TY  - THES
A1  - Yadavalli, Nataraja Sekhar
T1  - Advances in experimental methods to probe surface relief grating formation mechanism in photosensitive materials
T1  - Entstehung von Oberflächengittern in lichtempfindlichen Materialien
N2  - When azobenzene-modified photosensitive polymer films are irradiated with light interference patterns, topographic variations in the film develop that follow the electric field vector distribution resulting in the formation of surface relief grating (SRG). The exact correspondence of the electric field vector orientation in interference pattern in relation to the presence of local topographic minima or maxima of SRG is in general difficult to determine. In my thesis, we have established a systematic procedure to accomplish the correlation between different interference patterns and the topography of SRG. For this, we devise a new setup combining an atomic force microscope and a two-beam interferometer (IIAFM). With this set-up, it is possible to track the topography change in-situ, while at the same time changing polarization and phase of the impinging interference pattern. To validate our results, we have compared two photosensitive materials named in short as PAZO and trimer. This is the first time that an absolute correspondence between the local distribution of electric field vectors of interference pattern and the local topography of the relief grating could be established exhaustively. In addition, using our IIAFM we found that for a certain polarization combination of two orthogonally polarized interfering beams namely SP (↕, ↔) interference pattern, the topography forms SRG with only half the period of the interference patterns. Exploiting this phenomenon we are able to fabricate surface relief structures below diffraction limit with characteristic features measuring only 140 nm, by using far field optics with a wavelength of 491 nm. We have also probed for the stresses induced during the polymer mass transport by placing an ultra-thin gold film on top (5–30 nm). During irradiation, the metal film not only deforms along with the SRG formation, but ruptures in regular and complex manner. The morphology of the cracks differs strongly depending on the electric field distribution in the interference pattern even when the magnitude and the kinetic of the strain are kept constant. This implies a complex local distribution of the opto-mechanical stress along the topography grating. The neutron reflectivity measurements of the metal/polymer interface indicate the penetration of metal layer within the polymer resulting in the formation of bonding layer that confirms the transduction of light induced stresses in the polymer layer to a metal film.
N2  - Azobenzolhaltige Polymere gehören zu einer Klasse funktionaler Materialien, bei denen durch ein äußeres Strahlungsfeld eine starke mechanische Reaktion ausgelöst werden kann. Durch die Bindung an das Polymerrückgrat können die Azobenzole, die unter UV-Belichtung eine Photoisomerisierung ausführen, was zum Teil drastische Effekte zur Folge hat. Unter Belichtung mit Intensitätsmustern, d.h. mit räumlich variierender Verteilung der Polarisation oder der Intensität des einfallenden Lichts verändert sich die Topographie der azobenzolhaltigen Filme, was zur Bildung von Oberflächengittern (engl. Surface Relief Gratings, SRG) führt. In dieser Arbeit wurde eine neue Methode vorgeschlagen, bei der das Verhalten elastischer/morphologischer Eigenschaften unter verschiedenen Belichtungsbedingungen, d.h. mit unterschiedlicher Verteilung der Polarisation und der Intensität in situ lokal als Funktion der Position entlang der SRG aufgenommen werden kann. Außerdem wurde hier vorgeschlagen, opto-mechanische Spannungen, die innerhalb der photosensitiven Polymerfilme während der Belichtung entstehen, mit Hilfe dünner aufgebrachter metallischen Schichten abzubilden und zu analysieren.
KW  - Azobenzolhaltige Polymerfilme
KW  - Oberflächengitter
KW  - In-situ Rasterkraftmikroskopie
KW  - Opto-mechanische Spannungen
KW  - Metall/Graphen/Polymer Grenzfläch
KW  - azobenzene polymer films
KW  - surface relief grating
KW  - in-situ atomic force microscopy
KW  - opto-mechanical stresses
KW  - metal/polymer interfaces
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-71213
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TY  - THES
A1  - Wipperling, Adriana
T1  - Protestparteien in Regierungsverantwortung : Die Grünen, die Alternative Liste, die STATT Partei und die Schill-Partei in ihrer ersten Legislaturperiode als kleine Koalitionspartner
T1  - Protest parties in responsibility of government
N2  - Übernimmt eine Protestpartei Regierungsverantwortung, sieht sie ihre Prinzipien und Forderungen der realpolitischen Nagelprobe ausgesetzt. Es ist ein Dilemma von Anspruch und Wirklichkeit, ein Spagat zwischen Protestimage und Regierungspolitik , der diese Parteien oftmals zu zerreißen droht. Anhand der Fallstudien von vier mitregierenden Protestparteien in Deutschland sollen folgende Fragen beantwortet werden: Was macht eine Partei zur Protestpartei? Was waren die Ursachen für die Wahlerfolge der Grünen, der AL, der STATT-Partei und der Schill-Partei? Wie verliefen die Koalitionsverhandlungen? Welche Forderungen konnten die Protestparteien gegenüber ihren großen Koalitionspartnern durchsetzen? Wo mussten sie Abstriche machen? Welche Reformvorhaben wurden angedacht und welche wurden tatsächlich umgesetzt? Welche innerparteilichen Konflikte ergaben sich aus der neuen Rolle der Protestparteien? Letztendlich zeigt sich: Protestparteien scheitern nicht an ihrem schmalspurigen Programm, geringer Stammwählerschaft oder unerfahrenem Personal, sondern weil sie naturgemäß in die „Erwartungsfalle“ tappen.
N2  - “If a protest party assumes the responsibility of government its principles and demands will be put to the tough test of practical politics. The ensuing dilemma between standards and reality, its protest image and government policy often threatens to tear these parties apart. Taking four protest parties involved in government in Germany as an example, the following questions will be examined: What turns a party into a protest party? What were the reasons for the electoral successes of the Greens, the AL, the STATT party and the Schill party? What took place during the coalition negotiations? What demands were the protest parties successfully able to push through against their large coalition partners? On which points did they have to give in? What plans for reform were developed and which of them were actually implemented? What internal conflicts emerged within these parties after their role as protest parties changed? The final analysis comes to the following conclusion: Protest parties do not fail because of a narrow-minded programme, lack of electoral support or inexperienced staff, but because their very nature causes them to fall into the “expectation trap”.
