and it contains various new results. We present new extended formulations for several optimization problems, i.e. the maximum stable set problem, the nonconvex quadratic program with box
constraints and the p-median problem. In the second part we modify a very fast algorithm for finding a maximum clique in very large sparse graphs. We suggest and compare three alternative versions of this algorithm to the original version and compare their strengths and weaknesses.
Cet article présente une méthode qui permet aux enseignant(e)s de se faire une idée de l’expérience que les élèves ont des médias numériques et de leur maîtrise du numérique. Elle demande peu de préparation et n’exige pas de connaissances préalables de la part des enseignant(e)s. Cet exercice permet de détendre l’atmosphère en classe et de déterminer dans quelle mesure les élèves réfléchissent déjà à l’usage qu’ils/elles font des médias numériques.
"Ich habe nichts zu verstecken ... oder doch?!" - Ein Praxisleitfaden zur Diskussion in der Klasse
(2020)
Durch das Zusammenspiel von Big Data und künstlicher Intelligenz eröffnen sich ganz neue Möglichkeiten, auch im Bereich der öffentlichen Sicherheit. Immer mehr Städte weltweit machen davon Gebrauch und setzen auf Kameras mit computergesteuerter Gesichtserkennung. Nicht jeder ist damit einverstanden. Wie kann man die aktuelle gesellschaftliche Debatte um öffentliche Sicherheit und Privatsphäre mit Jugendlichen besprechen?
Les outils numériques offrent un large éventail de possibilités pour favoriser la participation démocratique dans les écoles et la société, pour participer aux processus d’élaboration des politiques et pour organiser le travail des comités scolaires, les processus de développement et les projets. Afin de permettre aux élèves d’employer les outils de façon efficace, leur utilisation à l’école et dans l’enseignement doit être testée et faire l’objet d’une réflexion.
La numérisation a des répercussions non négligeables sur tous les aspects de la vie. La mise en réseau technique et la conversion de données analogiques en données numériques sont à l’origine d’énormes quantités de données. Il est possible d’identifier des régularités dans leur mise en rapport et leur traitement, et de générer des applications dont les conséquences sociales, éthiques, politiques, juridiques, professionnelles et économiques sont encore difficiles à évaluer.
Aider les jeunes à s’exprimer constitue un volet important de l’éducation à la démocratie. Dans ce contexte, une des méthodes consiste à laisser les jeunes concevoir les médias qu’ils/elles connaissent le mieux. Cet article examine essentiellement comment mettre en relation le travail de projet créatif avec les médias numériques, et plus précisément, le smartphone.
Pour pouvoir développer une compétence médiatique, les élèves ont besoin d’une réflexion, mais également d’une pratique personnelle des médias afin de devenir des producteur(trice)s et des concepteur(trice)s d’offres médiatiques. Ce compte rendu pratique relate la réalisation d’un programme télévisé d’une heure avec des élèves du Lycée de Garçons Esch.
Les médias numériques peuvent contribuer à aborder les contenus de l’enseignement de façon motivante et compréhensible et à développer les capacités d’action démocratique des élèves. L’application « KonterBUNT. Einschreiten für Demokratie » (Intervenir pour la démocratie) aide les jeunes à appendre à réagir aux propos méprisants.
« Je n’ai rien à cacher... quoique ?! » Un guide pratique pour mener des discussions en classe
(2020)
L’interaction entre les grands volumes de données (big data) et l’intelligence artificielle ouvre de nouveaux horizons, et cela également dans le domaine de la sécurité publique. De plus en plus de villes dans le monde entier y ont recours et installent des caméras à reconnaissance faciale. Tout le monde n’est pas d’accord avec cette pratique. Comment peut-on discuter avec les jeunes du débat social actuel sur la sécurité publique et la vie privée ?
Les carnets paraissent deux fois par an et offrent aux dirigeant(e)s des écoles ainsi qu’au personnel des fondements théoriques et du matériel pratique pour la mise en oeuvre d’un développement scolaire démocratique. Chaque publication traite d’une méthode de l’éducation à la démocratie ou d’une question stratégique du développement scolaire. Les carnets en langue allemande sont mis à la disposition des écoles luxembourgeoises en version imprimée. L’ensemble du matériel ainsi que la version en langue française sont disponibles en ligne.
