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Institut
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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.
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.
Diese Untersuchungen beinhalten eine Diskussion von Hintergründen, Konzepten und Herausforderungen der aktuellen Qualitätsdiskussion im tertiären Tourismusbildungs-system des südlichen Afrikas. Dabei werden Fragen wie: "Welche Aspekte haben in diesen Ländern zu einer verstärkten Fokussierung auf Qualität geführt?", "Inwieweit lassen sich Erkenntnisse zu Qualitätsentwicklungen aus westlichen Industrienationen auf afrikanische Länder wie z.B. Namibia übertragen?", als auch "Welche Qualitätskriterien werden in der tertiären namibischen Tourismusbildungsinstitutionen als wichtig erachtet?" diskutiert. In diesen Untersuchungen wird diskursiv aufgezeigt, dass sich in vielen Ländern des südlichen Afrikas aufgrund rechtlicher Rahmenbedingungen in der tertiären Tourismus-bildung unterschiedliche Qualitätsansätze etablieren konnten. Eine fundierte Analyse der stark wachsenden Tourismusdestination Namibia als ausgewählte Fallstudie dient dabei als Basis zur Erarbeitung eines spezifischen Qualitätsinstruments. Neben einer Analyse der bestehende Situation versuchen diese vorliegenden Untersuchungen, einen konstruktiven Beitrag zur Qualtätsentwicklung in der namibischen tertiären Tourismusbildung zu liefern. So steht denn auch als Ziel die Erarbeitung eines namibiaspezifischen Qualitätsinstrumentes im Mittelpunkt des Interesses. Zu dessen Entwicklung wird als zentrale Methode eine angepasste Form des Delphi-Verfahrens angewendet, bei welchem eine breite Anzahl relevanter Stakeholder der namibischen tertiären Tourismusbildung eingebunden ist.
Die Zahl der (potenziellen) Kunden der Dienstleistungsbranche Tourismus und deren Ver-teilung im Raum wird durch eine Vielzahl von Ursachen (Bedürfnis- und Verhaltens-dimension der Tourismusforschung) bestimmt. Das sind z. B. auch Beweggründe, Bedürf-nisse, Motive oder auch Motivkomplexe. Die Kenntnis dieser Bedürfnisse und Verhaltens-weisen von Reisenden und deren Anforderungen an die offerierte Leistung sind dabei eine zentrale Voraussetzung für eine zielgruppengerechte Marktbearbeitung. Ein wichtiger Bestandteil dieser notwendigen Zielgruppenorientierung ist die Marktsegmentierung, deren Aufgabe darin besteht, den relevanten Markt in intern möglichst homogene und untereinander heterogene Teilmärkte aufzuteilen. Eine Segmentierung des Tourismusmarktes erfolgte bislang vornehmlich anhand verschiedener Einschränkungen. Aufgrund der geringen Aus-sagekraft der bisherigen Ansätze für das durch umfangreiche Motivkomplexe geprägte Reise-verhalten der Nachfrager erweist sich allerdings eine zielgruppenspezifische Markt-bearbeitung auf Basis derartiger Lösungen als nur bedingt möglich. Dieser Kritik Rechnung tragend wurde ein ganzheitlicher Segmentierungsansatz entwickelt, der an möglichst zahl-reichen Ausprägungsformen des Reiseverhaltens ansetzt, alle vier klassischen Markt-erfassungsansätze verbindet und damit Handlungsempfehlungen für eine breit angelegte zielgruppenspezifische Marktbearbeitung aufzeigt. Eine weitere Neuerung bezieht sich auf die Anwendung einer multivariaten Baumanalyse, um Zielgruppen im Tourismus zu differen-zieren. Dieses Analyseverfahren erlaubt die gemeinsame Analyse mehrerer Variablen und von Variablen jedes Skalenniveaus. Dazu wurden mehr als 6.000 mündlich geführte Interviews, die mittels einer Zielgebiets-befragung 1997-1999 in Rheinland-Pfalz erhoben wurden, ausgewertet. Das Hauptaugenmerk lag dabei auf der multivariaten Analyse mit Hilfe des sogenannten CHAID-Algorithmus. Es handelt sich dabei um eine Art Baumdiagramm, welches erstmalig als Instrument der touristischen Zielgruppenplanung mittels Segmentbildung und Profilerstellung eingesetzt und daher als Alternative zu Cluster- und Diskriminanzanalyse charakterisiert wird. Dabei kann eine Vielzahl verschiedenartiger Typisierungen untersucht werden, wie etwa die Typisierung der Reisenden mit hohem Reisestellenwert (z. B. der Haupturlauber), mit ausgeprägter Besuchshäufigkeit bzw. Zielgebietserfahrung, mit hoher Rückkehrbereitschaft, außergewöhnlicher Zufriedenheit oder des kaufkräftigen Urlaubers. Abschließend erfolgt die Beurteilung der Ergebnisse bezüglich der praktischen Bedeutung für das Rheinland-Pfalz-Marketing.
Im Mittelpunkt dieser Untersuchung stand die in der Umweltbeobachtung bestehende Diskrepanz zwischen dem Wunsch nach flächendeckender Information und der Tatsache, dass meist nur punktuell und stichprobenartig Information erhoben wird. Über das Zusammenführen von unterschiedlichsten Informationen über die Umwelt wurde die Frage der räumlichen Übertragbarkeit von Umweltdaten und die Leistungsfähigkeit von Umweltdaten untersucht. Zur Überprüfung der Hypothese, dass die in einem bestimmten Ökosystemtyp ermittelten Ergebnisse auf andere Vertreter desselben Ökosystemtyps übertragbar sind, wurden PAK gewählt, die als Indikatoren für die luftgetragene stoffliche Immission dienen. Grundlegend für den Untersuchungsansatz war die Annahme, dass die ökologisch-strukturelle Ausstattung eines Ökosystems auch einen bestimmenden Einfluss auf die stoffliche "Belastung" in diesem Ökosystem hat. Dazu wurden zunächst Hinweise auf ein Faktorengefüge erarbeitet, welches den Stoffeintrag bestimmen und welches die ökologisch-struktuelle Ausstattung im Hinblick auf die Zielsetzung in einem ausreichenden Maße beschreiben kann. Die erarbeiteten Faktoren gehören zu den Komplexen Klima, Topographie, Flächennutzung und Biometrie. Entsprechend dem Untersuchungsansatz wurde nach einem Modell gesucht, das den funktionalen Zusammenhang zwischen Faktoren zur Beschreibung der ökologisch-strukturellen Ausstattung der Gebiete und der entsprechenden PAK-Immission annähert. Für diesen Anwendungsfall ist der Netztyp des GRNN (General Regression Neural Network) besonders gut geeignet. Mit Hilfe des Modells wurden Prognosen der PAK-Immission für fünf Ökosysteme in Deutschland berechnet. Die Validierung dieser Ergebnisse erfolgte anhand von rückstandsanalytischen Untersuchungen an einjährigen Fichtentrieben aus diesen Gebieten. Über die Modellbildung mit unterschiedlichen Input-Sets wurden die für die PAK-Immission relevanten Faktoren herausgearbeitet. Es konnte gezeigt werden, dass sich das gewählte Modell für die Frage der räumlichen Übertragbarkeit eignet, wobei hinsichtlich der Güte der Prognose deutliche Unterschiede zwischen den beiden Gruppen leichtflüchtige und schwerflüchtige PAK bestehen. Zudem bestehen qualitative Unter-schiede hinsichtlich der Prognosen zwischen den Gebieten, da durch die bisherige ökologisch-strukturelle Beschreibung wahrscheinlich einige die Immission bestimmende oder beeinflussende Faktoren nicht oder nicht ausreichend berücksichtigt wurden. Insgesamt wurde durch den gewählten Ansatz auch die Leistungsfähigkeit von Umweltdaten aus unterschiedlichen Monitoring- und Untersuchungsprogrammen durch deren gemeinsame Auswertung verdeutlicht.
Die globale Vernetzung, der Flächennutungs- und Klimawandel sind zentrale Aspekte bei der Ursachenanalyse der zunehmenden Homogenisierung von Biozönosen und dem weltweiten Verlust von Biodiversität. Von großer Bedeutung sind dabei Arten, die in sich ein weiträumiges Verbreitungspotential mit einem hohen ökologischen, zum Teil in Verbindung mit einem hohen ökonomischen, Schadpotential vereinen " so genannte invasive Arten. Aufgrund ihrer Eigenschaften bilden sie einen wichtigen Schnittpunkt von Ökologie, Ökonomie und Soziologie in Theorie und Praxis. Im Zuge der steigenden Anzahl von biologischen Invasionen weltweit und dem interessanten, interdisziplinären Charakter des Forschungsfeldes, ist dessen Analyse ein bedeutendes Top-Thema internationaler Forschung geworden. Die durch invasive Arten verursachten Schäden sind enorm: So werden die jährlichen Schäden für die USA, Südafrika, das Vereinigte Königreich, Brasilien und Indien auf insgesamt 336 Milliarden US Dollar geschätzt. Nach einem Bericht der EU Kommissionrnbeläuft sich für die Europäische Union die Summe aller Schäden die durch invasive Arten verursacht werden auf jährlich 12 Mrd. Euro. Folglich stellen invasive Arten zugleich einen zunehmend wichtigeren, rechtlichen Regelungsgegenstand auf den unterschiedlichsten Ebenen (international, europäisch, national) dar. In dieser Dissertation wird die Bedeutung von Verbreitungsmodellen als Analyseund Präventions-Instrument in der naturschutzfachlichen Risikoabschätzung verdeutlicht. Ferner wird die Einsatzmöglichkeit von Modellen für die rechtliche Einstufung von Arten und als Ermessensgrundlage bei der Bewilligung von Kostenersatzansprüchen nach entstandenen Schäden aufgezeigt. Zwei ökonomisch bedeutsame Käferarten wurden zur Veranschaulichung als Modellorganismen ausgewählt: Der für die biologische Schädlingsbekämpfung absichtlich eingeführte Asiatische Marienkäfer Harmonia axyridis und der vorwiegend mit Holzverpackungsmaterialien global verschleppte AsiatischernLaubholzbockkäfer Anoplophora glabripennis. Beide Organismen sind in der EU alsrngebietsfremde Arten mit einem hohen Schadpotential einzustufen, haben jedoch einen sehr unterschiedlichen rechtlichen Status inne. Harmonia axyridis wird in Europa kommerziell vermarktet und darf in Deutschland mit Genehmigungsvorbehalt im Freiland ausgebracht werden, wohingegen Anoplophora glabripennis in der EU als zu bekämpfender Quarantäneschadorganismus geführt wird. Für beide Insekten gibt es derzeit keinen praktikablen Rechtsanspruch auf Schadenshaftung bzw. Entschädigungen. Neben der Erstellung von Verbreitungsmodellen nach naturwissenschaftlichen Kriterien, wird dieser Tatbestand erörtert und entsprechende Verbesserungsansätze für die Normsetzung und -anwendung präsentiert.
Evapotranspiration (ET) is one of the most important variables in hydrological studies. In the ET process, energy exchange and water transfer are involved. ET consists of transpiration and evaporation. The amount of plants transpiration dominates in ET. Especially in the forest regions, the ratio of transpiration to ET is in general 80-90 %. Meteorological variables, vegetation properties, precipitation and soil moisture are critical influence factors for ET generation. The study area is located in the forest area of Nahe catchment (Rhineland-Palatinate, Germany). The Nahe catchment is highly wooded. About 54.6 % of this area is covered by forest, with deciduous forest and coniferous forest are two primary types. A hydrological model, WaSiM-ETH, was employed for a long-term simulation from 1971-2003 in the Nahe catchment. In WaSiM-ETH, the potential evapotranspiration (ETP) was firstly calculated by the Penman-Monteith equation, and subsequently reduced according to the soil water content to obtain the actual evapotranspiration (ETA). The Penman-Monteith equation has been widely used and recommended for ETP estimation. The difficulties in applying this equation are the high demand of ground-measured meteorological data and the determination of surface resistance. A method combined remote sensing images with ground-measured meteorological data was also used to retrieve the ETA. This method is based on the surface properties such as surface albedo, fractional vegetation cover (FVC) and land surface temperature (LST) to obtain the latent heat flux (LE, corresponding to ETA) through the surface energy balance equation. LST is a critical variable for surface energy components estimation. It was retrieved from the TM/ETM+ thermal infrared (TIR) band. Due to the high-quality and cloudy-free requirements for TM/ETM+ data selection as well as the overlapping cycle of TM/ETM+ sensor is 16 days, images on only five dates are available during 1971-2003 (model ran) " May 15, 2000, July 05, 2001, July 19, August 04 and September 21 in 2003. It is found that the climate conditions of 2000, 2001 and 2003 are wet, medium wet and dry, respectively. Therefore, the remote sensing-retrieved observations are noncontinuous in a limited number over time but contain multiple climate conditions. Aerodynamic resistance and surface resistance are two most important parameters in the Penman-Monteith equation. However, for forest area, the aerodynamic resistance is calculated by a function of wind speed in the model. Since transpiration and evaporation are separately calculated by the Penman-Monteith equation in the model, the surface resistance was divided into canopy surface resistance rsc and soil surface resistance rse. rsc is related to the plants transpiration and rse is related to the bare soil evaporation. The interception evaporation was not taken into account due to its negligible contribution to ET rate under a dry-canopy (no rainfall) condition. Based on the remote sensing-retrieved observations, rsc and rse were calibrated in the WaSiM-ETH model for both forest types: for deciduous forest, rsc = 150 sm−1, rse = 250 sm−1; for coniferous forest, rsc = 300 sm−1, rse = 650 sm−1. We also carried out sensitivity analysis on rsc and rse. The appropriate value ranges of rsc and rse were determined as (annual maximum): for deciduous forest, [100,225] sm−1 for rsc and [50,450] sm−1 for rse; for coniferous forest, [225,375] sm−1 for rsc and [350,1200] sm−1 for rse. Due to the features of the observations that are in a limited number but contain multiple climate conditions, the statistical indices for model performance evaluation are required to be sensitive to extreme values. In this study, boxplots were found to well exhibit the model performance at both spatial and temporal scale. Nush-Sutcliffe efficiency (NSE), RMSE-observations standard deviation ratio (RSR), percent bias (PBIAS), mean bias error (MBE), mean variance of error distribution (S2d), index of agreement (d), root mean square error (RMSE) were found as appropriate statistical indices to provide additional evaluation information to the boxplots. The model performance can be judged as satisfactory if NSE > 0.5, RSR ≤ 0.7, PBIAS < -±12, MBE < -±0.45, S2d < 1.11, d > 0.79, RMSE < 0.97. rsc played a more important role than rse in ETP and ETA estimation by the Penman-Monteith equation, which is attributed to the fact that transpiration dominates in ET. The ETP estimation was found the most correlated to the relative humidity (RH), followed by air temperature (T), relative sunshine duration (SSD) and wind speed (WS). Under wet or medium wet climate conditions, ETA estimation was found the most correlated to T, followed by RH, SSD and WS. Under a water-stress condition, there were very small correlations between ETA and each meteorological variable.
In Deutschland fallen bei der Wasseraufbereitung, der Verarbeitung von Gesteinen, Recyclingprozessen und in der Industrie etliche mineralische Zwangs-, Koppel-, Neben- oder Abfallprodukte an, die aufgrund ihrer Inhaltsstoffe als Puffersubstanzen oder Nährstofflieferanten im Wald eingesetzt werden könnten. In diesem Projekt wurde die Wirksamkeit und Ökosystemverträglichkeit von Mischungen potentieller Sekundärrohstoffe in Gefäßversuchen, Lysimeterversuchen, Freilandversuchen, Perkolationsversuchen und Keim- und Wachstumsversuchen untersucht. Die Mischungen bestehen aus Enthärterkalk und Magnesitstaub. Eingesetzte Enthärterkalke waren zwei Reaktorkornvarianten und ein Enthärterschlamm, dem zur besseren Händelbarkeit und als Kaliumquelle Bimsmehl bzw. Perlitstaub beigemischt wurde. Zur Anregung der biologischen Aktivität mit Phosphor wurden zwei Enthärterschlammmischungen mit Tiermehlasche aus der Monoverbrennung von Tierkörpermehl versetzt. Als Puffersubstanzen oder Nährstofflieferanten bewährten sich die Reaktorkörner, Magnesitstaub und Bimsmehl. Die Reaktorkornkalke wirken ähnlich dem herkömmlich eingesetzten Dolomit mit hoher oberflächennaher Säurepufferkapazität, verbesserter Basensättigung des Mineralbodens, Reduktion der Schwermetallmobilität und Aluminiumbelegung an den Austauscher sowie Erhöhung der Stickstoffspeicherkapazität. Unter dem Einfluss von Magnesitstaubs erhöhte sich der Magnesiumgehalt der Bodenlösung bis in den Hauptwurzelraum und Magnesiummangel in Pflanzen wurde signifikant behoben. Pflanzenvitalitätskennwerte verbesserten sich deutlich. Der Kaliumgehalt der Bodenlösung verbesserte sich bei Perlitstaub und Bimsmehl, in den Pflanzen nur bei Bimsmehl. Unter Einfluss der Tiermehlasche erhöhte sich weder der Gehalt der Bodenlösung noch die biologische Aktivität. Der enthaltene Phosphor liegt als schwerlösliches Hydroxylapatit vor, leichter lösliches Phosphat wurde als Calciumphosphat festgelegt. Durch geringe Anteile von Kalkmilch im Enthärterschlamm wurden initiale Nitrat- und Protonenschübe initiiert, die in stickstoffgesättigten Systemen problematisch werden können. Auf der Basis der Untersuchungsergebnisse wurden die positiv bewerteten Sekundärrohstoffe in die 2003 neugefasste Düngemittelverordnung aufgenommen.
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.
Mankind has dramatically influenced the nitrogen (N) fluxes between soil, vegetation, water and atmosphere " the global N cycle. Increasing intensification of agricultural land use, caused by the growing demand for agricultural products, has had major impacts on ecosystems worldwide. Particularly nitrogenous gases such as ammonia (NH3) have increased mainly due to industrial livestock farming. Countries with high N deposition rates require a variety of deposition measurements and effective N monitoring networks to assess N loads. Due to high costs, current "conventional"-deposition measurement stations are not widespread and therefore provide only a patchy picture of the real extent of the prevailing N deposition status over large areas. One tool that allows quantification of the exposure and the effects of atmospheric N impacts on an ecosystem is the use of bioindicators. Due to their specific physiology and ecology, especially lichens and mosses are suitable to reflect the atmospheric N input at ecosystem level. The present doctoral project began by investigating the general ability of epiphytic lichens to qualify and quantify N deposition by analysing both lichens and total N and δ15N along a gradient of different N emission sources and severity. The results showed that this was a viable monitoring method, and a grid-based monitoring system with nitrophytic lichens was set up in the western part of Germany. Finally, a critical appraisal of three different monitoring techniques (lichens, mosses and tree bark) was carried out to compare them with national relevant N deposition assessment programmes. In total 1057 lichen samples, 348 tree bark samples, 153 moss samples and 24 deposition water samples, were analysed in this dissertation at different investigation scales in Germany.The study identified species-specific ability and tolerance of various epiphytic lichens to accumulate N. Samples of tree bark were also collected and N accumulation ability was detected in connection with the increased intensity of agriculture, and according to the presence of reduced N compounds (NHx) in the atmosphere. Nitrophytic lichens (Xanthoria parietina, Physcia spp.) have the strongest correlations with high agriculture-related N deposition. In addition, the main N sources were revealed with the help of δ15N values along a gradient of altitude and areas affected by different types of land use (NH3 density classes, livestock units and various deposition types). Furthermore, in the first nationwide survey of Germany to compare lichens, mosses and tree bark samples as biomonitors for N deposition, it was revealed that lichens are clearly the most meaningful monitor organisms in highly N affected regions. Additionally, the study shows that dealing with different biomonitors is a difficult task due to their variety of N responses. The specific receptor surfaces of the indicators and therefore their different strategies of N uptake are responsible for the tissue N concentration of each organism group. It was also shown that the δ15N values depend on their N origin and the specific N transformations in each organism system, so that a direct comparison between atmosphere and ecosystems is not possible.In conclusion, biomonitors, and especially epiphytic lichens may serve as possible alternatives to get a spatially representative picture of the N deposition conditions. Furthermore, bioindication with lichens is a cost-efficient alternative to physico-chemical measurements to comprehensively assess different prevailing N doses and sources of N pools on a regional scale. They can at least support on-site deposition instruments by qualification and quantification of N deposition.
N-acetylation by N-acetyltransferase 1 (NAT1) is an important biotransformation pathway of the human skin and it is involved in the deactivation of the arylamine and well-known contact allergen para-phenylenediamine (PPD). Here, NAT1 expression and activity were analyzed in antigen presenting cells (monocyte-derived dendritic cells, MoDCs, a model for epidermal Langerhans cells) and human keratinocytes. The latter were used to study exogenous and endogenous NAT1 activity modulations. Within this thesis, MoDCs were found to express metabolically active NAT1. Activities were between 23.4 and 26.6 nmol/mg/min and thus comparable to peripheral blood mononuclear cells. These data suggest that epidermal Langerhans cells contribute to the cutaneous N-acetylation capacity. Keratinocytes, which are known for their efficient N-acetylation, were analyzed in a comparative study using primary keratinocytes (NHEK) and different shipments of the immortalized keratinocyte cell line HaCaT, in order to investigate the ability of the cell line to model epidermal biotransformation. N-acetylation of the substrate para-aminobenzoic acid (PABA) was 3.4-fold higher in HaCaT compared to NHEK and varied between the HaCaT shipments (range 12.0"44.5 nmol/mg/min). Since B[a]P induced cytochrome p450 1 (CYP1) activities were also higher in HaCaT compared to NHEK, the cell line can be considered as an in vitro tool to qualitatively model epidermal metabolism, regarding NAT1 and CYP1. The HaCaT shipment with the highest NAT1 activity showed only minimal reduction of cell viability after treatment with PPD and was subsequently used to study interactions between NAT1 and PPD in keratinocytes. Treatment with PPD induced expression of cyclooxygenases (COX) in HaCaT, but in parallel, PPD N-acetylation was found to saturate with increasing PPD concentration. This saturation explains the presence of the PPD induced COX induction despite the high N-acetylation capacities. A detailed analysis of the effect of PPD on NAT1 revealed that the saturation of PPD N-acetylation was caused by a PPD-induced decrease of NAT1 activity. This inhibition was found in HaCaT as well as in primary keratinocytes after treatment with PPD and PABA. Regarding the mechanism, reduced NAT1 protein level and unaffected NAT1 mRNA expression after PPD treatment adduced clear evidences for substrate-dependent NAT1 downregulation. These results expand the existing knowledge about substrate-dependent NAT1 downregulation to human epithelial skin cells and demonstrate that NAT1 activity in keratinocytes can be modulated by exogenous factors. Further analysis of HaCaT cells from different shipments revealed an accelerated progression through the cell cycle in HaCaT cells with high NAT1 activities. These findings suggest an association between NAT1 and proliferation in keratinocytes as it has been proposed earlier for tumor cells. In conclusion, N-acetylation capacity of MoDCs as well as keratinocytes contribute to the overall N-acetylation capacity of human skin. NAT1 activity of keratinocytes and consequently the detoxification capacities of human skin can be modulated by the presence of exogenous NAT1 substrates and endogenous by the cell proliferation status of keratinocytes.
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.
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.
Extension of an Open GEOBIA Framework for Spatially Explicit Forest Stratification with Sentinel-2
(2022)
Spatially explicit information about forest cover is fundamental for operational forest management and forest monitoring. Although open-satellite-based earth observation data in a spatially high resolution (i.e., Sentinel-2, ≤10 m) can cover some information needs, spatially very high-resolution imagery (i.e., aerial imagery, ≤2 m) is needed to generate maps at a scale suitable for regional and local applications. In this study, we present the development, implementation, and evaluation of a Geographic Object-Based Image Analysis (GEOBIA) framework to stratify forests (needleleaved, broadleaved, non-forest) in Luxembourg. The framework is exclusively based on open data and free and open-source geospatial software. Although aerial imagery is used to derive image objects with a 0.05 ha minimum size, Sentinel-2 scenes of 2020 are the basis for random forest classifications in different single-date and multi-temporal feature setups. These setups are compared with each other and used to evaluate the framework against classifications based on features derived from aerial imagery. The highest overall accuracies (89.3%) have been achieved with classification on a Sentinel-2-based vegetation index time series (n = 8). Similar accuracies have been achieved with classification based on two (88.9%) or three (89.1%) Sentinel-2 scenes in the greening phase of broadleaved forests. A classification based on color infrared aerial imagery and derived texture measures only achieved an accuracy of 74.5%. The integration of the texture measures into the Sentinel-2-based classification did not improve its accuracy. Our results indicate that high resolution image objects can successfully be stratified based on lower spatial resolution Sentinel-2 single-date and multi-temporal features, and that those setups outperform classifications based on aerial imagery only. The conceptual framework of spatially high-resolution image objects enriched with features from lower resolution imagery facilitates the delivery of frequent and reliable updates due to higher spectral and temporal resolution. The framework additionally holds the potential to derive additional information layers (i.e., forest disturbance) as derivatives of the features attached to the image objects, thus providing up-to-date information on the state of observed forests.
Seit seiner Unabhängigkeit erfreut sich Namibia als Reiseziel weltweit wachsender Beliebtheit, wodurch der Tourismus wirtschaftlich einen hohen Stellenwert hat. Zugleich lebt ein Großteil der Bevölkerung in Armut und ist zumeist noch immer von der Landwirtschaft abhängig. Diese dominiert flächenmäßig, zur Wertschöpfung und zur Entwicklung des Landes vermag sie allerdings nur wenig beizutragen. Kam im ariden Namibia ehemals nur Ranching als Landnutzung in Frage, sehen sich Landbesitzer wegen verschlechterter Rahmenbedingungen heute gezwungen, weitere Einkommensquellen zu erschließen. Naturtourismus ist eine der Alternativen. Ausgerechnet die wirtschaftlichen Schwächen der ländlichen Regionen mit naturnahen Landschaften, geringer anthropogener Überformung und der Abwesenheit von Industrie ermöglichen einzigartige Naturerlebnisse und stellen damit die Grundlage für Naturtourismus dar. Im Fokus der vorliegenden Studie stehen daher die Landnutzungen Ranching und Naturtourismus, die beide auf dem natürlichen Potenzial des Landes basieren und zugleich räumlich um die gleichen Flächen konkurrieren. Ziel ist die Bewertung der Auswirkungen beider Landnutzungen im Vergleich, um somit die für einen Raum am besten geeignete Nutzungsoption zu identifizieren und Verbesserungspotentiale bei der Ausgestaltung der untersuchten Landnutzungen aufzuzeigen. Die Erkenntnisse aus der einschlägigen Fachliteratur legen die Hypothese nahe, dass Naturtourismus im Vergleich zum Ranching die besser geeignete Landnutzung darstellt. Den theoretischen Rahmen zur Identifizierung der besser geeigneten Landnutzung bildet das Nachhaltigkeitskonstrukt, das wie jedes andere Theorem nicht unmittelbar mess- oder beobachtbar, sondern nur indirekt mit Hilfe von Indikatoren operationalisierbar ist. Die Mehrzahl der 34 insgesamt verwendeten Indikatoren entstammt dem Set der Vereinten Nationen. Alle verwendeten Indikatoren fanden Anwendung in einer für diese Arbeit auf Unternehmensebene adaptierten Version. Um den physischen wie humangeographischen Besonderheiten Namibias (Verfügbarkeit von Wasser, Namibia als Entwicklungsland etc.) gerecht zu werden, wurden zusätzliche Indikatoren für den regionalen Kontext der Studie konzipiert. Entsprechend dem Erkenntnisinteresse, unter Nachhaltigkeitsaspekten die am besten geeignete Landnutzung zu identifizieren, wurden anhand eines umfangreichen methodischen Kanons die empirischen Untersuchungen durchgeführt. Ausgangspunkt hierfür waren Erhebungen in Namibia, die in der Etosha-Region unmittelbar südlich der Kommunalgebiete stattfanden. Methodisch kamen dafür vorrangig quantitative Methoden zum Einsatz, wobei standardisierte Fragebögen als primäre Erhebungsinstrumente konzipiert wurden. Diese wurden von Expertengesprächen, Beobachtungen, Kartierungen und Sekundärdatenanalysen flankiert. Die Erkenntnisse aus den Erhebungen erlauben Aussagen für weite Gebiete Namibias mit vergleichbaren Bedingungen. So bestehen - entsprechend der Forschungshypothese - eindeutige Vorteile des Naturtourismus gegenüber dem Ranching hinsichtlich der betrachteten Landnutzungsauswirkungen, womit der Naturtourismus unter Nachhaltigkeitsaspekten die besser geeignete Landnutzung ist. Vor allem im Bereich der Sozialindikatoren überzeugen die Auswirkungen: Soziale Sicherheit, Wohnbedingungen (Elektrizität, Sanitäreinrichtungen, Wasserversorgung etc.), sozio-ökonomische Aufstiegschancen und die Mitarbeiterzufriedenheit sind zugunsten des Naturtourismus zu werten. Auch im Ökonomischen liegen die Vorteile bei dieser Landnutzung, wobei ein Aspekt negativ auffällt: Vor allem in puncto Regionalökonomie besteht im Tourismus Verbesserungsbedarf. Denn sowohl die Angestelltenrekrutierung als auch die Versorgung mit Waren und Dienstleistungen erfolgt mehrheitlich überregional. Dahingehend sind die Auswirkungen des Ranching als vorteilhafter anzusehen. Wie die Erhebungen ferner belegen, nimmt die Bedeutung des ausschließlichen Ranching aufgrund von Rentabilitätsproblemen auf kommerziellem Farmland sukzessive ab, stattdessen weisen Ländereien zumeist mehr als nur ein wirtschaftliches Standbein auf. Daher ist hinsichtlich der Landreform zu kritisieren, dass Neufarmer - wenn überhaupt - nur auf das Ranching vorbereitet werden. Wie die Erhebungen zeigen: eine wenig zeitgemäße Landnutzungsstrategie. Ein im Rahmen der Arbeit entwickeltes und ihr beiliegendes Farmrentabilitätstool verdeutlicht auf Basis einer Vielzahl vom Nutzer veränderlicher Einstellungen, wie schwierig die rentable Bewirtschaftung von Ranches heute ist.