KW  - Protestparteien
KW  - Grüne
KW  - STATT Partei
KW  - Schill
KW  - Koalition
KW  - Protest Parties
KW  - German Greens
KW  - STATT Party
KW  - Schill
KW  - coalition
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-27030
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TY  - THES
A1  - Winkler, Henning
T1  - Synthese von thermoplastisch verarbeitbaren Fettsäure-Acylderivaten der Stärke und Proteine
T1  - Synthesis of thermoplastic processable fatty acid acyl derivatives of starch and proteins
N2  - In den vergangenen Jahren wurden stetig wachsende Produktionskapazitäten von Biokunststoffen aus nachwachsenden Rohstoffe nverzeichnet. Trotz großer Produktionskapazitäten und einem geeigneten Eigenschaftsprofil findet Stärke nur als hydrophile, mit Weichmachern verarbeitete thermoplastische Stärke (TPS) in Form von Blends mit z. B. Polyestern Anwendung. Gleiches gilt für Kunststoffe auf Proteinbasis. Die vorliegende Arbeit hat die Entwicklung von Biokunststoffen auf Stärkebasis zum Ziel, welche ohne externe Weichmacher thermoplastisch verarbeitbar und hydrophob sind sowie ein mechanisches Eigenschaftsprofil aufweisen, welches ein Potenzial zur Herstellung von Materialien für eine Anwendung als Verpackungsmittel bietet. Um die Rohstoffbasis für Biokunststoffe zu erweitern, soll das erarbeitete Konzept auf zwei industriell verfügbare Proteintypen, Zein und Molkenproteinisolat (WPI), übertragen werden. Als geeignete Materialklasse wurden Fettsäureester der Stärke herausgearbeitet. Zunächst fand ein Vergleich der Säurechlorid-Veresterung und der Umesterung von Fettsäurevinylestern statt, woraus letztere als geeignetere Methode hervorging. Durch Variation der Reaktionsparameter konnte diese optimiert und auf eine Serie der Fettsäurevinylester von Butanoat bis Stearat für DS-Werte bis zu 2,2-2,6 angewandt werden. Möglich war somit eine systematische Studie unter Variation der veresterten Fettsäure sowie des Substitutionsgrades (DS). Sämtliche Produkte mit einem DS ab 1,5 wiesen eine ausgprägte Löslichkeit in organischen Lösungsmitteln auf wodurch sowohl die Aufnahme von NMR-Spektren als auch Molmassenbestimmung mittels Größenausschlusschromatographie mit gekoppelter Mehrwinkel-Laserlichtstreuung (GPC-MALLS) möglich waren. Durch dynamische Lichtstreuung (DLS) wurde das Löslichkeitsverhalten veranschaulicht. Sämtliche Produkte konnten zu Filmen verarbeitet werden, wobei Materialien mit DS 1,5-1,7 hohe Zugfestigkeiten (bis zu 42 MPa) und Elastizitätsmodule (bis 1390 MPa) aufwiesen. Insbesondere Stärkehexanoat mit DS <2 sowie Stärkebutanoat mit DS >2 hatten ein mechanisches Eigenschaftsprofil, welches insbesondere in Bezug auf die Festigkeit/Steifigkeit vergleichbar mit Verpackungsmaterialien wie Polyethylen war (Zugfestigkeit: 15-32 MPa, E-Modul: 300-1300 MPa). Zugfestigkeit und Elastizitätsmodul nahmen mit steigender Kettenlänge der veresterten Fettsäure ab. Ester längerkettiger Fettsäuren (C16-C18) waren spröde. Über Weitwinkel-Röntgenstreuung (WAXS) und Infrarotspektroskopie (ATR-FTIR) konnte der Verlauf der Festigkeiten mit einer zunehmenden Distanz der Stärke im Material begründet werden. Es konnten von DS und Kettenlänge abhängige Glasübergänge detektiert werden, die kristallinen Strukturen der langkettigen Fettsäuren zeigten einen Schmelzpeak. Die Hydrophobie der Filme wurde anhand von Kontaktwinkeln >95° gegen Wasser dargestellt. Blends mit biobasierten Polyterpenen sowie den in der Arbeit hergestellten Zein-Acylderivaten ermöglichten eine weitere Verbesserung der Zugfestigkeit bzw. des Elastizitätsmoduls hochsubstituierter Produkte. Eine thermoplastische Verarbeitung mittels Spritzgießen war sowohl für Produkte mit hohem als auch mittlerem DS-Wert ohne jeglichen Zusatz von Weichmachern möglich. Es entstanden homogene, transparente Prüfstäbe. Untersuchungen der Härte ergaben auch hier für Stärkehexanoat und –butanoat mit Polyethylen vergleichbare Werte. Ausgewählte Produkte wurden zu Fasern nach dem Schmelzspinnverfahren verarbeitet. Hierbei wurden insbesondere für hochsubstituierte Derivate homogenen Fasern erstellt, welche im Vergleich zur Gießfolie signifikant höhere Zugfestigkeiten aufwiesen. Stärkeester mit mittlerem DS ließen sich ebenfalls verarbeiten. Zunächst wurden für eine Übertragung des Konzeptes auf die Proteine Zein und WPI verschiedene Synthesemethoden verglichen. Die Veresterung mit Säurechloriden ergab hierbei die höchsten Werte. Im Hinblick auf eine gute Löslichkeit in organischen Lösungsmitteln wurde für WPI die Veresterung mit carbonyldiimidazol (CDI)-aktivierten Fettsäuren in DMSO und für Zein die Veresterung mit Säu-rechloriden in Pyridin bevorzugt. Es stellte sich heraus, dass acyliertes WPI zwar hydrophob, jedoch ohne Weichmacher nicht thermoplastisch verarbeitet werden konnte. Die Erstellung von Gießfolien führte zu Sprödbruchverhalten. Unter Zugabe der biobasierten Ölsäure wurde die Anwendung von acyliertem WPI als thermoplastischer Filler z. B. in Blends mit Stärkeestern dargestellt. Im Gegensatz hierzu zeigte acyliertes Zein Glasübergänge <100 °C bei ausreichender Stabilität (150-200 °C). Zeinoleat konnte ohne Weichmacher zu einer transparenten Gießfolie verarbeitet werden. Sämtliche Derivate erwiesen sich als ausgeprägt hydrophob. Zeinoleat konnte über das Schmelzspinnverfahren zu thermoplastischen Fasern verarbeitet werden.