Die Praxishefte Demokratische Schulkultur erscheinen halbjährlich und bieten Schulleitungen und Schulpersonal theoretische Grundlagen und praxisorientierte Anleitungen zur demokratiepädagogischen Schulentwicklung. Jedes Themenheft ist jeweils einer demokratiepädagogischen Bauform oder strategischen Frage der Schulentwicklung gewidmet. Die Praxishefte werden allen Luxemburger Schulen als Printausgabe zur Verfügung gestellt und online mit zusätzlichen Materialien und in französischer Fassung vorgehalten.
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.
Retirement, fertility and sexuality are three key life stage events that are embedded in the framework of population economics in this dissertation. Each topic implies economic relevance. As retirement entry shifts labour supply of experienced workers to zero, this issue is particularly relevant for employers, retirees themselves as well as policymakers who are in charge of the design of the pension system. Giving birth has comprehensive economic relevance for women. Parental leave and subsequent part-time work lead to a direct loss of income. Lower levels of employment, work experience, training and career opportunities result in indirect income losses. Sexuality has decisive influence on the quality of partnerships, subjective well-being and happiness. Well-being and happiness, in turn, are significant key determinants not only in private life but also in the work domain, for example in the area of job performance. Furthermore, partnership quality determines the duration of a partnership. And in general, partnerships enable the pooling of (financial) resources - compared to being single. The contribution of this dissertation emerges from the integration of social and psychological concepts into economic analysis as well as the application of economic theory in non-standard economic research topics. The results of the three chapters show that the multidisciplinary approach yields better prediction of human behaviour than the single disciplines on their own. The results in the first chapter show that both interpersonal conflict with superiors and the individual’s health status play a significant role in retirement decisions. The chapter further contributes to existing literature by showing the moderating role of health within the retirement decision-making: On the one hand, all employees are more likely to retire when they are having conflicts with their superior. On the other hand, among healthy employees, the same conflict raises retirement intentions even more. That means good health is a necessary, but not a sufficient condition for continued working. It may be that conflicts with superiors raise retirement intentions more if the worker is healthy. The key findings of the second chapter reveal significant influence of religion on contraceptive and fertility-related decisions. A large part of research on religion and fertility is originated in evidence from the US. This chapter contrasts evidence from Germany. Additionally, the chapter contributes by integrating miscarriages and abortions, rather than limiting the analysis to births and it gains from rich prospective data on fertility biography of women. The third chapter provides theoretical insights on how to incorporate psychological variables into an economic framework which aims to analyse sexual well-being. According to this theory, personality may play a dual role by shaping a person’s preferences for sex as well as the person’s behaviour in a sexual relationship. Results of econometric analysis reveal detrimental effects of neuroticism on sexual well-being while conscientiousness seems to create a win-win situation for a couple. Extraversions and Openness have ambiguous effects on romantic relationships by enhancing sexual well-being on the one hand but raising commitment problems on the other. Agreeable persons seem to gain sexual satisfaction even if they perform worse in sexual communication.
This work studies typical mathematical challenges occurring in the modeling and simulation of manufacturing processes of paper or industrial textiles. In particular, we consider three topics: approximate models for the motion of small inertial particles in an incompressible Newtonian fluid, effective macroscopic approximations for a dilute particle suspension contained in a bounded domain accounting for a non-uniform particle distribution and particle inertia, and possibilities for a reduction of computational cost in the simulations of slender elastic fibers moving in a turbulent fluid flow.
We consider the full particle-fluid interface problem given in terms of the Navier-Stokes equations coupled to momentum equations of a small rigid body. By choosing an appropriate asymptotic scaling for the particle-fluid density ratio and using an asymptotic expansion for the solution components, we derive approximations of the original interface problem. The approximate systems differ according to the chosen scaling of the density ratio in their physical behavior allowing the characterization of different inertial regimes.
We extend the asymptotic approach to the case of many particles suspended in a Newtonian fluid. Under specific assumptions for the combination of particle size and particle number, we derive asymptotic approximations of this system. The approximate systems describe the particle motion which allows to use a mean field approach in order to formulate the continuity equation for the particle probability density function. The coupling of the latter with the approximation for the fluid momentum equation then reveals a macroscopic suspension description which accounts for non-uniform particle distributions in space and for small particle inertia.