Wastewater treatment is of great financial concern in many states of Germany. In the rural areas of the Saarland (German state at the border to Luxembourg and France) investments for wastewater treatments in the next years will mount up to 400 mio. €. Nevertheless, decision makers are still left with the question, if these investments result in an effective and sustainable water treatment. To answer this question, the ministry of environment, related authorities and the University of the Saarland (Geographical Institute) started a Project to investigate seven small headwater catchments with predominantly Triassic series of Muschelkalk. Aims of this study were the following: (i) the description of the spatial variability of water chemistry upstream and downstream of small villages (in these villages only mechanically treated waste water is discharged into the brooks), (ii) calculation of nutrient loads of differently managed catchments (predominantly woodland, meadows or fields) and (iii) the relative importance of non-point pollution sources to point pollution sources. Results indicated that spatial variability of nitrate concentration during base-flow conditions was quite similar in intensively used agricultural areas. Nitrogen fluxes were predominantly controlled hydrologically. The nitrogen load (kg N per ha) from non-point pollution sources amounts from 32.5 to 43 kg N / ha * a in intensively used agricultural areas. This load, forecast to one square-km, is equal to the N-load of 800 " 1000 population equivalents. Thus, non-point pollution sources are a major part of the overall nitrogen pollution in the rural areas. The results are important criterias for the sewage disposal plan of the Saarland (disposal plans are obligate according to German water law) and can serve as a first part of a river basin management according to the European Water Framework Directive. To lower non-point N-pollution changes in agricultural management practices are necessary.
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.
Die Beobachtung und Bewertung von Wäldern ist eins der zentralen Themen der Fernerkundung. Wälder sind auf der Erde die größten Speicher von Biomasse und damit, neben den Ozeanen, die größte Senke für Kohlendioxid. Eine genaue Kenntnis über Zusammensetzung, Zustand und Entwicklung der Wälder ist wegen ihrer vielfältigen Funktionen und ihres großen Anteils an der Landesfläche von großem wissenschaftlichem und gesellschaftlichem Wert. Eine flächen-deckende detaillierte Beobachtung ist nur mit fernerkundlichen Mitteln möglich. Eine vielversprechende moderne Technik für hochauflösende Waldfernerkundung ist luftgestütztes Laser-¬scanning. Für die Arbeit stand ein Laserscanner-Datensatz aus dem Idarwald bei Morbach in Einzelpunkten und als Wellenformdatensatz zur Verfügung, der zur Ableitung von strukturellen Waldparametern genutzt wurde. Als wichtigster Bestandsstrukturparameter wurde die Baumhöhe sowohl aus Einzelpunktdaten als auch aus gerasterten Bilddaten flächendeckend mit hoher Genauigkeit abgeleitet. Die Kronenuntergrenzen konnten anhand der Wellenformdaten identifiziert werden und stimmten ebenfalls in hoher Genauigkeit mit Geländemessungen überein. Aus Baumhöhen und Höhe der Kronenuntergrenzen konnte die jeweilige Kronenlänge bestimmt werden. Eine größere Herausforderung ist die Bestimmung der Anzahl der Bäume pro Hektar. Während die einzelnen Kronen älterer Nadelbäume gut erkennbar sind, lassen sich Laubbäume und jüngere Nadelbäume nur schwer identifizieren. Trotzdem konnte mit Hilfe eines adaptiven Moving-Window-Ansatzes eine hohe Übereinstimmung mit im Gelände bestimmten Stammzahlen erzielt werden. Aus dem Anteil der Laserstrahlen, die im Bestand den Boden erreichen, können der Kronenschlussgrad und der Blattflächenindex bestimmt werden. Beide Größen sind für den Strahlungstransfer im Bestand und für ökologische Fragestellungen von Bedeutung und konnten ebenfalls flächendeckend und mit hoher Genauigkeit gemessen werden. Eng verknüpft mit dem Blattflächenindex sind die Biomasse und der Holzvorrat. Der Holzvorrat kann zwar nicht direkt aus den Laser-¬scannerdaten abgeleitet werden, da aber enge Beziehungen zu Baumhöhe und Stammzahl bestehen, kann er aus diesen statistisch abgeleitet werden. Auch die Biomasse wurde indirekt bestimmt: aus den Baumhöhen und dem Bedeckungsgrad. Die detaillierteste Charakterisierung von Waldbeständen kann durch Kombination unterschiedlicher Datensätze erreicht werden. Neben dem Laserscanningdatensatz stand auch ein hyperspektrales Bild des Untersuchungsgebiets zur Verfügung. Um diese zu kombinieren, wurde aus den Wellenformen die jeweils über der Fläche eines Hyperspektralpixels zurückgestreute Laserenergie in Höhenschritten von 0.5 m berechnet. Diese Höhenprofile zeigen die Position und Dichte der Baumkronen. Der kombinierte Datensatz wurde für eine Klassifikation zwischen Fichten und Douglasien in jeweils mehreren Altersstufen verwendet und konnte gegenüber dem Hyperspektralbild alleine eine deutliche Verbesserung der Klassifikationsgenauigkeit erzielen. Als weitere Methode, die Vorteile von hyperspektraler Fernerkundung mit denen von Laser-scanning zu verbinden, wurden Methoden zur Verwendung von Laserscanning für die Invertierung von zwei Reflexionsmodellen entwickelt und getestet. Da mit Laserscanning Größen bestimmt werden können, die aus einem Reflexionsspektrum nicht eindeutig ableitbar sind, können die Daten verwendet werden, um den Parameterraum bei der Invertierung zu verkleinern und damit die Invertierung zuverlässiger zu machen.
Gerade in der heutigen Zeit im Spannungsfeld zwischen der globalen Klimaveränderung und einer stetig wachsenden Weltbevölkerung wird es immer wichtiger, die Oberflächenprozesse quantifizieren zu können. In fünf Untersuchungsgebieten in Deutschland, Luxemburg und Spanien wurden experimentelle Geländemessmethoden zur Quantifizierung von Oberflächenabflussbildung und Bodenerosion eingesetzt. Je nach geographischer Lage der Testgebiete sind unterschiedliche Einflussgrößen wichtig für die Abflussreaktion und den Bodenabtrag. Jahreszeit und Vorfeuchte des Bodens können zu verschiedenen Systemzuständen führen und damit die Oberflächenabflussbildungs- und Bodenerosionsraten beeinflussen. Die Verwendung von experimentellen Messmethoden (Beregnungen) ermöglicht es uns, die Reaktion derselben Flächen bei unterschiedlichen Ausgangsbedingungen auf ein und dasselbe (simulierte) Niederschlagsereignis zu messen. Durch die Kombination mit Geländekartierungen und GIS-Auswertungen wird eine qualitative Übertragung der punktuellen Messergebnisse auf die Fläche ermöglicht. In den beiden Untersuchungsgebieten in Deutschland wurden häufig hydrophobe Eigenschaften der Böden festgestellt. Durch diese Hydrophobizität dringt ein Teil des Niederschlagswassers gar nicht bis zum Mineralboden durch, sondern wird in der Streuschicht gehalten oder fließt innerhalb der Streuschicht ab. Dies führt zu einer Erhöhung der Oberflächenabflussraten. Auch der Einfluss der Landnutzung auf die Intensität der Oberflächenprozesse konnte für die Testgebiete in Deutschland und Luxemburg nachgewiesen werden. Auf Wegen und Fahrspuren, sowie auf Ackerflächen wurden die höchsten Oberflächenabfluss- und Bodenabtragsraten gemessen. Aber auch hydrophobe Waldstandorte zeigten hohe Oberflächenabflussraten, allerdings keinen nennenswerten Bodenabtrag, weil die Humusauflage die Bodenoberfläche schützt. Die im Rahmen dieser Arbeit verwendeten Rinnenerosionsversuche ermöglichen es, die Effizienz natürlicher Erosionsrinnen zu messen und zu vergleichen. Durch die Verwendung von beiden Methoden, Beregnung und Rinnenerosionsversuch, können die im Rinneneinzugsgebiet gemessenen Abtragsraten und -mengen mit den Abtragswerten der Erosionsrinne selbst verglichen werden. Insgesamt kann festgestellt werden, dass die Ergebnisse der experimentellen Messungen in Kombination mit einer Kartierung der aktuellen Geomorphodynamik sowie der Auswertung großmaßstäbiger Luftbilder, eine Quantifizierung der aktuellen Prozessdynamik ermöglichen.
Tropospheric ozone (O3) is known to have various detrimental effects on plants, such as visible leaf injury, reduced growth and premature senescence. Flux models offer the determination of the harmful ozone dose entering the plant through the stomata. This dose can then be related to phytotoxic effects mentioned above to obtain dose-response relationships, which are a helpful tool for the formulation of abatement strategies of ozone precursors. rnOzone flux models are dependant on the correct estimation of stomatal conductance (gs). Based on measurements of gs, an ozone flux model for two white clover clones (Trifolium repens L. cv Regal; NC-S (ozone-sensitive) and NC-R (ozone-resistant)) differing in their sensitivity to ozone was developed with the help of artificial neural networks (ANNs). White clover is an important species of various European grassland communities. The clover plants were exposed to ambient air at three sites in the Trier region (West Germany) during five consecutive growing seasons (1997 to 2001). The response parameters visible leaf injury and biomass ratio of NC-S/NC-R clone were regularly assessed. gs-measurements of both clones functioned as output of the ANN-based gs model, while corresponding climate parameters (i.e. temperature, vapour pressure deficit (VPD) and photosynthetic active radiation (PAR)) and various ozone concentration indices were inputs. The development of the model was documented in detail and various model evaluation techniques (e.g. sensitivity analysis) were applied. The resulting gs model was used as a basis for ozone flux calculations, which were related to above mentioned response parameters. rnThe results showed that the ANNs were capable of revealing and learning the complex relationship between gs and key meteorological parameters and ozone concentration indices. The dose-response relationships between ozone fluxes and visible leaf injury were reasonably strong, while those between ozone fluxes and NC-S/NC-R biomass ratio were fairly weak. The results were discussed in detail with respect to the suitability of the chosen experimental methods and model type.
This dissertation develops a rationale of how to use fossil data in solving biogeographical and ecological problems. It is argued that large amounts of fossil data of high quality can be used to document the evolutionary processes (the origin, development, formation and dynamics) of Arealsystems, which can be divided into six stages in North America: the Refugium Stage (before 15,000 years ago: > 15 ka), the Dispersal Stage (from 8,000 to 15,000 years ago: 8.0 - 15 ka), the Developing Stage (from 3,000 to 8,000 years ago: 3.0 - 8.0 ka), the Transitional Stage (from 1,000 to 3,000 years ago: 1 - 3 ka), the Primitive Stage (from 5,00 to 1,000 years ago: 0.5 - 1 ka) and the Human Disturbing Stage (during the last 500 years: < 0.5 ka). The division into these six stages is based on geostatistical analysis of the FAUNMAP database that contains 43,851 fossil records collected from 1860 to 1994 in North America. Fossil data are one of the best materials to test the glacial refugia theory. Glacial refugia represent areas where flora and fauna were preserved during the glacial period, characterized by richness in species and endemic species at present. This means that these (endemic) species should have distributed purely or primarily in these areas during the glacial period. The refugia can therefore be identified by fossil records of that period. If it is not the case, the richness in (endemic) species may not be the result of the glacial refugia. By exploring where mammals lived during the Refugium Stage (> 15 ka), seven refugia in North America can be identified: the California Refugium, the Mexico Refugium, the Florida Refugium, the Appalachia Refugium, the Great Basin Refugium, the Rocky Mountain Refugium and the Great Lake Refugium. The first five refugia coincide well with De Lattin- dispersal centers recognized by biogeographical methods using data on modern distributions. The individuals of a species are not evenly distributed over its Arealsystem. Brown- Hot Spots Model shows that in most cases there is an enormous variation in abundance within an areal of a species: In a census, zero or only a very few individuals occur at most sample locations, but tens or hundreds are found at a few sample sites. Locations where only a few individuals can be sampled in a survey are called "cool spots", and sites where tens or hundreds of individuals can be observed in a survey are called "hot spots". Many areas within the areal are uninhabited, which are called "holes". This model has direct implications for analyzing fossil data: Hot spots have a much higher local population density than cool spots. The chances to discover fossil individuals of a species are much higher in sediments located in a "hot spot" area than in a "cool spot" area. Therefore much higher MNIs (Minimum Number of Individuals) of the species should be found in fossil localities located in the hot spot than in the cool spot area. There are only a few hot spots but many cool spots within an areal of a single hypothetical species, consequently only a few fossil sites can provide with much high MNIs, whereas most other sites can only provide with very low MNIs. This prediction has been proved to be true by analysis of 70 species in FAUMAP containing over 100 fossil records. The temporal and spatial variation in abundance can be reconstructed from the temporospatial distribution of the MNIs of a species over its Arealsystem. Areas with no fossil records from the last thousands of years may be holes, and sites with much higher MNIs may be hot spots, while locations with low MNIs may be cool spots. Although the hot spots of many species can remain unchanged in an area over thousands of years, our study shows that a large shift of hot spots occurred mainly around 1,500-1,000 years ago. There are three directions of movement: from the west side to the east side of the Rockies, from the East of the USA to the east side of the Rockies and from the west side of the Rockies to the Southwest of the USA. The first two directions of shift are called Lewis and Clark- pattern, which can be verified with the observations mad by Lewis and Clark during their expedition in 1805-1806. The historical process of this pattern may well explain the 200-year-old puzzle why big game then abundant on the east side were rare on the west side of the Rocky Mountains noted by modern ecologists and biogeographers. The third direction of shift is called Bayham- pattern. This pattern can be tested by the model of Late Holocene resource intensification first described by Frank E. Bayham. The historical process creating the Bayham pattern will challenge the classic explanation of the Late Holocene resource intensification. An environmental change model has been proposed to account for the shift of hot spots. Implications of glacial refugia and hot spots areas for wildlife management and effective conservation are discussed. Suggestions for paleontologists and zooarchaeologists regarding how to provide more valuable information in their future excavation and research for other disciplines are given.
During and after application, pesticides enter the atmosphere by volatilisation and by wind erosion of particles on which the pesticide is sorbed. Measurements at application sites revealed that sometimes more than half of the amount applied is lost into the atmosphere within a few days. The atmosphere is an important part of the hydrologic cycle that can transport pesticides from their point of application and deposit them into aquatic and terrestrial ecosystems far from their point of use. In the region of Trier pesticides are widely used. In order to protect crops from pests and increase crop yields in the viniculture, six to eight pesticide applications take place between May and August. The impact that these applications have on the environmental pollution of the region is not yet well understood. The present study was developed to characterize the atmospheric presence, temporal patterns, transport and deposition of a variety of pesticides in the atmosphere of the area of Trier. To this purpose, rain samples were weekly collected at eight sites during the growing seasons 2000, 2001 and 2002, and air samples (gas and particle phases) were collected during the growing season 2002. Multiresidue analysis methods were developed to determine multiple classes of pesticides in rain water, particle- and gas-phase samples. Altogether 24 active ingredients and 3 metabolites were chosen as representative substances, focussing mainly on fungicides. Twenty-four of the 27 measured pesticides were detected in the rain samples; seventeen pesticides were detected in the air samples. The most frequently detected pesticides and at the highest concentrations, both in rain and air, were compounds belonging to the class of fungicides. The insecticide methyl parathion was also detected in several rain samples as well as two substances that are banned in Germany, such as the herbicides atrazine and simazine. Concentration levels varied during the growing season with the highest concentrations being measured in the late spring and summer months, coinciding with application times and warmer months. Concentration levels measured in the rain samples were, generally, in the order of rnng l-1. Though average concentrations for single substances were less than 100 ng l-1, total concentrations were considerable and in some instances well above the EU drinking water quality standard of 500 ng l-1 for total pesticides. Compared to the amounts applied for pest control, the amounts deposited by rain resulted between 0,004% and 0,10% of the maximum application rates. These low pesticide inputs from precipitation to surface-water bodies is not of concern in vinicultural areas where the impact of other sources, such as superficial runoff inputs from the treated areas and cleaning of field crop sprayers, is more important. However, the potential impacts of these aerial pesticide inputs to non-target sites, such as organic crops, and sensitive ecosystems are as yet not known. Concentration levels in the air samples were in the order of ng m-3 at sites close to the fields were pesticides were applied, while lower values, in the order of pg m-3, were detected at the site located further away from fields where applications were performed. The measured air concentration levels found in this study do not represent a concern for human health in terms of acute risk. Inhalation toxicity studies have shown that an acute potential risk only arises at air concentrations in the range of g m-3. Finally, it must be kept in mind that only a small number of chemicals that were applied in the area were analysed for in this study. In order to gain a better evaluation of the local atmospheric load of pesticides, a wider spectrum of applied substances (including metabolites) needs to be investigated.
Markenaufbau von Destinationen ist eine kostenintensive und langfristige Angelegenheit. In den vergangenen Jahren stieg das Interesse von Kommunen, Regionen und Ländern die Markenbildung zu verstärken. Gleichzeitig wird aber auch immer mehr der Ruf lauter ein Instrument zu schaffen, das Markenbewertung für Destinationen vornimmt. Vor allem in der Konsumgüter und Investitionsgüterindustrie finden sich zahlreiche Ansätze zur Markenbewertung, im Destinationsmanagement gibt es das bisher kaum. Es gibt drei verschiedene Arten von Verfahren, die meist von Unternehmensberatungen oder Wissenschaftlern entwickelt wurden: Messung des Markenwertes, Messung der Markenstärke und hybride Verfahren. Für Destinationen machen rein quantitative Verfahren wenig Sinn, da es beim Thema "Reise" auch auf eine Vielzahl von qualitativen Merkmalen ankommt. Von daher wurde im Rahmen dieser Dissertation entschieden, sich primär auf ein qualitatives Verfahren zu konzentrieren und verschiedene Modelle der Markenbewertung zu überprüfen. Das Resultat der Überprüfung zeigte, dass es notwendig war verschiedene Modelle zu kombinieren, um damit die Markenstärke einer Destination zu messen. Als empirisches Beispiel wurde hier Spanien ausgewählt, da dies als ein erfolgreiches Beispiel für Branding in der Fachliteratur gesehen wird. Dieses neu entwickelte Verfahren wurde an der Destination Spanien überprüft im Rahmen einer Projektstudie mit Studierenden der Universität Trier. Das Ergebnis zeigte, dass der Ansatz eines qualitativen Verfahrens richtig war, allerdings könnte es in ein hybrides Verfahren überführt werden. Kooperationspartner für die Dissertation war Turespana, Berlin.
Laboratory landslide experiments enable the observation of specific properties of these natural hazards. However, these observations are limited by traditional techniques: frequently used high-speed video analysis and wired sensors (e.g. displacement). These techniques lead to the drawback that either only the surface and 2D profiles can be observed or wires confine the motion behaviour. In contrast, an unconfined observation of the total spatiotemporal dynamics of landslides is needed for an adequate understanding of these natural hazards.
The present study introduces an autonomous and wireless probe to characterize motion features of single clasts within laboratory-scale landslides. The Smartstone probe is based on an inertial measurement unit (IMU) and records acceleration and rotation at a sampling rate of 100 Hz. The recording ranges are ±16 g (accelerometer) and ±2000∘ s−1 (gyroscope). The plastic tube housing is 55 mm long with a diameter of 10 mm. The probe is controlled, and data are read out via active radio frequency identification (active RFID) technology. Due to this technique, the probe works under low-power conditions, enabling the use of small button cell batteries and minimizing its size.
Using the Smartstone probe, the motion of single clasts (gravel size, median particle diameter d50 of 42 mm) within approx. 520 kg of a uniformly graded pebble material was observed in a laboratory experiment. Single pebbles were equipped with probes and placed embedded and superficially in or on the material. In a first analysis step, the data of one pebble are interpreted qualitatively, allowing for the determination of different transport modes, such as translation, rotation and saltation. In a second step, the motion is quantified by means of derived movement characteristics: the analysed pebble moves mainly in the vertical direction during the first motion phase with a maximal vertical velocity of approx. 1.7 m s−1. A strong acceleration peak of approx. 36 m s−2 is interpreted as a pronounced hit and leads to a complex rotational-motion pattern. In a third step, displacement is derived and amounts to approx. 1.0 m in the vertical direction. The deviation compared to laser distance measurements was approx. −10 %. Furthermore, a full 3D spatiotemporal trajectory of the pebble is reconstructed and visualized supporting the interpretations. Finally, it is demonstrated that multiple pebbles can be analysed simultaneously within one experiment. Compared to other observation methods Smartstone probes allow for the quantification of internal movement characteristics and, consequently, a motion sampling in landslide experiments.
The study analyzes the long-term trends (1998–2019) of concentrations of the air pollutants ozone (O3) and nitrogen oxides (NOx) as well as meteorological conditions at forest sites in German midrange mountains to evaluate changes in O3 uptake conditions for trees over time at a plot scale. O3 concentrations did not show significant trends over the course of 22 years, unlike NO2 and NO, whose concentrations decreased significantly since the end of the 1990s. Temporal analyses of meteorological parameters found increasing global radiation at all sites and decreasing precipitation, vapor pressure deficit (VPD), and wind speed at most sites (temperature did not show any trend). A principal component analysis revealed strong correlations between O3 concentrations and global radiation, VPD, and temperature. Examination of the atmospheric water balance, a key parameter for O3 uptake, identified some unusually hot and dry years (2003, 2011, 2018, and 2019). With the help of a soil water model, periods of plant water stress were detected. These periods were often in synchrony with periods of elevated daytime O3 concentrations and usually occurred in mid and late summer, but occasionally also in spring and early summer. This suggests that drought protects forests against O3 uptake and that, in humid years with moderate O3 concentrations, the O3 flux was higher than in dry years with higher O3 concentrations.
Influence of Ozone and Drought on Tree Growth under Field Conditions in a 22 Year Time Series
(2022)
Studying the effect of surface ozone (O3) and water stress on tree growth is important for planning sustainable forest management and forest ecology. In the present study, a 22-year long time series (1998–2019) on basal area increment (BAI) and fructification severity of European beech (Fagus sylvatica L.) and Norway spruce (Picea abies (L.) H.Karst.) at five forest sites in Western Germany (Rhineland Palatinate) was investigated to evaluate how it correlates with drought and stomatal O3 fluxes (PODY) with an hourly threshold of uptake (Y) to represent the detoxification capacity of trees (POD1, with Y = 1 nmol O3 m−2 s−1). Between 1998 and 2019, POD1 declined over time by on average 0.31 mmol m−2 year−1. The BAI showed no significant trend at all sites, except in Leisel where a slight decline was observed over time (−0.37 cm2 per year, p < 0.05). A random forest analysis showed that the soil water content and daytime O3 mean concentration were the best predictors of BAI at all sites. The highest mean score of fructification was observed during the dry years, while low level or no fructification was observed in most humid years. Combined effects of drought and O3 pollution mostly influence tree growth decline for European beech and Norway spruce.
Der Forschungsbereich der Systembiologie hat sich in den letzten Jahren mit unvergleichlicher Dynamik entwickelt und sich als interdisziplinäres Feld in den Biowissenschaften etabliert. Die Systembiologie verfolgt hierbei unter anderem das Ziel, biologische Systeme als Ganzes zu betrachten. Die analytische Erfassung der Stoffwechselzwischenprodukte, auch Metaboliten genannt, eröffnet hierbei neue Möglichkeiten. Metaboliten stellen Zwischenprodukte in vivo ablaufender biochemischer Reaktionen dar und stehen in enger Abhängigkeit zu Vorgängen, welche auf der Ebene von Transkriptom und Proteom gesteuert und ermöglicht werden. In dieser Arbeit wurden Zeitreihen von Metabolitkonzentrationen untersucht, welche im Rahmen von Fermentationsexperimenten mit dem nicht-pathogenen Bodenbakterium Corynebacterium glutamicum erfasst worden sind. Die Fermentationsexperimente wurden auf unterschiedlichen Ausgangssubstraten durchgeführt, wobei die Erfassung der Metabolitkonzentration in äquidistanten zeitlichen Abständen gehandhabt wurde. Zur Korrektur von Messfehlern und zur optimalen Vorverarbeitung der Daten wurde ein maßgeschneidertes System der Datenprozessierung entwickelt. Eine unüberwachte Datenstrukturanalyse ergab, dass sich die Metaboliten ihrer zeitlichen Ausprägung nicht uniform oder gar zufällig verhalten, sondern sich in Gruppen unterschiedlichen Prozessverhaltens einordnen lassen. Diese unüberwachte Eingruppierung anhand der in den Zeitreihen vorhandenen Strukturen erlaubte eine erste grundlegende funktionelle Zuordnung der Metaboliten. Weiterhin konnten in den Konzentrationsdaten Strukturen gefunden werden, welche deutliche Übereinstimmungen mit den physiologischen Phasen des bakteriellen Wachstums zeigten. Die Analyse der Metabolomdaten wurde in einem nächsten Schritt durch eine theoretische Betrachtungsweise erweitert. Hierzu wurde der Stoffwechsel von C. glutamicum rechnergestützt modelliert. Zu diesem Zweck wurde eine Genomannotation durchgeführt, mit dem Ziel einen möglichst umfangreichen und qualitativ hochwertigen Katalog über das enzymatische Repertoire von C. glutamicum aus Sequenzinformation abzuleiten. Generiertes Wissen über vorhandene Enzyme wurde in biochemische Reaktionen übersetzt, welche zu Reaktionsnetzwerken zusammengefügt wurden. Die erzeugten Reaktionsnetzwerke wurden unter Verwendung graphentheoretischer Ansätze analysiert. Die integrative Analyse experimenteller und theoretischer Daten ergab, dass sich Eigenschaften von Metabolitzeitreihen deutlich topologischen Merkmalen zuordnen lassen. So zeigt sich beispielsweise, dass ein auffälliger Zusammenhang zwischen der experimentell erfassten Sensitivität im Konzentrationsverlauf eines Metaboliten und seinem theoretischen Verknüpfungsgrad existiert. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass eine hochsignifikante Prozessähnlichkeit zwischen Metaboliten sowohl in direkter Nachbarschaft als auch in größeren Reaktionsabständen auftreten kann, jedoch vorzugsweise dann existiert, wenn beide Metaboliten ihrerseits wenige Reaktionspartner haben. Die integrative Datenanalyse wurde in einem weiteren Schritt abermals erweitert, indem Transkriptominformation weiterer Studien integriert wurde. Im Detail wurde in dieser Analyse die Prozessähnlichkeit theoretisch benachbarter Metaboliten des Zentralstoffwechsels in Zusammenschau mit der Transkription enzymkodierender Gene untersucht. Die Ergebnisse zeigten deutlich, dass eine erhöhte Prozessähnlichkeit benachbarter Metaboliten dann existiert, wenn die entsprechenden enzymkodierenden Gene in Abhängigkeit des verwendeten Ausgangssubstrates signifikant exprimiert waren. Somit konnte ein Zusammenhang zwischen der Prozessähnlichkeit benachbarter Metaboliten in Abhängigkeit zur Genexpression als Resultat substratinduzierter Anpassungsvorgänge gezeigt werden. Es konnte folglich im systembiologischen Kontext belegt werden, dass auf der Ebene des Transkriptoms stattfindende Vorgänge sich deutlich bis in die Zeitreiheneigenschaften erfasster Metabolitkonzentrationen durchpausen können. Darüber hinaus zeigte sich, dass die Berechnung paarweiser Prozessähnlichkeiten das Potenzial zur Charakterisierung der zugrundeliegenden Systemeigenschaften besitzt. So ermöglichte die Betrachtung paarweiser Prozessähnlichkeiten aus allen untersuchten Fermentationsexperimenten, signifikante substrat-induzierte Veränderungen als auch invariante Merkmale im Stoffwechsel von C. glutamicum zu detektieren.
Ziel der Optimierung bestimmter molekulargenetischer Methoden war die Aufklärung möglicher Zusammenhänge zwischen landwirtschaftlichen Nutzungsformen und der Genetik von Microtus arvalis. Um mögliche Populationsunterschiede feststellen zu können wurden zwei unterschiedliche genetische Untersuchungsmethoden eingesetzt. die Fingerprints, die mit dem Multi-locus DNA Fingerprint gemacht werden besitzen einen sehr hohen Informationswert und sind individualspezifisch. Der Nachteil dieser Methode besteht darin, dass sie sehr aufwendig ist. Die RAPD-PCR hat den Vorteil, dass sie sehr schnell Bandemuster produziert, und leicht anwendbar ist. der Informationsgehalt des RAPD-PCR ist jedoch geringer. Da beide Methoden auf die Feldmaus noch nicht angewandt wurden, mussten sie so modifiziert werden, dass genetische Untersuchungen mit Microtus arvalis erst möglich wurden. Insgesamt wurden 161 Microtus arvalis aus Wahlen (Nordsaarland) und Herl (Regierungsbezirk trier) untersucht. Dabei stellte sich heraus, dass die Brachflächen in Wahlen (Zill1, Zill2 und Zill3), die zwischen ca. 20m und 200m voneinander entfernt liegen erwartungsgemäß eine zusammenhängende Population darstellen. Die Feldmäuse der Brachfläche am Hohberg (ca. 400m entfernt) die durch eine Straße, sowie Wald bzw. Feldgehölze von den Zill-Populationen getrennt sind können genetisch eindeutig abgegrenzt werden. Noch deutlicher sind die Populationsunterschiede von Wahlen zu Herl. Die Populationsunterschiede in Herl lassen sich weder durch die Distanz noch durch Isolationsbarrieren erklären. Alles deutet darauf hin, dass einzelne Bandenmuster mit den spezifischen Landbewirtschaftungsformen korrelieren.