N2  - In recent years, a steadily growing production capacity of bioplastic based on renewable resources was noticed. Despite its huge production capacities and an appropriate property profile (ubiquitous occurrence, easy extraction), starch is only applied in addition of plasticizers in a hydrophilic, thermoplastic form in blends with e. g. polyesters. The same applies to bioplastics based on proteins. The actual study has the aim to develop starch-based bioplastics, which are hydrophobic, thermoplastic without the addition of any plasticizer and have mechanical properties to be a suitable alternative material in the area of food packaging. To obtain a variation of the raw materials for bioplastics, the concept shall be applied to two types of industrial available proteins, whey protein isolate (WPI) and Zein. Fatty acid esters of starch came out to be a suitable class of materials. Initially, the methods of esterifying acid chlorides and the transesterification of fatty acid vinyl esters were compared with the latter being more appropriate. Reaction parameters of this method were optimized and it was applied to a complete series of vinyl ester reagents (butanoate to stearate), leading to degree of substitution (DS)-values up to 2.2-2.6. With that, a systematic study of the variation of the fatty acid ester chain as well as the DS became possible. It came out that all products with a DS >1.5 showed a well-marked solubility in organic solvents, whereby solution NMR-studies as well as measurements of the molecular weight distributions by using size exclusion chroma-tography with multi-angle laser light scattering (SEC-MALLS) were possible. The different solution behavior was studied by dynamic light scattering (DLS). All soluble products could be formed into films via casting, where materials with a DS of 1.5-1.7 showed the highest values concerning tensile strength (up to 42 MPa) and Youngs modulus (up to 1390 MPa). Especially starch hexanoate with DS <2 and starch butanoate with a DS >2 revealed mechanical properties which are comparable to usually applied polymers for food packaging, e. g. polyethylene (tensile strength: 15-20 MPa, E-Mod: 300-1300 MPa). Tensile strength and Youngs modulus were reduced with increasing length of the esterified fatty acid. Wide-angle X-Ray scattering (WAXS) and infrared spectroscopy (ATR-FTIR) explained this tendency by an increasing intermolecular distance of the starch in the material. Glassy transitions of the materials were detected and showed a dependency on the type of esterified fatty acid and the DS. The crystalline structures of the esterified long-chain fatty acids revealed a melting peak. All films came out to be hydrophobic with contact angles against water >95°. The tensile strength and the Youngs modulus of the highly substituted products could be further improved by blending them with biobased polyterpenes as well as the acylated Zein. A thermoplastic processing without the use of any plasticizer additives was possible for products with a medium and high DS. Homogeneous, transparent testing specimens were obtained. The specific mechanical values were comparable with the casted films, although the highest values for the tensile strength and the elongation were lower. Investigations of the hardness showed comparable values to polyethylene. Selected samples were further processed to fibers by melt spinning. Especially starch esters with high DS revealed homogeneous fibers with a significant increase in the tensile strength compared to the film or testing specimen. Even fatty acid starch esters with a medium DS were processed by the melt-spinning, but their higher glassy transition lead to a reduced softening behavior. To transfer this concept to the class of proteins, different methods of synthesis were studied in the first step, which differed in their amount of acylation. The acylation using fatty acid chlorides lead to highest values. With regard to a well-marked organic solvent solubility, in the case of WPI the acylation with carbonyldiimidazol (CDI)-activated fatty acid was established. For Zein, the acid chloride acylation in pyridine gave the desired results. It came out the fatty acid acylated soluble WPI could not be thermoplastic processed without additional plasticizers. By using biobased oleic acid as additive, the potential of acylated WPI as a thermoplastic filler in blends with e. g. fatty acid esters of starch was shown. In contrast, fatty acid acyl derivatives of Zein revealed well marked glassy transitions <100 °C with an adequate thermal stability. While Zeinoleate could be formed into transparent films via solvent casting without any plasticizer additives, low amounts of tall oil enabled film-forming in the case of acyl derivatives with shorter fatty acids as well. All derivatives revealed a well-marked hydrophobicity. Finally, Zeinoleate was thermoplastically processed into fibers by melt-spinning without any further additives.
KW  - Stärke
KW  - Proteine
KW  - thermoplastisch
KW  - Gießfolien
KW  - Fasern
KW  - starch
KW  - proteins
KW  - thermoplastic
KW  - films
KW  - casted-films
KW  - fibres
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-71089
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TY  - THES
A1  - Wattenbach, Martin
T1  - The hydrological effects of changes in forest area and species composition in the federal state of Brandenburg, Germany
T1  - Die hydrologischen Effekte von Veränderungen der Waldfläche und Artenzusammensetzung im Land Brandenburg, Deutschland
N2  - This thesis aims to quantify the human impact on the natural resource water at the landscape scale. The drivers in the federal state of Brandenburg (Germany), the area under investigation, are land-use changes induced by policy decisions at European and federal state level. The water resources of the federal state are particularly sensitive to changes in land-use due to low precipitation rates in the summer combined with sandy soils and high evapotranspiration rates. Key elements in landscape hydrology are forests because of their unique capacity to transport water from the soil to the atmosphere. Given these circumstances, decisions made at any level of administration that may have effects on the forest sector in the state are critical in relation to the water cycle. It is therefore essential to evaluate any decision that may change forest area and structure in such a sensitive region. Thus, as a first step, it was necessary to develop and implement a model able to simulate possible interactions and feedbacks between forested surfaces and the hydrological cycle at the landscape scale. The result is a model for simulating the hydrological properties of forest stands based on a robust computation of the temporal and spatial LAI (leaf area index) dynamics. The approach allows the simulation of all relevant hydrological processes with a low parameter demand. It includes the interception of precipitation and transpiration of forest stands with and without groundwater in the rooting zone. The model also considers phenology, biomass allocation, as well as mortality and simple management practices. It has been implemented as a module in the eco-hydrological model SWIM (Soil and Water Integrated Model). This model has been tested in two pre-studies to verify the applicability of its hydrological process description for the hydrological conditions typical for the state. The newly implemented forest module has been tested for Scots Pine (Pinus sylvestris) and in parts for Common Oak (Quercus robur and Q. petraea) in Brandenburg. For Scots Pine the results demonstrate a good simulation of annual biomass increase and LAI in addition to the satisfactory simulation of litter production. A comparison of the simulated and measured data of the May sprout for Scots pine and leaf unfolding for Oak, as well as the evaluation against daily transpiration measurements for Scots Pine, does support the applicability of the approach. The interception of precipitation has also been simulated and compared with weekly observed data for a Scots Pine stand which displays satisfactory results in both the vegetation periods and annual sums. After the development and testing phase, the model is used to analyse the effects of two scenarios. The first scenario is an increase in forest area on abandoned agricultural land that is triggered by a decrease in European agricultural production support. The second one is a shift in species composition from predominant Scots Pine to Common Oak that is based on decisions of the regional forestry authority to support a more natural species composition. The scenario effects are modelled for the federal state of Brandenburg on a 50m grid utilising spatially explicit land-use patterns. The results, for the first scenario, suggest a negative impact of an increase in forest area (9.4% total state area) on the regional water balance, causing an increase in mean long-term annual evapotranspiration of 3.7% at 100% afforestation when compared to no afforestation. The relatively small annual change conceals a much more pronounced seasonal effect of a mean long-term evapotranspiration increase by 25.1% in the spring causing a pronounced reduction in groundwater recharge and runoff. The reduction causes a lag effect that aggravates the scarcity of water resources in the summer. In contrast, in the second scenario, a change in species composition in existing forests (29.2% total state area) from predominantly Scots Pine to Common Oak decreases the long-term annual mean evapotranspiration by 3.4%, accompanied by a much weaker, but apparent, seasonal pattern. Both scenarios exhibit a high spatial heterogeneity because of the distinct natural conditions in the different regions of the state. Areas with groundwater levels near the surface are particularly sensitive to changes in forest area and regions with relatively high proportion of forest respond strongly to the change in species composition. In both cases this regional response is masked by a smaller linear mean effect for the total state area. Two critical sources of uncertainty in the model results have been investigated. The first one originates from the model calibration parameters estimated in the pre-study for lowland regions, such as the federal state. The combined effect of the parameters, when changed within their physical meaningful limits, unveils an overestimation of the mean water balance by 1.6%. However, the distribution has a wide spread with 14.7% for the 90th percentile and -9.9% for the 10th percentile. The second source of uncertainty emerges from the parameterisation of the forest module. The analysis exhibits a standard deviation of 0.6 % over a ten year period in the mean of the simulated evapotranspiration as a result of variance in the key forest parameters. The analysis suggests that the combined uncertainty in the model results is dominated by the uncertainties of calibration parameters. Therefore, the effect of the first scenario might be underestimated because the calculated increase in evapotranspiration is too small. This may lead to an overestimation of the water balance towards runoff and groundwater recharge. The opposite can be assumed for the second scenario in which the decrease in evapotranspiration might be overestimated.