A slender fiber in a turbulent air flow can be modeled as a stochastic inextensible one-dimensionally parametrized Kirchhoff beam, i.e., by a stochastic partial differential algebraic equation. Its simulations involve the solution of large non-linear systems of equations by Newton's method. In order to decrease the computational time, we explore different methods for the estimation of the solution. Additionally, we apply smoothing techniques to the Wiener Process in order to regularize the stochastic force driving the fiber, exploring their respective impact on the solution and performance. We also explore the applicability of the Wiener chaos expansion as a solution technique for the simulation of the fiber dynamics.
Chronische primäre Schmerzen im Kindes- und Jugendalter sind weit verbreitet. Das Risiko für die Chronifizierung von kindlichen Schmerzen erhöht sich, wenn die Eltern selbst unter chronischen Schmerzen leiden. Elterliche kognitiv-affektive und verhaltensbezogene Reaktionen auf die kindlichen Schmerzen spielen eine zentrale Rolle in der Chronifizierung und familialen Transmission der Schmerzen. Welche spezifischen Faktoren die elterlichen Reaktionen auf die kindlichen Schmerzen modulieren, ist bis dato allerdings unklar. Ziel der vorliegenden Dissertation ist daher die Analyse des elterlichen schmerzbezogenen Verhaltens (maladaptive Reaktionen wie Katastrophisieren und Zuwendung) hinsichtlich möglicher modulierender Faktoren sowohl auf Eltern- (top-down-Variablen) als auch auf Kindebene (bottom-up-Variablen). Dafür wurden differenzierende Stichproben generiert und mit Hilfe von validierten Fragebögen befragt. In Studie 1 wurde eine Stichprobe von N = 105 schmerzfreien Elternteilen aus der Allgemeinbevölkerung und N = 80 Elternteilen aus der Allgemeinbevölkerung mit selbstberichteten chronischen Schmerzen erhoben. Die Stichprobe von Studie 2 umfasste N = 118 Elternteile mit chronischen Schmerzen, Angstsymptomen oder beidem sowie deren N = 190 Kinder, in Studie 3 wurden N = 63 Mütter, Väter und Kinder (Eltern-Kind-Triaden mit jeweils N = 21 Müttern, Vätern und Kindern mit der Diagnose einer chronischen Schmerzstörung) befragt. Nach der Überprüfung der Einsetzbarkeit der zentralen Erhebungsinstrumente auch in nicht-klinischen Samples wurden in Studie 1 die Reaktionen von schmerzfreien Eltern und Eltern mit selbstberichteten chronischen Schmerzen auf die Schmerzen ihrer Kinder mit anderen Stichproben sowie untereinander verglichen. Die Analyse der Einflüsse von top-down- und bottom-up-Variablen (elterliche und kindliche Schmerz- und Angstsymptomatik, elterliche und kindliche Somatisierung bzw. schmerzbezogene Beeinträchtigung sowie Alter und Geschlecht von Eltern und Kindern) auf die elterlichen
maladaptiven Reaktionen wurde in Studie 2 und Studie 3 mit Hilfe von hierarchisch linearen Modellen durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass Eltern von Kindern mit chronischen
Schmerzen grundsätzlich stärker katastrophisierten als Eltern von gesunden Kindern. Außerdem zeigte sich, dass insbesondere top-down-Variablen wie elterliche Angst das Katastrophisieren und die Zuwendung der Eltern verstärken. Bottom-up-Variablen erwiesen sich ausschließlich in der Interaktion von kindlicher Schmerz- und Angstsymptomatik als verstärkender Faktor für die Katastrophisierungsneigung der Eltern. Demnach scheinen zentrale modulierende Faktoren für kognitiv-affektive und verhaltensbezogene elterliche Reaktionen im Kontext der Chronifizierung von kindlichen chronischen Schmerzen vor allem top-down-Variabeln wie die elterliche Katastrophisierungsneigung und Angstsymptomatik zu sein. Als potentielle Risikogruppen für die Entwicklung von chronischen Schmerzen lassen sich so neben Kindern von Eltern mit eigenen chronischen Schmerzen auch Kinder von Eltern mit Angststörungen und erhöhter Katastrophisierungsneigung benennen. Daher sollte die Elternrolle in Therapien von Erwachsenen eine ausreichende Berücksichtigung finden, um eine Reduktion der maladaptiven Reaktionen auf die Kinder zu erreichen und so einer Entwicklung von chronischen Schmerzen vorzubeugen. Auch die psychoedukative Einbindung der Eltern in die kindliche Schmerztherapie erscheint aufgrund der vorliegenden Ergebnisse unabdingbar, vor allem wenn die Kinder neben den chronischen Schmerzen auch unter komorbiden psychischen Störungen wie beispielsweise Angststörungen leiden.
