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Im Leistungssport ist ein gesunder Körper die Hauptvoraussetzung für das Erbringen sportlicher Höchstleistungen. Allerdings müssen Leistungssportler tagtäglich in Training und Wettkampf gesundheitliche Risiken eingehen. Aus diesem Dilemma wird ein Trilemma, sobald es sich um jugendliche Leistungssportler handelt, da das Jugendalter mit all den Veränderungen auf psychischer, physischer und sozialer Ebene, die es mit sich bringt, häufig das Einstiegsalter für gesundheitsrelevante Risikoverhaltensweisen wie den Konsum von Alkohol, Tabak und Marihuana bildet. Diese können zusätzlich Auswirkungen auf die Gesundheit und damit das Erbringen sportlicher Leistung haben. Aus diesem Grund war es das Ziel dieser Dissertation, das gesundheitsrelevante Risikoverhalten und die subjektive Gesundheit in der speziellen Gruppe jugendlicher Leistungssportler zu untersuchen, mit einer jugendlicher Referenzstichprobe bestehend aus Nicht-Leistungssportlern zu vergleichen und assoziierte Determinanten - sowohl individueller als auch kontextueller Natur - zu identifizieren. Dazu wurden im Rahmen der GOAL Study (German Young Olympic Athletes" Lifestyle and Health Management Study) 1.138 jugendliche Leistungssportler aller olympischer Disziplinen schriftlich befragt. Ausgewertet wurden neben der subjektiven Gesundheit der Konsum von Alkohol, Tabak und Marihuana, das Ernährungsverhalten und die Nutzung von Nahrungsergänzungsmitteln. Als Vergleichspopulation wurde der KiGGS (Kinder- und Jugendgesundheitssurvey) des Robert Koch-Instituts herangezogen. Es zeigte sich, dass jugendliche Leistungssportler zwar selten rauchten (3%) oder Marihuana konsumierten (3%), aber dass sie durchaus Alkohol zu sich nahmen (86%) und insbesondere Binge Drinking betrieben (24%). Bezüglich des Rauchverhaltens, des Konsums von Marihuana und des Jemalskonsums von Alkohol zeigten sie jedoch niedrigere Prävalenzen als jugendliche Nicht-Leistungssportler. Bei der Ernährung der Athleten ergaben sich teilweise Defizite. Lediglich 52% der Athleten nahmen täglich eine Auswahl an vitamin- und ballaststoffreichen Nahrungsmitteln zu sich, jedoch waren dies mehr als in der Referenzpopulation. Neun von zehn Athleten nutzten Nahrungsergänzungsmittel, davon konsumierten rund 30% täglich Supplemente. Die Mehrheit der Athleten bezeichnete ihre Gesundheit als gut oder sehr gut (89%), was einem größeren Anteil entspricht als in der Referenzgruppe (86%). Es fanden sich eine Vielzahl an individuellen und kontextuellen Determinanten mit den einzelnen Risikoverhaltensweisen und der subjektiven Gesundheit verknüpft. Insgesamt lässt sich festhalten, dass Beratung und Aufklärung bezüglich der einzelnen Risikoverhaltensweisen immens wichtig erscheinen. Beispiele für bestehenden Aufklärungsbedarf sind der übermäßige Alkoholkonsum, welcher Auswirkungen auf die Leistungsfähigkeit haben kann, die Einnahme von Nahrungsergänzungsmitteln wie Kreatin, welche für Jugendliche nicht unbedenklich ist, und der häufig vorliegende nicht-tägliche Konsum von vitamin- und ballaststoffreichen Lebensmitteln, welcher wichtig für eine adäquate Ernährung ist. Daher sollten bereits Athleten in niedrigeren Kaderstufen Experten (z. B. Ernährungsberater) zur Seite gestellt werden. Aber nicht nur die Athleten sollten besser geschult werden sondern auch deren Trainer, Betreuer und Eltern, die allesamt wichtige Bezugspersonen darstellen.
Bei synthetischen Simulationsgesamtheiten handelt es sich um künstlichernDaten, die zur Nachbildung von realen Phänomenen in Simulationen verwendetrnwerden. In der vorliegenden Arbeit werden Anforderungen und Methoden zur Erzeugung dieser Daten vorgestellt. Anhand von drei Beispielen wird gezeigt, wie erzeugte synthetische Daten in einer Simulation zur Anwendung kommen.