N2  - Das übergreifende Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die Interaktion zwischen Landnutzungsänderung und dem Landschaftswasserhaushalt zu quantifizieren. Das Untersuchungsgebiet für die Analyse ist das Land Brandenburg. Bedingt durch seine Kombination geringer Sommerniederschläge mit der Dominanz sandiger Böden und hoher Verdunstungsraten, insbesondere von den großflächigen Wäldern und Forsten, ist es besonders empfindlich gegenüber Landnutzungsänderung. Waldflächen sind Schlüsselelemente im Landschaftswasserhaushalt, da sie den Bodenwasserspeicher effizienter mit der Atmosphäre koppeln als die meisten anderen Vegetationsformen. Im ersten Teil der Arbeit war es daher notwendig, ein geeignetes Modellkonzept zu finden. Der Ansatz sollte in der Lage sein, die hydrologischen Effekte auf Landschaftsebene zu modellieren, ohne dabei die Datenverfügbarkeit in diesem Anwendungsbereich zu überschreiten. Das entwickelte Modellkonzept wurde in das ökohydrologische Einzugsgebietsmodell SWIM (Soil Water Integrated Model) integriert. Nach einer Test- und Entwicklungsphase konnte das Modell für die integrierte Analyse der Wirkung von zwei Szenarien auf den Landeswasserhaushalt verwendet werden. Das erste Szenario beschäftigt sich mit der möglichen Zunahme der Waldfläche als Folge der Neuausrichtung der Agrarsubventionspolitik der Europäischen Union. Die Waldflächenzunahme führt zu einer Steigerung der Evapotranspiration im langjährigen Mittel. Das zweite Szenario behandelt die Auswirkung des Brandenburger Waldumbauprogramms und hat eine vergleichsweise geringe Abnahme der langjährigen mittleren Verdunstung zur Folge. Der lineare mittlere Verlauf überdeckt ein ausgeprägtes räumliches und saisonales Muster der Veränderung. Die Zonen starker Effekte der beider Szenarien überlappen sich nur in einigen Fällen, so ist es möglich, dass die positiven Wirkungen des Waldumbauprogramms in einigen Regionen durch eine mögliche Ausweitung der Waldfläche aufgehoben werden. Die vorgestellten Ergebnisse zeigen deutlich, dass Landnutzungsänderungen, die durch politische oder administrative Entscheidungen ausgelöst werden, Auswirkungen auf elementare Landschaftsfunktionen wie den Wasserhaushalt haben. Es wird deutlich, dass ein integrativer Modellierungsansatz, der die wahrscheinlichen Wirkungen administrativer Entscheidungen in Betracht zieht, Grundlagen für eine nachhaltige Entwicklung liefern kann. Diese Ergebnisse werden umso relevanter, je stärker die betroffene Ressource bereits eingeschränkt ist. In Bezug auf die Wasserressourcen im Land Brandenburg ist das der Fall und aktuelle Studien zum Globalen Wandel in der Region prognostizieren eine Verschärfung dieser Situation.
KW  - Pinus sylvestris
KW  - Quercus
KW  - SWIM
KW  - Grundwasser
KW  - Globaler Wandel
KW  - global change
KW  - CAP
KW  - water balance
KW  - ground water
KW  - forestry
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-27394
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TY  - THES
A1  - Wasiolka, Bernd
T1  - The impact of overgrazing on reptile diversity and population dynamics of Pedioplanis l. lineoocellata in the southern Kalahari
T1  - Der Einfluss von Überweidung auf Reptiliendiversität und die Poplationsdynamik von Pedioplanis l. lineoocellata in der südlichen Kalahari
N2  - Die Vegetationskomposition und –struktur, beispielsweise die unterschiedliche Architektur von Bäumen, Sträuchern, Gräsern und Kräutern, bietet ein großes Spektrum an Habitaten und Nischen, die wiederum eine hohe Tierdiversität in den Savannensystemen des südlichen Afrikas ermöglichen. Dieses Ökosystem wurde jedoch über Jahrzehnte weltweit durch intensive anthropogene Landnutzung (z.B. Viehwirtschaft) nachhaltig verändert. Dabei wurden die Zusammensetzung, Diversität und Struktur der Vegetation stark verändert. Überweidung in Savannensystemen führt zu einer Degradation des Habitates einhergehend mit dem Verlust von perennierenden Gräsern und krautiger Vegetation. Dies führt zu einem Anstieg an vegetationsfreien Bodenflächen. Beides, sowohl der Verlust an perennierenden Gräsern und krautiger Vegetation sowie der Anstieg an vegetationsfreien Flächen führt zu verbesserten Etablierungsbedingungen für Sträucher (z.B. Rhigozum trichotomum, Acacia mellifera) und auf lange Sicht zu stark verbuschten Flächen. Die Tierdiversität in Savannen ist hiervon entscheidend beeinflusst. Mit sinkender struktureller Diversität verringert sich auch die Tierdiversität. Während der Einfluss von Überweidung auf die Vegetation relativ gut untersucht ist sind Informationen über den Einfluss von Überweidung auf die Tierdiversität, speziell für Reptilien, eher spärlich vorhanden. Zusätzlich ist sehr wenig bekannt zum Einfluss auf die Populationsdynamik (z.B. Verhaltensanpassungen, Raumnutzung, Überlebensrate, Sterberate) einzelner Reptilienarten. Ziel meiner Doktorarbeit ist es den Einfluss von Überweidung durch kommerzielle Farmnutzung auf die Reptiliengemeinschaft und auf verschiedene Aspekte der Populationsdynamik der Echse Pedioplanis lineoocellata lineoocellata zu untersuchen. Hinsichtlich bestimmter Naturschutzmaßnahmen ist es einerseits wichtig zu verstehen welchen Auswirkungen Überweidung auf die gesamte Reptiliengemeinschaft hat. Und zum anderen wie entscheidende Faktoren der Populationsdynamik beeinflusst werden. Beides führt zu einem besseren Verständnis der Reaktion von Reptilien auf Habitatdegradation zu erlangen. Die Ergebnisse meiner Doktorarbeit zeigen eindeutig einen negativen Einfluss der Überweidung und der daraus resultierende Habitatdegradation auf (1) die gesamte Reptiliengemeinschaft und (2) auf einzelne Aspekte der Populationsdynamik von P. lineoocellata. Im Teil 1 wird die signifikante Reduzierung der Reptiliendiversität und Abundanz in degradierten Habitaten beschrieben. Im zweiten Teil wird gezeigt, dass P. lineoocellata das Verhalten an die verschlechterten Lebensbedingungen anpassen kann. Die Art bewegt sich sowohl häufiger als auch über einen längeren Zeitraum und legt dabei größere Distanzen zurück. Zusätzlich vergrößerte die Art ihr Revier (home range) (Teil 3). Im abschließenden Teil wird der negative Einfluss von Überweidung auf die Populationsdynamik von P. lineoocellata beschrieben: In degradierten Habitaten nimmt die Populationsgröße von adulten und juvenilen Echsen ab, die Überlebens- und Geburtenrate sinken, währen zusätzlich das Prädationsrisiko ansteigt. Verantwortlich hierfür ist zum einen die ebenfalls reduzierte Nahrungsverfügbarkeit (Arthropoden) auf degradierten Flächen. Dies hat zur Folge, dass die Populationsgröße abnimmt und die Fitness der Individuen verringert wird, welches sich durch eine Reduzierung der Überlebens- und Geburtenrate bemerkbar macht. Und zum anderen ist es die Reduzierung der Vegetationsbedeckung und der Rückgang an perennierenden Gräsern welche sich negativ auswirken. Als Konsequenz hiervon gehen Nischen und Mikrohabitate verloren und die Möglichkeiten der Reptilien zur Thermoregulation sind verringert. Des Weiteren hat dieser Verlust an perennierender Grasbedeckung auch ein erhöhtes Prädationsrisikos zur Folge. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass nicht nur Bäume und Sträucher, wie in anderen Studien gezeigt, eine bedeutende Rolle für die Diversität spielen, sondern auch das perennierende Gras eine wichtige Rolle für die Faunendiversität spielt. Weiterhin zeigte sich, dass Habitatdegradation nicht nur die Population als gesamtes beeinflusst, sondern auch das Verhalten und Populationsparameter einzelner Arten. Des Weiteren ist es Reptilien möglich durch Verhaltensflexibilität auf verschlechterte Umweltbedingen zu reagieren.
N2  - In semi-arid savannah ecosystems, the vegetation structure and composition, i.e. the architecture of trees, shrubs, grass tussocks and herbaceous plants, offer a great variety of habitats and niches to sustain animal diversity. In the last decades intensive human land use practises like livestock farming have altered the vegetation in savannah ecosystems worldwide. Extensive grazing leads to a reduction of the perennial and herbaceous vegetation cover, which results in an increased availability of bare soil. Both, the missing competition with perennial grasses and the increase of bare soils favour shrub on open ground and lead to area-wide shrub encroachment. As a consequence of the altered vegetation structure and composition, the structural diversity declines. It has been shown that with decreasing structural diversity animal diversity decline across a variety of taxa. Knowledge on the effects of overgrazing on reptiles, which are an important part of the ecosystem, are missing. Furthermore, the impact of habitat degradation on factors of a species population dynamic and life history, e.g., birth rate, survival rate, predation risk, space requirements or behavioural adaptations are poorly known. Therefore, I investigated the impact of overgrazing on the reptile community in the southern Kalahari. Secondly I analysed population dynamics and the behaviour of the Spotted Sand Lizard, Pedioplanis l. lineoocellata. All four chapters clearly demonstrate that habitat degradation caused by overgrazing had a severe negative impact upon (i) the reptile community as a whole and (ii) on population parameters of Pedioplanis l. lineoocellata. Chapter one showed a significant decline of regional reptile diversity and abundance in degraded habitats. In chapter two I demonstrated that P. lineoocellata moves more frequently, spends more time moving and covers larger distances in degraded than in non-degraded habitats. In addition, home range size of the lizard species increases in degraded habitats as shown by chapter three. Finally, chapter four showed the negative impacts of overgrazing on several population parameters of P. lineoocellata. Absolute population size of adult and juvenile lizards, survival rate and birth rate are significantly lower in degraded habitats. Furthermore, the predation risk was greatly increased in degraded habitats. A combination of a variety of aspects can explain the negative impact of habitat degradation on reptiles. First, reduced prey availability negatively affects survival rate, the birth rate and overall abundance. Second, the loss of perennial plant cover leads to a loss of niches and to a reduction of opportunities to thermoregulate. Furthermore, a loss of cover and is associated with increased predation risk. A major finding of my thesis is that the lizard P. lineoocellata can alter its foraging strategy. Species that are able to adapt and change behaviour, such as P. lineoocellata can effectively buffer against changes in their environment. Furthermore, perennial grass cover can be seen as a crucial ecological component of the vegetation in the semi-arid savannah system of the southern Kalahari. If perennial grass cover is reduced to a certain degree reptile diversity will decline and most other aspects of reptile life history will be negatively influenced. Savannah systems are characterised by a mixture of trees, shrubs and perennial grasses. These three vegetation components determine the composition and structure of the vegetation and accordingly influence the faunal diversity. Trees are viewed as keystone structures and focal points of animal activity for a variety of species. Trees supply animals with shelter, shade and food and act as safe sites, nesting sites, observation posts and foraging sites. Recent research demonstrates a positive influence of shrub patches on animal diversity. Moreover, it would seem that intermediate shrub cover can also sustain viable populations in savannah landscapes as has been demonstrated for small carnivores and rodent species. The influence of perennial grasses on faunal diversity did not receive the same attention as the influence of trees and shrubs. In my thesis I didn’t explicitly measure the direct effects of perennial grasses but my results strongly imply that it has an important role. If the perennial grass cover is significantly depleted my results suggest it will negatively influence reptile diversity and abundance and on several populations parameters of P. lineoocellata. Perennial grass cover is associated with the highest prey abundance, reptile diversity and reptile abundance. It provides reptiles both a refuge from predators and opportunities to optimise thermoregulation. The relevance of each of the three vegetation structural elements is different for each taxa and species. In conclusion, I can all three major vegetation structures in the savannah system are important for faunal diversity.