Die Relevanz epistemischer (individueller wissensbezogener) Überzeugungen in unserer modernen Wissensgesellschaft ist nahezu unbestritten. Trotzdem ist vergleichsweise wenig dazu bekannt, wie die Entwicklung hin zu fortgeschrittenen epistemischen Überzeugungen – welche zum Beispiel die Kontextspezifität von Wissensansprüchen (d. h. Behauptungen) anerkennen – gefördert werden kann. Erschwerend hinzu kommt, dass aktuelle theoretische Modelle, welche Forschende in diesem Unterfangen unterstützen könnten, bislang nur unzureichend empirisch validiert sind. Die Arbeiten der vorliegenden Dissertation widmeten sich aus diesem Grund der Erforschung der Mechanismen epistemischen Wandels und unterzogen das derzeit wohl prominenteste Prozessmodell epistemischen Wandels von Bendixen und Rule (2004) einer empirischen Prüfung. Diese Prüfung fand in drei paradigmatisch aufeinander aufbauenden Forschungsartikeln statt. Zentrale Forschungsfragen, die in diesen Artikeln adressiert wurden, betrafen die Rolle der zentralen Prozesskomponenten des Bendixen und Rule (2004) Modells – epistemischer Zweifel, epistemischer Volition und Lösungsstrategien – sowie Rahmenbedingungen epistemischen Wandels. Spezifisch betrachtete Rahmenbedingungen waren hierbei die (Un)Auflösbarkeit divergierender (d. h. widersprüchlicher) Evidenz, welche zur Initiation des Prozesses des epistemischen Wandels genutzt wurde, epistemische Ausgangsüberzeugungen sowie die Domänenspezifität epistemischer Überzeugungen. In den drei Forschungsartikeln konnte die zentrale Rolle epistemischer Zweifel bestätigt werden. Überraschenderweise hatte die Auflösbarkeit widersprüchlicher Evidenz allerdings keinen nachweisbaren Einfluss auf epistemischen Wandel. Hinsichtlich der Rolle epistemischer Ausgangsüberzeugungen zeigte sich, dass naive Ausgangsüberzeugungen, welche mit einem stärkeren Erleben kognitiver Dissonanz in Verbindung stehen sollten, epistemischen Wandel begünstigten. Auch die Domänenspezifität epistemischen Wandels konnte als wesentliche Rahmenbedingung des Wandels bestätigt werden. Für epistemische Volition und Lösungsstrategien zeigte sich allerdings kein eindeutiges Ergebnismuster. In konfirmativen Analysen wurden hier nicht die erwarteten Effekte gefunden, während explorative Analysen teilweise doch modellkonforme Evidenz zu liefern schienen. Insgesamt leistet die vorliegende Dissertationsschrift damit einen wesentlichen Beitrag zur Klärung der Mechanismen epistemischen Wandels und erlaubt eine Ausdifferenzierung des Bendixen und Rule (2004) Modells. Darüber hinaus erweitert diese Dissertationsschrift auch das Methodenrepertoire der Erforschung epistemischen Wandels durch die Übertragung bestehender Interventionsansätze auf Online-Formate und illustriert die praktische Relevanz dieses Forschungsstrangs durch den Nachweis von Interventionseffekten auf Verhaltensmaßen.
The study analyzes the long-term trends (1998–2019) of concentrations of the air pollutants ozone (O3) and nitrogen oxides (NOx) as well as meteorological conditions at forest sites in German midrange mountains to evaluate changes in O3 uptake conditions for trees over time at a plot scale. O3 concentrations did not show significant trends over the course of 22 years, unlike NO2 and NO, whose concentrations decreased significantly since the end of the 1990s. Temporal analyses of meteorological parameters found increasing global radiation at all sites and decreasing precipitation, vapor pressure deficit (VPD), and wind speed at most sites (temperature did not show any trend). A principal component analysis revealed strong correlations between O3 concentrations and global radiation, VPD, and temperature. Examination of the atmospheric water balance, a key parameter for O3 uptake, identified some unusually hot and dry years (2003, 2011, 2018, and 2019). With the help of a soil water model, periods of plant water stress were detected. These periods were often in synchrony with periods of elevated daytime O3 concentrations and usually occurred in mid and late summer, but occasionally also in spring and early summer. This suggests that drought protects forests against O3 uptake and that, in humid years with moderate O3 concentrations, the O3 flux was higher than in dry years with higher O3 concentrations.