Dans une perspective du développement touristique durable du territoire d'Agadir / région Souss Massa Draa (Maroc), qu'est un territoire touristique offrant un produit balnéaire diversifié et généralement consolidé par une offre en matière du tourisme rural. Ce travail de recherche vise la mise en œuvre d"un management environnemental adapté à la situation locale, conforme aux normes internationales et à l'apporté des entreprises touristiques y opérant. Ainsi, la réalisation d"un diagnostic environnemental est une étape fondamentale et se fera à l'aide de quatre différents outils d'enquête (Observation, guide d"entretien, grille d'évaluation et questionnaires). Cependant, il va falloir choisir les cas leadeurs en la matière - s'ils existent - pour les présenter aux managers afin de les sensibiliser concrètement à la nécessité d'adopter un management environnemental au sein de leurs structures et de prendre ces cas sélectionnés comme modèles. Cette étude a permis de tirer les conclusions suivantes : - Une maturité du territoire d'étude de la région SMD, lui permettra de s"inscrire dans une démarche de développement touristique durable à travers l'adoption d'un management environnemental en passant par l"assurance de la qualité des services. - La qualité des services est satisfaisante au sein des EHT étudiés et relevant du milieu urbain. En revanche, en milieu rural elle à rehausser en soulignant qu'ils sont dotés d'un paysage régional remarquable et exceptionnel. - Les responsables interviewés n'ont cité que les impacts positifs de leurs activités sur l"environnement (Création d'emplois, promotion de l'économie et de la culture locales, financement des événements à caractère social...). - Une faible existence du Management environnemental au sein des EHT étudiés (4,16 % l'échantillonnage dispose d'une politique environnementale). Ainsi que à l'issue de l'évaluation deux cas ont été proposés comme modèles en la matière. - La charte et le Manuel comme de deux solutions locales visant la promotion du Management Environnemental. Actuellement, la charte a été mise en Å“uvre en milieu rural dans une perspective de la généraliser sur la totalité du territoire régional voire même national. Enfin, cette étude a apporté une réponse à la problématique et aux hypothèses de recherche et a permis par la même occasion de proposer des outils visant l'instauration et/ou la promotion du management environnemental à l'échelle régionale.
Habitat selection of nine songbird species (Sylviidae, Prunellidae, Emberizidae, Fringillidae, Laniidae) in a semi-open transitional landscape (wood/meadow ecotone) is assessed and compared by a quantitative approach over a period of three years. The structural diversity and heterogeneity of this landscape allows a common occurrence to bird species that are spatially segregated in other habitats. On the one hand habitat selection, which in this study is defined by the choice of vegetation structures at the microhabitat level, is regarded as the confrontation of the single bird individuals with their environment and on the other hand as a common trait of subpopulations. The process of habitat selection is only real at the level of the individual. Drawing against this background, a model for the quantification of habitat selection is introduced, making possible an objective analysis of both individual and average habitat selection (not explaining the process itself, however, that leads to the observed habitat selection). The influence of several structural features, mainly regarding the shape of vegetational subunits, on the dispersion of the birds on the plots is analyzed by means of quantitative methods (factor analysis, cluster analysis, discriminant analysis). Preferences and avoidances, constancy in time and space and the degree of selectivity of the specific choice of vegetational structures are discussed in detail for each bird species. There is quantitative evidence that along with increasing abstraction from the individual in the form of spatially increasing data aggregation, the specific distinctness of habitat preferences as a common trait increases. This happens, however, at the expense of information about the variability of the individual selective behaviour. Therefore the flexibility of a bird species would be underrated cosiderably, confining habitat selection to its meaning as an integrating trait of populations. Habitat selection is a dynamic process. It is shown that the structural offer in a landscape strongly influences the result of the species" habitat selection. The availability of vegetational structures on a plot determines the quantitative structural framework, which may be more or less quantitatively modified by the single species. Nevertheless, the structural offer is reflected clearly in the selected structural portions of the bird species. Therefore opportunism and selectivity in the form of structural preferences and avoidances in habitat selection have to be interpreted against the background of the quantitative composition of the vegetational structures that a landscape offers to the birds.
Climate change is expected to cause mountain species to shift their ranges to higher elevations. Due to the decreasing amounts of habitats with increasing elevation, such shifts are likely to increase their extinction risk. Heterogeneous mountain topography, however, may reduce this risk by providing microclimatic conditions that can buffer macroclimatic warming or provide nearby refugia. As aspect strongly influences the local microclimate, we here assess whether shifts from warm south-exposed aspects to cool north-exposed aspects in response to climate change can compensate for an upward shift into cooler elevations.
Vor dem Hintergrund des globalen Klimawandels stellt die energetische Verwertung von Biomasse (NaWaRo, Bioenergie) eine Option zur Minderung der globalen Treibhausgas-Emissionen dar. Im Jahr 2011 betrug der Anteil der Bioenergie am deutschen Endenergieverbrauch 8,2 %. Zur Einhaltung politischer Klimaschutzziele ist von einer Ausweitung der NaWaRo-Anbaufläche auszugehen. Aus Sicht des vorsorgenden Bodenschutzes ist dabei relevant, dass mit dem Biomasseanbau sowohl positive als auch negative Effekte für das Schutzgut Boden einhergehen können. Befürchtet werden u.a. ein weiterer Rückgang der (Boden-)Biodiversität in den Agrarlandschaften sowie eine Reduktion der organischen Kohlenstoffvorräte des Bodens (Verlust an Bodenqualität, Quelle für Treibhausgase) infolge der Intensivierung der landwirtschaftlichen Bodennutzung. Dahingegen könnten extensive Landnutzungsformen jedoch bspw. auch zu einer Förderung der Biodiversität beitragen. Für die zukünftige Ausrichtung des Biomasseanbaus ist daher eine umfassende Evaluation der vorhandenen Anbausysteme notwendig. Anhand der Energiepflanzen Raps, Mais und Miscanthus wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit die Effekte des Biomasseanbaus auf die für die Bodenfunktionen relevanten Schlüsselfaktoren Boden-Biodiversität und Humusgehalt ermittelt. Raps und Mais waren im Vergleich zu Miscanthus durch eine geringere Biodiversität gekennzeichnet. Langjähriger Miscanthus-Anbau führte zudem zu einer C-Akkumulation im Boden. Ein weiterer Schwerpunkt lag in der Quantifizierung der Netto-Energieerträge, der Energieeffizienz sowie des Treibhausgas-Minderungspotenzials der Anbausysteme. Alle bilanzierten Energiepflanzen-Anbausysteme erzielten Energiegewinne und führten zu einer Reduktion der Treibhausgasemissionen. Den naturwissenschaftlichen Studien schloss sich eine Analyse der gegenwärtigen Regelungen zur guten fachlichen Praxis (gfP) als zentralem Steuerungselement des vorsorgenden Bodenschutzes an. Diese diente zur Klärung der Frage, ob es hinsichtlich des Biomasseanbaus einer NaWaRo-spezifischen Konkretisierung der Grundsätzekataloge zur gfP im Recht der Landwirtschaft bedarf. Auf den Ergebnissen der natur- und rechtswissenschaftlichen Studien aufbauend wurden die mit der energetischen Verwertung von Biomasse einhergehenden Effekte auf die Schutzgüter Boden und Klima anhand des internen Zielkonfliktes des -§ 1 Abs. 3 Nr. 2 und 4 BNatSchG, welcher exemplarisch für das Spannungsfeld zwischen Landwirtschaft und Naturschutz steht, bewertet. Insgesamt ist der Ausbau der erneuerbaren Energien ein geeignetes und erforderliches Mittel zum Schutze des Klimas und der Luft. Sofern die Grundsätze der gfP zum Schutze des Bodens konsequent umgesetzt werden, muss der Anbau nachwachsender Rohstoffe zur Bioenergie-Produktion in diesem Zusammenhang als allgemein verhältnismäßig, im Besonderen aber auch als angemessene Maßnahme hinsichtlich der sonstigen Anforderungen des Bodenschutzes, angesehen werden. Den Abschluss der Arbeit bildet ein nicht als abschließend zu verstehender Katalog NaWaRo-spezifischer sowie allgemeiner Konkretisierungsvorschläge zur guten fachlichen Praxis.
Global change, i.e. climate and land use changes, severely impact natural ecosystems at different scales. Poikilothermic animals as butterflies, amphibians and reptiles have proven to be useful indicators for global change impacts as their phenology, spatial distribution, individual fitness and survival strongly depend on external environmental factors. In this aspect, phenological changes in terms of advanced flight or breeding periods, immigrations of foreign species, range shifts concomitant with temperature increases and even local population declines have been observed in both species groups. However, to date much attention has been paid to global change impacts on the species or population level and analyses concerning entire ecosystems are scarce. Applying a novel statistical modelling algorithm we assessed future changes in the extent and composition of terrestrial ecoregions as classified by the World Wide Fund for Nature (WWF). They are defined as coarse-scale conservation units containing exceptional assemblages of species and ecological dynamics. Our results demonstrate dramatic geographical changes in the extent and location of these ecoregions across all continents and even imply a repriorisation of conservation efforts to cope with future climate change impacts on biodiversity. On the local scale, climate change impacts become unequivocal. Comparing historical to contemporary butterfly assemblages on vineyard fallows of the Trier Region, a significant decline in butterfly richness, but also a severe depletion in trait diversity was observed. Comparisons of community temperature indices reveal a striking shift in community composition leading to a replacement of sedentary and monophagous habitat specialists by ubiquitous species. Similar changes have been observed in nature reserves in the Saar-Mosel-area. Monitoring data reveal strong losses of species diversity and remarkable shifts of community compositions at the expense of habitat specialists. Besides climatic variability, these findings are largely attributed to changes in habitat structures, mostly due to eutrophication and monotonisation. Management activities are unlikely to counterbalance these effects, thus severely questioning current conservation strategies. Most dramatic global change impacts are suspected on closely associated species and disruptions of biotic interactions are often hold responsible for species declines. A strong host-parasite association has developed in Myrmica ants and Maculinea butterflies, the later crucially depending on specific host ants for their larval survival. Applying environmental niche models we determined considerable niche dynamics in the observed parasite-host relation with a pronounced niche plasticity in the butterfly species adapting to previous evasive niche shifts in their host ants. Moreover, the new emergence of species continuously expanding their northernmost range borders concomitant with global warming like the Short-tailed blue (Cupido argiades) is attributed to climate change. However, species distribution models predict a severe habitat loss and shifts of potentially suitable habitats of this species towards north-eastern Europe and higher altitudes under several IPCC scenarios making the presence of this species in the Trier region a contemporary phenomenon. Species distribution models have emerged as powerful tools to predict species distributions over spatial and temporal scales. However, not only the presence of a species, but also its abundance have significant implications for species conservation. The ability to deduce spatial abundance patterns from environmental suitability might more efficiently guide field surveys or monitoring programs over large geographical areas saving time and money. Although the application of species distribution models to deduce vertebrate abundances is well recognized, our results indicate that this method is not an adequate approach to predict invertebrate abundances. Structural and ecological factors as well as climatic patterns acting at the microscale are key drivers of invertebrate occurrence and abundances limiting conclusions drawn from modeling approaches. Population declines should be interpreted with care as in butterflies and amphibians various reasons are debated. Both species groups are acknowledged to be highly susceptible to land use changes and variations in landscape structure. Moreover, climate and land use are not independently operating factors. The combined impact of both is demonstrated in our study linking climate-driven changes in amphibian phenologies to temporal advanced applications of pesticides and fertilizers. Both environmental factors already represent severe threats to amphibians when standing alone, but linking their combined impacts may result in an potentiated risk for amphibian populations. As all amphibians and numerous butterfly species are legally protected under the Federal Nature Conservation Act, intensifications of agricultural land use in large parts of Germany as well as new agrarian practices (including genetically manipulated plants accompanied by new herbicide technologies) might severely challenge regional conservation activities in the future.
The microbial enzyme alkaline phosphatase contributes to the removal of organic phosphorus compounds from wastewaters. To cope with regulatory threshold values for permitted maximum phosphor concentrations in treated wastewaters, a high activity of this enzyme in the biological treatment stage, e.g., the activated sludge process, is required. To investigate the reaction dynamics of this enzyme, to analyze substrate selectivities, and to identify potential inhibitors, the determination of enzyme kinetics is necessary. A method based on the application of the synthetic fluorogenic substrate 4-methylumbelliferyl phosphate is proven for soils, but not for activated sludges. Here, we adapt this procedure to the latter. The adapted method offers the additional benefit to determine inhibition kinetics. In contrast to conventional photometric assays, no particle removal, e.g., of sludge pellets, is required enabling the analysis of the whole sludge suspension as well as of specific sludge fractions. The high sensitivity of fluorescence detection allows the selection of a wide substrate concentration range for sound modeling of kinetic functions.
- Fluorescence array technique for fast and sensitive analysis of high sample numbers
- No need for particle separation – analysis of the whole (diluted) sludge suspension
- Simultaneous determination of standard and inhibition kinetics
Im Fokus der Ursachenanalyse der zunehmenden Homogenisierung von Biozönosen und des weltweiten Artenverlustes steht neben dem Flächennutzungs- und Klimawandel vorrangig auch die durch den Menschen verursachte Einbringung gebietsfremder, invasiver Arten. Aufgrund ihrer Charakteristika bilden diese Arten einen wichtigen Schnittpunkt von Ökologie, Ökonomie und Soziologie in Theorie und Praxis und erfahren folglich im Zuge der weltweit steigenden Anzahl von biologischen Invasionen zunehmend eine rechtliche Regulierung. Eine grundsätzliche Herausforderung in der Invasionsforschung liegt in der Identifikation von Faktoren, die Verbreitung, Dynamik und Erfolg der Arten erklären, um anhand dieses Wissens ihr Risiko für das Ökosystem als auch hinsichtlich ökonomischer und gesundheitlicher Aspekte abschätzen zu können. Eine Einschätzung der Invasivität der Art zur Ableitung von Handlungsstrategien und zur rechtlichen Einstufung erfolgt anhand von Risikoanalysen, deren kriterienbasierte Bewertung eine Reihe wissenschaftlicher Fakten voraussetzen. Um mögliche Ausbreitungswege- und barrieren zu identifiziert und Faktoren herauszustellen, welche die erfolgreiche Etablierung und Ausbreitung des Nordamerikanischen Waschbären in Deutschland und Europa erklären, wird in dieser Dissertation unter Verwendung populationsgenetischer Methoden die Ausbreitung der Art rekonstruiert. Darüberhinaus wird in dieser Arbeit die Bedeutung von Verbreitungsmodellen als Analyse- und Präventions-Instrument in der naturschutzfachlichen Risikoabschätzung verdeutlicht und zudem die Problematik einer Risikoabschätzung auf Grundlage einer lückenhaften Wissensbasis erläutert. Der rechtliche Schwerpunkt der Dissertation widmet sich der Regulierung der Haltung von IAS, die als ein aktiver und dominanter Einbringungsweg insbesonders für gebietsfremde Wirbeltierarten zählt und für die hier betrachtete Modellart nachweislich von hoher Bedeutung ist. Die gewonnenen Erkenntnisse geben Hilfestellung zur Einstufung der Invasivität der Art und zur Beurteilung eines Handlungsbedarfes.
Durch Bodendegradation werden jedes Jahr weltweit große Schäden verursacht. Die beiden Hauptverursacher für die globale Bodendegradation sind die Wind- und die Wassererosion. Für die Planung von effizienten Schutzmaßnahmen oder regionalen Managementplänen ist es deshalb wichtig zu verstehen, dass die beiden Prozesse nicht nur als abgekoppelte Phänomene auftreten. Auch wenn seit einiger Zeit das Bewusstsein hierfür zugenommen hat und eine steigende Anzahl von Bodenerosionsstudien auf diesen Sachverhalt eingehen, so bestehen vor allem bei der Abschätzung der relativen Bedeutung und dem Verständnis der vorhandenen Interaktionen zwischen der Wind- und Wassererosion noch substantielle Wissenslücken. Da indirekte Messverfahren, wie beispielsweise die Luftbildauswertung oder die Fernerkundung, für mikro-skalige Prozessstudien ungeeignet sind, beschränken sich die Studien zur Erfassung der Interaktion beider Prozesse zumeist auf die direkten und/oder experimentellen Messungen. Ein Vergleich der Abtragsraten und eine Untersuchung der Interaktionen zwischen der Wind- und der Wassererosion ist jedoch sehr schwierig, da es bislang kein Messinstrument gibt, dass einfach und schnell, die durch Wind, Wasser oder deren Zusammenwirken verursachten Erosionsraten auf natürlichen Oberflächen bestimmen kann. Aus diesem Grund wurde im Rahmen dieses Dissertationsprojekts erstmals, ein mobiler Windkanal mit integrierter Beregnungsanlage konzipiert und umgesetzt. Seine simulierten Wind- und Niederschlagseigenschaften wurden in Labormessungen mit einem Laserdistrometer, Niederschlagssammlern, Anemometern und Nebelversuchen bestimmt. Die beim Einsatz der Anlage in unterschiedlichen Messkampagnen gewonnenen Erkenntnisse zu seinem Aufbau flossen stetig in die Weiterentwicklung des Kanals ein. Die Qualität der simulierten Bedingungen im Kanal können nach den Modifikationen und unter Einbeziehung der Anforderungen an einen geländefähigen Kanal mit guter Mobilität, als sehr gut bezeichnet werden. Insbesondere die Reproduzierbarkeit der simulierten Bedingungen treten hier positiv hervor. Die angestrebten Ziele dieser Arbeit konnten weitestgehend erfüllt werden. Mit dem mobilen Windkanal mit integrierter Beregnungsanlage steht in Zukunft eine Anlage zur Verfügung, mit der die Abtragsraten der Wind- und Wassererosion im Gelände, getrennt und in ihrer gemeinsamen Wirkung, gemessen werden können. Durch den Einsatz der Anlage ist es möglich, einige der noch offenen wissenschaftlichen Fragen zur relativen Bedeutung und Interaktion der beiden Prozesse zukünftig zu untersuchen, um weitere Erkenntnisse über Ihren Einfluss auf die Bodendegradation, in Abhängigkeit von Landnutzungsänderungen und dem Klimawandel, zu erhalten.
Amphibian diversity in the Amazonian floating meadows: a Hanski core-satellite species system
(2021)
The Amazon catchment is the largest river basin on earth, and up to 30% of its waters flow across floodplains. In its open waters, floating plants known as floating meadows abound. They can act as vectors of dispersal for their associated fauna and, therefore, can be important for the spatial structure of communities. Here, we focus on amphibian diversity in the Amazonian floating meadows over large spatial scales. We recorded 50 amphibian species over 57 sites, covering around 7000 km along river courses. Using multi-site generalised dissimilarity modelling of zeta diversity, we tested Hanski's core-satellite hypothesis and identified the existence of two functional groups of species operating under different ecological processes in the floating meadows. ‘Core' species are associated with floating meadows, while ‘satellite' species are associated with adjacent environments, being only occasional or accidental occupants of the floating vegetation. At large scales, amphibian diversity in floating meadows is mostly determined by stochastic (i.e. random/neutral) processes, whereas at regional scales, climate and deterministic (i.e. niche-based) processes are central drivers. Compared with the turnover of ‘core' species, the turnover of ‘satellite' species increases much faster with distances and is also controlled by a wider range of climatic features. Distance is not a limiting factor for ‘core' species, suggesting that they have a stronger dispersal ability even over large distances. This is probably related to the existence of passive long-distance dispersal of individuals along rivers via vegetation rafts. In this sense, Amazonian rivers can facilitate dispersal, and this effect should be stronger for species associated with riverine habitats such as floating meadows.
Earth observation (EO) is a prerequisite for sustainable land use management, and the open-data Landsat mission is at the forefront of this development. However, increasing data volumes have led to a "digital-divide", and consequently, it is key to develop methods that account for the most data-intensive processing steps, then used for the generation and provision of analysis-ready, standardized, higher-level (Level 2 and Level 3) baseline products for enhanced uptake in environmental monitoring systems. Accordingly, the overarching research task of this dissertation was to develop such a framework with a special emphasis on the yet under-researched drylands of Southern Africa. A fully automatic and memory-resident radiometric preprocessing streamline (Level 2) was implemented. The method was applied to the complete Angolan, Zambian, Zimbabwean, Botswanan, and Namibian Landsat record, amounting 58,731 images with a total data volume of nearly 15 TB. Cloud/shadow detection capabilities were improved for drylands. An integrated correction of atmospheric, topographic and bidirectional effects was implemented, based on radiative theory with corrections for multiple scatterings, and adjacency effects, as well as including a multilayered toolset for estimating aerosol optical depth over persistent dark targets or by falling back on a spatio-temporal climatology. Topographic and bidirectional effects were reduced with a semi-empirical C-correction and a global set of correction parameters, respectively. Gridding and reprojection were already included to facilitate easy and efficient further processing. The selection of phenologically similar observations is a key monitoring requirement for multi-temporal analyses, and hence, the generation of Level 3 products that realize phenological normalization on the pixel-level was pursued. As a prerequisite, coarse resolution Land Surface Phenology (LSP) was derived in a first step, then spatially refined by fusing it with a small number of Level 2 images. For this purpose, a novel data fusion technique was developed, wherein a focal filter based approach employs multi-scale and source prediction proxies. Phenologically normalized composites (Level 3) were generated by coupling the target day (i.e. the main compositing criterion) to the input LSP. The approach was demonstrated by generating peak, end and minimum of season composites, and by comparing these with static composites (fixed target day). It was shown that the phenological normalization accounts for terrain- and land cover class-induced LSP differences, and the use of Level 2 inputs enables a wide range of monitoring options, among them the detection of within state processes like forest degradation. In summary, the developed preprocessing framework is capable of generating several analysis-ready baseline EO satellite products. These datasets can be used for regional case studies, but may also be directly integrated into more operational monitoring systems " e.g. in support of the Reducing Emissions from Deforestation and Forest Degradation (REDD) incentive. In reference to IEEE copyrighted material which is used with permission in this thesis, the IEEE does not endorse any of Trier University's products or services. Internal or personal use of this material is permitted. If interested in reprinting/republishing IEEE copyrighted material for advertising or promotional purposes or for creating new collective works for resale or redistribution, please go to http://www.ieee.org/publications_standards/publications/rights/rights_link.html to learn how to obtain a License from RightsLink.
Bei der Mauereidechse (Podarcis muralis, Laurenti 1768) handelt es sich um eine Süd- und mitteleuropäisch verbreitete Art. Sie ist im Süden weitgehend flächendeckend verbreitet, wohingegen sie am Nordrand ihres Verbreitungsgebietes in fragmentierten Populationen vorkommt, deren dauerhaftes Fortbestehen fraglich ist. Das Ziel der vorliegenden Arbeit bestand in der vergleichenden Untersuchung der genetischen Variabilität und Diversität ausgewählter Mauereidechsen-Populationen aus ihrem rezenten mitteleuropäischen Verbreitungsgebiet und ihren Refugialräumen. Weiterhin sollte überprüft werden, ob aus den erhaltenen Daten Rückschlüsse auf eventuell unterschiedliche Einwanderungswege der nördlichen Populationen mittels molekular-genetischer Methoden gezogen werden können. Als Untersuchungsmethode wurde die Mikrosatelliten-DNA Analyse gewählt. Gegenüber der in vorhergehenden Untersuchungen angewandten RAPD-PCR Methode besitzt die Analyse von DNA-Mikrosatelliten den großen Vorteil, über die direkte Bestimmung von Allelfrequenzen wichtige populationsgenetische Daten berechnen zu können. Isoenzymatische Voruntersuchungen an Mauereidechsen erwiesen sich als wenig geeignet. Die SSR-Methode ist besonders gut geeignet, die genetische Diversität und Populationsdifferenzierungen zu ermitteln. Mittels acht spezifischer Mikrosatelliten-Loci wurde die genetische Struktur von sieben Populationen der Mauereidechse untersucht. Als Untersuchungsgebiete wurden Standorte in Italien, Kroatien, Südfrankreich, Nordfrankreich, Rheinland-Pfalz, Nordrhein-Westfalen und Belgien ausgewählt und beprobt. Die untersuchten Loci erwiesen sich alle als polymorph und zum Teil als hoch variabel. Im Rahmen der populationsgenetischen Analysen wurden zahlreiche deskriptive und populationsgenetische Parameter zur Charakterisierung der Populationen verwendet. Wegen unerwarteter Fragmentlängen des Locus A7 wurden exemplarisch einige Allele von etwa 400 bp sequenziert. Dabei konnte zusätzlich außer dem Mikrosatelliten eine etwa 200 bp lange Sequenz nachgewiesen werden, die wahrscheinlich durch eine Insertion entstanden ist. Außerdem wurde ein Basenaustausch (G-C, C-G) beim Vergleich der FOREWARD- und REVERS- Sequenzierung festgestellt. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen, dass die Vorkommen der Mauereidechse an ihrem nördlichen Verbreitungsrand teilweise separiert sind. Es konnte gezeigt werden, dass ein Genaustausch der Trierer und der Urfter Tiere untereinander besteht. Eingeschränkt besteht der Genaustausch auch mit den Bitcher Tieren, wohingegen der Genaustausch mit den Belgischen Tieren wohl schon lange eingeschränkt ist oder nur sehr eingeschränkt stattgefunden hat. Die Einwanderung der Mauereidechse in ihr nördliches Verbreitungsgebiet dürfte von den Südfranzösischen Populationen durch das Rhônetal, die Burgundische Pforte, das Rheintal bis zur, in der vorliegenden Arbeit untersuchten Population von Bitche, erfolgt sein. Die Trierer und Urfter Tiere dürften über den Obermoselraum eingewandert sein. Aufgrund der im Verhältnis zu den anderen Populationen stark reduzierten Allelzahl der Population Anhée muss für diesen Standort von einem so genannten bottleneck (Flaschenhals) ausgegangen werden. Der Verdacht, dass sich die zwei Unterarten P. m. brogniardi (Belgien) und P. m. merremia (Nordeifel, Mosel, Bitche) unterscheiden lassen, scheint sich eher zu erhärten, als zu entkräften. Die großen genetischen Unterschiede der Belgischen Population zu den anderen nördlichen Populationen lassen sich am ehesten durch eine Einwanderung über Frankreich an die Maas und einen stark eingeschränkten Genfluss zwischen der Belgischen Population und den restlichen nördlichen Populationen erklären.
In addition to flood disasters on major rivers, damage caused by the flooding of smaller and medium-sized tributaries is also of considerable significance. To ensure that flood protection measures are effective, engineering flood prevention measures on the rivers must be supported by integrated catchment management. This includes decentralised water retention measures implemented in the sectors of forestry, agriculture and in residential areas. Within this scope new instruments have to be elaborated and introduced, such as GIS-based systems and systems for the evaluation of economic consequences and eco-efficiency of flood damage precaution measures associated with land-use. These are extremely significant for improving information management, the prevention of advice to the general public and for the acceptance of flood precaution measures. The conference intends to promote scientific exchange between specialists working on all areas concerning integrated catchment management. This includes the methodology for identification of catchment types prone to flooding hazards, the control and validation of land-use concepts for decentralised water retention as well as its combination and upscaling procedures up to mesoscale catchments. As catchment management is not only the concern of natural scientists the strategies for enhancing catchment management and the development of decision-support tools will also be important topics of the conference. ***Addenda *1. The articles from page 136 to 161 belong to session 5 *2. Article page 107: Ancient irrigation strategies: land use and hazard mitigation in Ma-´rib, Yemen (New list of authors: Ueli Brunner (a) , Michael Schütz (b), Dana Pietsch (c), Peter Kühn (c), Thomas Scholten (c), Iris Gerlach (d))
Water-deficit stress, usually shortened to water- or drought stress, is one of the most critical abiotic stressors limiting plant growth, crop yield and quality concerning food production. Today, agriculture consumes about 80-90% of the global freshwater used by humans and about two thirds are used for crop irrigation. An increasing world population and a predicted rise of 1.0-2.5-°C in the annual mean global temperature as a result of climate change will further increase the demand of water in agriculture. Therefore, one of the most challenging tasks of our generation is to reduce the amount water used per unit yield to satisfy the second UN Sustainable Development Goal and to ensure global food security. Precision agriculture offers new farming methods with the goal to improve the efficiency of crop production by a sustainable use of resources. Plant responses to water stress are complex and co-occur with other environmental stresses under natural conditions. In general, water stress causes plant physiological and biochemical changes that depend on the severity and the duration of the actual plant water deficit. Stomatal closure is one of the first responses to plant water stress causing a decrease in plant transpiration and thus an increase in plant temperature. Prolonged or severe water stress leads to irreversible damage to the photosynthetic machinery and is associated with decreasing chlorophyll content and leaf structural changes (e.g., leaf rolling). Since a crop can already be irreversibly damaged by only mild water deficit, a pre-visual detection of water stress symptoms is essential to avoid yield loss. Remote sensing offers a non-destructive and spatio-temporal method for measuring numerous physiological, biochemical and structural crop characteristics at different scales and thus is one of the key technologies used in precision agriculture. With respect to the detection of plant responses to water stress, the current state-of-the-art hyperspectral remote sensing imaging techniques are based on measurements of thermal infrared emission (TIR; 8-14 -µm), visible, near- and shortwave infrared reflectance (VNIR/SWIR; 0.4-2.5 -µm), and sun-induced fluorescence (SIF; 0.69 and 0.76 -µm). It is, however, still unclear how sensitive these techniques are with respect to water stress detection. Therefore, the overall aim of this dissertation was to provide a comparative assessment of remotely sensed measures from the TIR, SIF, and VNIR/SWIR domains for their ability to detect plant responses to water stress at ground- and airborne level. The main findings of this thesis are: (i) temperature-based indices (e.g., CWSI) were most sensitive for the detection of plant water stress in comparison to reflectance-based VNIR/SWIR indices (e.g., PRI) and SIF at both, ground- and airborne level, (ii) for the first time, spectral emissivity as measured by the new hyperspectral TIR instrument could be used to detect plant water stress at ground level. Based on these findings it can be stated that hyperspectral TIR remote sensing offers great potential for the detection of plant responses to water stress at ground- and airborne level based on both TIR key variables, surface temperature and spectral emissivity. However, the large-scale application of water stress detection based on hyperspectral TIR measures in precision agriculture will be challenged by several problems: (i) missing thresholds of temperature-based indices (e.g., CWSI) for the application in irrigation scheduling, (ii) lack of current TIR satellite missions with suitable spectral and spatial resolution, (iii) lack of appropriate data processing schemes (including atmosphere correction and temperature emissivity separation) for hyperspectral TIR remote sensing at airborne- and satellite level.