KW  - Shrub encroachment
KW  - overgrazing
KW  - biodiversity
KW  - reptiles
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-16611
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TY  - THES
A1  - Waha, Katharina
T1  - Climate change impacts on agricultural vegetation in sub-Saharan Africa
T1  - Auswirkungen von Klimaänderungen auf die landwirtschaftliche Vegetation in Afrika südlich der Sahara
N2  - Agriculture is one of the most important human activities providing food and more agricultural goods for seven billion people around the world and is of special importance in sub-Saharan Africa. The majority of people depends on the agricultural sector for their livelihoods and will suffer from negative climate change impacts on agriculture until the middle and end of the 21st century, even more if weak governments, economic crises or violent conflicts endanger the countries’ food security. The impact of temperature increases and changing precipitation patterns on agricultural vegetation motivated this thesis in the first place. Analyzing the potentials of reducing negative climate change impacts by adapting crop management to changing climate is a second objective of the thesis. As a precondition for simulating climate change impacts on agricultural crops with a global crop model first the timing of sowing in the tropics was improved and validated as this is an important factor determining the length and timing of the crops´ development phases, the occurrence of water stress and final crop yield. Crop yields are projected to decline in most regions which is evident from the results of this thesis, but the uncertainties that exist in climate projections and in the efficiency of adaptation options because of political, economical or institutional obstacles have to be considered. The effect of temperature increases and changing precipitation patterns on crop yields can be analyzed separately and varies in space across the continent. Southern Africa is clearly the region most susceptible to climate change, especially to precipitation changes. The Sahel north of 13° N and parts of Eastern Africa with short growing seasons below 120 days and limited wet season precipitation of less than 500 mm are also vulnerable to precipitation changes while in most other part of East and Central Africa, in contrast, the effect of temperature increase on crops overbalances the precipitation effect and is most pronounced in a band stretching from Angola to Ethiopia in the 2060s. The results of this thesis confirm the findings from previous studies on the magnitude of climate change impact on crops in sub-Saharan Africa but beyond that helps to understand the drivers of these changes and the potential of certain management strategies for adaptation in more detail. Crop yield changes depend on the initial growing conditions, on the magnitude of climate change, and on the crop, cropping system and adaptive capacity of African farmers which is only now evident from this comprehensive study for sub-Saharan Africa. Furthermore this study improves the representation of tropical cropping systems in a global crop model and considers the major food crops cultivated in sub-Saharan Africa and climate change impacts throughout the continent.
N2  - Landwirtschaft ist eine der wichtigsten menschlichen Aktivitäten, sie stellt Nahrungsmittel und andere landwirtschaftliche Produkte für weltweit 7 Milliarden Menschen zur Verfügung und ist in den Ländern Afrikas südlich der Sahara von besonderer Bedeutung. Die Mehrheit der afrikanischen Bevölkerung bestreitet ihren Lebensunterhalt in der Landwirtschaft und wird von Klimaänderungen stark betroffen sein. Die Doktorarbeit ist durch die Frage motiviert, wie sich von Klimamodellen vorhergesagte Temperaturerhöhungen und sich verändernde Niederschlagsverteilungen auf die landwirtschaftliche Vegetation auswirken werden. Die Forschungsfragen in diesem Kontext beschäftigen sich mit regionalen Unterschieden von Klimaänderungen und ihren Auswirkungen auf die Landwirtschaft und mit möglichen Anpassungsstrategien die mit geringem technischem Aufwand genutzt werden können. In diesem Zusammenhang wird schnell deutlich, dass Daten über die komplexen landwirtschaftlichen Systeme in Afrika südlich der Sahara häufig nur selten vorhanden sind, aus fragwürdigen Quellen stammen oder von schlechter Qualität sind. Die Methoden und Modelle zur Untersuchung der Auswirkungen von Klimaänderungen auf die Landwirtschaft werden zudem ausschließlich in Europa oder Nordamerika entwickelt and häufig in den temperierten Breiten aber seltener in tropischen Gebieten angewendet. Vor allem werden globale, dynamische Vegetationsmodelle in Kombination mit Klimamodellen eingesetzt um Änderungen in der landwirtschaftlichen Produktion auf Grund von Klimaänderungen in der zweiten Hälfte des 21.Jahrhunderts abzuschätzen. Die Ergebnisse der Arbeit zeigen einen mittleren Ertragsrückgang für die wichtigsten landwirtschaftlichen Pflanzen um 6% bis 24% bis 2090 je nach Region, Klimamodell und Anpassungsstrategie. Dieses Ergebnis macht deutlich, dass Landwirte die negativen Folgen von Klimaänderungen abschwächen können, wenn sie die Wahl der Feldfrucht, die Wahl des Anbausystems und den Aussaattermin an geänderte Klimabedingungen anpassen. Die Arbeit stellt methodische Ansätze zur Berechung des Aussaattermins in temperierten und tropischen Gebieten (Kapitel 2) sowie zur Simulation von Mehrfachanbausystemen in den Tropen vor (Kapitel 3). Dabei werden wichtige Parameter für das globale, dynamische Vegetationsmodell LPJmL überprüft und neu berechnet. Es zeigt sich, dass das südliche Afrika und die Sahelregion die am stärksten betroffenen Regionen sind, vor allem aufgrund von Niederschlagsänderungen, weniger aufgrund von Temperaturerhöhungen. In den meisten anderen Teilen, vor allem Zentral- und Ostafrikas bedingen Temperaturerhöhungen Rückgänge der Erträge (Kapitel 4). Diese Arbeit leistet einen wichtigen und umfassenden Beitrag zum Verständnis der Auswirkung von Klimaänderung auf die landwirtschaftliche Vegetation und damit zu einem großen Teil auf die Lebensgrundlage von afrikanischen Landwirten.