Roof and wall slates are fine-grained rocks with slaty cleavage, and it is often difficult to determine their mineral composition. A new norm mineral calculation called slatecalculation allows the determination of a virtual mineral composition based on full chemical analysis, including the amounts of carbon dioxide (CO2), carbon (C), and sulfur (S). Derived norm minerals include feldspars, carbonates, micas, hydro-micas, chlorites, ore-minerals, and quartz. The mineral components of the slate are assessed with superior accuracy compared to the petrographic analysis based on the European Standard EN 12326. The inevitable methodical inaccuracies in the calculations are limited and transparent. In the present paper, slates, shales, and phyllites from worldwide occurrences were examined. This also gives an overview of the rocks used for discontinuous roofing and external cladding.
The presence of sea ice leads in the sea ice cover represents a key feature in polar regions by controlling the heat exchange between the relatively warm ocean and cold atmosphere due to increased fluxes of turbulent sensible and latent heat. Sea ice leads contribute to the sea ice production and are sources for the formation of dense water which affects the ocean circulation. Atmospheric and ocean models strongly rely on observational data to describe the respective state of the sea ice since numerical models are not able to produce sea ice leads explicitly. For the Arctic, some lead datasets are available, but for the Antarctic, no such data yet exist. Our study presents a new algorithm with which leads are automatically identified in satellite thermal infrared images. A variety of lead metrics is used to distinguish between true leads and detection artefacts with the use of fuzzy logic. We evaluate the outputs and provide pixel-wise uncertainties. Our data yield daily sea ice lead maps at a resolution of 1 km2 for the winter months November– April 2002/03–2018/19 (Arctic) and April–September 2003–2019 (Antarctic), respectively. The long-term average of the lead frequency distributions show distinct features related to bathymetric structures in both hemispheres.
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.
Soil degradation due to erosion is a significant worldwide problem at different spatial (from pedon to watershed) and temporal scales. All stages and factors in the erosion process must be detected and evaluated to reduce this environmental issue and protect existing fertile soils and natural ecosystems. Laboratory studies using rainfall simulators allow single factors and interactive effects to be investigated under controlled conditions during extreme rainfall events. In this study, three main factors (rainfall intensity, inclination, and rainfall duration) were assessed to obtain empirical data for modeling water erosion during single rainfall events. Each factor was divided into three levels (− 1, 0, + 1), which were applied in different combinations using a rainfall simulator on beds (6 × 1 m) filled with soil from a study plot located in the arid Sistan region, Iran. The rainfall duration levels tested were 3, 5, and 7 min, the rainfall intensity levels were 30, 60, and 90 mm/h, and the inclination levels were 5, 15, and 25%. The results showed that the highest rainfall intensity tested (90 mm/h) for the longest duration (7 min) caused the highest runoff (62 mm3/s) and soil loss (1580 g/m2/h). Based on the empirical results, a quadratic function was the best mathematical model (R2 = 0.90) for predicting runoff (Q) and soil loss. Single-factor analysis revealed that rainfall intensity was more influential for runoff production than changes in time and inclination, while rainfall duration was the most influential single factor for soil loss. Modeling and three-dimensional depictions of the data revealed that sediment production was high and runoff production lower at the beginning of the experiment, but this trend was reversed over time as the soil became saturated. These results indicate that avoiding the initial stage of erosion is critical, so all soil protection measures should be taken to reduce the impact at this stage. The final stages of erosion appeared too complicated to be modeled, because different factors showed differing effects on erosion.
Laboratory landslide experiments enable the observation of specific properties of these natural hazards. However, these observations are limited by traditional techniques: frequently used high-speed video analysis and wired sensors (e.g. displacement). These techniques lead to the drawback that either only the surface and 2D profiles can be observed or wires confine the motion behaviour. In contrast, an unconfined observation of the total spatiotemporal dynamics of landslides is needed for an adequate understanding of these natural hazards.
The present study introduces an autonomous and wireless probe to characterize motion features of single clasts within laboratory-scale landslides. The Smartstone probe is based on an inertial measurement unit (IMU) and records acceleration and rotation at a sampling rate of 100 Hz. The recording ranges are ±16 g (accelerometer) and ±2000∘ s−1 (gyroscope). The plastic tube housing is 55 mm long with a diameter of 10 mm. The probe is controlled, and data are read out via active radio frequency identification (active RFID) technology. Due to this technique, the probe works under low-power conditions, enabling the use of small button cell batteries and minimizing its size.