Abstract: Thermal infrared (TIR) multi-/hyperspectral and sun-induced fluorescence (SIF) approaches together with classic solar-reflective (visible, near-, and shortwave infrared reflectance (VNIR)/SWIR) hyperspectral remote sensing form the latest state-of-the-art techniques for the detection of crop water stress. Each of these three domains requires dedicated sensor technology currently in place for ground and airborne applications and either have satellite concepts under development (e.g., HySPIRI/SBG (Surface Biology and Geology), Sentinel-8, HiTeSEM in the TIR) or are subject to satellite missions recently launched or scheduled within the next years (i.e., EnMAP and PRISMA (PRecursore IperSpettrale della Missione Applicativa, launched on March 2019) in the VNIR/SWIR, Fluorescence Explorer (FLEX) in the SIF). Identification of plant water stress or drought is of utmost importance to guarantee global water and food supply. Therefore, knowledge of crop water status over large farmland areas bears large potential for optimizing agricultural water use. As plant responses to water stress are numerous and complex, their physiological consequences affect the electromagnetic signal in different spectral domains. This review paper summarizes the importance of water stress-related applications and the plant responses to water stress, followed by a concise review of water-stress detection through remote sensing, focusing on TIR without neglecting the comparison to other spectral domains (i.e., VNIR/SWIR and SIF) and multi-sensor approaches. Current and planned sensors at ground, airborne, and satellite level for the TIR as well as a selection of commonly used indices and approaches for water-stress detection using the main multi-/hyperspectral remote sensing imaging techniques are reviewed. Several important challenges are discussed that occur when using spectral emissivity, temperature-based indices, and physically-based approaches for water-stress detection in the TIR spectral domain. Furthermore, challenges with data processing and the perspectives for future satellite missions in the TIR are critically examined. In conclusion, information from multi-/hyperspectral TIR together with those from VNIR/SWIR and SIF sensors within a multi-sensor approach can provide profound insights to actual plant (water) status and the rationale of physiological and biochemical changes. Synergistic sensor use will open new avenues for scientists to study plant functioning and the response to environmental stress in a wide range of ecosystems.
In order to discuss potential sustainability issues of expanding silage maize cultivation in Rhineland-Palatinate, spatially explicit monitoring is necessary. Publicly available statistical records are often not a sufficient basis for extensive research, especially on soil health, where risk factors like erosion and compaction depend on variables that are specific to every site, and hard to generalize for larger administrative aggregates. The focus of this study is to apply established classification algorithms to estimate maize abundance for each independent pixel, while at the same time accounting for their spatial relationship. Therefore, two ways to incorporate spatial autocorrelation of neighboring pixels are combined with three different classification models. The performance of each of these modeling approaches is analyzed and discussed. Finally, one prediction approach is applied to the imagery, and the overall predicted acreage is compared to publicly available data. We were able to show that Support Vector Machine (SVM) classification and Random Forests (RF) were able to distinguish maize pixels reliably, with kappa values well above 0.9 in most cases. The Generalized Linear Model (GLM) performed substantially worse. Furthermore, Regression Kriging (RK) as an approach to integrate spatial autocorrelation into the prediction model is not suitable in use cases with millions of sparsely clustered training pixels. Gaussian Blur is able to improve predictions slightly in these cases, but it is possible that this is only because it smoothes out impurities of the reference data. The overall prediction with RF classification combined with Gaussian Blur performed well, with out of bag error rates of 0.5% in 2009 and 1.3% in 2016. Despite the low error rates, there is a discrepancy between the predicted acreage and the official records, which is 20% in 2009 and 27% in 2016.
With the ongoing trend towards deep learning in the remote sensing community, classical pixel based algorithms are often outperformed by convolution based image segmentation algorithms. This performance was mostly validated spatially, by splitting training and validation pixels for a given year. Though generalizing models temporally is potentially more difficult, it has been a recent trend to transfer models from one year to another, and therefore to validate temporally. The study argues that it is always important to check both, in order to generate models that are useful beyond the scope of the training data. It shows that convolutional neural networks have potential to generalize better than pixel based models, since they do not rely on phenological development alone, but can also consider object geometry and texture. The UNET classifier was able to achieve the highest F1 scores, averaging 0.61 in temporal validation samples, and 0.77 in spatial validation samples. The theoretical potential for overfitting geometry and just memorizing the shape of fields that are maize has been shown to be insignificant in practical applications. In conclusion, kernel based convolutions can offer a large contribution in making agricultural classification models more transferable, both to other regions and to other years.
Floods are hydrological extremes that have enormous environmental, social and economic consequences.The objective of this thesis was a contribution to the implementation of a processing chain that integrates remote sensing information into hydraulic models. Specifically, the aim was to improve water elevation and discharge simulations by assimilating microwave remote sensing-derived flood information into hydraulic models. The first component of the proposed processing chain is represented by a fully automated flood mapping algorithm that enables the automated, objective, and reliable flood extent extraction from Synthetic Aperture Radar images, providing accurate results in both rural and urban regions. The method operates with minimum data requirements and is efficient in terms of computational time. The map obtained with the developed algorithm is still subject to uncertainties, both introduced by the flood mapping algorithm and inherent in the image itself. In this work, particular attention was given to image uncertainty deriving from speckle. By bootstrapping the original satellite image pixels, several synthetic images were generated and provided as input to the developed flood mapping algorithm. From the analysis performed on the mapping products, speckle uncertainty can be considered as a negligible component of the total uncertainty. In the final step of the proposed processing chain real event water elevations, obtained from satellite observations, were assimilated in a hydraulic model with an adapted version of the Particle Filter, modified to work with non-Gaussian distribution of observations. To deal with model structure error and possibly biased observations, a global and a local weight variant of the Particle Filter were tested. The variant to be preferred depends on the level of confidence that is attributed to the observations or to the model. This study also highlighted the complementarity of remote sensing derived and in-situ data sets. An accurate binary flood map represents an invaluable product for different end users. However, deriving from this binary map additional hydraulic information, such as water elevations, is a way of enhancing the value of the product itself. The derived data can be assimilated into hydraulic models that will fill the gaps where, for technical reasons, Earth Observation data cannot provide information, also enabling a more accurate and reliable prediction of flooded areas.
Ein gut funktionierendes Umweltmanagementsystem strebt im Allgemeinen nach einer kontinuierlichen Verbesserung der Umweltleistung. Diese kontinuierliche Verbesserung setzt bei den beteiligten Unternehmen einmal die Identifizierung der Umweltaspekte voraus. Die Umweltaspekte beziehen sich vor allem auf den Produktionsprozess und somit auf die Umwelteinwirkungen und - auswirkungen des Produktionsstandortes. Das Potential für kontinuierliche Verbesserung ist nicht immer offensichtlich, wie auch Schwachstellen nicht immer sofort erkannt werden. Beides äußert sich in der Umweltleistung eines Unternehmens. Das vorliegende Bewertungssystem ermöglicht es nun, diese Umweltleistung zu messen und im Sinne des Benchmarking die daraus erlangten Kenntnisse zu nutzen. In dieser Arbeit wird dargestellt, wo die Darstellung der Umweltleistung mit Kennzahlen seine Grenzen hat. Für den operativen Bereich werden daraufhin neue operative Umweltleistungskriterien entwickelt, und es wird gezeigt, wie die Killerargumente gegen einen Vergleich "unterschiedliche Fertigungstiefen und unterschiedlicher Produktoutput" ausgeschaltet werden können. Das Ergebnis sind operative Umweltleistungskriterien, die zwar mit Fehlern belastet sind, aber sie wurden analysiert und auf ein Minimum reduziert. Parallel dazu wird ein Katalog qualitativer Kriterien für den Managementbereich vorgestellt. Hiermit soll der organisatorische Teil, also die "Soft Skills" des Umweltmanagementsystems, abgedeckt werden. Zunächst wurde versucht, diesen Katalog von managementbezogenen Umweltleistungskriterien durch eine Delphi-Befragung zusammenzustellen. Nach einer Analyse der bestehenden Checklisten und Literatur musste dieser jedoch ergänzt werden. Nach dem betriebswirtschaftlichen Grundsatz: "What you cannot measure, you cannot manage." gibt der vorliegende Ansatz die Möglichkeit, durch die Vergabe von Zielerfüllungsgraden auch hier quantitative Aussagen zu machen. Dann wurde der Versuch, unternommen beide Umweltleistungskriterienpakete in einem naturwissenschaftlichen Bewertungsverfahren zu einem Bewertungssystem für Umweltmanagementsysteme zu vereinen. Dieser Versuch mündet in einem praktikablen Ansatz der Umweltleistungsbewertung zugeschnitten, auf die Automobilindustrie. Allerdings wird darauf verzichtet, eine Gesamt- Umweltleistungskennzahl über alle Kriterien zu kreieren, da die Aussage für den Anwender nicht detailliert genug wäre und eine so starke Aggregierung aus bewertungstheoretischer Sicht sehr problematisch ist.
For grape canopy pixels captured by an unmanned aerial vehicle (UAV) tilt-mounted RedEdge-M multispectral sensor in a sloped vineyard, an in situ Walthall model can be established with purely image-based methods. This was derived from RedEdge-M directional reflectance and a vineyard 3D surface model generated from the same imagery. The model was used to correct the angular effects in the reflectance images to form normalized difference vegetation index (NDVI)orthomosaics of different view angles. The results showed that the effect could be corrected to a certain scope, but not completely. There are three drawbacks that might restrict a successful angular model construction and correction: (1) the observable micro shadow variation on the canopy enabled by the high resolution; (2) the complexity of vine canopies that causes an inconsistency between reflectance and canopy geometry, including effects such as micro shadows and near-infrared (NIR) additive effects; and (3) the resolution limit of a 3D model to represent the accurate real-world optical geometry. The conclusion is that grape canopies might be too inhomogeneous for the tested method to perform the angular correction in high quality.
Ziegel waren im 19. und 20. Jahrhundert der bevorzugte Baustoff. Sie wurden für den Ausbau der Städte in heute kaum noch vorstellbaren Mengen nachgefragt, da sie preiswert und in Massen verfügbar waren. Das stabile Baumaterial erwies sich zudem in Form, Farbe und Ornamentik als vielseitig einsetzbar. Die Bedeutung des Ziegels lässt sich besonders gut an den Fassaden der gründerzeitlichen Berliner Stadtquartiere able-sen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird die städtebauliche Entwicklung Berlins einführend dargestellt, um aufzuzeigen, welche Auswirkungen sich daraus für das bran-denburgische Umland ergaben. Das an der oberen Havel in Nordbrandenburg gelegene Zehdenicker Revier profitierte von dieser Entwicklung und nahm als Standort der Ziegelindustrie im Deutschen Reich eine besondere Stellung ein. Handwerkliche Verfahren der Ziegelherstellung waren Ende des 19. Jahrhunderts zunehmend durch industrielle Massenproduktion abgelöst worden. 1887 wurden nördlich der Kleinstadt Zehdenick zufällig reichhaltige Tonlagerstätten an der Havel entdeckt. Die neugeborene Industriestadt stieg innerhalb weniger Jahre zum Zentrum der Märkischen Ziegelindustrie auf. Bis 1913 wurden 63 Hoffmannsche Ring-öfen nördlich von Zehdenick errichtet, mit denen bis zu 500 Millionen Ziegel pro Jahr gebrannt werden konnten. Nach dem Zweiten Weltkrieg entwickelte sich der VEB Zie-gelwerke Zehdenick zum bedeutendsten Ziegelhersteller in der DDR. Noch bis 1990 be-stimmten historische Ringofenziegeleien das Landschaftsbild im Revier. Die Ziegelferti-gung endete mit der Wiedervereinigung Deutschlands. Untersuchungsgegenstand der Dissertation ist das Erbe der Zehdenicker Ziegelindustrie und die von ihr geprägte Kulturlandschaft, die nicht nur erhebliche geschichtliche Bedeu-tung für den Aufbau Berlins vor 1945 sondern auch für die Baustoffindustrie in der der DDR hat. Bislang wurde dieses Kulturgut kaum erforscht. Aus diesem Grund erfolgte zunächst eine grundlegende Inventarisierung der persistenten Relikte, die erfasst, be-schrieben, in ihrer Erscheinung erklärt und hinsichtlich ihrer touristischen Verwendbarkeit bewertet wurden. Es konnte dadurch festgestellt werden, dass derzeit noch ein reichhal-tiges bauliches Erbe der Ziegelindustrie im Untersuchungsraum existiert. Dieses bedeutende Erbe wird bislang erst in Ansätzen durch den Tourismus genutzt, zumal in den westlichen Industrieländern nur noch wenige Hoffmannsche Ringöfen erhal-ten geblieben sind. Die Arbeit zeigt auf, dass die mittlerweile vollständig gefluteten Ton-tagebauten und Teile der historischen Kulturlandschaft mit ihrem Formenschatz - Relikte der Aufbereitung, der Freilufttrocknung, Produktions- und Wohngebäude oder Häfen - eine hohe Relevanz für den Erholungs- und Kulturtourismus aufweisen. Kulturtouristisch erschlossen wurde bislang einzig der Ziegeleipark Mildenberg, der pro Jahr etwa 40.000 Besucher zählt. Sein besucherorientiertes Angebot wurde im Rahmen der Dissertation analysiert und bewertet. Er stellt bislang eine inselartige Erschließung dar, die den histo-rischen Dimensionen des Reviers mit seinen vielen Standorten nicht entspricht. Die Arbeit liefert wesentliche Grundlagen für die Konzeption einer kulturtouristischen Erschließung der gesamten Zehdenicker Tonstichlandschaft unter Nutzung und Wahrung ihrer authentischen Relikte und regionalen Spezifik. Sie schließt mit konkreten Vorschlä-gen für eine gezielte Erhaltung und Pflege dieses Erbes unter besonderer Berücksichti-gung des Kulturtourismus. Dabei fließen Erfolgsmuster tourismusrelevanter Nutzungs-formen vergleichbarer Standorte in Deutschland und in Belgien, die durch eigene Re-cherchen und Expertengespräche mit Vertretern bedeutender Ziegeleimuseen ermittelt wurden, mit ein. Noch wäre es möglich, den seit 1990 fortschreitenden Verfall dieses Kulturgutes aufzu-halten, vor weiterer Zerstörung zu schützen und die wertvolle Substanz der industriellen Vergangenheit inwertzusetzen.
Die in einem Einzugsgebiet herrschende räumliche Inhomogenität wird im Wasserhaushaltsmodell LARSIM (Large Area Runoff Simulation Modell) in den einzelnen Modellkomponenten unterschiedlich stark berücksichtigt. Insbesondere die räumliche Verteilung der Abflussprozesse wurde bisher nicht berücksichtigt, weil keine flächenhaft verfügbare Information über eben diese Verteilung vorlag. Für das Einzugsgebiet der Nahe liegt nun seit dem Jahr 2007 eine Bodenhydrologische Karte vor, die flächenhaft den bei ausreichenden Niederschlägen zu erwartenden Abflussprozess ausweist. In der vorliegenden Dissertation wird die Nutzung dieser Prozessinformation bei der Parametrisierung des Bodenmoduls von LARSIM beschrieben: Für drei Prozessgruppen " gesättigter Oberflächenabfluss, Abfluss im Boden, Tiefenversickerung " werden mittels zweier neuer Parameter P_Bilanz und P_Dämpfung inhomogene Parametersätze aus empirisch ermittelten Kennfeldern gewählt, um die Prozessinformation bei der Abflussbildung im Modell zu berücksichtigen. Für die Abbildung der Prozessintensitäten in den Gebietsspeichern werden zwei unterschiedliche Ansätze vorgestellt, die sich in ihrer Komplexität unterscheiden. In der ersten Variante werden fünf Oberflächenabflussspeicher für unterschiedlich schnell reagierende Prozessgruppen eingeführt, in der zweiten Variante wird der erste Ansatz mit dem ursprünglichen Schwellenwert zur Aufteilung in schnelle und langsame Oberflächenabflusskomponenten kombiniert. Es wird gezeigt, dass die Parametrisierung mit den beiden neuen Parametern P_Bilanz und P_Dämpfung einfacher, effektiver und effizienter ist, da beide Parameter minimale Interaktionen aufweisen und in ihrer Wirkungsweise leicht verständlich sind, was auf die ursprünglichen Bodenparameter nicht zutrifft. Es wird ein Arbeitsfluss vorgestellt, in dem die neuen Parameter in Kombination mit Signature Measures und unterschiedlichen Darstellungen der Abflussdauerlinie gemeinsam genutzt werden können, um in wenigen Arbeitsschritten eine Anpassung des Modells in neuen Einzugsgebieten vorzunehmen. Die Methode wurde durch Anwendung in drei Gebieten validiert. In den drei Gebieten konnte in wenigen Kalibrierungsschritten die Simulationsgüte der ursprünglichen Version erreicht und " je nach Zielsetzung " übertroffen werden. Hinsichtlich der Gütemaße zeigte sich bei der Variante, in der die Gebietsspeicher nicht modifiziert wurden, aber kein eindeutiges Bild, ob die ursprüngliche Parametrisierung oder die neue grundsätzlich überlegen ist. Neben der Auswertung der Validierungszeiträume wurden dabei auch die simulierten Ganglinien in geschachtelten Gebieten betrachtet. Die Version, in der die Gebietsspeicher modifiziert wurden, zeigt hingegen vor allem im Validierungszeitraum tendenziell bessere Simulationsergebnisse. Hinsichtlich der Abbildung der Abflussprozesse ist das neue Verfahren dem alten deutlich überlegen: Es resultiert in plausiblen Anteilen von Abflusskomponenten, deren Verteilung und Abhängigkeit von Speicherkapazitäten, Landnutzungen und Eingangsdaten systematisch ausgewertet wurden. Es zeigte sich, dass vor allem die Speicherkapazität des Bodens einen signifikanten Einfluss hat, der aber im hydrologischen Sinn richtig und hinsichtlich der Modellannahmen plausibel ist. Es wird deutlich gemacht, dass die Einschränkungen, die sich ergeben haben, aufgrund der Modellannahmen zustande kommen, und dass ohne die Änderung dieser Annahmen keine bessere Abbildung möglich ist. Für die Zukunft werden Möglichkeiten aufgezeigt, wie die Annahmen modifiziert werden können, um eine bessere Abbildung zu erzielen, indem der bereits bestehende Infiltrationsansatz in die Methode integriert wird.
Background: The growing production and use of engineered AgNP in industry and private households make increasing concentrations of AgNP in the environment unavoidable. Although we already know the harmful effects of AgNP on pivotal bacterial driven soil functions, information about the impact of silver nanoparticles (AgNP) on the soil bacterial community structure is rare. Hence, the aim of this study was to reveal the long-term effects of AgNP on major soil bacterial phyla in a loamy soil. The study was conducted as a laboratory incubation experiment over a period of 1 year using a loamy soil and AgNP concentrations ranging from 0.01 to 1 mg AgNP/kg soil. Effects were quantified using the taxon-specific 16S rRNA qPCR.
Results: The short-term exposure of AgNP at environmentally relevant concentration of 0.01 mg AgNP/kg caused significant positive effects on Acidobacteria (44.0%), Actinobacteria (21.1%) and Bacteroidetes (14.6%), whereas beta-Proteobacteria population was minimized by 14.2% relative to the control (p ≤ 0.05). After 1 year of exposure to 0.01 mg AgNP/kg diminished Acidobacteria (p = 0.007), Bacteroidetes (p = 0.005) and beta-Proteobacteria (p = 0.000) by 14.5, 10.1 and 13.9%, respectively. Actino- and alpha-Proteobacteria were statistically unaffected by AgNP treatments after 1-year exposure. Furthermore, a statistically significant regression and correlation analysis between silver toxicity and exposure time confirmed loamy soils as a sink for silver nanoparticles and their concomitant silver ions.
Conclusions: Even very low concentrations of AgNP may cause disadvantages for the autotrophic ammonia oxidation (nitrification), the organic carbon transformation and the chitin degradation in soils by exerting harmful effects on the liable bacterial phyla.
High-resolution projections of the future climate are required to assess climate change realistically at a regional scale. This is in particular important for climate change impact studies since global projections are much too coarse to represent local conditions adequately. A major concern is thereby the change of extreme values in a warming climate due to their severe impact on the natural environment, socio-economical systems and the human health. Regional climate models (RCMs) are, however, able to reproduce much of those local features. Current horizontal resolutions are about 18-25km, which is still too coarse to directly resolve small-scale processes such as deep-convection. For this reason, projections of a possible future climate were simulated in this study with the regional climate model COSMO-CLM at horizontal resolutions of 4.5km and 1.3km for the region of Saarland-Lorraine-Luxemburg and Rhineland-Palatinate for the first time. At a horizontal scale of about 1km deep-convection is treated explicitly, which is expected to improve particularly the simulation of convective summer precipitation and a better resolved orography is expected to improve near surface fields such as 2m temperature. These simulations were performed as 10-year long time-slice experiments for the present climate (1991"2000), the near future (2041"2050) and the end of the century (2091"2100). The climate change signals of the annual and seasonal means and the change of extremes are analysed with respect to precipitation and 2m temperature and a possible added value due to the increased resolution is investigated. To assess changes in extremes, extreme indices have been applied and 10- and 20-year return levels were estimated by "peak-over-threshold" models. Since it is generally known that model output of RCMs should not directly be used for climate change impact studies, the precipitation and temperature fields were bias-corrected with several quantile-matching methods. Among them is a new developed parametric method which includes an extension for extreme values and is hence expected to improve the correction. In addition, the impact of the bias-correction on the climate change signals and on the extreme value statistics was investigated. The results reveal a significant warming of the annual mean by about +1.7 -°C until 2041"2050 and +3.7 -°C until 2091"2100, but considerably stronger signals of up to +5 -°C in summer in the Rhine Valley. Furthermore, the daily variability increases by about +0.8 -°C in summer but decreases by about -0.8 -°C in winter. Consequently, hot extremes increase moderately until the mid of the century but strongly thereafter, in particular in the Rhine Valley. Cold extremes warm continuously in the complete domain in the next 100 years but strongest in mountainous areas. The change signals with regard to annual precipitation are of the order -±10% but not significant. Significant, however, are a predicted increase of +32% of the seasonal precipitation in autumn until 2041"2050 and a decrease of -28% in summer until 2091-2100. No significant changes were found for days with intensities > 20 mm/day, but the results indicate that extremes with return periods ≤2 years increase as well as the frequency and duration of dry periods. The bias-corrections amplified positive signals but dampened negative signals and considerably reduced the power of detection. Moreover, absolute values and frequencies of extremes were altered by the correction but change signals remained approximately constant. The new method outperformed other parametric methods, in particular with regard to extreme value correction and related extreme indices and return levels. Although the bias correction removed systematic errors, it should be treated as an additional layer of uncertainty in climate change studies. Finally, the increased resolution of 1.3km improved predominantly the representation of temperature fields and extremes in terms of spatial heterogeneity. The benefits for summer precipitation were not as clear due to a severe dry-bias in summer, but it could be shown that in principle the onset and intensity of convection improves. This work demonstrates that climate change will have severe impacts in this investigation area and that in particular extremes may change considerably. An increased resolution provides thereby an added value to the results. These findings encourage further investigations, for other variables as for example near-surface wind, which will be more feasible with growing computing resources. These analyses should, however, be repeated with longer time series, different RCMs and anthropogenic scenarios to determine the robustness and uncertainty of these results more extensively.
By means of complex interaction-processes sea ice not only modifies the regional climate in the ocean-atmosphere-sea-ice system but also the general circulation of the atmosphere and the ocean's circulation. Besides a strong interannual variability sea-ice extent shows an arcticwide significant negative trend during the last two decades with maximum rates in spring and summer. These are often linked to (small-scale) processes in the Siberian Arctic and the Laptev Sea, respectively. The objective of this thesis is the expansion of the understanding of the processes concerning atmosphere-sea-ice interactions on the regional scale during the summer from 1979 to 2002 in the Arctic with a special emphasis on the Laptev Sea. To achieve this, numerical simulations of the regional climate model HIRHAM4 are used in conjunction with ground- and satellite-based observational data. A precondition for the numerical experiments and the realistic reproduction of atmospheric processes is an improved lower boundary forcing dataset for HIRHAM4 based on observational datasets, which is developed, validated and described. To investigate the effects of the sea-ice distribution, its properties and small-scale features on the atmosphere, HIRHAM4 is used in sensitivity studies systematically with different model settings, each of which incorporates the lower boundary forcing data in a different manner. Even little changes in the lower boundary forcing fields, while retaining the lateral boundary forcing, are sufficient to cause the model to produce significantly different atmospheric circulation patterns relative to the control simulations which use standard forcings and settings. Cyclone activity, which is a special focus of this study, is also altered. The mean atmospheric circulation patterns and the near-surface air temperature distribution can be reproduced more realistically with the new forcing dataset, which is shown by validation experiments with observational data. The biggest relative impact, besides an altered sea-ice coverage and distribution, can be reached by using sea-ice concentrations instead of a binary sea-ice mask. By utilizing sea-ice drift data, dynamic and thermodynamic processes can be partially separated from each other to investigate the development of sea-ice anomalies in the Laptev Sea. They depend on a time-critical succession of atmospheric conditions and the properties of sea ice during May and August. Positive air temperature anomalies are identified to be the key driving factors for the development of negative sea-ice anomalies. They are found to be a result of enhanced short-wave radiation balances, which are coupled to high pressure areas and intermediate anticyclones. The polynyas during early summer seem to have an important influence too. Because of lower process rates, the wind-induced sea-ice drift is enhancing and damping the development of the sea-ice area anomalies, but it cannot cause an anomaly all by itself. A precise separation of the effectiveness of the sea-ice transport and the melting rates is not possible due to the available data.
The main goal of this publication is the development and application of an empirical method, which allows to forecast the transport of radionuclides in soils ad sediments. The calculations are based on data published in the literature. 10 case studies, comprising 30 time series, deal with the transport of Cs-134, Cs-137, Sr-85, Sr-90, and Ru-106. Transport in undisturbed soils and experimental systems like lysimeters and columns in laboratories are dealt with. The soils involved cover a large range of soils, e. g. podsols, cambisols (FAO), and peaty soils. Different speciations are covered, namely ions, aerosols, and fuel particles. Time series analysis centres around the Weibull-distribution. All theoretical models failed to forecast the transport of radionuclides. It can be shown that the parameters D and v, the dispersion coefficient and the advection velocity, appearing in solutions of the advection-dispersion equation (ADE), have no real physical meaning. They are just fitting parameters. The calculation of primary photon fluence rates, caused by Cs-137 in the soil, stresses the unreliability of forecasts based on theoretical models.
The fragmentation of landscapes has an important impact on the conservation of biodiversity. The genetic diversity is an important factor for a population- viability, influenced by the landscape structure. However, different species with differing ecological demands react rather differently on the same landscape pattern. To address this feature, we studied ten xerothermophilous butterfly species with differing habitat requirements (habitat specialists with low dispersal power in contrast to habitat generalists with low dispersal power and habitat generalists with higher dispersal power). We analysed allozyme loci for about 10 populations (Ã 40 individuals) of each species in a western German study region with adjoining areas in Luxemburg and north-eastern France. The genetic diversity and genetic differentiation between local populations was discussed under conservation genetic aspects. For generalists we detected a more or less panmictic structure and for species with lower abundance and sedentarily behaviour the effect of isolation by distance. On the other hand, the isolation of specialists was mostly reflected by strong genetic differentiation patterns between the investigated populations. Parameters of genetic diversity were mostly significantly higher in generalists, compared to specialists. Substructures within populations as an answer of low intrapatch migration, low population densities and high population fluctuations could be shown as well. Aspects of landscape history (the historical distribution of habitats resulting of the presence of limestone areas) and the changes of extensive sheep pasturing and the loss of potential habitats in the last few decades (recent fragmentation) are discussed against the gained genetic data-set of the ten butterflies.