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.
Krylov subspace methods are often used to solve large-scale linear equations arising from optimization problems involving partial differential equations (PDEs). Appropriate preconditioning is vital for designing efficient iterative solvers of this type. This research consists of two parts. In the first part, we compare two different kinds of preconditioners for a conjugate gradient (CG) solver attacking one partial integro-differential equation (PIDE) in finance, both theoretically and numerically. An analysis on mesh independence and rate of convergence of the CG solver is included. The knowledge of preconditioning the PIDE is applied to a relevant optimization problem. The second part aims at developing a new preconditioning technique by embedding reduced order models of nonlinear PDEs, which are generated by proper orthogonal decomposition (POD), into deflated Krylov subspace algorithms in solving corresponding optimization problems. Numerical results are reported for a series of test problems.
Rinnen werden als effektive Sedimentquellen und als Transportwege für große Sedimentmengen angesehen, zusätzlich agieren sie als bevorzugte Fließwege für den Oberflächenabfluss. Sie können sich zu irreversiblen Formen (Gullys) weiterentwickeln. Trotz Fortschritten in der Modellierung bleibt insbesondere die Modellierung von Rinnenerosion schwierig. Daher ist es wichtig, experimentelle Daten aus Geländeversuchen zu erheben, um das Prozesswissen zu verbessern und bessere Modelle zu entwickeln. In den Experimenten sollte eine standardisierte Methode verwendet werden, um eine gewisse Vergleichbarkeit der Ergebnisse zwischen unterschiedlichen Testgebieten zu gewährleisten. Die meisten Experimente zur Rinnenerosion, die unter Labor- oder Geländebedingungen durchgeführt wurden, verwendeten Substrate mit unterschiedlichen Korngrößen und natürlichen oder simulierten Niederschlag. Ziel war meist die Entstehung von Rinnennetzwerken zu beobachten, Startbedingungen für Rinnenbildung zu definieren, die Entwicklung der Rinnenmorphologie zu untersuchen, die wichtigsten hydraulischen Parameter wie Fließquerschnitt, benetzten Umfang, hydraulischen Radius, mittlere Fließgeschwindigkeit und shear stress abzuschätzen oder mathematische Modelle zu kreieren, um den Bodenabtrag durch Rinnenerosion abschätzen zu können. Aber es fehlen Untersuchungen zum Verhalten von existierenden Rinnen, natürlichen oder anthropogen entwickelten, unter Geländebedingungen. Um diese Lücke zu schließen wurde eine reproduzierbare Versuchsanordnung entworfen und in verschiedenen Rinnen angewendet um folgende Fragen zu beantworten: Wie hoch ist der Anteil der Rinnenerosion am Bodenabtrag? 2) Wie effektiv sind Rinnen beim Transport von Wasser und Sediment durch ihr Einzugsgebiet? In prozess-basierten Modellen werden verschiedene Prozesse durch mathematische Gleichungen beschrieben. Die Grundlage dieser Formeln ist meist ein hydraulischer Parameter, der in Verbindung zum Abtrag gebracht wird. Der am häufigsten verwendete Parameter ist der shear stress, von dem angenommen wird, dass er ein lineares Verhältnis zu Erosionsparametern wie detachment rate, detachment capacity oder Sedimentkonzentration aufweist. Aus dem shear stress lassen sich weitere Parameter wie unit length shear force oder verschiedene Varianten der stream power berechnen. Die verwendeten Erosions- und hydraulischen Parameter ändern sich je nach Forschergruppe. Eine weitere Modellannahme ist, dass die transport rate die trasnport capacity nicht übersteigen kann. Wenn das transport rate vs. transport capacity - Verhältnis 1 übersteigt, verringern Sedimentationsprozesse die Rate bis die transport capacity wieder erreicht ist. Wir untersuchten in Geländeversuchen die folgenden Annahmen: 1) Ist das Verhältnis zwischen transport rate und transport capacity immer kleiner 1? 2) Besteht die lineare Beziehung zwischen verschiedenen hydraulischen Parametern und Bodenabrtagsparametern? 3)Verursachen die selben hydraulischen Parameter, die in verschiedenen Versuchen aufgenommen wurden, auch immer die selben Erosionsparameter?