KW  - Klimawandel
KW  - Anpassung
KW  - Afrika
KW  - Pflanzenwachstum
KW  - Landwirtschaft
KW  - climate change
KW  - Africa
KW  - crop modeling
KW  - adapation
KW  - agriculture
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-64717
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TY  - THES
A1  - Voß, Anja
T1  - Untersuchung und Modellierung der Stickstoff- und Phosphorumsatz- und Transportprozesse in mesoskaligen Einzugsgebieten des Tieflandes am Beispiel von Nuthe, Hammerfließ und Stepenitz
T1  - Analysis and modelling of nitrogen and phosphorus transformation and transport processes in the mesoscale lowland basins Nuthe, Hammerfließ, and Stepenitz
N2  - Ziel dieser Arbeit war es, die Stickstoff- und Phosphorprozesse im nordostdeutschen Tiefland detailliert zu untersuchen und Handlungsoptionen hinsichtlich der Landnutzung zur nachhaltigen Steuerung der Stickstoff- und Phosphoreinträge in die Fließgewässer aufzuzeigen. Als Grundvoraussetzung für die Modellierung des Nährstoffhaushaltes mussten zunächst die hydrologischen Prozesse und die Abflüsse für die Einzugsgebiete validiert werden. Dafür wurde in dieser Arbeit das ökohydrologische Modell SWIM verwendet. Die Abflussmodellierung umfasste den Zeitraum 1991 - 2000. Die Ergebnisse dazu zeigen, dass SWIM in der Lage war, die hydrologischen Prozesse in den Untersuchungsgebieten adäquat wiederzugeben. Auf der Grundlage der Modellierung des Wasserhaushaltes wurden mit SWIM die Stoffumsatzprozesse für den Zeitraum 1996 - 2000 simuliert. Um dabei besonders das Prozessgeschehen im Tiefland zu berücksichtigen, war die Erweiterung von SWIM um einen Ammonium-Pool mit dessen Umsatzprozessen erforderlich. Außerdem wurde der Prozess der Nährstoffversickerung so ergänzt, dass neben Nitrat auch Ammonium und Phosphat durch das gesamte Bodenprofil verlagert und über die Abflusskomponenten zum Gebietsauslass transportiert werden können. Mit diesen Modellerweiterungen konnten die Stickstoff und Phosphorprozesse in den Untersuchungsgebieten gut abgebildet werden. Mit dem so validierten Modell wurden weitere Anwendungen ermöglicht. Nährstoffsimulationen für den Zeitraum 1981 bis 2000 dienten der Untersuchung des abnehmenden Trends in den Nährstoffkonzentrationen der Nuthe. Die Untersuchungsergebnisse lassen deutlich erkennen, dass sich die Konzentrationen nach 1990 hauptsächlich auf Grund der Reduzierung der Einträge aus punktförmigen Quellen und Rieselfeldern verringert haben. Weitere Modellrechnungen zur Herkunft der Nährstoffe haben ergeben, dass Nitrat überwiegend aus diffusen Quellen, Ammonium und Phosphat dagegen aus punktförmigen Quellen stammen. Als besonders sensitiv auf die Modellergebnisse haben sich die Parameter zu Landnutzung und -management und die Durchwurzelungstiefe der Pflanzen herausgestellt. Abschließend wurden verschiedene Landnutzungsszenarien angewendet. Die Ergebnisse zu den Szenariorechnungen zeigen, dass fast alle vorgegebenen Landnutzungsszenarien zu einer Verringerung der Stickstoff- bzw. Phosphoremissionen führten. Die Anwendung von Szenarien, die alle relevanten Zielvorgaben und Empfehlungen zum Ressourcenschutz berücksichtigen, zeigen die größten Veränderungen.
N2  - The main objective of this study was to investigate the nitrogen and phosphorus processes in the north-eastern German lowlands and to suggest sustainable management options concerning land use that could lead to a reduction in nitrogen and phosphorous emissions into the river network. In order to fulfil the basic requirements of water quality modelling on river basin scale, the hydrological processes had to be validated first. For this purpose the ecohydrological model SWIM was used. The simulations were carried out on a daily time step within the period 1991 - 2000. The results have shown that SWIM was able to reproduce adequately the hydrological processes within all investigation areas. Based on these hydrological simulations the nutrient processes were modelled with SWIM for the time period 1996 - 2000. It became obvious that the modelling approaches within SWIM, especially concerning the nutrient cycling processes in lowland watersheds, had to be modified. Thus, an ammonium pool including its transformations processes was added. In addition, leaching not only of nitrate but also of ammonium and phosphate throughout the whole soil profile is now possible. Thus all nutrients can be transported to the outlet of the watersheds by the flow components. It could be shown that with these modifications the model was able to reproduce well the nitrogen and phosphorus processes in the research areas. With the validated model further applications were enabled. In order to investigate the reason for the decreasing trend in the nutrient concentrations in the Nuthe River, nutrient simulations were performed for the period 1981 - 2000. The results show that the concentrations after 1990 have decreased mainly because of the reduction of emissions from point sources and sewage fields. Further simulations in order to gain more information about the different nutrient sources showed that nitrate basically originates from diffuse sources and ammonium as well as phosphorus from point sources. Especially parameters related to land use and management as well as the root depth of plants turned out to be very sensitive to model results. Concluding, different land use change scenarios were adapted. The calculation results demonstrate that almost all provided scenarios lead to a reduction in the emission rates. Applying those scenarios which consider all relevant aims and recommendations concerning the protection of resources the highest changing rates could be achieved.
KW  - Wasserqualität
KW  - Modellierung
KW  - Nährstoffe
KW  - diffuse Belastung
KW  - Landnutzung
KW  - water quality
KW  - modeling
KW  - nutrients
KW  - diffuse pollution
KW  - land use
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-15481
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TY  - THES
A1  - Vorogushyn, Sergiy
T1  - Analysis of flood hazard under consideration of dike breaches
T1  - Analyse der Hochwassergefährdung unter Berücksichtigung von Deichbrüchen
N2  - River reaches protected by dikes exhibit high damage potential due to strong value accumulation in the hinterland areas. While providing an efficient protection against low magnitude flood events, dikes may fail under the load of extreme water levels and long flood durations. Hazard and risk assessments for river reaches protected by dikes have not adequately considered the fluvial inundation processes up to now. Particularly, the processes of dike failures and their influence on the hinterland inundation and flood wave propagation lack comprehensive consideration. This study focuses on the development and application of a new modelling system which allows a comprehensive flood hazard assessment along diked river reaches under consideration of dike failures. The proposed Inundation Hazard Assessment Model (IHAM) represents a hybrid probabilistic-deterministic model. It comprises three models interactively coupled at runtime. These are: (1) 1D unsteady hydrodynamic model of river channel and floodplain flow between dikes, (2) probabilistic dike breach model which determines possible dike breach locations, breach widths and breach outflow discharges, and (3) 2D raster-based diffusion wave storage cell model of the hinterland areas behind the dikes. Due to the unsteady nature of the 1D and 2D coupled models, the dependence between hydraulic load at various locations along the reach is explicitly considered. The probabilistic dike breach model describes dike failures due to three failure mechanisms: overtopping, piping and slope instability caused by the seepage flow through the dike core (micro-instability). The 2D storage cell model driven by the breach outflow boundary conditions computes an extended spectrum of flood intensity indicators such as water depth, flow velocity, impulse, inundation duration and rate of water rise. IHAM is embedded in a Monte Carlo simulation in order to account for the natural variability of the flood generation processes reflected in the form of input hydrographs and for the randomness of dike failures given by breach locations, times and widths. The model was developed and tested on a ca. 91 km heavily diked river reach on the German part of the Elbe River between gauges Torgau and Vockerode. The reach is characterised by low slope and fairly flat extended hinterland areas. The scenario calculations for the developed synthetic input hydrographs for the main river and tributary were carried out for floods with return periods of T = 100, 200, 500, 1000 a. Based on the modelling results, probabilistic dike hazard maps could be generated that indicate the failure probability of each discretised dike section for every scenario magnitude. In the disaggregated display mode, the dike hazard maps indicate the failure probabilities for each considered breach mechanism. Besides the binary inundation patterns that indicate the probability of raster cells being inundated, IHAM generates probabilistic flood hazard maps. These maps display spatial patterns of the considered flood intensity indicators and their associated return periods. Finally, scenarios of polder deployment for the extreme floods with T = 200, 500, 1000 were simulated with IHAM. The developed IHAM simulation system represents a new scientific tool for studying fluvial inundation dynamics under extreme conditions incorporating effects of technical flood protection measures. With its major outputs in form of novel probabilistic inundation and dike hazard maps, the IHAM system has a high practical value for decision support in flood management.