Der Radtourismus hat in den letzten 15 bis 20 Jahren eine dynamische Entwicklung genommen, die ihn zu einer wichtigen Tourismusart für viele Regionen in vor allem ländlich geprägten Regionen werden ließ. Die Konsequenz war und ist ein erheblicher Ausbau der radtouristischen Infrastruktur, die hauptsächlich aus öffentlichen Mitteln finanziert wurde. Die radtouristische Nachfrage umfasst in Deutschland - je nach zu Grunde gelegten Daten - zwischen 4,2 und 7,9 Mio. Bundesbürger. Dabei ist die Entwicklung dieser Nachfrage in den letzten Jahren eher stagnierend verlaufen, trotzdem steht ihr ein weiter wachsendes radtouristisches Angebot gegenüber. Die Frage, ob sich diese Investitionen über die durch den Radtourismus ausgelösten regionalwirtschaftlichen Effekte bezahlt machen, steht im Zentrum dieser Arbeit und wurde mit Hilfe einer empirischen Erhebung untersucht. Für das Bundesland Rheinland-Pfalz insgesamt konnte eine Spannweite von 4,2 bis 7,7 Mio. Radtouristen pro Jahr ermittelt werden, wovon zwischen 2,9 und 6,0 Mio. Tagesgäste sind. Auf Grund der während der Radurlaube getätigten Ausgaben lassen sich die durch den Radtourismus induzierten regionalwirtschaftlichen Effekte in einer Größenordnung von 275 Mio. € bis 327 Mio. € bestimmen, was rund 10% der gesamttouristischen Wertschöpfung in Rheinland-Pfalz entspricht. Werden die Investitionskosten für die vier untersuchten Radwege " Mosel-Radweg, Nahe-Radweg, Maare-Mosel-Radweg und Kraut und Rüben-Radweg " der jährlich auf diesen Wegen erzielten Wertschöpfung in Höhe von ca. 62 Mio. € gegenübergestellt, muss festgestellt werden, dass sich die Investitionen schon nach kurzer Zeit über die positiven, indirekten wirtschaftlichen Effekte in den Regionen bezahlt gemacht haben. Insgesamt gesehen stellt sich somit der Radtourismus als attraktives, wirtschaftlich tragfähiges touristisches Segment dar, welches in der Lage ist, auch in peripheren Regionen touristische Wertschöpfung zu erzeugen. Voraussetzung hierfür ist aber die Beachtung der dargestellten Anforderungen, welche die Nachfrage an das Produkt Radtourismus stellt und die Einhaltung von verschiedenen Qualitätsanforderungen. Erst wenn Radtourismus als Qualitätsprodukt verstanden wird, hinter dem auch die touristischen Leistungsträger einer Region stehen, kann Radtourismus zu einem wichtigen Wirtschaftsfaktor innerhalb einer Region entwickelt werden.
The allergic contact dermatitis (ACD) to small molecular weight compounds is a common inflammatory skin reaction. ACD is restricted to industrialized countries, has an enormous sociomedical and socioeconomic impact. About 2,800 compounds from the six million chemicals known in our environment are believed to have allergic, and to a lesser degree also contact-sensitizing or immunogenic properties causing allergic contact dermatitis. ACD results from T cell responses to harmless, low molecular weight chemicals (haptens) applied to the skin. Haptens are not directly recognized by the cells of the immune system. They need to be presented by subsets of antigen presenting cells to the cells of the immune system. In this regard, epidermal Langerhans cells (LC) and the cells into which they mature (dendritic cells) are believed to play a pivotal role in the sensitization process for ACD. LC are able to bind the haptens, internalize them, and present them to naive T cells and induce thereby the development of effector T cells. They are so-called professional antigen presenting cells. This process is initiated and maintained by the release of several mediators, which are released by various cells after their contact with the haptens. One of the first proteins secreted into the environment is interleukin (IL)-1ß. This cytokine is produced and secreted minutes after an antigen enters the cell. It is commonly believed that the large amounts of this protein and other cytokines such as granulocyte-colony stimulation factor (GM-CSF) and tumor necrosis factor alpha (TNF-ï¡) needed for the initiation and activation of ACD are coming first from other cells residing in the skin, e.g., keratinocytes, monocytes and macrophages. These cytokines provide the danger signals needed for the activation of the Langerhans cell (LC), which then produce via a positive feedback loop various cytokines themselves. In addition, other proteins such as chemokines influence the generation of danger signals, migration, homing of T cells in the local lymph nodes as well as the recruitment of T cells into the skin. Thus, a small molecular compounds or hapten needs to be able to induce danger signals in order to become immunogenic. In this study, we investigated whether para-phenylenediamine (PPD), an arylamine and common contact allergen, is able to induce danger signals and likely provide the signals needed for an initiation of an immune response[162, 163]. PPD is used as an antioxidant, an ingredient of hair dyes, intermediate of dyestuff, and PPD is found in chemicals used for photographic processing. But up to date, it has not been clearly demonstrated if PPD itself is a sensitizing agent. Thus, this study aimed on the potential of PPD to provide the danger signals by studying IL-1β, TNF-ï¡, and monocyte chemoattractant proteins (MCP-1) in human monocytes, peripheral blood mononuclear cells (PBMC) from healthy volunteers, and also in two human monocyte cell lines namely U937, and THP-1. This study found that PPD decreased dose- and time-dependently the expression and release of three relevant mediators involved in the generation of danger signals. Namely, PPD reduced the mRNA and protein levels for IL-1ß, TNF-ï¡, and MCP-1 in primary human monocytes from various donors. These findings were extended and validated by investigations using the cell line U937. The data were highly specific for PPD, and no such results were gained for its known auto oxidation product called Bandrowski- base or for meta-phenylenediamine (MPD), and ortho-phenylenediamine (OPD). Therefore, we can speculate that this effect is likely to be dependent on the para-substitution. Based on these results we conclude that PPD itself is not able to mount a cascade for the induction of danger signals. It should be mentioned that it is still possible that PPD induces danger signals for sensitization by other unknown processes. Therefore, more research is still needed focusing on this subject especially in professional antigen presenting cells in order to solve the still open question whether PPD itself sensitizes naive T cells or if PPD is solely an allergen. Independently we found unexpectedly that PPD as well as other haptens such as 2, 4-Dinitrochlorobenzene, nickelsulfate, as well as some terpenoide increased clearly the expression of CC chemokin receptor 2 (CCR2), the receptor for the chemokine MCP-1. Up to date, the main importance for the CCR2 receptor comes from results demonstrating that CCR2 is critical for the migration of monocytes after encounter with bacterial lipopolysaccharides. Under these circumstances the receptor disappears from the cell surface and is down regulated. An up regulation of CCR2 has not been reported for haptens, and deserves further investigations.
Die Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre und Schnee sind für die Simulation der Grenzschicht (BL) über Schneedecken von Bedeutung. Um diese Wechselwirkungen zu untersuchen, wird das mesoskalige Lokalmodell (LM) des Deutschen Wetterdienstes (DWD) mit einer horizontalen Auflösung von etwa 14 km und einer hohen vertikalen Auflösung in der Grenzschicht für Simulationen über Grönland verwendet. Weil die Verwendung des Bodenmodells des LM zu unrealistischen Ergebnissen führt, wurden dessen Schneeeigenschaften angepasst. Die Simulationen werden für zehn Tage im Juli 2002 durchgeführt, währenddessen ein Feldexperiment an der Station Summit stattfand. Zur Validation des LM wurden die Simulationsergebnisse mit diesen Messungen verglichen. Der Vergleich ergibt Defizite bei der bodennahen Temperatur sowie bei Turbulenzgrößen. Die Turbulenzparametrisierung des LM weist bei stabiler Schichtung Defizite auf. Daher wurde ein lokaler Mischungswegansatz und eine skalare Rauhigkeitslänge über Eis und Schnee implementiert und ihr Einfluss untersucht. Beide Parametrisierungen zeigen eine Verbesserung der turbulenten kinetischen Energie und des fühlbaren Wärmeflusses. Um die Schneedrift und ihren Einfluss auf die Schneeakkumulation zu untersuchen, wurde das eindimensionale Schneemodell SNOWPACK mit PARCA-Messungen und LM-Ergebnissen angetrieben, sowie eine gekoppelte Version LM/SNOWPACK verwendet. SNOWPACK hat eine realistischere Darstellung des Schnees als das LM-Bodenmodell und ermöglicht die Simulation der mikrophysikalischen Schneeigenschaften. Die mit PARCA-Messungen angetriebenen Simulationen ergeben einen Zusammenhang zwischen Schneedrift und Neuschnee sowie hohen Windgeschwindigkeiten, diese Faktoren sind jedoch nicht die alleinigen Mechanismen. Während die Eigenschaften des Schneefeldes von den Anfangsbedingungen abhängen, ist der Einfluss des Anfangsfeldes auf die Schneedrift gering. Die Simulationen mit dem LM ergeben eine Verbesserung der bodennahen Temperaturen durch die Kopplung. Die Schneedrift ist in erster Linie in den Randgebieten des grönländischen Eisschildes zu finden. Dort ist die Schneeakkumulation durch Schneedrift von gleicher Größenordnung wie Evaporation/Sublimation von Schnee.
Allergische Kontaktdermatitis ist eine zellvermittelte verzögerte Überempfindlichkeitsreaktion auf niedermolekulare Substanzen, die häufig Hautreaktionen hervorrufen und dadurch sowohl persönliche als auch berufliche Probleme verursachen. Chemikalien wie para-Phenylendiamin (PPD) und andere verwandte para-Aminobenzole werden häufig in Farben eingesetzt und erlangen aufgrund ihrer starken Allergenität eine immer größere Aufmerksamkeit. Bis jetzt ist das Wissen über zelluläre Immunantworten auf PPD nur begrenzt verstanden. In dieser Studie haben wir das immunmodulatorische Potential vonrnPPD untersucht, vor allem hinsichtlich der Fragestellung, ob PPD selber naive T-Zellen sensibilisieren kann oder ob PPD letztendlich nur ein Allergen ist. In Anbetracht der Tatsache das dendritische Zellen (DZ) eine vorherrschende Rolle bei der allergischen Kontaktdermatitis spielen, haben wir untersucht, in wie weit PPD in der Lage ist, funktionelle Reifung zu modulieren. Um abschätzen zu können, welcher Anteil an PPD nach der Stimulation zur potentiellen Aktivierung tatsächlich zur Verfügung steht, haben wir die metabolische Kompetenz von "monocyte derived dendritic cells" (MoDC) untersucht, PPD zurnacetylieren. Dazu haben wir die N-Acetyltransferase 1 (NAT-1) und N-Acetyltransferase 2(NAT-2) mRNA Expression charakterisiert und weitergehend die metabolische Aktivität von NAT-1 Enzym bestimmt. Mit diesen Versuchen konnten wir zeigen, dass MoDC von 9 aus 10 Spendern das NAT-1 Enzym exprimieren und konnten in 4 von 6 Spendern acetyliertes PPD in Extrakten aus Zellkulturüberständen detektieren. In Anbetracht der Tatsache, dassrnacetyliertes PPD nicht in der Lage ist, MoDC zu aktivieren, können wir davon ausgehen,dass der Anteil an acetyliertem PPD zur DC Aktivierung nicht zur Verfügung steht. Um das sensibilisierende Potential von PPD herauszufinden, haben wir nach Stimulation mit verschiedenen PPD Konzentrationen die Expression von Oberflächenmolekülen, die für die Antigenpräsentation, Co-Stimulation, späte Migration und dendritische Zell-/T-Zell-Wechselwirkung entscheidend sind, zu verschiedenen Zeitpunkten mittels Durchflusszytometrie Messungen (FACS) gemessen. Zusammengefasst konnten wir zeigen,dass PPD signifikant die "chemokine receptor 7" (CCR7) Expression und nicht signifikant die "human leukocyte antigen " DR" HLA-DR, "DC-specific C-type lectin intercellular adhesion molecule-3-grabbing nonintegrin" (DC-SIGN) und "cluster domain" 11c (CD11c) Expression erhöht. Die erhöhte CCR7 Expression ermutigte uns, weiter nachzuforschen, ob PPD trotz der Tatsache, dass es keine traditionelle CD80 und CD86 Expression induzieren kann, fähig ist, DCs zu aktivieren. Ausgiebige Zytokinkinetikmessungen konnten diese Hypothese bestätigen. Mit Cytometric Beat Array (CBA) Messungen konnten wir gleichzeitig Mediatoren wie "Interleukin -1ß" (IL-1ß), "tumor necrosis factor-alpha" (TNF-α), IL-8, IL-6, IL-12P70 undrnIL-10 messen und damit demonstrieren, dass PPD in der Lage ist, bei allen Spendern "Danger Signals" zu induzieren. Zudem konnten wir zeigen, dass die PPD induzierte Zytokinausschüttung interindividuell schwankte und zu unterschiedlichen Zeitpunkten erfolgte. Überraschenderweise war die qualitative Zusammensetzung der Zytokine vergleichbar. Während in 3 von 4 Spendern die Zytokinexpression eher schwach erhöht war und von kurzer Dauer, haben wir in einem Spender vor allem mit den Konzentrationen von 10μM und 50μM PPD verblüffend hohe Zytokinausschüttungen gemessen. Dieser Spenderrnscheint eine Person zu repräsetieren, die empfänglicher für eine PPD Sensibilisierung ist als andere. Unabhängig davon, hat uns die Tatsache, dass PPD in allen Spendern "Danger Signals", aber keine gesteigerte Expressionsrate von traditionellen Reifungsmarkern (mit Ausnahme von CCR7) induzierte, veranlasst zu untersuchen, ob PPD anderweitig fähig ist,in MoDC Immunantworten zu modulieren. Daraufhin haben wir den Einfluss von PPD aufrnaktivierte DCs gemessen und die Ergebnisse bestätigten die Annahme. Weiterhin konnten wir zeigen, dass PPD immunogenes Potential aufweist. Aufgrund der Tatsache, dass die LPS induzierten Signaltransduktionswege in MoDC gut charakterisiert sind, konnten wir mit dieser Studie zusätzlich Hinweise über die PPD induzierte Signalgebung liefern.
The parameterization of the boundary layer is a challenge for regional climate models of the Arctic. In particular, the stable boundary layer (SBL) over Greenland, being the main driver for substantial katabatic winds over the slopes, is simulated differently by different regional climate models or using different parameterizations of the same model. However, verification data sets with high-resolution profiles of the katabatic wind are rare. In the present paper, detailed aircraft measurements of profiles in the katabatic wind and automatic weather station data during the experiment KABEG (Katabatic wind and boundary-layer front experiment around Greenland) in April and May 1997 are used for the verification of the regional climate model COSMO-CLM (CCLM) nested in ERA-Interim reanalyses. CCLM is used in a forecast mode for the whole Arctic with 15 km resolution and is run in the standard configuration of SBL parameterization and with modified SBL parameterization. In the modified version, turbulent kinetic energy (TKE) production and the transfer coefficients for turbulent fluxes in the SBL are reduced, leading to higher stability of the SBL. This leads to a more realistic representation of the daily temperature cycle and of the SBL structure in terms of temperature and wind profiles for the lowest 200 m.
Measurements of the atmospheric boundary layer (ABL) structure were performed for three years (October 2017–August 2020) at the Russian observatory “Ice Base Cape Baranova” (79.280° N, 101.620° E) using SODAR (Sound Detection And Ranging). These measurements were part of the YOPP (Year of Polar Prediction) project “Boundary layer measurements in the high Arctic” (CATS_BL) within the scope of a joint German–Russian project. In addition to SODAR-derived vertical profiles of wind speed and direction, a suite of complementary measurements at the observatory was available. ABL measurements were used for verification of the regional climate model COSMO-CLM (CCLM) with a 5 km resolution for 2017–2020. The CCLM was run with nesting in ERA5 data in a forecast mode for the measurement period. SODAR measurements were mostly limited to wind speeds <12 m/s since the signal was often lost for higher winds. The SODAR data showed a topographical channeling effect for the wind field in the lowest 100 m and some low-level jets (LLJs). The verification of the CCLM with near-surface data of the observatory showed good agreement for the wind and a negative bias for the 2 m temperature. The comparison with SODAR data showed a positive bias for the wind speed of about 1 m/s below 100 m, which increased to 1.5 m/s for higher levels. In contrast to the SODAR data, the CCLM data showed the frequent presence of LLJs associated with the topographic channeling in Shokalsky Strait. Although SODAR wind profiles are limited in range and have a lot of gaps, they represent a valuable data set for model verification. However, a full picture of the ABL structure and the climatology of channeling events could be obtained only with the model data. The climatological evaluation showed that the wind field at Cape Baranova was not only influenced by direct topographic channeling under conditions of southerly winds through the Shokalsky Strait but also by channeling through a mountain gap for westerly winds. LLJs were detected in 37% of all profiles and most LLJs were associated with channeling, particularly LLJs with a jet speed ≥ 15 m/s (which were 29% of all LLJs). The analysis of the simulated 10 m wind field showed that the 99%-tile of the wind speed reached 18 m/s and clearly showed a dipole structure of channeled wind at both exits of Shokalsky Strait. The climatology of channeling events showed that this dipole structure was caused by the frequent occurrence of channeling at both exits. Channeling events lasting at least 12 h occurred on about 62 days per year at both exits of Shokalsky Strait.
A satellite-based climatology of wind-induced surface temperature anomalies for the Antarctic
(2019)
It is well-known that katabatic winds can be detected as warm signatures in the surface temperature over the slopes of the Antarctic ice sheets. For appropriate synoptic forcing and/or topographic channeling, katabatic surges occur, which result in warm signatures also over adjacent ice shelves. Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) ice surface temperature (IST) data are used to detect warm signatures over the Antarctic for the winter periods 2002–2017. In addition, high-resolution (5 km) regional climate model data is used for the years of 2002 to 2016. We present a case study and a climatology of wind-induced IST anomalies for the Ross Ice Shelf and the eastern Weddell Sea. The IST anomaly distributions show maxima around 10–15K for the slopes, but values of more than 25K are also found. Katabatic surges represent a strong climatological signal with a mean warm anomaly of more than 5K on more than 120 days per winter for the Byrd Glacier and the Nimrod Glacier on the Ross Ice Shelf. The mean anomaly for the Brunt Ice Shelf is weaker, and exceeds 5K on about 70 days per winter. Model simulations of the IST are compared to the MODIS IST, and show a very good agreement. The model data show that the near-surface stability is a better measure for the response to the wind than the IST itself.
Regional climate models are a valuable tool for the study of the climate processes and climate change in polar regions, but the performance of the models has to be evaluated using experimental data. The regional climate model CCLM was used for simulations for the MOSAiC period with a horizontal resolution of 14 km (whole Arctic). CCLM was used in a forecast mode (nested in ERA5) and used a thermodynamic sea ice model. Sea ice concentration was taken from AMSR2 data (C15 run) and from a high-resolution data set (1 km) derived from MODIS data (C15MOD0 run). The model was evaluated using radiosonde data and data of different profiling systems with a focus on the winter period (November–April). The comparison with radiosonde data showed very good agreement for temperature, humidity, and wind. A cold bias was present in the ABL for November and December, which was smaller for the C15MOD0 run. In contrast, there was a warm bias for lower levels in March and April, which was smaller for the C15 run. The effects of different sea ice parameterizations were limited to heights below 300 m. High-resolution lidar and radar wind profiles as well as temperature and integrated water vapor (IWV) data from microwave radiometers were used for the comparison with CCLM for case studies, which included low-level jets. LIDAR wind profiles have many gaps, but represent a valuable data set for model evaluation. Comparisons with IWV and temperature data of microwave radiometers show very good agreement.
The parameterization of ocean/sea-ice/atmosphere interaction processes is a challenge for regional climate models (RCMs) of the Arctic, particularly for wintertime conditions, when small fractions of thin ice or open water cause strong modifications of the boundary layer. Thus, the treatment of sea ice and sub-grid flux parameterizations in RCMs is of crucial importance. However, verification data sets over sea ice for wintertime conditions are rare. In the present paper, data of the ship-based experiment Transarktika 2019 during the end of the Arctic winter for thick one-year ice conditions are presented. The data are used for the verification of the regional climate model COSMO-CLM (CCLM). In addition, Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) data are used for the comparison of ice surface temperature (IST) simulations of the CCLM sea ice model. CCLM is used in a forecast mode (nested in ERA5) for the Norwegian and Barents Seas with 5 km resolution and is run with different configurations of the sea ice model and sub-grid flux parameterizations. The use of a new set of parameterizations yields improved results for the comparisons with in-situ data. Comparisons with MODIS IST allow for a verification over large areas and show also a good performance of CCLM. The comparison with twice-daily radiosonde ascents during Transarktika 2019, hourly microwave water vapor measurements of first 5 km in the atmosphere and hourly temperature profiler data show a very good representation of the temperature, humidity and wind structure of the whole troposphere for CCLM.
Low-level jets (LLJs) are climatological features in polar regions. It is well known that katabatic winds over the slopes of the Antarctic ice sheet are associated with strong LLJs. Barrier winds occurring, e.g., along the Antarctic Peninsula may also show LLJ structures. A few observational studies show that LLJs occur over sea ice regions. We present a model-based climatology of the wind field, of low-level inversions and of LLJs in the Weddell Sea region of the Antarctic for the period 2002–2016. The sensitivity of the LLJ detection on the selection of the wind speed maximum is investigated. The common criterion of an anomaly of at least 2 m/s is extended to a relative criterion of wind speed decrease above and below the LLJ. The frequencies of LLJs are sensitive to the choice of the relative criterion, i.e., if the value for the relative decrease exceeds 15%. The LLJs are evaluated with respect to the frequency distributions of height, speed, directional shear and stability for different regions. LLJs are most frequent in the katabatic wind regime over the ice sheet and in barrier wind regions. During winter, katabatic LLJs occur with frequencies of more than 70% in many areas. Katabatic LLJs show a narrow range of heights (mostly below 200 m) and speeds (typically 10–20 m/s), while LLJs over the sea ice cover a broad range of speeds and heights. LLJs are associated with surface inversions or low-level lifted inversions. LLJs in the katabatic wind and barrier wind regions can last several days during winter. The duration of LLJs is sensitive to the LLJ definition criteria. We propose to use only the absolute criterion for model studies.
Während die ersten Naturwissenschaftler, wie Humboldt und Darwin, auf dem Feld der klassischen Biogeographie noch vor allem die Aufschlüsselung der Verbreitung von Arten untersuchten, entwickelte sich mit Wallace die Erkenntnis, dass es kausale Gründe für die Verbreitung von Arten gibt. Ihre Erkenntnisse erlangten Wallace oder auch de Lattin noch dadurch, dass Sie Verbreitungsmuster von Arten übereinander projizierten und Ausbreitungszentren ableiteten. In den letzten Jahrzehnten bieten die mannigfaltigen Möglichkeiten computerbasierter Analysen besondere Vorteile bei der Analyse von Verbreitungsmustern, welche in der vorliegenden Dissertation genutzt werden, um eine interdisziplinäre Arbeit im Schnittpunkt von Natur- und Rechtswissenschaften zu schreiben. In fünf Kapiteln werden verschiedene Aspekte aus dem Bereich der klassischen Biogeographie analysiert und diskutiert. Im ersten Beitrag dieser Arbeit wird die biogeographische Struktur der Libellen in der westlichen Paläarktis mittels Verbreitungsanalysen untersucht. Der zweite Beitrag vertieft die Betrachtung mit einer regionalen Analyse der Biogeographie der Odonaten und Tagfalter in Rumänien. Ein dritter Beitrag schließt diesen westpaläarktischen Block mit einer Analyse der Inselbiogeographie des westlichen Mittelmeergebietes ab. In einem zweiten eurasischen Block werden in der vierten Arbeit die biogeographischen Muster Eurasiens herausgearbeitet. Abschließend wird im fünften Beitrag die Phylogeographie der Zwerglibelle (Nehalennia speciosa) als ein Beispiel für trans-paläarktisch verbreitete Arten untersucht. Neben ihrer Bedeutung in der Grundlagenforschung stellen diese fünf Arbeiten eine wesentliche Grundlage für die Ausarbeitung der juristischen Abhandlung dar. In der juristischen Abhandlung werden verschiedene Aspekte unter zu Hilfenahme, der zuvor erarbeiteten Erkenntnisse erläutert, die dazu geführt haben dürften, dass Libellen in der FFH-Gesetzgebung eher unterrepräsentiert sind. Es sind dies eine fehlende europaeinheitliche Gefährdungsbewertung, das Fehlen eines Schutzkriteriums Ausbreitungsfähigkeit und eine fragwürdige Herangehensweise bei den Überlegungen, welche Arten überhaupt auf ihre Schutzwürdigkeit hin untersucht werden sollen.
The reduction of information contained in model time series through the use of aggregating statistical performance measures is very high compared to the amount of information that one would like to draw from it for model identification and calibration purposes. It is readily known that this loss imposes important limitations on model identification and -diagnostics and thus constitutes an element of the overall model uncertainty as essentially different model realizations with almost identical performance measures (e.g. r-² or RMSE) can be generated. In three consecutive studies the present work proposes an alternative approach towards hydrological model evaluation based on the application of Self-Organizing Maps (SOM; Kohonen, 2001). The Self-Organizing Map is a type of artificial neural network and unsupervised learning algorithm that is used for clustering, visualization and abstraction of multidimensional data. It maps vectorial input data items with similar patterns onto contiguous locations of a discrete low-dimensional grid of neurons. The iterative training of the SOM causes the neurons to form a discrete, data-compressed representation of the high-dimensional input data. Using appropriate visualization techniques, information on distributions, patterns and relationships in complex data sets can be extracted. Irrespective of their potential, SOM applications have earned very little attention in hydrological modelling compared to other artificial neural network techniques. Therefore, the aim of the present work is to demonstrate that the application of Self-Organizing Maps has very high potential to address fundamental issues of model evaluation: It is shown that the clustering and classification of model time series by means of SOM can provide useful insights into model behaviour. In combination with the diagnostic properties of Signature Indices (Gupta et al., 2008; Yilmaz et al., 2008) SOM provides a novel tool for interpreting the model parameters in the hydrological context and identifying parameter sets that simultaneously meet multiple objectives, even if the corresponding model realizations belong to different models. Moreover, the presented studies and reviews also encourage further studies on the application of SOM in hydrological modelling.
Im Fokus der Dissertation steht das Spannungsfeld zwischen betriebswirtschaftlichen Zielen und unternehmerischer Sozialverantwortung. Dieses wird im Hinblick auf die Ebene des Arbeitsmarktes und die Beschäftigung von Menschen mit Behinderung im Tourismus untersucht. Das Ziel der Untersuchung ist die Identifikation des durch die sozialwirtschaftlichen Intentionen integrativer Hotels entstehenden gesamtgesellschaftlichen Nutzens. Ob integrativen Hotels der Ausgleich zwischen sozial- und volkswirtschaftlichen sowie betriebswirtschaftlichen Zielen gelingt, wird hierbei ermittelt. Bei dem herangezogenen Untersuchungsobjekt integrativer Hotelbetrieb handelt es sich um Hotels, die Menschen mit und ohne Behinderung beschäftigen, als Integrationsprojekte anerkannt sind und vom Gesetzgeber als Unternehmen des allgemeinen Arbeitsmarktes definiert werden. Da es sich um ein in der Tourismuswissenschaft weitgehend unbekanntes Untersuchungsobjekt handelt, wird dieses grundlegend erläutert, sodass neben dem Konzept, den rechtlichen Rahmenbedingungen und den Fördermöglichkeiten auch eine situative Beschreibung integrativer Hotels in Deutschland Bestandteil der Arbeit ist. Da es sich um Betriebe handelt, die im Rahmen der Beschäftigung von Menschen mit Behinderung staatlich gefördert werden, ist darüber hinaus die fiskalische Bilanz der Beschäftigungssituation Integrationshotel Gegenstand der Untersuchung. Des Weiteren stehen die Werte, die integrative Hotels über monetär messbare Werte hinaus schaffen, im Mittelpunkt. Neben der sozial- und volkswirtschaftlichen Ebene findet auch die betriebswirtschaftliche Ebene Berücksichtigung. Sowohl Merkmale und interne Strukturen integrativer Hotelbetriebe als auch deren betriebswirtschaftliche Situation und deren Gäste werden in diesem Zusammenhang behandelt. Das Methodenspektrum der Untersuchung ist entsprechend des erläuterten Inhaltes der Arbeit vielschichtig. Neben der Analyse relevanter Literatur liefern Experteninterviews wesentliche Ergebnisse. Die Analyse der sozial- und volkswirtschaftlichen Ebene basiert zunächst auf der Sekundäranalyse vorhandener Daten und darüber hinaus auf der Analyse und Weiterentwicklung eines Bewertungsmodells. Im Rahmen der betriebswirtschaftlichen Analyse werden betriebliche/betriebsinterne Daten analysiert und die Methode der standardisierten Gästebefragung angewendet. Als Abschluss der Arbeit werden die Untersuchungsergebnisse zusammengefasst und die Übertragbarkeit sowie die gesellschaftliche Relevanz des Themas diskutiert. Durch die Zusammenfassung der zentralen Befunde wird der Nutzen, der durch das Wirken integrativer Hotels auf verschiedenen Ebenen entsteht, benannt. Mit der Identifikation des durch integrative Hotels entstehenden gesamtgesellschaftlichen Nutzens liefert die Arbeit einen erweiterten theoretischen Ansatz der Argumentationslinie für Integrationsprojekte in der Hotellerie und weist nach, dass diesen ein Ausgleich zwischen sozial- und volkswirtschaftlichen sowie betriebswirtschaftlichen Zielen gelingt. Die Balance zwischen den parallelen Motiven Wirtschaftlichkeit und Gemeinnützigkeit bzw. der Ausgleich zwischen sozial- und volkswirtschaftlichen sowie betriebswirtschaftlichen Zielen ist zugleich der kritischste als auch der für den Erfolg integrativer Hotels entscheidendste Punkt. Die Herstellung eines Ausgleiches zwischen konträren Zielen ist dementsprechend die Voraussetzung für den maximal erreichbaren Zusatznutzen. Die Schlussfolgerung der Arbeit zielt jedoch nicht auf die ausnahmslos überall umzusetzende Integration von Menschen mit Behinderung im Teilarbeitsmarkt Tourismus ab, sondern weist auf das Potential eines erfolgreichen Ansatzes hin, der für die Entstehung eines eigenständigen Hoteltyps geeignet ist. Die Wahrnehmung der sozialen Verantwortung sollte hierbei jedoch nicht in den Vordergrund rücken, denn auch unter Einsatz des Alleinstellungsmerkmals Beschäftigung von Menschen mit Behinderung muss die vom Gast gebuchte touristische Dienstleistung vordergründig sein.
