@phdthesis{Hesse2018,
  author    = {Hesse, Cornelia},
  title     = {Integrated water quality modelling in meso- to large-scale catchments of the Elbe river basin under climate and land use change},
  doi       = {10.25932/publishup-42295},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-422957},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {ix, 217},
  year      = {2018},
  abstract  = {In einer sich {\"a}ndernden Umwelt sind Fließgew{\"a}sser{\"o}kosysteme vielf{\"a}ltigen direkten und indirekten anthropogenen Belastungen ausgesetzt, die die Gew{\"a}sser sowohl in ihrer Menge als auch in ihrer G{\"u}te beeintr{\"a}chtigen k{\"o}nnen. Ein {\"u}berm{\"a}ßiger Eintrag von N{\"a}hrstoffen verursacht etwa Massenentwicklungen von Algen und Sauerstoffdefizite in den Gew{\"a}ssern, was zum Verfehlen der Ziele der Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) f{\"u}hren kann. In vielen europ{\"a}ischen Einzugsgebieten und auch dem der Elbe sind solche Probleme zu beobachten. W{\"a}hrend der letzten Jahrzehnte entstanden diverse computergest{\"u}tzte Modelle, die zum Schutz und Management von Wasserressourcen genutzt werden k{\"o}nnen. Sie helfen beim Verstehen der N{\"a}hrstoffprozesse und Belastungspfade in Einzugsgebieten, bei der Absch{\"a}tzung m{\"o}glicher Folgen von Klima- und Landnutzungs{\"a}nderungen f{\"u}r die Wasserk{\"o}rper, sowie bei der Entwicklung eventueller Kompensationsmaßnahmen. Aufgrund der Vielzahl an sich gegenseitig beeinflussenden Prozessen ist die Modellierung der Wasserqualit{\"a}t komplexer und aufw{\"a}ndiger als eine reine hydrologische Modellierung. {\"O}kohydrologische Modelle zur Simulation der Gew{\"a}sserg{\"u}te, einschließlich des Modells SWIM (Soil and Water Integrated Model), bed{\"u}rfen auch h{\"a}ufig noch einer Weiterentwicklung und Verbesserung der Prozessbeschreibungen. Aus diesen {\"U}berlegungen entstand die vorliegende Dissertation, die sich zwei Hauptanliegen widmet: 1) einer Weiterentwicklung des N{\"a}hrstoffmoduls des {\"o}kohydrologischen Modells SWIM f{\"u}r Stickstoff- und Phosphorprozesse, und 2) der Anwendung des Modells SWIM im Elbegebiet zur Unterst{\"u}tzung eines anpassungsf{\"a}higen Wassermanagements im Hinblick auf m{\"o}gliche zuk{\"u}nftige {\"A}nderungen der Umweltbedingungen. Die kumulative Dissertation basiert auf f{\"u}nf wissenschaftlichen Artikeln, die in internationalen Zeitschriften ver{\"o}ffentlicht wurden. Im Zuge der Arbeit wurden verschiedene Modellanpassungen in SWIM vorgenommen, wie etwa ein einfacher Ansatz zur Verbesserung der Simulation der Wasser- und N{\"a}hrstoffverh{\"a}ltnisse in Feuchtgebieten, ein um Ammonium erweiterter Stickstoffkreislauf im Boden, sowie ein Flussprozessmodul, das Umwandlungsprozesse, Sauerstoffverh{\"a}ltnisse und Algenwachstum im Fließgew{\"a}sser simuliert, haupts{\"a}chlich angetrieben von Temperatur und Licht. Auch wenn dieser neue Modellansatz ein sehr komplexes Modell mit einer Vielzahl an neuen Kalibrierungsparametern und steigender Unsicherheit erzeugte, konnten gute Ergebnisse in den Teileinzugsgebieten und dem gesamten Gebiet der Elbe erzielt werden, so dass das Modell zur Absch{\"a}tzung m{\"o}glicher Folgen von Klimavariabilit{\"a}ten und ver{\"a}nderten anthropogenen Einfl{\"u}ssen f{\"u}r die Gew{\"a}sserg{\"u}te genutzt werden konnte. Das neue Fließgew{\"a}ssermodul ist ein wichtiger Beitrag zur Verbesserung der N{\"a}hrstoffmodellierung in SWIM, vor allem f{\"u}r Stoffe, die haupts{\"a}chlich aus Punktquellen in die Gew{\"a}sser gelangen (wie z.B. Phosphat). Der neue Modellansatz verbessert zudem die Anwendbarkeit von SWIM f{\"u}r Fragestellungen im Zusammenhang mit der WRRL, bei der biologische Qualit{\"a}tskomponenten (wie etwa Phytoplankton) eine zentrale Rolle spielen. Die dargestellten Ergebnisse der Wirkungsstudien k{\"o}nnen bei Entscheidungstr{\"a}gern und anderen Akteuren das Verst{\"a}ndnis f{\"u}r zuk{\"u}nftige Herausforderungen im Gew{\"a}ssermanagement erh{\"o}hen und dazu beitragen, ein angepasstes Management f{\"u}r das Elbeeinzugsgebiet zu entwickeln.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Hoischen2018,
  author    = {Hoischen, Clemens},
  title     = {Multi-Messenger Astronomy with H.E.S.S: the Starburst Galaxy NGC253 and the Search for Short Time-Scale Transients},
  doi       = {10.25932/publishup-42452},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-424521},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {135},
  year      = {2018},