Using the Smartstone probe, the motion of single clasts (gravel size, median particle diameter d50 of 42 mm) within approx. 520 kg of a uniformly graded pebble material was observed in a laboratory experiment. Single pebbles were equipped with probes and placed embedded and superficially in or on the material. In a first analysis step, the data of one pebble are interpreted qualitatively, allowing for the determination of different transport modes, such as translation, rotation and saltation. In a second step, the motion is quantified by means of derived movement characteristics: the analysed pebble moves mainly in the vertical direction during the first motion phase with a maximal vertical velocity of approx. 1.7 m s−1. A strong acceleration peak of approx. 36 m s−2 is interpreted as a pronounced hit and leads to a complex rotational-motion pattern. In a third step, displacement is derived and amounts to approx. 1.0 m in the vertical direction. The deviation compared to laser distance measurements was approx. −10 %. Furthermore, a full 3D spatiotemporal trajectory of the pebble is reconstructed and visualized supporting the interpretations. Finally, it is demonstrated that multiple pebbles can be analysed simultaneously within one experiment. Compared to other observation methods Smartstone probes allow for the quantification of internal movement characteristics and, consequently, a motion sampling in landslide experiments.
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.
Climate change is expected to cause mountain species to shift their ranges to higher elevations. Due to the decreasing amounts of habitats with increasing elevation, such shifts are likely to increase their extinction risk. Heterogeneous mountain topography, however, may reduce this risk by providing microclimatic conditions that can buffer macroclimatic warming or provide nearby refugia. As aspect strongly influences the local microclimate, we here assess whether shifts from warm south-exposed aspects to cool north-exposed aspects in response to climate change can compensate for an upward shift into cooler elevations.
Although gravitropism forces trees to grow vertically, stems have shown to prefer specific orientations. Apart from wind deforming the tree shape, lateral light can result in prevailing inclination directions. In recent years a species dependent interaction between gravitropism and phototropism, resulting in trunks leaning down-slope, has been confirmed, but a terrestrial investigation of such factors is limited to small scale surveys. ALS offers the opportunity to investigate trees remotely. This study shall clarify whether ALS detected tree trunks can be used to identify prevailing trunk inclinations. In particular, the effect of topography, wind, soil properties and scan direction are investigated empirically using linear regression models. 299.000 significantly inclined stems were investigated. Species-specific prevailing trunk orientations could be observed. About 58% of the inclination and 19% of the orientation could be explained by the linear models, while the tree species, tree height, aspect and slope could be identified as significant factors. The models indicate that deciduous trees tend to lean down-slope, while conifers tend to lean leeward. This study has shown that ALS is suitable to investigate the trunk orientation on larger scales. It provides empirical evidence for the effect of phototropism and wind on the trunk orientation.
The parameterization of the boundary layer is a challenge for regional climate models of the Arctic. In particular, the stable boundary layer (SBL) over Greenland, being the main driver for substantial katabatic winds over the slopes, is simulated differently by different regional climate models or using different parameterizations of the same model. However, verification data sets with high-resolution profiles of the katabatic wind are rare. In the present paper, detailed aircraft measurements of profiles in the katabatic wind and automatic weather station data during the experiment KABEG (Katabatic wind and boundary-layer front experiment around Greenland) in April and May 1997 are used for the verification of the regional climate model COSMO-CLM (CCLM) nested in ERA-Interim reanalyses. CCLM is used in a forecast mode for the whole Arctic with 15 km resolution and is run in the standard configuration of SBL parameterization and with modified SBL parameterization. In the modified version, turbulent kinetic energy (TKE) production and the transfer coefficients for turbulent fluxes in the SBL are reduced, leading to higher stability of the SBL. This leads to a more realistic representation of the daily temperature cycle and of the SBL structure in terms of temperature and wind profiles for the lowest 200 m.