Aus dem Wunsch, die zentralen Prozesse im System Boden"Pflanze"Atmosphäre einschließlich der Auswirkungen verschiedener Bewirtschaftungspraktiken zu verstehen und nachzubilden, resultiert die Entwicklung verschiedener Pflanzenwachstumsmodelle. Ziel der vorliegenden Untersuchung ist zum einen, die im Realsystem auftretenden räumlichen Ertragsmuster zu identifizieren und zu charakterisieren. Mithilfe der Semivariogramm-Analyse ist eine räumliche Autokorrelation der Ertragsdaten von maximal 48 Meter abzuleiten. Die räumliche Analyse (GIS) zeigt, dass die Sommergerste ein leicht abweichendes Verhalten im Vergleich zu den Winterkulturen (Winterweizen, Winterraps) aufweist. Schließlich werden mithilfe der selbstorganisierenden Merkmalskarten die primär und sekundär für das Ertragsverhalten verantwortlichen Ursachen identifiziert. Eine abschließende hierarchische Clusteranalyse gliedert die in die Untersuchung eingehenden Standorte in vier spezifische Cluster mit charakteristischen Eigenschaften. Ein zweites Ziel ist die Klärung der Frage, ob die Pflanzenwachstumsmodelle STICS und DAISY bei entsprechender Parametrisierung in der Lage sind, das für ein detektiertes Muster charakteristische Verhalten von Pflanzenwachstum und Ertrag realitätsnah abzubilden. Den Modellanwendungen gehen eine Sensitivitätsanalyse und verschiedene Parametrisierungsansätze zur Erfassung des jeweiligen Modellverhaltens voraus. In beiden Modellen übt der Bodenwasserhaushalt einen starken Einfluss auf die Ertragsbildung aus. Des weiteren kommt in beiden Modellen den Stressfaktoren eine zentrale Bedeutung zu. Die Parametrisierung der Modelle auf der Grundlage der im Feld erhobenen Daten führt bei beiden Modellen nicht zu einem dem Realsystem entsprechenden Bild. Eine über die Sensitivitätsanalyse hinausreichende, vertiefte Modellkenntnis ist erforderlich, um die in die Modelle eingehenden Parameter bzw. deren spezifischen Einfluss auf das Modellverhalten beurteilen und interpretieren zu können. Dies betrifft insbesondere die Modellgrößen der Bodenmodule. Dieser Aspekt erschwert eine einfache räumliche Übertragung der Modelle STICS und DAISY.
Global human population growth is associated with many problems, such asrnfood and water provision, political conflicts, spread of diseases, and environmental destruction. The mitigation of these problems is mirrored in several global conventions and programs, some of which, however, are conflicting. Here, we discuss the conflicts between biodiversity conservation and disease eradication. Numerous health programs aim at eradicating pathogens, and many focus on the eradication of vectors, such as mosquitos or other parasites. As a case study, we focus on the "Pan African Tsetse and Trypanosomiasis Eradication Campaign," which aims at eradicating a pathogen (Trypanosoma) as well as its vector, the entire group of tsetse flies (Glossinidae). As the distribution of tsetse flies largely overlaps with the African hotspots of freshwater biodiversity, we argue for a strong consideration of environmental issues when applying vector control measures, especially the aerial applications of insecticides.rnFurthermore, we want to stimulate discussions on the value of speciesrnand whether full eradication of a pathogen or vector is justified at all. Finally, we call for a stronger harmonization of international conventions. Proper environmental impact assessments need to be conducted before control or eradication programs are carried out to minimize negative effects on biodiversity.
In 40 Referenzgebieten in Schleswig-Holstein sind im Zeitraum zwischen 1995 und 2002 Feldhasendichten (Lepus europaeus) mittels Scheinwerfertaxation ermittelt worden. Parallel dazu wurden in den durchschnittlich etwa 1000 ha großen Gebieten die Geheckdichten des Rotfuchses (Vulpes vulpes) sowie die Brutpaardichten des Mäuse-bussards (Buteo buteo) bestimmt. Die Feldhasendichten variierten im Frühjahr zwischen 1,2 und 85 Hasen/100 ha und im Herbst zwischen 5 und 127 Hasen/100 ha. Zur Analyse eines potentiellen Einflusses der landschaftlichen Gegebenheiten auf die Feldhasenpopulationen erfolgte eine digitale Erfassung der linearen Landschaftselemente. Außerdem wurden Flächennutzungskartierungen zur Feststellung der Ackernutzung durchgeführt. Zur Bestimmung des Klimaeinflusses wurden Temperatur- und Niederschlagswerte zu Dekadenmittelwerten zusammengefasst und mit der durchschnittlichen Höhe der Nettore-produktionsleistung und der Populationsdichte korreliert. Während die klimatischen Einflüsse nicht die Populationsdichte oder die mittlere Zuwachsleistung bestimmen, diktieren die Niederschlagssummen insbesondere der letzten beiden März- und der ersten beiden Aprildekaden die dichteunabhängige, annuelle Ausprägung des Nettozuwachses. Landschaftsparameter konnten nicht monokausal in Beziehung zur Konstitution der Hasenpopulation gesetzt werden, während sich enge Beziehungen mit negativem Vorzeichen zwischen dem Rotfuchsvorkommen und der Dichte des Feldhasen ergaben (p<0,01). In einer Multifaktorenanalyse wurde als dominierende Einflussgröße für das derzeitige Feldhasenvorkommen der Rotfuchs bestimmt. Die Anbauvielfalt in der Landwirtschaft scheint einen positiven Einfluss auf den langjährigen Reproduktionserfolg zu besitzen, wohingegen die Zahl der Mutterbaue des Rotfuchses eine höhere Reproduktionsleistung zu vereiteln scheint. Die Jagd auf den Feldhasen wurde als Form der nachhaltigen Nutzung herausgestellt. Die jaglich induzierte Sterblichkeit stellt eine teilweise kompensatorische Mortalität dar.
The spatio-temporal changes of rangelands in the European Mediterranean are analysed with remote sensing and GIS-based methods, referring to an example of two mountain ranges in central Crete, Greece. The focus is to monitor and assess land degradation and its potential correlation with ecological and socio-economic boundary conditions. Particular attention is paid to the unique European Mediterranean setting and the Greek integration within the European Union. After a geometric correction of the satellite data, a radiometric pre-processing chain is employed to calculate reflectance values via a DEM-based atmospheric correction. The computation of pixel-wise soil and vegetation fractions is based on a spectral unmixing approach. A subsequent time-series analysis reveals spatially explicit trends, mean vegetation cover and phenological variability. Results do not only exhibit significant differences between the two test sites, but also within the respective regions. In both mountain ranges there extended areas with degrading vegetation patterns are revealed. However, along the Southern Cretan coast those processes are bound to a much lower base level of vegetation cover. Beyond trends and mean vegetation abundance, the phenological variability is another important figure which is employed to characterise plant communities from space. Moreover, a satellite-based map of soil development proves the correspondence between soil and vegetation degradation processes. Vegetation cover and change are then analysed with regard to aspect, slope, elevation and geological substrate to allow for a comparison of degradation processes and natural boundary conditions. In a second step, the analyses are extended to find interrelationships with socio-economic determinants. Based on these results the degradation risk for the grazing habitats of central Crete is assessed in differentiated ways. We neither encounter the scenario of irreversible degraded rangelands, nor a cultural landscape in an equilibrium under intense human influence.
Die Eisenbahn entwickelte sich im 19. Jahrhundert zum bedeutendsten Landverkehrsträger mit überragender gesellschaftspolitischer Bedeutung. An der Schwelle zum 20. Jahrhundert war der ehemals starke Einfluss privater Eisenbahnunternehmen nur noch gering. Verstaatlichte Bahnen waren der Regelfall. Interessengruppen, die die Verstaatlichungspolitik Bismarcks gefördert hatten, wurden dafür belohnt. Das Staatsmonopol behinderte private Kleinbahnen und produzierte im System Schiene viele Transportkettenbrüche. Die politische Einflussnahme der verstaatlichten " später verreichlichten " Bahnen beschränkte sich auf defensive Maßnahmen mit der Zielsetzung, Besitzstände zu wahren. Die Vertreter des aufstrebenden Kfz nahmen offensiv auf die politische Spitze Einfluss, um ihre Ideen und Pläne (z. B. von einem gesamtdeutschen Autobahnnetz) voranzubringen. Trotz der Behinderung durch die Deutsche Reichsbahn-Gesellschaft wurde das Kfz immer populärer. Im Dritten Reich setzte die Naziregierung auf das Auto und ließ " mit maßgeblicher Unterstützung durch die Reichsbahn " den Grundstein für das deutsche Autobahnnetz legen. Nach dem Zweiten Weltkrieg blieb die dualistische Verkehrsmarktordnung bestehen. Auto- und straßenbauaffine Verbände erlangten immer größeren Einfluss auf die deutsche Verkehrspolitik. Die Behörde "Bundesbahn" verhielt sich vergleichsweise passiv und setzte fast keine eigenen offensiven Akzente in wichtigen verkehrspolitischen Prozessen. Die Auto- und Straßenbaulobbyarbeit war sehr erfolgreich (Beispiel: Einfüh-rung der Kilometerpauschale). Verkehrspolitik gab es im Bereich des Güterverkehrs immer noch eine Schutzpolitik für die Schiene, die sich in zahlreichen Behinderungen für den gewerblichen Straßengüterverkehr ausdrückte. Erst mit den Arbeiten der Regierungskommission Bundesbahn gelang es Interessenvertretern der Eisenbahn, offensiv und aktiv an einem wichtigen verkehrspolitischen Prozess mitzuwirken. Kennzeichen der Lobby- und Öffentlichkeitsarbeit von modernen Großunternehmen ist ihr dialogorientierter Charakter. Auf Seiten vieler Mitarbeiter der DB AG aber auch bei vielen politischen Entscheidern herrscht auch im Jahr 2001 noch "Bundesbahndenken" vor. Dies führt beim Auftreten der DB AG im politischen Raum häufig zu Erschwernissen und Missverständnissen. Diese können mittel- und langfristig zu negativen Folgen für den Unternehmenserfolg der DB AG führen. Im Politikfeld Raumordnung finden sich zahlreiche Rahmenbedingungen, die sich auf die Wettbewerbsfähigkeit der DB AG nachteilig auswirken. Zwar gibt es raumordnerische Leitbilder und Zielsetzungen, die die Bevölkerungsentwicklung vor allem in die Nähe von Haltepunkten und Achsen des Schienenverkehrs steuern wollen. Die Umsetzung dieser Zielsetzungen mit Hilfe raumordnerischer Instrumente gelang in den letzten Jahrzehnten nur äußerst begrenzt. Darüber hinaus sind das Bauge-setzbuch " im Zusammenwirken mit weiteren Rahmenbedingungen, wie z. B. der immer noch gültigen Reichsgaragenordnung " einseitig autoorientiert. Die Netz- bzw. Systemqualität der Verkehrsträger Straße und Schiene ist höchst unterschiedlich. Dies führt zu erheblichen Konsequenzen für die jeweilige politische Einflussnahme. Ziele der politischen Einflussnahme im Politikfeld Raumordnung sind (vor dem Hintergrund einer Verkehrsverlagerung von der Straße auf die Schiene, bzw. auf den Umweltverbund), die Zugangszeit für größere Teile der Bevölkerung zum System Schiene zu verringern und die Bevölkerungsdichte im Einzugsbereich von Zugangspunkten zum System Schiene zu erhöhen. Dies ist eine strategische Zielsetzung, die langfristig den wirtschaftlichen Erfolg von Schienenverkehrsunternehmen beeinflusst. Mit einem Lobbykonzept können die Maßnahmen in diesem Politikfeld systematisch geplant werden. In das entsprechende Konzept gehen Erkenntnisse aus der historischen Analyse der Entwicklung der verkehrspolitischen Rahmenbedingungen genauso ein wie die Ergebnisse einer Analyse im bahnpolitischen Umfeld, die von Oktober 2000 bis Januar 2001 durchgeführt wurde.
Die vorliegende Arbeit entstand im Rahmen des EU INTERREG NWE IVB Projektes "ForeStClim - Transnational Forestry Management Strategies in Response to Regional Climate Change Impacts". Zum Zweck der Verbesserung des Prozessverständnisses von Abflussprozessen in Wäldern sowie zur Validierung und Weiterentwicklung eines GIS-basierten Tools (GIS-DRP) zur Erstellung von Abflussprozesskarten wurden auf 25 Test-Plots in vier Einzugsgebieten in Rheinland-Pfalz und dem Großherzogtum Luxemburg boden-hydrologische Untersuchungen durchgeführt. Auf Grundlage dieser Untersuchungen konnten große intraspezifische Unterschiede im Abflussverhalten von Waldstandorten erhoben werden. Die Differenzen werden dabei hauptsächlich durch das Substrat, die bodenphysikalischen Eigenschaften, die Nutzung bzw. deren Intensität und die Vorfeuchte bedingt. Es wurde nachgewiesen, dass Wälder generell hohe Infiltrationsraten aufweisen und verzögerte Zwischenabflussprozesse begünstigen. Durch einen prinzipiell naturnahen Waldbau und etwaige Meliorationsmaßnahmen auf Niederertragsstandorten bestehen zudem Möglichkeiten positiv auf die Wasserretention und das Wasserspeichervermögen eines Forstbestandes einzuwirken. Die mittels GIS-DRP erstellten Abflussprozesskarten der vier Testgebiete wurden durch die Ergebnisse der Geländeuntersuchungen sowie der Abflussprozesskartierung nach SCHERRER (2006) validiert. Hierdurch wurden für die Abflussgenerierung wichtige Parameter ermittelt und Optimierungsansätze erarbeitet, welche anschließend in GIS-DRP implementiert werden konnten. Verschlämmungsprozesse auf Ackerflächen können nun durch das modifizierte GIS-DRP-Werkzeug identifiziert werden. Zudem war es möglich, Extrem-Ereignis basierte Abflussprozesskarten zu etablieren, die Hot Spots der Abflussgenerierung identifizieren können. Die Einführung des Abflussprozesses "dSSF" (tiefer Zwischenabfluss) wurde durch eine neue Klassifizierung des geologischen Ausgangssubstrates erreicht. Forstwirten und Entscheidungsträgern im Waldmanagement wird somit die Möglichkeit geboten, Expertenwissen in ihre Planungen einfließen zu lassen. Hierdurch kann zum einen positiv auf den Landschaftswasserhaushalt eingewirkt werden, da gezielt auf Flächen nachteiliger Abflussbildung geeignete Maßnahmen des dezentralen Hochwasserschutzes angewandt werden können. Zum anderen werden Potentiale für bestmögliche Waldwachstumsvoraussetzungen in einem Landschaftsraum aufgezeigt. Der nachhaltigen Nutzung von Wäldern wird somit auch im Kontext des Klimawandels Rechnung getragen.
The development of our society contributed to increased occurrence of emerging substances (pesticides, pharmaceuticals, personal care products, etc.) in wastewater. Because of their potential hazard on ecosystems and humans, Wastewater Treatment Plants (WWTPs) need to adapt to better remove these compounds. Technology or policy development should however comply with sustainable development, e.g. based on Life Cycle Assessment (LCA) metrics. Nevertheless, the reliability or consistency of LCA results can sometimes be debatable. The main objective of this work was to explore how LCA can better support the implementation of innovative wastewater treatment options, in particular including removal benefits. The method was applied to support solutions for pharmaceuticals elimination from wastewater, regarding: (i) UV technology design, (ii) choice of advanced technology and (iii) centralized or decentralized treatment policy. The assessment approach followed by previous authors based on net impacts calculation seemed very promising to consider both environmental effects induced by treatment plant operation and environmental benefits obtained from pollutants removal. It was therefore applied to compare UV configuration types. LCA outcomes were consistent with degradation kinetics analysis. For the comparison of advanced technologies and policy scenarios, the common practice (net impacts based on EDIP method) was compared to other assessments, to better consider elimination benefits. First, USEtox consensus was applied for the avoided (eco)toxicity impacts, in combination with the recent method ReCiPe for generated impacts. Then, an eco-efficiency indicator (EFI) was developed to weigh the treatment efforts (generated impacts based on EDIP and ReCiPe methods) by the average removal efficiency (overcoming (eco)toxicity uncertainty issues). In total, the four types of comparative assessment showed the same trends: (i) ozonation and activated carbon perform better than UV irradiation, and (ii) no clear advantage distinguished between policy scenarios. It cannot be however concluded that advanced treatment of pharmaceuticals is not necessary because other criteria should be considered (risk assessment, bacterial resistance, etc.) and large uncertainties were embedded in calculations. Indeed, a significant part of this work was dedicated to the discussion of uncertainty and limitations of the LCA outcomes. At the inventory level, it was difficult to model technology operation at development stage. For impact assessment, the newly developed characterization factors for pharmaceuticals (eco)toxicity showed large uncertainties, mainly due to the lack of data and quality for toxicity tests. The use of information made available under REACH framework to develop CFs for detergent ingredients tried to cope with this issue but the benefits were limited due to the mismatch of information between REACH and USEtox method. The highlighted uncertainties were treated with sensitivity analyses to understand their effects on LCA results. This research work finally presents perspectives on the use of transparently generated data (technology inventory and (eco)toxicity factors) and further development of EFI indicator. Also, an accent is made on increasing the reliability of LCA outcomes, in particular through the implementation of advanced techniques for uncertainty management. To conclude, innovative technology/product development (e.g. based on circular economy approach) needs the involvement of all types of actors and the support from sustainability metrics.
In der Forschung zur aktuellen Prozessdynamik der Bodenerosion sind Niederschlagssimulationen mit kleinen mobilen Beregnungsanlagen (KBA) ein unverzichtbarer Bestandteil. Weltweit werden sehr viele KBA unterschiedlicher Bauart, Plotgrößen, Tropfenerzeugung, Niederschlagsintensitäten, und -spektren eingesetzt. Eine Standardisierung der Anlagen ist aufgrund der Verschiedenheit der Forschungsfelder und -fragen nicht in Sicht. Darüber hinaus sind die erzeugten Niederschläge (Nd) der Anlagen unzureichend genau charakterisiert und es liegt keine einheitliche Datenbasis aller relevanten Parameter vor. Zudem werden mit KBA bisher ausschließlich Starkregen unter windstillen Bedingungen simuliert, obwohl Wind einen deutlichen Einfluss auf fallende Regentropfen ausübt. Die vorliegende Arbeit gliedert sich in drei Teile: (1) Weiterentwicklung und Anwendung von KBA: Wie lässt sich die Performance der Trierer KBA optimieren und eine einheitliche Mess- und Kalibrierungsmethode für den simulierten Niederschlag definieren? Welche Anforderungen, Möglichkeiten, Grenzen und Anwendungsbereiche gibt es? (2) Vergleich verschiedener Typen von KBA im Gelände: Inwieweit sind Nd-Charakteristika, Oberflächen-¬abflussgenerierungen und Bodenabträge europäischer KBA vergleichbar? (3) Implemen-¬tierung von windbeschleunigtem Regen in KBA mit dem neuen mobilen Trierer Windregenkanal (WiReKa): Wie kann Wind in ein KBA-Setting integriert werden? Wie sind Unterschiede von Erosionsraten mit und ohne Windeinfluss in-situ zu quantifizieren und wie hoch fallen sie aus? Im ersten Teil der Arbeit wurde zunächst die Nd-Charakteristik der langjährig von der Physischen Geographie eingesetzten KBA mit unterschiedlichen, weltweit angewandten Messmethoden untersucht. Dabei zeigten sich einige Schwächen der KBA bezüglich ihrer Funktionalität. Der Einsatz verschiedener Mess-¬methoden zur Charakterisierung des künstlich erzeugten Nd führte zu sehr unterschiedlichen Ergebnissen. Mittels Laser-Niederschlags-Monitor (LNM) und Nd-Sammlern wurde daher ein einheitliches Testverfahren entwickelt, das eine detaillierte Aufnahme, Auswertung und Darstellung der relevanten Nd-Parameter nahezu aller KBA-Designs ermöglicht. Mit Hilfe dieses Testverfahrens wurden Nd-Charakteristik, Funktionalität und Mobilität der Trierer KBA durch technische Veränderungen deutlich verbessert. Alle Parameter dieser Anlage sind nun bekannt und lassen sich zuverlässig reproduzieren. Die Anforderungen, Möglichkeiten und Grenzen des Einsatzes von KBA wurden detailliert erarbeitet und beschrieben. Auf dem "International Rainfall Simulator Workshop" in Trier konnte mit 40 Wissenschaftlern aus 11 Nationen Einigkeit über grundlegende Aspekte beim Bau und Einsatz von KBA erzielt werden. Der zweite Teil der Arbeit stellt die Arbeitsmethoden und Ergebnisse eines in internationaler Kooperation durchgeführten Projektes zu Messmethoden und Vergleichbarkeit von Simulatordesigns und Nd-Charakteristika unterschiedlicher europäischer KBA vor. An 13 Instituten in Deutschland, den Niederlanden, der Schweiz und Spanien wurde mit dem Trierer Testverfahren eine einheitliche Datenbasis aller wesentlichen Nd-Parameter erstellt. Im praktischen Teil des Rainfall Simulator Workshop in Trier wurden dann vergleichende Versuche mit sieben KBA auf einer universitätsnahen Versuchsfläche zur Oberflächenabflussgenerierung und zum Bodenabtrag durchgeführt. Vor allem die (maximale) Sedimentkonzentration einer Simulation hat sich dabei als gute Vergleichsgröße herausgestellt. Differenzen in den gemessenen Oberflachenabfluss- und Sedimentmengen sind ganz klar unterschiedlichen Nd zuzuordnen. Der zeitliche Ablauf des Oberflächenabfluss- und Erosionsverhalten differiert dagegen nur bei zunehmender Plotgröße. Im dritten Teil der Arbeit wird analysiert, wie windbeschleunigter Regen in einer KBA simuliert werden kann. Darüber hinaus wurde eine spezielle Testreihenfolge für die Erosionsmessungen entwickelt, deren Praktikabilität sich in der Anwendung bewährt hat. Es konnten stark erhöhte Abtragsraten aufgrund der Zuschaltung von Wind zu der Regensimulation auf kohäsionslosem sandigen Substrat quantifiziert werden. Das Dissertationsprojekt kann auf mehreren Ebenen als erfolgreich angesehen werden: Die Arbeit mit den Trierer KBA konnte qualitativ verbessert werden insofern, als die Anlagenparameter optimiert und die Güte der produzierten Daten gewährleistet werden konnte. Darüber hinaus konnten die gewonnenen Erkenntnisse durch eine gezielte internationale Vernetzung in Wert gesetzt und die Zusammenarbeit auf der operationalen Ebene gestärkt werden.
Die Zielsetzung der vorliegenden Arbeit war die raumdifferenzierte und skalenübergreifende Untersuchung der Hochwasserentstehungsprozesse im Frankelbach-Einzugsgebiet, das ein Beispiel eines land- und forstwirtschaftlich genutzten Kleineinzugsgebiets in Mittelgebirgen der gemäßigten Breiten ist. Eine Kernaufgabe war die Quantifizierung der Beiträge einzelner Abflusskomponenten während des Scheiteldurchflusses eines Hochwassers. Zudem sollten Zusammenhänge zwischen der Bodenfeuchtedynamik und der Abflussreaktion herausgearbeitet werden. Zur Bodenfeuchtemessung wurde ein neu entwickeltes Spatial-TDR-Messsystem eingesetzt. Im Rahmen dieses pilothaften Einsatzes war zudem die Tauglichkeit des Messsystems zu überprüfen und zu bewerten. Das im Rotliegenden gelegene 5 km2 große Frankelbachgebiet mit Jahresniederschlägen von 750 mm a-1, steil eingeschnittenen, bewaldeten Kerbtälern und ackerwirtschaftlich genutzten Hochflächen liegt zwischen 200 und 450 m ü. NN. Auf schuttführenden Sand- und Schlufflehmen, deren Genese auf periglaziale Solifluktionsprozesse zurückgeht, sind hangabwärts mächtiger werdende Braunerden zu finden. Bemerkenswert sind die zahlreichen Quellen auf gleicher Höhenlage, die teilweise als Pipequellen ausgebildet sind. Beregnungs- und Infiltrationsversuche dienten der Beurteilung der Oberflächenabflussreaktion unterschiedlich bewirtschafteter Flächen. Durch stündliche Spatial-TDR-Messungen an 13 Standorten (60 cm lange vertikal installierte Dreistabsonden) konnten Hangwasserflüsse identifiziert werden. Zwischen 2005 und 2009 wurden die Abflüsse vier geschachtelter Einzugsgebiete sowie einer Quelle in 10min-Intervallen erfasst und 87 Hochwasserereignisse analysiert. Mittels Messungen der elektrischen Leitfähigkeit und eines Zweikomponenten-Mischungsmodells wurde der Ereigniswasseranteil für die höchsten Hochwasser abgeschätzt. Ergänzend zu den Geländeexperimenten wurde ein einfaches Modell konzipiert, das eine quantitative Abschätzung der ober- und unterirdischen Wasserflüsse in einen Gewässereinschnitt erlaubt. Zum Vergleich mit 31 anderen Untersuchungsgebieten wurde eine Codierung entwickelt, die eine Einordnung sowohl hinsichtlich der Geofaktoren der Gebiete als auch bezüglich der untersuchten Hochwasserereignisse ermöglicht. Das im hanghydrologischen Forschungsbereich als eher trocken einzuordnende Frankelbachgebiet, zeigte ein jahreszeitlich sehr unterschiedliches Abflussverhalten. Während in trockenen Sommern hohe Niederschläge im Gebiet gespeichert werden, liegen die Abflusskoeffizienten für einige schneeschmelzfreie Frühjahrsereignisse über 50 %. Das höchste beobachtete Hochwasser weist einen Abflusskoeffizient von 55 % bei einer relativ niedrigen Abflussspende von 140 l s-1 km-2 auf. Die Großberegnungsversuche, die Quellabflussmessungen, die Ereignisanalysen und die Modellierungsergebnisse weisen darauf hin, dass Dauerregen- und Schneeschmelz-Hochwasser zum Großteil aus Zwischenabfluss bestehen. Hier konnten zwei Abflusskomponenten differenziert werden: (i) eine oberflächen- und gerinnenahe Komponenten, die aufgrund des hohen Ereigniswasseranteils von etwa 60 % durch präferentielles Fließen erklärt werden kann, und (ii) eine ein bis zwei Tage verzögerte tiefere Komponente, die durch unterirdische Abflusskonzentration auf stauenden Schichten generiert wird. Letztere war in den Quellabfluss- und Spatial-TDR-Messungen erkennbar, hatte jedoch an den am Pegel beobachteten Scheiteldurchflüssen nur einen sehr kleinen Anteil. Während sehr intensiver Niederschläge könnte zusätzlich der Horton'sche Oberflächenabfluss von offen liegenden, hydraulisch angeschlossenen Äckern zum Scheiteldurchfluss beitragen. Für sämtliche Spatial-TDR-Messstandorte ist von hohen Infiltrations- und Sickerraten auszugehen. Eine Aufsättigung der Standorte war nicht erkennbar, für die nassen Wintermonate liegen jedoch nur sehr wenige Spatial-TDR-Messwerte vor. Eine in einer Tiefenlinie installierte Sonde (A08) zeigte das Umschalten des Gesamtgebiets in relativ nasse Zustände an. Hier nahm die Bodenfeuchte während zwei größerer Dauerregenereignisse infolge der unterirdischen Abflusskonzentration stark zu. In der vorliegenden Arbeit wurden die einbau- und substratbedingten Unsicherheiten sowie die Schwächen des Algorithmus zur Rekonstruktion der absoluten Bodenfeuchtewerte konkretisiert. Demzufolge wurde lediglich das Spatial-TDR-Rohsignal als Indikator für die aktuelle Bodenfeuchte verwendet. Durch eine Transformation des Spatial-TDR-Signals von der Zeit auf den Sondenort können dennoch Aussagen zur relativen Änderung der Bodenfeuchte in einer bestimmten Tiefe gemacht werden können. Diese Informationen sind hinreichend genau für die Untersuchung hanghydrologischer Prozesse und für die Ableitung von Gebietsfeuchtezuständen.