  abstract  = {Gamma-ray astronomy has proven to provide unique insights into cosmic-ray accelerators in the past few decades. By combining information at the highest photon energies with the entire electromagnetic spectrum in multi-wavelength studies, detailed knowledge of non-thermal particle populations in astronomical objects and systems has been gained: Many individual classes of gamma-ray sources could be identified inside our galaxy and outside of it. Different sources were found to exhibit a wide range of temporal evolution, ranging from seconds to stable behaviours over many years of observations. With the dawn of both neutrino- and gravitational wave astronomy, additional messengers have come into play over the last years. This development presents the advent of multi-messenger astronomy: a novel approach not only to search for sources of cosmic rays, but for astronomy in general. In this thesis, both traditional multi-wavelength studies and multi-messenger studies will be presented. They were carried out with the H.E.S.S. experiment, an imaging air Cherenkov telescope array located in the Khomas Highland of Namibia. H.E.S.S. has entered its second phase in 2012 with the addition of a large, fifth telescope. While the initial array was limited to the study of gamma-rays with energies above 100 GeV, the new instrument allows to access gamma-rays with energies down to a few tens of GeV. Strengths of the multi-wavelength approach will be demonstrated at the example of the galaxy NGC253, which is undergoing an episode of enhanced star-formation. The gamma-ray emission will be discussed in light of all the information on this system available from radio, infrared and X-rays. These wavelengths reveal detailed information on the population of supernova remnants, which are suspected cosmic-ray accelerators. A broad-band gamma-ray spectrum is derived from H.E.S.S. and Fermi-LAT data. The improved analysis of H.E.S.S. data provides a measurement which is no longer dominated by systematic uncertainties. The long-term behaviour of cosmic rays in the starburst galaxy NGC253 is finally characterised. In contrast to the long time-scale evolution of a starburst galaxy, multi-messenger studies are especially intriguing when shorter time-scales are being probed. A prime example of a short time-scale transient are Gamma Ray Bursts. The efforts to understand this phenomenon effectively founded the branch of gamma-ray astronomy. The multi-messenger approach allows for the study of illusive phenomena such as Gamma Ray Bursts and other transients using electromagnetic radiation, neutrinos, cosmic rays and gravitational waves contemporaneously. With contemporaneous observations getting more important just recently, the execution of such observation campaigns still presents a big challenge due to the different limitations and strengths of the infrastructures. An alert system for transient phenomena has been developed over the course of this thesis for H.E.S.S. It aims to address many follow-up challenges in order to maximise the science return of the new large telescope, which is able to repoint much faster than the initial four telescopes. The system allows for fully automated observations based on scientific alerts from any wavelength or messenger and allows H.E.S.S. to participate in multi-messenger campaigns. Utilising this new system, many interesting multi-messenger observation campaigns have been performed. Several highlight observations with H.E.S.S. are analysed, presented and discussed in this work. Among them are observations of Gamma Ray Bursts with low latency and low energy threshold, the follow-up of a neutrino candidate in spatial coincidence with a flaring active galactic nucleus and of the merger of two neutron stars, which was revealed by the coincidence of gravitational waves and a Gamma-Ray Burst.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Rafighi2018,
  author    = {Rafighi, Iman},
  title     = {Plasma Instabilities from blazar-induced pair beams propagating through IGM},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-417428},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {ix, 114},
  year      = {2018},
  abstract  = {Modern gamma-ray telescopes, provide the main stream of data for astrophysicists in quest of detecting the sources of gamma rays such as active galactic nuclei (AGN). Many blazars have been detected with gamma-ray telescopes such as HESS, VERITAS, MAGIC and Fermi satellite as sources of gamma-rays with the energy E ≥ 100 GeV. These very-high-energy photons interact with extragalactic background light (EBL) producing ultra-relativistic electron-positron pairs. Observations with Fermi-LAT indicate that the GeV gamma-ray flux from some blazars is lower than that predicted from the full electromagnetic cascade. The pairs can induce electrostatic and electromagnetic instabilities. In this case, wave-particle interactions can reduce the energy of the pairs. Therefore, the collective plasma effects can also substantially suppress the GeV-band gamma-ray emission affecting as well the IGMF constraints. Using Particle in cell (PIC) simulations, we have revisited the issue of plasma instabilities induced by electron-positron beams in the fully ionized intergalactic medium. This problem is related to pair beams produced by TeV radiation of blazars. The main objective of our study is to clarify the feedback of the beam-driven instabilities on the pairs. The present dissertation provides new results regarding the plasma instabilities from blazar induced pair beams interacting with intergalactic medium. This clarifies the relevance of plasma instabilities and improves our understanding of blazars.},
  language  = {en}
}