Es wird ein Workshopkonzept dargelegt, um das im Rahmen des PODMAN-Projektes entwickelte DIAMANTModell zur Implementierung einer institutionellen FDM-Servicelandschaft kennenzulernen. Anhand von Beispielen erfahren die Teilnehmenden, wie die entwickelten Instrumente auf die eigene Forschungseinrichtung angewendet werden. Primär wird das Konzept für den Initial-Workshop vorgestellt, der alle FDM-Akteur*innen
einer Forschungseinrichtung zusammenbringt, um das DIAMANT-Modell zunächst auf die gesamte Forschungseinrichtung zu applizieren. Daraus wurde ein weiteres Workshopkonzept abgeleitet, das insbesondere für die fach- oder abteilungsspezifische Bedarfserhebung vorgesehen ist.
Der Tagungsbericht fasst die Vorträge, Workshops und Ergebnisse der Abschlusstagung des BMBF-Projektes PODMAN: „Forschung + Datenmanagement = Forschungsdatenmanagement – Wann geht die Gleichung auf?“ vom 27. und 28. März 2019 an der Universität Trier zusammen. Ihm sind die Vortragsfolien, die Präsentationen der Workshops sowie die zugehörige Fotodokumentation der Arbeitsgruppen im Anhang beigefügt.
Hochschulen und außeruniversitäre Forschungseinrichtungen werden heute zunehmend in die Pflicht genommen, für ihre Forschenden Strukturen und Services für ein nachhaltiges Forschungsdatenmanagement (FDM) bereit-zustellen. Da es vor allem für disziplin- oder datenspezifische Bedarfe nicht für jede Forschungseinrichtung möglich ist, die dafür notwendigen Dienste selbst vorzuhalten, müssen sie externe Dienstleistungen in ihre FDM-Servicestrukturen integrieren. Das erfolgreiche Management der Schnittstelle zwischen den kooperierenden Insti-tutionen bedeutet einen erheblichen Organisationsaufwand, für den der vorliegende Praxisleitfaden eine Hilfe-stellung bietet. Er soll die Einrichtungen in die Lage versetzen, fremdbezogene FDM-Dienstleistungen erfolgreich in ihr eigenes FDM-Serviceangebot bzw. ihre übergeordnete FDM-Strategie zu integrieren. Der Leitfaden dient insbesondere als Anleitung für die erfolgreiche Steuerung der Zusammenarbeit und Kommunikation der invol-vierten internen und externen Mitarbeiter*innen. Über eine Reihe von Steuerungsmechanismen, die in diesem Leitfaden ausführlich erläutert werden, lässt sich der Prozess des Schnittstellenmanagements bestmöglich hand-haben. Der Praxisleitfaden versteht sich als Arbeitsgrundlage für alle Akteur*innen einer Forschungseinrichtung, die an der Erstellung eines institutionellen FDM-Konzeptes beteiligt sind.
Das DIAMANT-Modell wurde im Rahmen des BMBF-geförderten Projekts „Prozessorientierte Entwicklung von Managementinstrumenten für Forschungsdaten im Lebenszyklus“ (PODMAN) entwickelt. Das grundsätzliche Ziel des Modells besteht darin, Hochschulen und außeruniversitäre Forschungseinrichtungen zu befähigen, eine integrierte Informationsarchitektur für die optimierte Bereitstellung und Weiterentwicklung von Forschungsdatenmanagement (FDM)-Technologien und -services aufzubauen und zu pflegen, sodass die Forschenden ihre Forschungsdatensätze zu „hochkarätigen Diamanten“ schleifen können. Das DIAMANTModell besteht zum einen aus dem FDM-Referenzprozess, der – angelehnt an die ARIS-Prozessmodellierung – den gesamten FDM-Prozess und die zugehörigen Akteur*innen darstellt und ihren Grad der Beteiligung / Verantwortung an einem FDM-Service benennt. Der FDM-Referenzprozess sieht die Etablierung einer zentralen FDM-Steuerungseinheit vor, die den Informationsfluss zwischen allen am FDM beteiligten Organisationseinheiten steuert. Ein weiterer Bestandteil des DIAMANT-Modells ist die FDM-Kompetenzmatrix, die sich aus dem FDM-Referenzprozess ableitet. Sie dient der IST- / SOLL-Analyse, um den Referenzprozess auf die eigene Institution übertragen zu können. Abgeleitet wurde auch ein Beschreibungsmodell für FDMServices, um einen FDM-Service- /-Anforderungskatalog zu entwickeln und institutsspezifisch fortzuschreiben. Letzter Teil des DIAMANT-Modells sind Empfehlungen, welche Aspekte hinsichtlich der Personalführung und des Organisationsmanagements bei der Implementierung der FDM-Servicelandschaft berücksichtigt werden sollten.