Die vorliegende Arbeit beschreibt ausgewählte Bereiche des Stadtklimas von Trier. Anhand von langjährigen meteorologischen Messreihen ist eine Bewertung der klimatologischen Gegebenheiten für das Stadtgebiet von Trier möglich. Trenduntersuchungen der Datenreihen des Niederschlags zeigen positive Niederschlagstrends für die meteorologischen Wintermonate. Die Intensität der urbanen Wärmeinsel der Stadt Trier wurde mittels mehrerer Temperaturmessfahrten untersucht und bewertet. Es treten in den Wintermonaten maximale Differenzen von bis zu 5,5 -°C zwischen dem unbebauten Umland und den Innenstadtbereichen auf. Von der erhöhten thermischen Belastung während ausgewählter Wetterlagen sind vor allem die Anwohner der Innenstadtbereiche in den Sommermonaten betroffen. Zusätzlich fand eine Bewertung der thermischen Belastung mittels verschiedener thermischer Indizes statt. Die Auswertungen von Klimaprojektionen für den Untersuchungsraum zeigen eine starke Zunahme der thermischen Belastung ab Mitte des 21. Jahrhunderts. Die Auswirkungen des Sommers 2003 auf die Bevölkerung von Trier wurde anhand von Mortalitätsdaten von JUNK ET AL. (2007) analysiert. Die Kosten des Klimawandels (Temperaturzunahme bis 2100 um 4,5 -°C) in den kommenden 50 Jahren beziffert eine Studie des Deutschen Institutes für Wirtschaftsforschung auf rund 80 Milliarden Euro für Rheinland-Pfalz. Auch wenn diese Abschätzungen mit starken Unsicherheiten behaftet sind, so wird dringender Handlungsbedarf deutlich. Vor dem Hintergrund des Klimawandels und der zunehmenden Urbanisierung muss sich auch im Bereich der Stadtplanung und der Verwaltung von urbanen Agglomerationsräumen das Prinzip der Nachhaltigkeit in allen Skalenbereichen durchsetzen. Übertragen auf den Bereich der Stadtklimatologie heißt das, dass dies auf die Ressourcen saubere Luft, angemessener Flächen- und Energieverbrauch verbunden mit Luft-schadstoffemissionen, Recht auf Mobilität usw. übertragen werden muss. Im Vordergrund steht dabei eine Entkopplung des Ressourcenverbrauchs von dem wirtschaftlichen Wachstum durch technische Innovation, effizientere Technologien und verändertes individuelles Verhalten. Bezüglich der lufthygienischen Situation im Stadtbereich von Trier konnten Partikel und Stickoxide als wichtige Schadstoffe identifiziert werden. Da die Auswertungen der Luftschadstoffe auf die Datensätze des ZIMEN-Messnetzes beschränkt sind, können keine Aussagen über Inhaltsstoffe von Partikeln getroffen werden. Für die untersuchten Luftschadstoffe CO, SO2, NOx, O3 und PM10 treten in den letzten Jahren keine Grenzwertüberschreitungen auf, jedoch liegen die gemessenen Werte nur geringfügig unter diesen und überschreiten teilweise die unteren- und oberen Beurteilungsschwellen. Die Auswertungen des wirkungsbezogenen Luftqualitätsindex DAQx zeigen, dass in der Mehrheit der Fälle Feinstaub der bestimmende Luftschadstoff ist. Die Analyse der mittleren Mortali-tätszahlen zeigt, das bei DAQx-Werten > 4,0 (ausreichende Luftqualität) die Anzahl der täglichen Mortalitätsfälle über den Durchschnitt von 5,74 Fällen pro Tag steigt. Der Klimawandel wird auch direkte Auswirkungen auf die Luftschadstoffbelastung haben. Dies geschieht über die Veränderung der Windverhältnisse, Änderungen in der Höhe der Mischungsschicht sowie Änderungen in der Frequenz und Zugbahn von Tiefdruckgebieten. Veränderte Niederschlagsmuster beeinflussen die nassen und trockenen Depositionsraten, und die prognostizierte Temperaturerhöhung beeinflusst die chemischen Bildungs- und Abbauprozesse in der Atmosphäre, sowie die natürlichen Emissionsquellen. Der Einfluss des zu erwartenden Temperaturanstieges auf die Ozonkonzentrationen in urbanen Gebieten lässt sich gut einschätzen, da während Episoden mit hohen Ozonkonzentrationen eine signifikante Korrelation zwischen der Lufttemperatur und der Ozonkonzentration besteht. Studien zeigen einen Anstieg der Ozonkonzentration zwischen 2 -µg/m-³ und 20 -µg/m-³ pro Grad Kelvin in Abhängigkeit des Emissionsszenarios, der verwendeten Modelle und der untersuchten Region aus. Die urbanen Ballungsräume werden von diesem Ozonanstieg stärker betroffen sein, da dort genügend Ozonvorläufersubstanzen vorhanden sind. Der Einfluss auf die Partikelkonzentrationen ist schwieriger zu beurteilen, da keine klaren Zusammenhänge zwischen der Lufttemperatur und den Partikelkonzentrationen bestehen. Insgesamt ist tendenziell mit einer Stagnation bis hin zu einer kurzzeitigen Verschlechterung der Luftqualität zu rechnen. Deswegen reicht die bereits erwähnte alleinige Berücksichtigung der thermischen Gegebenheiten in einem Warnsystem nicht aus. Es geht vielmehr um die integrative Bewertung der potentiellen Gefahrensituation für die Bevölkerung und die situationsbezogene Auslösung von Interventionsmaßnahmen und Aktionsplänen. Ein solches System wird derzeit für die Modellregion Esch-sur-Alzette in Luxemburg erstellt und wird 2011 in die Pilotphase eintreten.
Die Fauna-Flora-Habitat-Richtlinie (Richtlinie 92/43/EWG) stellt derzeit das umfangreichste Instrument des internationalen Naturschutzes zur Erhaltung der europäischen Biodiversität dar. Das Grundkonzept der FFH-RL beruht hierbei sowohl auf dem Schutz gefährdeter Arten als auch auf dem Erhalt natürlicher Lebensräume. Dieser ganzheitliche Ansatz verursacht jedoch infolge der großen Anzahl zu berücksichtigender Schutzgüter einen hohen personellen wie finanziellen Aufwand bei der Umsetzung der Richtlinienvorgaben. Daher wurde in der vorliegenden Arbeit am Beispiel der Schmetterlingsart Euphydryas aurinia (Anhang II FFH-RL) überprüft, inwieweit die Konzepte von ESUs (Evolutionarily Significant Units) und MUs (Management Units) geeignete Möglichkeiten bieten, um die Prioritätensetzung bei der Auswahl besonders schützenswerter Vorkommen gefährdeter Arten zu erleichtern. Zu diesem Zweck wurden mit drei verschiedenen Subspezies von E. aurinia (E. aurinia beckeri, E. aurinia debilis, E. aurinia aurinia) Fang-Markierung-Wiederfangstudien durchgeführt, sowie mit Hilfe von Allozym-Elektrophoresen populationsgenetische Parametern in europäischem Kontext und auf regionaler Ebene (Westtschechien) erfasst. Die drei untersuchten Subspezies zeigten hierbei spezifische ökologische Adaptationen an die jeweiligen Habitatbedingungen (z.B. bzgl. der Populationsdichte, Demographie und Mobilität). Ferner wiesen die genetischen Analysen starke Differenzierungen bei E. aurinia in Europa nach, die u.a. Antworten auf phylogeographische und taxonomische Fragestellungen ermöglichen. Auch auf regionaler Ebene (Westtschechien) konnten genetische Differenzierungen festgestellt werden. Auf Basis der erhobenen populationsökologischen und -genetischen Daten wird abschließend die generelle Anwendbarkeit und der Nutzen der Konzepte von ESUs und MUs bei der Etablierung von Schutzkonzepten für E. aurinia und andere Arten der FFH-RL diskutiert. rnDer zweite Teil der vorliegenden Arbeit beschäftigt sich exemplarisch mit dem aktuellen Schutzverfahren für deutsche E. aurinia-Vorkommen im Rahmen der FFH-RL und den damit verbundenen Problemen. Der Schwerpunkt lag hierbei auf der Schutzgebietsauswahl, dem Monitoring und dem Gebietsmanagement. In diesem Kontext werden u.a. Problematiken angesprochen, die sich aus der großen ökologischen Variabilität der Art ergeben bzw. die aufgrund von Koordinierungsschwierigkeiten zwischen einzelnen Bundesländern bestehen. Vor dem Hintergrund dieser Erkenntnisse werden Lösungsvorschläge unterbreitet, wie das aktuelle Schutzverfahren für E. aurinia in Deutschland weiter verbessert werden könnte.
As an interface between an individual and its environment, the skin is a major site of direct exposure to exogenous substances. Once absorbed, these substances may interact with different biomolecules within the skin. The aryl hydrocarbon receptor (AhR) signaling pathway is one mechanism whereby the skin responds to exposures, predominantly through the induction or upregulation of metabolizing enzymes. One known physiological role of the AhR in many tissues is its involvement in the control of cell cycle progression. In skin, almost nothing is known about this physiological function. Moreover, the question whether frequently used naturally occurring phenolic derivatives like eugenol and isoeugenol impact on the AhR within the skin has rarely been studied so far. Eugenol and isoeugenol are due to their odour referred to as fragrances. The ubiquitous distribution of eugenol and isoeugenol results in an almost unavoidable contact with these substances in our daily lives. Despite this fact, their molecular mechanisms of action in skin are poorly understood. There is evidence supporting the hypothesis that these substances may impact on the AhR. On the one hand, eugenol is shown to induce cytochrome P450 1A1 (CYP1A1), a well-known target gene of the AhR. On the other hand, their known anti-proliferative properties might also be mediated by the AhR, based on its physiological function. In order to proof this hypothesis, it was investigated whether eugenol and isoeugenol impact on the AhR signaling pathway in skin cells. Results revealed that eugenol as well as isoeugenol impact on the AhR signaling pathway in skin cells. Both substances caused the translocation of the AhR into the nucleus, induced the expression of the well-known AhR target genes CYP1A1 and AhR repressor (AhRR) and exhibited impact on cell cycle progression. Both substances caused an AhR-dependent cell cycle arrest in skin cells, modulated protein levels of several cell cycle regulatory proteins, inhibited DNA synthesis and thereby reduced cell numbers. The comparison of wildtype cells to AhR knockdown cells revealed an influence of the AhR on cell cycle progression in skin cells in the absence of exogenous ligands. AhR knockdown cells exhibited a slower progression through the cell cycle caused by an accumulation of cells in the G0/G1 phase of the cell cycle and a decreased DNA synthesis rate. Modulation of cell cycle regulatory proteins involved in the transition from the G0/G1 to the S phase of the cell cycle was altered in AhR knockdown cells as well. To conclude, eugenol as well as isoeugenol were able to impact on the AhR signaling pathway in skin cells. Their molecular mechanisms of action are similar to those of classical AhR ligands, although their structural characteristics strongly differ from that of these ligands. In the absence of exogenous ligands the AhR promotes cell cycle progression in many tissues and this knowledge could be expanded on skin-derived cells within the scope of this thesis.
Evaluation of desalination techniques for treating the brackish water of Olushandja sub-basin
(2014)
The groundwater of Olushandja sub-basin as part of Cuvelai basin in central-northern Namibia is saline with TDS content varying between 4,000ppm to 90,000ppm. Based on climatic conditions, this region can be classified as a semi-arid to arid region with an annual rainfall during summer time varying between 200mm to 500mm. The mean annual evaporation potential is about 2,800mm, which is much higher than the annual rainfall. The southern block of this sub-basin is of low population density. It has not been covered by the supply networks for electricity and water. Therefore, the inhabitants are forced to use the untreated groundwater from the hand-dug wells for their daily purposes. This groundwater is not safe for human consumption and therefore needs to be desalinated for that purpose. The goal of this thesis has been to select a suitable desalination technology for that region. The technology to be selected is from those which use renewable energy sources, which have capacity of production from 10m3 to 100m3 per day, which are simple and robust against existing harsh environmental conditions and have already been implemented successfully in some place. Based on these criteria, the technologies which emerged from the literature are: multistage flashing (MSF), multi effect distillation (MED), multi effect humidification (MEH), membrane distillation (MD), reverse osmosis (RO) and electro dialysis reversed (ED). Out of these technologies, RO &amp; ED are based on membrane techniques and MSF, MED &amp; MEH use thermal processes whereas MD technology uses a hybrid process of thermal and membrane techniques for desalinating the water. For evaluation of technical performance, environmental sustainability and financial feasibility of the above mentioned desalination techniques, the following criteria have been used: gained output ratio, recovery rate, pretreatment requirements, sensitivity to feed water quality, post treatment, operating temperature, operating pressure, scaling and fouling potential, corrosion susceptibility, brine disposal, prime energy requirement, mechanical and electrical power output, heat energy, running costs and water generation costs. The data regarding the performance standards of the successfully implemented desalination techniques have been obtained from the literature of performance benchmarks. The Utility Value Analysis Tool of the Rafter-Group of Multi-Criteria Analysis (MCA) has been used for measuring the performance score of a technology. To perform the utility analysis, an evaluation matrix has to be constructed through the following procedures: selection of the decision options (or assessment groups), identification of the evaluation criteria, measurement of performance and transformation of the units. Then the criteria under the objective groups are assigned a level of importance for determining their weights.To perform the sensitivity analysis the level of importance of a criterion is changed by giving more weight or rate to the assessment group of interest (or study). Within the assessment group of interests, the best performing desalination technology has been selected according to the outcome of the sensitivity analysis. The important conclusions of this study are the identification of the capabilities of thermal and membrane based small scale desalination technologies and their applicability based on site specific needs. The sensitivity analysis indicates that the MED technology is the most environmental friendly technology that uses minimum energy and produces least concentrated brine for disposal. The ED technology has emerged to be technically suitable, but it is only applicable when source water has less than 12.000 ppm salt content. The MSF process has favorable thermal efficiency and it is insensitive to feed water quality. Its major drawbacks are energy needs and post treatment requirements that affected its net score. The MD and MSF process have scored the lowest for the technical and economic assessment groups and are concluded not to be suitable for Olushandja sub-basin. The MEH process is cheaper and technically more appropriate than the MED in the two assessment groups. Based on the above mentioned evaluations, this study concluded that Olushandja sub-basin needs more data collection on the geological profile, distinctive identification of aquifers and evidence on the interaction between the aquifers. From the best available data obtained, it could not be established with certainty where the highest level of salinity can be found in the profile, or how the geological profile is layered. More data on ground water quality for spatial overview of the trends and pattern of the sub-basin will be useful in drawing better conclusion on the specific desalination technology needed which is suitable for a specified village or living space.
Seit Mitte der 1970er Jahre engagiert sich das Land Nordrhein-Westfalen, in Folge des sozial/ökologischen Wertewandels der 1960er und 1970er Jahre, in der Radverkehrsförderung. Damals wie heute ist die systematische Realisierung von Radverkehrsnetzen, die durchgängig mit einem Leitsystem gekennzeichnet werden, ein zentrales Landesziel. Hierzu entwickelte das Land NRW unterschiedliche Strategien: Ende der 1970er Jahre wurde landesweit ein touristisches Netz erarbeitet, das jedoch seitens der Kommunen nur wenig Akzeptanz fand. Anschließend führte das Land NRW mit zwei Modellvorhaben den Nachweis, dass zur Förderung des Radverkehrs eine systematische Zielnetzplanung verbunden mit einer Kennzeichnung des Netzes mittels Leitsystem zielführend ist. Doch auch dies fand seitens der Kommunen nur wenig Nachahmer. Daher leitete das Land NRW einen weiteren Strategiewechsel von der Bottom-up-Strategie zur Top-down-Strategie ein: 1995 wurde im Koalitionsvertrag der Landesregierung die Realsierung des Radverkehrsnetz Nordrhein-Westfalen (RVN NRW) politisch beschlossen. Landesweit sollte ein Radverkehrsnetz geplant und anschließend mit einem Leitsystem vor Ort gekennzeichnet werden. Das RVN NRW wurde zwischen 1996 und 2007 unter vollständiger Finanzierung des Landes NRW in enger Abstimmung mit den 427 Kommunen und ca. 2.000 Projektpartnern erfolgreich umgesetzt. Es hat eine Länge von 14.155 km. Heute wird das RVN NRW durch viele Kommunen weiter lokal verdichtet. Bereits im Rahmen der Projektkonzeption waren auf Grundlage des RVN NRW umfangreiche Synergien vorgesehen, indem u. a. der Radroutenplaner NRW entwickelt wurde. Dieser wird mittels Internet/Smartphone kommuniziert und enthält sowohl alle Informationen zur Planung der Strecke vor der Fahrt, als auch zur Wegefindung während der Fahrt. Mit diesem innovativen Projekt wurden zahlreiche Mehrwerte und Synergien erzielt, indem z. B. radtouristischen Netze neu geordnet, ein landeseinheitliches Qualitätsmanagement zur Pflege entwickelt, ein Repertoire zur Sicherung des Radverkehrs außerorts geschaffen und insbesondere die Verkehrsmittel des Umweltverbunds sowohl in den Netzen (Hardware) als auch in der Informationsvermittlung (Software) miteinander verknüpft wurden. Unter Berücksichtigung der ökologischen, energetischen, demographischen und volkswirtschaftlichen Anforderungen an die Mobilität der Zukunft, muss ein nachhaltiges selbsterklärendes multimodales Mobilitätssystem mit dem Rückgrat Öffentlicher Verkehr entwickelt werden. Mit der Realisierung des RVN NRW hat das Land NRW bereits eine wesentliche Komponente fertiggestellt. Um die Systemvorteile der jeweiligen Verkehrsarten optimal nutzen zu können, sind umfangreiche weitere Maßnahmen erforderlich, die wiederum einer Landesinitiative bedürfen. Das mit der Konzeption des RVN NRW erfolgreich praktizierte Umsetzungsverfahren lässt sich auf eine Vielzahl von weiteren Zukunftsaufgaben übertragen. Allgemeingültige Handlungsempfehlungen zeigen den Weg auf, wie auch diese Visionen in die Realität übergeleitet werden können.
Die Region Trier ist ein seit langem intensiv besiedelter Kulturraum. In der vorliegenden Arbeit galt es, unterschiedliche morphodynamische Prozessphasen während des Holozäns zu unterscheiden und ihre Ursachen zu klären. Gegenstand der Untersuchungen waren Schwemmfächer und andere Sedimentkörper kleiner Einzugsgebiete, die als korrelate Sedimentkörper der (Boden-)Erosion in den Einzugsgebieten betrachtet werden. Mit Hilfe sedimentologisch-geochemischer Untersuchungen und Datierungen der Sedimente wurde der Zusammenhang zwischen dem Erosions- und Akkumulationsgeschehen, der Landnutzungsintensität und der klimatischen Entwicklung während des Holozäns untersucht. Der menschliche Einfluss in den Einzugsgebieten wurde über archäologische Funde des Rheinischen Landesmuseums Trier und historische Karten abgeglichen. Der klimatische Einfluss wurde mangels ausreichender regionaler Datendichte über die bekannte überregionale Klimaentwicklung des Holozäns in Mitteleuropa abgeschätzt. Es konnten Aktivitätsphasen (vorgeschichtlich, (früh-)römisch, Mittelalter) und Stabilitätsphasen (Völkerwanderungszeit) ausgegliedert werden. Die unterschiedlichen morphodynamischen Prozessphasen haben ihren Ursprung in der lokalen anthropogenen Landnutzung in Kombination mit dem Witterungs- und Wettergeschehen. Die Bedeutung des Klimas mit seinen gemittelten Werten holozäner "Optima" und "Pessima" tritt dahinter zurück. Die Schwermetallgehalte von Nickel, Kupfer, Zink und Blei in den fossilen und rezenten Böden der Region sind stärker von lokalen als von globalen Faktoren beeinflusst, wie sie an Geoarchiven ohne eigenen geogenen background nachgewiesen sind. Der Einsatz geochemischer Indizes ermöglicht in seltenen Fällen eine weitere Untergliederung makroskopisch homogener Sedimente. Ihre inhaltliche Interpretation wird durch die Tatsache eingeschränkt, dass es sich bei Schwemmfächern um offene Systeme handelt, bei denen in humiden Klimaten nicht entschieden werden kann, welche Verwitterungsprozesse prä- und welche postsedimentärer sind.
Until today the effects of many chlorinated hydrocarbons (e.g. DDT, PCBs) against the specific organisms are still a subject of controversial discussions. It was also the case for potential endocrine effects to influence the spermatogenesis correlated with possible changes of the population's vitality. To clear this situation, three questions could be at the centre of attention: 1) Do the chemicals cause a special harmful effect on the male reproductive tract? 2) Could some particular chemical mixtures act to bind and activate the human estrogen receptor (hER)? 3) Are the life stages of an organism specially sensitive to the effects of chemicals and therefore be established as Screening-Test-System? the connected effects of DDT and Arochlor 1254 as single substance and in 1:1 mixture according to their estrogenic effectiveness on zebrafish (Brachydanio rerio) were therefore investigated. the concentrations of the pesticides and their mixture ranged between 0.05-µg/l and 500-µg/l and separated by a factor of 10. It was turned out that the test concentrations of 500-µg/l were too toxic to zebrafish in all the cases. The experiment was followed up with four concentrations of DDT, A54 as well as their 1:1 mixture anew each separated by a factor of 10 and ranging between 0.05-µg/l and 50-µg/l. The bioaccumulation test within 8 days showed that the zebrafish accumulated the chemicals, but no equilibrum was reached and the concentration 0.05-µg/l was established as No Observed Effect Concentration (NOEC). Putting up on these analyses, the investigation of the life cycle (LC) starting with fertilized eggs demonstrated a reduction in the rate of hatchability, reproduction and length of fish emerged. These reductions involved the duration of the life cycle stages (LCS) which consequently lasted longer than expected. Exposure time and level of the tested chemicals accelerated the occurrence of these effects which were more significant when the chemical mixtures were used too. To establish whether the parameter assessed were correlated to the male reproductive tract, the quality, quantity and life span of sperm were assessed using the methods of Leong (1988) and Shapiro et al (1994). The sperm degeneration observed, led us to investigate the spermatogenesis and the ultrastructure of the testes. This last experiment showed a significant reduction of the late stage of spermatogenesis and the heterophagic vacuoles which play an important role in the spermatid maturation. It could therefore be concluded that, DDT and A54 could act synergically and cause disorders of the male reproductive tract of male zebrafish and influence also their growth.
The collapse of the tailings pond of the Aznalcállar open pit mine (West of Seville, Spain) in April 1998 left more than 4000 ha of arable land and floodplains contaminated with heavy metal containing pyrite sludge. After a first remediation campaign a considerable contamination remained in the soil. The present study evaluates the possibilities of reflectance spectroscopy and airborne hyperspectral remote sensing for the qualitative and quantitative assessment of heavy metal contamination and the acidification risk related to the mining accident. Based on an extensive data set consisting of geochemical analyses and reflectance measurements of more than 300 soil samples different chemometrics methods (multiple linear regression, partial least squares and artificial neural networks) are tested for computation of concentrations of soil constituents on the basis of the spectral reflectance. Spectral mixture analysis is applied for the analysis of the spatial distribution of the contamination. The abundance information derived from spectral mixture analysis is turned into quantitative information incorporating an artificial mixture experiment. The results of this experiment provide a link between sludge abundance and sludge weight, allowing as a consequence calculation of the amount of residual sludge per pixel, the acidification potential and other parameters important for remediation planning. The application of laboratory, field and imaging spectroscopy for providing quantitative information about the contamination levels in their spatial context is a good complement to conventional methods. The advantage is the reduction of the time and labour-intensive geochemical analysis, because after the model calibration, further samples can be analysed directly with the chemometric models. Furthermore, the spatial distribution can be mapped with imaging spectroscopy data helping in a more precise remediation planning.
Die Notwendigkeit einer ökologischen Aufwertung kleiner urbaner Gewässer und damit einer effektiven Siedlungswasserwirtschaft ist in den Fokus gerückt und wurde zum Bestandteil der Wasserrahmenrichtlinie ( 2000/60/EG). Die Zunahme von Regenwassermanagementsystemen und die Renaturierung kanalisierter Gewässerabschnitte führt zu einer Integration von Flüssen und Bächen in das städtische Umfeld. Diese Arbeit fokussiert die zeitlich hochaufgelöste Analyse des Stofftransports während Abflussereignissen in mesoskaligen Einzugsgebieten. Es wird untersucht, ob die Landnutzung und die Entwässerungssysteme von Siedlungsflächen, die Abflusssdynamik und die Stoffkonzentrationen beeinflussen. Beleuchtet wird, inwieweit naturnahe Regenwassermanagementsysteme in Siedlungsgebieten den natürlichen Wasserhaushalt erhalten und eine Gewässerbelastung reduzieren. Untersucht werden die Schadstoffdynamiken und -frachten dreier verschiedener Einzugsgebiete, ähnlich hinsichtlich Einzugsgebietsgröße, Topographie und klimatischen Bedingungen, aber unterschiedlich in Landnutzung und Entwässerungssystemen. Darüber hinaus wird der Einfluss der Ableitungsart des Regenwassers aus den Siedlungsgebieten auf die Abflussdynamik und die Schadstoffverlagerung auf unterschiedlichen Skalen untersucht. Abflussganglinien und Chemographen aller Gewässer zeigen große Schwankungen während und zwischen Hochwasserereignissen. Kurzfristige Konzentrationen sind sehr hoch und können nur mittels zeitlich hochaufgelöster Beprobung bestimmt werden. Frachten und mittlere Ereigniskonzentrationen weisen eine hohe Variabilität in Abhängigkeit von vorangehenden hydro-klimatischen Bedingungen auf. Erhöhte Schadstoffkonzentrationen treten in einem ländlich geprägten Einzugsgebiet in Verbindung mit Regenfällen durch Remobilisierung von Schadstoffen aus der Kanalisation auf. In einem städtisch geprägten Vorfluter sind Schadstoffbelastungen mit dem Basisabfluss aufgrund sanitärer Fehlanschlüsse und Kläranlageneinleitungen das ganze Jahr über bedeutsam. Ein biologischer Test zur Bestimmung östrogener Aktivität zeigt, dass die Toxizität von der Kläranlagentechnologie und deren Elimination östrogener Wirkstoffe abhängt. Saisonale Effekte, durch steigende östrogene Aktivität im Sommer und abnehmende Aktivität im Winter aufgrund der Verdünnung durch Boden- und Grundwasser, konnten beobachtet werden. Dezentrale Regenrückhalte führen zum Erhalt des quasi-natürlichen Wasserhaushaltes und zur Dämpfung von Abflussspitzen im Vorfluter. Die Beprobung der Zuläufe und des Ablaufes einer Retentionsfläche zeigt die Reduktion der Maximalkonzentrationen sowie der jährlichen Frachten von Xenobiotika. Mit zunehmender Einzugsgebietsgröße nimmt die Anzahl und Diversität der Entwässerungssysteme zu. Die Skalenabhängigkeit der Gewässerbelastung ergibt sich aus dem Vorhandensein und Zusammenwirken von Misch- und Trennkanalisationen, sowie Regenwassermanagementsysteme, und Kläranlageneinläufen. Vor allem Mischwasserkanalüberläufe führen zu einer hydraulischen Belastung sowie zu hohen Momentankonzentrationen der Xenobiotika. Regenwassermanagementsysteme tragen zu einer deutlichen Reduktion der chemischen und hydraulischen Belastung des Gewässers bei. Dies führt zu einer Entlastung der Vorfluter und zu einem besseren ökologischen Zustand, wie durch die Wasserrahmenrichtlinie gefordert.
Die Dissertation beabsichtigt, einen Beitrag zur Verbesserung des Umweltzustands der pal. Industrie durch die Durchführung des UMS zu leisten. Auf dieser Grundlage wurde analysiert, welche Schritte und Maßnahmen unter Berücksichtigung des Umweltzustands in Palästina erforderlich sind, um ein UMS wie EMAS und ISO 14001 in der pal. Industrie implementieren zu können.
Redox-driven biogeochemical cycling of iron plays an integral role in the complex process network of ecosystems, such as carbon cycling, the fate of nutrients and greenhouse gas emissions. We investigate Fe-(hydr)oxide (trans)formation pathways from rhyolitic tephra in acidic topsoils of South Patagonian Andosols to evaluate the ecological relevance of terrestrial iron cycling for this sensitive fjord ecosystem. Using bulk geochemical analyses combined with micrometer-scale-measurements on individual soil aggregates and tephra pumice, we document biotic and abiotic pathways of Fe released from the glassy tephra matrix and titanomagnetite phenocrysts. During successive redox cycles that are controlled by frequent hydrological perturbations under hyper-humid climate, (trans)formations of ferrihydrite-organic matter coprecipitates, maghemite and hematite are closely linked to tephra weathering and organic matter turnover. These Fe-(hydr)oxides nucleate after glass dissolution and complexation with organic ligands, through maghemitization or dissolution-(re)crystallization processes from metastable precursors. Ultimately, hematite represents the most thermodynamically stable Fe-(hydr)oxide formed under these conditions and physically accumulates at redox interfaces, whereas the ferrihydrite coprecipitates represent a so far underappreciated terrestrial source of bio-available iron for fjord bioproductivity. The insights into Fe-(hydr)oxide (trans)formation in Andosols have implications for a better understanding of biogeochemical cycling of iron in this unique Patagonian fjord ecosystem.
Der Informationsgehalt ist die Summe aller in biologischen Proben gespeicherten Informationen über ihre Umwelt. Seine Entschlüsselung ist entscheidend, um biologische Systeme im Rahmen der Umweltbeobachtung einsetzen zu können. Die Umweltprobenbank des Bundes, als der am weitesten entwickelte Baustein der intergrierenden Beobachtung in Deutschland, liefert zwar zuverlässige Aussagen zum Umweltzustand im Hinblick auf stoffliche Konzentrationen, kann aber keine Indikation der Bedeutung chemischer Substanzen für Biosysteme erbringen. Damit fehlen wesentliche Voraussetzungen für eine umfassende Umweltbewertung. Dementsprechend besteht das Hauptziel der Untersuchung darin, ein Konzept für eine umfassendere Entschlüsselung des in Umweltproben von tierischen Organismen vorhandenen Informationsgehaltes über den Umweltzustand zu entwickeln. Wichtige Voraussetzung hierfür ist ein methodischer Ansatz basierend auf Standardisierungen, der die Qualität von Umweltproben festlegt. Um Wirkungen stofflicher Stressoren auf lebende Systeme aufzeigen zu können, wird das relativ neue wissenschaftliche Konzept der Biomarker für vier wichtige und sensible Systeme im Organismus diskutiert: das Cytochrom-P450-Oxigenase-System, das sexualhormonelle System, das genetische System und das Immunsystem. Dabei werden Leistungen und Defizite dieser Systeme im Hinblick auf ihre Einsatz im Rahmen der Umweltbeobachtung dargestellt. Daraus ergibt sich, dass Umweltprobenbanken geradezu prädestiniert sind, Proben zu lagern, die erst zu einem späteren Zeitpunkt mit verbesserten Methoden auf Wirkungen stofflicher Stressoren mit Hilfe des Biomarker-Konzepts untersucht werden können.
Exposure to fine and ultra-fine environmental particles is still a problem of concern in many industrialized parts of the world and the intensified use of nanotechnology may further increase exposure to small particles. Since many years air pollution is recognized as a critical problem in western countries, which led to rigorous regulation of air quality and the introduction of strict guidelines. However, the upper thresholds for particulates in ambient air recommended by the world health organization are often exceeded several times in newly industrialized countries. Such high levels of air pollution have the potential to induce adverse effects on human health. The response triggered by air pollutants is not limited to local effects of the respiratory system but is often systemic, resulting in endothelial dysfunction or atherosclerotic malady. The link between air pollution and cardiovascular disease is now accepted by the scientific community but the underlying mechanisms responsible for the pro-atherogenic potential still need to be unraveled in detail. Based on the results from in- vivo and in vitro studies the production of reactive oxygen species due to exposure to particles is the most important mechanism to explain the observed adverse effects. However, the doses that were applied in many in vivo and in vitro studies are far beyond the range of what humans are exposed to and there is the need for more realistic exposure studies. Complex in vitro coculture systems may be valuable tools to study particle-induced processes and to extrapolate effects of particles on the lung. One of the objectives of this PhD thesis was the establishment and further improvement of a complex coculture system initially described by Alfaro-Moreno et al. [1]. The system is composed of an alveolar type-II cell line (A549), differentiated macrophage-like cells (THP-1), mast cells (HMC-1) and endothelial cells (EA.hy 926), seeded in a 3D-orientation on a microporous membrane to mimic the cell response of the alveolar surface in vitro in conjunction with native aerosol exposure (VitrocellTM chamber). The tetraculture system was carefully characterized to ensure its performance and repeatability of results. The spatial distribution of the cells in the tetraculture was analyzed by confocal laser scanning microscopy (CLSM), showing a confluent layer of endothelial and epithelial cells on both sides of the Transwellâ„¢. Macrophage-like cells and mast cells can be found on top of the epithelial cells. The latter cells formed colonies under submerged conditions, which disappeared at the air-liquid-interface (ALI). The VitrocellTM aerosol exposure system was not significantly influencing the viability. Using this system, cells were exposed to an aerosol of 50 nm SiO2-Rhodamine nanoparticles (NPs) in PBS. The distribution of the NPs in the tetraculture after exposure was evaluated by CLSM. Fluorescence from internalized particles was detected in CD11b-positive THP-1 cells only. Furthermore, all cell lines were found to be able to respond to xenobiotic model compounds, such as benzo[a]pyrene (B[a]P) or 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin (TCDD) with the upregulation of CYP1 mRNA. With this tetraculture system the response of the endothelial part of the alveolar barrier was studied in- vitro in a still realistic exposure scenario representing the conditions for a polluted situation without direct exposure of endothelial cells. After exposure to diesel exhaust particulate matter (DEPM) the expression of different anti-oxidant target genes and inflammatory genes such as NAD(P)H dehydrogenase quinone 1 (NQO1), superoxide dismutase 1 (SOD1) and heme oxygenase 1 (HMOX1), as well as the nuclear translocation nuclear factor erythroid-derived 2 (Nrf2) was evaluated. In addition, the potential of DEPM to induce the upregulation of CYP1A1 mRNA in the endothelium was analyzed. DEPM exposure led not to an upregulation of the anti-oxidant or inflammatory target genes, but to clear nuclear translocation of Nrf2. The endothelial cells responded to the DEPM treatment also with the upregulation of CYP1A1 mRNA and nuclear translocation of the aryl hydrocarbon receptor (AhR). Overall, DEPM triggered a response in the endothelial cells after indirect exposure of the tetraculture system to low doses of DEPM, underlining the sensitivity of ALI exposure systems. The use of the tetraculture together with the native aerosol exposure equipment may finally lead to a more realistic judgment regarding the hazard of new compounds and/or new nano-scaled materials in the future. For the first time, it was possible to study the response of the endothelial cells of the alveolar barrier in vitro in a realistic exposure scenario avoiding direct exposure of endothelial cells to high amounts of particulates.
Ziel der durchgeführten Arbeit war mittels einer geophysikalischen Untersuchungsmethode die Wasserverteilung in Deponien nach einer Infiltration zu beobachten. Für den Nachweis der Wasserverteilung unterhalb von Infiltrationsstellen wurde die geoelektrische Impedanztomografie eingesetzt. Um das Messverfahren auf seine Eignung zur Detektierung der Infiltrationsauswirkungen in der Deponie zu überprüfen, wurde ein mehrjähriges Untersuchungsprogramm durchgeführt. Dabei hat sich herausgestellt, dass Deponiesickerwasser eine Verringerung des spezifischen Widerstandes im Untersuchungsgebiet verursacht und dieser Tatbestand vom Messsystem gut detektiert wird. Durch das Aufreihen der Ergebnisse als Tomogrammsequenzen wurden die Infiltrationsauswirkungen unterhalb der Infiltrationsstelle visualisiert. Anhand der entstandenen Tomogrammsequenzen und aufgestellten Modellbetrachtungen werden die Einschränkungen und Rahmenbedingungen des eigens dafür entwickelten Darstellungs- und Auswertungsalgorithmus der Arbeit erörtert.
Japanische Touristen in Deutschland : Analyse der Wahrnehmung der Destination Deutschland und der Kundenansprüche im interkulturellen Kontext. Auf der Angebotsseite steht die noch mittelständisch geprägte deutsche Hotellerie, mit der Tendenz einer zunehmenden Konzentration zur Groß- und Kettenhotellerie. Der japanische Kunde auf der Nachfragerseite wird aufgrund seiner kulturellen, sozialen, politischen und geschichtlichen Umgebung analysiert. Er bewegt sich in einer vorwiegend kollektivistisch und stark kontextorientierten, durch dichte Informationsnetze geprägten, maskulinen Gesellschaft. Beeinflusst durch die Lehre von Konfuzius bilden heute noch mora-lisches Handeln, Rechtschaffenheit, Höflichkeit, die Beachtung hierarchischer Beziehungen und Harmonie Handlungsgrundlage des gesellschaftlichen Lebens. Daneben hat Japan, als entwickeltes Industrieland, mit denselben Problemen wie westliche Industrienationen zu kämpfen, wie Überalterung, Wertewandel und konjunkturelle Auf- und Abschwünge. Der japanische Kunde stellt hohe Ansprüche an die Qualität des angebotenen Produktes und an den Service. Während die Hardware, z.B. die Qualität der Hotelzimmer in Deutschland positiv beurteilt wird, wird die Servicequalität hier oft als unzureichend empfunden. Dabei setzt der japanische Kunde, der an dichte Informationsnetze gewöhnt ist, viele Dinge als selbstverständlich voraus. Der Deutsche, der über diese Informationen nicht verfügt und sich stur an das Vereinbarte hält, wird als unhöflich empfunden. Als Einkaufsdestination hat Deutschland aufgrund fehlender Marken kaum Bedeutung. Japaner sind leidenschaftliche und experimentierfreudige Esser, die oft in Deutschland aufgrund der mangelnden Beachtung und Vermarktung lokaler Spezialitäten zu kurz kommen. Mittels der Methode Importance Grid konnten abgefragte Attribute in Basis-, Leistungs- und Begeisterungsfaktoren eingeteilt werden. Grundlegend und Ausschlusskriterium für einen Reiseantritt sind die öffentliche Sicherheit, die der Japaner nicht nur auf die Kriminalität sondern auch auf Lebensmittelsicherheit und Gesundheitswesen bezieht. Sehenswürdigkeiten sind wichtige Leistungsfaktoren. Das Hotelangebot, als Begeisterungsfaktor hat einen enormen Einfluss und damit großes Entwicklungspotential auf die Reisezufriedenheit. Begeisterung lösen weiterhin individuelle Begegnungen, eine originale und stimmige Atmo-sphäre und lokale Besonderheiten, aus. Der hoch kontextorientierte Japaner nimmt die Reise als Gesamterlebnis wahr und gibt seine Erinnerungen gern über Mund zu Mund Propaganda weiter. Folgereisen können sich wie ein Schneeballsystem entwickeln. Als Trends sind die zunehmende Bedeutung von Seniorenreisen, Hube-and-Spoke Reisen, Skeleton-Touren, der Furosato Trend und Honeymoonreisen zu nennen.
Intense, southward low-level winds are common in Nares Strait, between Ellesmere Island and northern Greenland. The steep topography along Nares Strait leads to channelling effects, resulting in an along-strait flow. This research study presents a 30-year climatology of the flow regime from simulations of the COSMO-CLM climate model. The simulations are available for the winter periods (November–April) 1987/88 to 2016/17, and thus, cover a period long enough to give robust long-term characteristics of Nares Strait. The horizontal resolution of 15 km is high enough to represent the complex terrain and the meteorological conditions realistically. The 30-year climatology shows that LLJs associated with gap flows are a climatological feature of Nares Strait. The maximum of the mean 10-m wind speed is around 12 m s-1 and is located at the southern exit of Smith Sound. The wind speed is strongly related to the pressure gradient. Single events reach wind speeds of 40 m s-1 in the daily mean. The LLJs are associated with gap flows within the narrowest parts of the strait under stably stratified conditions, with the main LLJ occurring at 100–250 m height. With increasing mountain Froude number, the LLJ wind speed and height increase. The frequency of strong wind events (>20 m s-1 in the daily mean) for the 10 m wind shows a strong interannual variability with an average of 15 events per winter. Channelled winds have a strong impact on the formation of the North Water polynya.
Die Dissertation beschreibt den Bewerber als Kunden eines Unternehmens und das damit verbundene Erleben während der Bewerbungsphase. Die Gesamteindrücke des Bewerbers werden auch als Candidate Experience bezeichnet. Die theoretische Herangehensweise der Arbeit orientiert sich am Marketingkonzept Customer Experience Management (CEM), welches den Kunden in den Mittelpunkt der Betrachtung stellt. Neben der theoretischen Herleitung wurde für die empirische Datengrundlage ein vielfältiges Methodenspektrum gewählt, um sowohl die Kundensicht zu beleuchten als auch die Unternehmensseite. Die Analyse zeigt, dass Standards bzw. selbstverständliche Verhaltensregeln (Recruiting-Basics) in der Interaktion mit dem Bewerber noch lange nicht von allen Unternehmen eingehalten werden, was teilweise zu Unzufriedenheit und negativen Kommentaren im Social Web führt. Die unmittelbare Veröffentlichung und Verbreitung von Kommentaren im Internet bieten aus Sicht der Unternehmen Risiken, aber auch Chancen. Die Ergebnisse der Arbeit zeigen, dass Candidate Experience in einem durch den Fachkräftemangel bedingten "Arbeitnehmermarkt" zur Notwendigkeit wird. Es entsteht ein Umwerben von Talenten, wodurch sich der bisherige Recruiting-Ansatz umdreht. Ein modernes Recruiting kennzeichnet sich dabei durch eine aktive Ansprache der potentiellen Bewerber. Als Konsequenz dieser Entwicklung sollte das Recruiting ganzheitlich auf Maßnahmen ausgerichtet werden, die gemäß eines abgeleiteten Candidate-Experience-Management-Ansatz den persönlichen Dialog mit dem Kandidaten fördern, Orientierung und Transparenz schaffen sowie relevante Informationen aus Kundensicht bereitstellen. Dazu kann bereits eine Karriereseite mit kundenorientierten Inhalten beitragen. Weiterhin gilt der erlebte persönliche Dialog mit den Unternehmensvertretern als entscheidend. Im Hinblick auf die Erkenntnisse der Arbeit ist es für die Zukunft empfehlenswert, sowohl im Wettbewerb um die besten Talente als auch hinsichtlich einer positiven Reputation on und offline alle Kontaktpunkte des Bewerbers mit dem Unternehmen zu identifizieren und zu analysieren. Das positive Bewerbererlebnis kann dabei auf Basis der Identifizierung kritischer Kundenkontaktpunkte und gleichzeitiger Implementierung von Maßnahmen gestaltet werden. Als Strukturierungshilfe dient ein durch den Verfasser entwickeltes Prozessmodell, welches in der Praxis auf Basis einer Fallstudie angewendet wurde. Um Erwartungen von Bewerbern nicht nur zu erfüllen, sondern zu übertreffen, gilt es zusätzlich kreative Maßnahmen zu implementieren, die auch eine zunehmende Weiterempfehlungs-bereitschaft fördern. Insgesamt lässt sich hinsichtlich der Erwartungshaltung der Bewerber konstatieren, dass ein Unternehmen auch bei den jungen Akademikern der Generation Y punkten kann, wenn es sich in einem ersten Schritt zunächst auf die Einhaltung der Recruiting-Basics konzentriert.
Comparing the results of the phylogeographies of the four species included in this thesis, some accordances have been found, even though certain patterns are only represented in one or two species. In all cases, the findings of the studied species strongly support the existence of forests or forest-like ecosystems beyond the classic forest refugia in the Mediterranean areas (Iberian, Apennine and Balkan peninsulas) during glacial times. However, evidence of glacial refugial areas in Southeastern Europe, especially the Balkans, have been found in this study as well. The analysed populations of Aposeris foetida, Melampyrum sylvaticum and Erebia euryale showed high genetic diversity values and mostly higher private fragments in this area, which is a strong indicator for centres of glacial survival during Würm and, regarding the results of M. sylvaticum, even during the Riss ice age. Three of the analysed species (A. foetida, M. sylvaticum and Colias palaeno) supported a second main glacial refuge area located along the Northern Alps. Again, high genetic diversity values and the uniqueness of the populations living in this region today prove the importance of this area as a glacial centre of survival. Those results confirm several recently published studies on forest species and strongly indicate the persistence of forest-like structures or even forests during the ice ages along the foothills of the Northern Alps. Additionally, the persistence of C. palaeno in this area furthermore supports the existence of peatlands north of the Alps, at least during the last glacial. The results of M. sylvaticum and E. euryale further indicate the vicinity of the Tatra Mountains as core areas for glacial survival. However, the genetic patterns found for E. euryale are ambiguous. Due to an intermediate position of two genetic lineages (originating in the Eastern Alps and Southeastern Europe), the Tatras could also reflect a postglacial mixture zone of those lineages. Moreover, the glacial and postglacial importance of this area for woodland species was accentuated, supporting other phylogeographic studies published. Besides the congruities among the results of the study species, some unique patterns and therefore further potential glacial refugia have also been illuminated in this thesis. For instance, the calcicole species, A. foetida, most probably had further survival area at both sides of the Dinaric Alps, supported by high genetic diversity values and a high number of private fragments found in Croatian populations. Furthermore, the surroundings of the German Uplands and the margin of the Southern Alps provided suitable conditions for glacial survival for M. sylvaticum, while the Eastern and Southeastern Alpine region most probably sheltered the Large Ringlet E. euryale during ice ages. Additionally, this butterfly species survived at least the glaciation along the foothills of the Massif Central, whose present populations showed a unique genetic lineage and their genetic diversity values have been measurably higher than in other populations for this species. Finally, a large and continuous Würm distribution is highly likely south of the Fennoscandian glaciers in Central Europe for C. palaeno, which might indicate extended peatland areas during Würm glacial. With all the patterns found in this study, the understanding of glacial persistence of forest, respectively forest-like structures and peatlands during Würm or even Riss glacial in Europe could be advanced. The congruencies among the analysed woodland and bog species illustrate the importance and location of extra-Mediterranean refugia for European mountain forests and the glacial presence of Central European peatlands. Thus, already postulated theories could be supported and further pieces of the overall puzzle could be added. The varieties of the different survival centres once more clarified that further phylogeographic studies on mountain forest of different habitat requirements and especially peatland species have to be implemented to get a clearer picture of the glacial history of these habitats.
Background
In light of the current biodiversity crisis, DNA barcoding is developing into an essential tool to quantify state shifts in global ecosystems. Current barcoding protocols often rely on short amplicon sequences, which yield accurate identification of biological entities in a community but provide limited phylogenetic resolution across broad taxonomic scales. However, the phylogenetic structure of communities is an essential component of biodiversity. Consequently, a barcoding approach is required that unites robust taxonomic assignment power and high phylogenetic utility. A possible solution is offered by sequencing long ribosomal DNA (rDNA) amplicons on the MinION platform (Oxford Nanopore Technologies).
Findings
Using a dataset of various animal and plant species, with a focus on arthropods, we assemble a pipeline for long rDNA barcode analysis and introduce a new software (MiniBar) to demultiplex dual indexed Nanopore reads. We find excellent phylogenetic and taxonomic resolution offered by long rDNA sequences across broad taxonomic scales. We highlight the simplicity of our approach by field barcoding with a miniaturized, mobile laboratory in a remote rainforest. We also test the utility of long rDNA amplicons for analysis of community diversity through metabarcoding and find that they recover highly skewed diversity estimates.
Conclusions
Sequencing dual indexed, long rDNA amplicons on the MinION platform is a straightforward, cost-effective, portable, and universal approach for eukaryote DNA barcoding. Although bulk community analyses using long-amplicon approaches may introduce biases, the long rDNA amplicons approach signifies a powerful tool for enabling the accurate recovery of taxonomic and phylogenetic diversity across biological communities.
Die Arbeit befasst sich mit der quantifizierenden Wirkungsabschätzung folgender Hochwasserschutzmaßnahmen: Auwaldaufforstung, Kleinrückhalte, Tieflockerung und Wegebaumaßnahmen. Neben der Betrachtung der hochwassermindernden Wirkung der einzelnen Maßnahmen werden auch die Grenzen der eingesetzten Simulationsmodelle aufgezeigt, diskutiert und Impulse für die Weiterentwicklung der Modellsysteme geben. Für die Auwaldaufforstung wurde ein zweidimensional instationäres Strömungsmodell auf der Basis des Rauhigkeitsansatzes nach Manning-Strickler auf einen rund 7,0 km langen Abschnitt eines Auetalgewässers angewendet. Bezüglich der hochwassermindernden Wirkung der Maßnahme Auwaldaufforstung konnte festgestellt werden, dass sich die Wirkung nahe der modelltechnischen Nachweisbarkeitsgrenze bewegt. Als Referenzereignisse dienten ein ca. 5-10 jährliches sowie ein ca. 50-80 jährliches Hochwasserereignis. In allen untersuchten Fällen blieb die relative Scheitelabminderung deutlich unter 1 %. Der Maßnahmentyp Kleinrückhalte wurde zunächst anhand von zwei Einzugsgebieten der Mesoskale (Obere Blies, AE ca. 8,5 km-² und Thalfanger Bach, AE ca.17 km-²) sowie anhand von mehreren hieraus abgeleiteten Fiktivsystemen mit Hilfe eines konzeptionellen Flussgebietsmodells untersucht. Die Untersuchung von Fiktivsystemen diente der Identifikation derjenigen Modellparameter, die den Effekt " also die hochwassermindernde Wirkung der Maßnahme " im Wesentlichen bewirken. Anschließend erfolgte eine Betrachtung des Maßnahmentyps Kleinrückhalte in den Flussgebieten von Prims (AE ca. 730 km-²) und Blies (AE ca. 1.890 km-²). Die Simulationsergebnisse zeigen, dass die Retentionswirkung von Kleinrückhalten entscheidend vom Volumen der jeweiligen Standorte und vom Volumen des betrachteten Hochwassers abhängt. In Abhängigkeit des Volumens wurden Scheitelabminderungen " je nach Ereignis " von < 1 % bis über 60 % simuliert. Entscheidend ist die Summe des Volumens der Einzelstandorte. Liegt das Gesamtvolumen unter einem Wert von 2,0 mm Gebietsrückhalt, so kann davon ausgegangen werden, dass die Maßnahmen nicht signifikant zur Hochwasserminderung beitragen können. Das Retentionspotenzial der Kleinrückhalte kann entscheidend gesteigert werden, wenn die Drosselöffnungen der Kleinrückhalte entsprechend optimiert werden. Die Arbeit stellt ein einfach handhabbares Regionalisierungsverfahren zur Abschätzung des Retentionspotenzials in mesoskaligen Einzugsgebieten (bis 20 km-²) vor. In den Einzugsgebieten von Blies und Prims würden jeweils 104 bzw. 79 Standorte mit einem Gesamtvolumen von 1,9 bzw. 2,5 mm zu Scheitelabminderungen am Gebietsauslass von 2-4 % bzw. 3-5 % bei interessanten, schadbringenden Hochwasserereignissen führen. Die Maßnahmentypen Tieflockerung und Wegebaumaßnahmen wurden mit Hilfe eines Wasserhaushaltsmodells im Einzugsgebiet der Oberen Blies untersucht. Für dieses Gebiet liegen die simulierten Scheitelabminderungen bezogen auf das zugrunde liegende Hochwasserereignis vom Dezember 1993 (ca. HQ10) bei jeweils < 5 % für die beiden untersuchten Maßnahmentypen Tieflockerung und Wegebaumaßnahmen. Generell sind die Möglichkeiten der Tieflockerung und der wegebaulichen Maßnahmen als Hochwasserschutzmaßnahmen begrenzt auf kleinere, 1-5 jährliche Ereignisse. Große, schadbringende Ereignisse können nicht signifikant abgemindert werden.
The state-of-the-art finite element software Plaxis 3D was applied in a real-world study site of the Turaida castle mound to investigate the slope stability of the mound and understand the mechanisms triggering landslides there. During the simulation, the stability of the castle mound was analysed and the most landslide-susceptible zones of hillslopes were determined. The 3D finite-element stability analysis has significant advantages over conventional 2D limit-equilibrium methods where locations of 2D stability sections are arbitrarily selected. Two modelling scenarios of the slope stability were elaborated considering deep-seated slides in bedrock and shallow landslides in the colluvial material of slopes. The model shows that shallow slides in colluvium are more probable. In the finite-element model, slope failure occurs along the weakest zone in colluvium, similarly to the situation observed in previous landslides in the study site. The physical basis of the model allows results to be obtained very close to natural conditions and delivers valuable insight in triggering mechanisms of landslides.
Die Extraktion relevanter Abflussbildungsprozesse und deren adäquate Abbildung in Modellen gewinnt im Rahmen eines integrierten Managements ganzer Einzugsgebiete immer mehr an Wert, weil die Hochwasserentstehung und die Dynamik der mit dem Wasser transportierten Schadstoffe entscheidend von der Abflussbildung gesteuert werden. Ziel eines Flussgebietsmanagements ist die Verbesserung der Funktionsfähigkeit eines Einzugsgebiets. Das Bereitstellen verlässlicher Entscheidungsgrundlagen für die praktische Umsetzung einzugsgebietsbezogener Maßnahmen erfordert die Einbindung der komplexen, interagierenden Prozesse. Modelle können bei der Analyse und integrierenden Betrachtung der in der Regel nichtlinearen und rückgekoppelten Prozesse einen besonderen Stellenwert einnehmen. So können sie zu Prognosen der Auswirkungen geplanter Maßnahmen und der Veränderungen von natürlichen Randbedingungen herangezogen werden. Die erforderliche Genauigkeit der Prozessabbildung und welche Art von Modellen genutzt wird ist dabei abhängig von der jeweiligen Fragestellung und der untersuchten Skala. Insgesamt ist es erforderlich, den Unsicherheiten der Modellergebnisse einen angemessenen Stellenwert im Hinblick auf ein langzeitliches, optimales Management einzuräumen. Hierzu zählen auch Fragen der Verfügbarkeit, Zuverlässigkeit und Repräsentativität von Daten auf Einzugsgebietsebene. Eine enge Kopplung der Prozessforschung und der Auswertung mittels hydrologischer Modellierung ist in diesem Kontext für eine Beurteilung von Richtlinien und Maßnahmenvorschlägen im Flussgebietsmanagement notwendig.
Die Verwendung von unbestimmten Rechtsbegriffen bereitet Schwierigkeiten bei der Anwendung und gefährdet die Rechtssicherheit. In vielen Rechtsnormen des Umweltrechts (u. a. UVPG) findet der unbestimmte Rechtsbegriff "voraussichtliche erhebliche Umweltauswirkungen" Verwendung. In dieser Arbeit wird ein Beitrag zur Konkretisierung dieses Begriffes im Rahmen der strategischen Umweltprüfung (SUP) geleistet. Dabei wird ein interdisziplinärer Forschungsansatz gewählt, der durch juristische, wie naturwissenschaftliche Methodik geprägt ist und dazu beiträgt das Schutzgut der Biodiversität genauer zu bestimmen. Dazu wird zunächst auf juristischer Ebene geprüft, ob aus dem UVPG sowie weiteren Rechtsnormen des Umweltrechts Informationen zur Konkretisierung dieses Begriffes zu gewinnen sind. Hiernach ergibt sich, dass der Erheblichkeitsbegriff insbesondere dazu dient, Bagatellfälle auszuklammern und Angleichungen zwischen den Rechtsnormen zu erreichen. Da die SUP seit 2005 geltendes Recht ist, ist es wichtig zu sehen, wie in der Gutachtenpraxis mit diesem unbestimmten Rechtsbegriff umgegangen wird. Daher sind vier Umweltberichte gemäß -§14g Satz 2 Nr.5 UVPG überprüft worden. Es stellte sich heraus, dass die Umweltberichte weder in der Lage sind die voraussichtlichen erheblichen Umweltauswirkungen zu Konkretisieren, noch wie es vom UVPG gemäß -§14g Satz 2 Nr.3 UVPG gefordert wird das Schutzgut der Biodiversität hinreichend darzustellen. Aus naturwissenschaftlicher Sicht wurden zunächst natürliche und anthropogene Auswirkungen auf die Biodiversität geprüft, um so die Faktoren zu ermitteln, die die Biodiversität besonders negativ zu beeinflussen vermögen. Demnach gilt es die Faktoren Habitatfragmentierung, Angleichungsprozesse (Biotic homogenization) und Intensität der Landnutzung im Rahmen der SUP frühzeitig zu vermeiden. Die "Convention of Biodiversity" zählt neben den Arten und Landschaften auch die genetische Ebene zum Begriff der Biodiversität. So ist es sinnvoll auch genetische Aspekte in die Schadensbewertung zu integrieren. Daher wurden in einer phylogeographischen Analyse die zwei Genorte Cytochrom Oxidase I und die Control Region der mtDNA des silbergrünen Bläuling, Polyommatus coridon (30 Populationen) untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass genetische Analysen zwar wichtige Informationen für die Konkretisierung des unbestimmten Rechtsbegriffes liefern, aber dennoch mit Vorsicht diesbezüglich zu behandeln sind. Letztendlich stellte sich heraus, dass die Konkretisierung des unbestimmten Rechtbegriffes der voraussichtlichen erheblichen Umweltauswirkungen sich im Rahmen der strategischen Umweltprüfung mehr als schwierig und in Hinblick auf der Konzeption der SUP wenig sinnvoll erweist.
Weltweit wird die Wildjagd unserer Zeit selten noch aus rein praktischen Motiven (z. B. Nahrungsjagd),sondern um eines starken emotionalen Erfolges Willen (der Kick beim Töten des Tieres, Freude, Glück,Zerstreuung, Entspannung, Abenteuer) oft mit großer Leidenschaft und Hingabe betrieben. Die Außenperspektive registriert Jagdhandeln dieser Art meistens als Lust am Töten. Mit dieser spekulativen Annahme eines urmenschlichen Bedürfnisses (Anlage) stimmen die meisten Jäger überein: Sie glaubenan einen atavistisch auftretenden naturalen Beutetrieb, der sich an der Kulturevolution "vorbeigeschlichen" hat. Für die modernen Jäger unserer Zeit bedeutet das Töten des Wildes notwendige Bedingung zum Erreichen des oft leidenschaftlich intendierten emotionalen Ereignisses (der Kick). Gleichzeitig behaupten sie, das Töten des Wildes sei nicht erlebenskonstitutiv: Für den angestrebtenemotionalen Erfolg ist das Töten notwendige Bedingung, er (das Erleben) besteht aber nicht darin. Diesen Widerspruch bezeichnet eine umfangreiche wissenschaftliche Untersuchung an der Universität Trier als das Emotionale Jagdparadox. Mit einer ersten wissenschaftstauglichen Jagdtheorie brachte sie Licht in das Dunkel des Jagdmotivs und dessen vorbewußte elementare Bedürfnisebene. In einer komplexen empirischen multidisziplinären Untersuchung wurde mit relevanten Ansätzen der aktuellen Hirnforschung, Genetik, Evolutionsforschung und der Humanwissenschaften (Fundamentalontologie im Sinne von Martin Heidegger) ein jagdthematisches kulturanthropologisches Erklärungsmodell geleistet,mit dem das Emotionale Jagdparadox aufgelöst werden konnte. Seine Entstehung fällt offenbar mit der Evolution des Selbstbewußtseins und damit des Todesbewußtseins des Menschen zusammen. Es handelt sich um einen kulturellen Elementartrieb, der im Bewußtsein des Subjekts nicht repräsentiert ist. Er wird von einem Beherrschungsstreben (Machtmotiv) fundiert und hat das Leben als naturgesetzliche Entität zum Objekt. Der erlebte Kick beim Töten des Wildes ist demgemäß nicht Lust am Töten, sondern die Erfahrung einer extremalen Befriedigung vermittels (virtueller) Macht über die dem Menschen mit dem Bewußtsein der Endlichkeit (Todesangst) unbeherrschbar und unabwendbar bedrohlich erscheinende Natur. Das Tier bzw. das individualtierische Leben ist nur Vermittlungsgestalt. Das erlebte Glück, die Freude und Zufriedenheit, die Zerstreuung usf. beruhen auf der virtuellen, nie bewußt vom Individuum erfahrenen Überwindung der Todesangst. Die emotionalen und kortikalen Prozesse sind fast ausnahmslos limbisch strukturiert. Daher die Ahnungslosigkeit des Jägers im Hinsehen auf die Entstehung seines Jagdbedürfnisses. Unberührt von diesen, die Motivation des Jagens bedingenden Faktoren ergibt sich eine funktionale zukunftsorientierte Begründung für ein modernes Wildlife Management durch die "Ökosystemgerechte Jagd".