N2  - Entlang eingedeichter Flussabschnitte kann das Hinterland ein hohes Schadenspotential, aufgrund der starken Akkumulation der Werte, aufweisen. Obwohl Deiche einen effizienten Schutz gegen kleinere häufiger auftretende Hochwässer bieten, können sie unter der Last hoher Wasserstände sowie langer Anstaudauer versagen. Gefährdungs- und Risikoabschätzungsmethoden für die eingedeichten Flussstrecken haben bisher die fluvialen Überflutungsprozesse nicht hinreichend berücksichtigt. Besonders, die Prozesse der Deichbrüche und deren Einfluss auf Überflutung im Hinterland und Fortschreiten der Hochwasserwelle verlangen eine umfassende Betrachtung. Die vorliegende Studie setzt ihren Fokus auf die Entwicklung und Anwendung eines neuen Modellierungssystems, das eine umfassende Hochwassergefährdungsanalyse entlang eingedeichter Flussstrecken unter Berücksichtigung von Deichbrüchen ermöglicht. Das vorgeschlagene Inundation Hazard Assessment Model (IHAM) stellt ein hybrides probabilistisch-deterministisches Modell dar. Es besteht aus drei laufzeitgekoppelten Modellen: (1) einem 1D instationären hydrodynamisch-numerischen Modell für den Flussschlauch und die Vorländer zwischen den Deichen, (2) einem probabilistischen Deichbruchmodell, welches die möglichen Bruchstellen, Breschenbreiten und Breschenausflüsse berechnet, und (3) einem 2D raster-basierten Überflutungsmodell für das Hinterland, das auf dem Speiherzellenansatz und der Diffusionswellengleichung basiert ist. Das probabilistische Deichbruchmodell beschreibt Deichbrüche, die infolge von drei Bruchmechanismen auftreten: dem Überströmen, dem Piping im Deichuntergrund und dem Versagen der landseitigen Böschung als Folge des Sickerflusses und der Erosion im Deichkörper (Mikro-Instabilität). Das 2D Speicherzellenmodell, angetrieben durch den Breschenausfluss als Randbedingung, berechnet ein erweitertes Spektrum der Hochwasserintensitätsindikatoren wie: Überflutungstiefe, Fliessgeschwindigkeit, Impuls, Überflutungsdauer und Wasseranstiegsrate. IHAM wird im Rahmen einer Monte Carlo Simulation ausgeführt und berücksichtigt die natürliche Variabilität der Hochwasserentstehungsprozesse, die in der Form der Hydrographen und deren Häufigkeit abgebildet wird, und die Zufälligkeit des Deichversagens, gegeben durch die Lokationen der Bruchstellen, der Zeitpunkte der Brüche und der Breschenbreiten. Das Modell wurde entwickelt und getestet an einem ca. 91 km langen Flussabschnitt. Dieser Flussabschnitt ist durchgängig eingedeicht und befindet sich an der deutschen Elbe zwischen den Pegeln Torgau und Vockerode. Die Szenarioberechnungen wurden von synthetischen Hydrographen für den Hauptstrom und Nebenfluss angetrieben, die für Hochwässer mit Wiederkehrintervallen von 100, 200, 500, und 1000 Jahren entwickelt wurden. Basierend auf den Modellierungsergebnissen wurden probabilistische Deichgefährdungskarten generiert. Sie zeigen die Versagenswahrscheinlichkeiten der diskretisierten Deichabschnitte für jede modellierte Hochwassermagnitude. Die Deichgefährdungskarten im disaggregierten Darstellungsmodus zeigen die Bruchwahrscheinlichkeiten für jeden betrachteten Bruchmechanismus. Neben den binären Überflutungsmustern, die die Wahrscheinlichkeit der Überflutung jeder Rasterzelle im Hinterland zeigen, generiert IHAM probabilistische Hochwassergefährdungskarten. Diese Karten stellen räumliche Muster der in Betracht gezogenen Hochwasserintensitätsindikatoren und entsprechende Jährlichkeiten dar. Schließlich, wurden mit IHAM Szenarien mit Aktivierung vom Polder bei extremen Hochwässern mit Jährlichkeiten von 200, 500, 1000 Jahren simuliert. Das entwickelte IHAM Modellierungssystem stellt ein neues wissenschaftliches Werkzeug für die Untersuchung fluvialer Überflutungsdynamik in extremen Hochwassersituationen unter Berücksichtigung des Einflusses technischer Hochwasserschutzmaßnahmen dar. Das IHAM System hat eine hohe praktische Bedeutung für die Entscheidungsunterstützung im Hochwassermanagement aufgrund der neuartigen Deichbruch- und Hochwassergefährdungskarten, die das Hauptprodukt der Simulationen darstellen.
KW  - Hochwasser
KW  - Deichbruch
KW  - Unsicherheitsanalyse
KW  - Gefährdungskarten
KW  - Polder
KW  - Flood
KW  - dike breach
KW  - uncertainty analysis
KW  - hazard maps
KW  - polder
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-27646
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TY  - THES
A1  - Trost, Gerda
T1  - Poly(A) Polymerase 1 (PAPS1) influences organ size and pathogen response in Arabidopsis thaliana
T1  - Poly(A) Polymerase 1 (PAPS1) beeinflusst die Organgröße und Pathogenantwort in Arabidopsis thaliana
N2  - Polyadenylation of pre-mRNAs is critical for efficient nuclear export, stability, and translation of the mature mRNAs, and thus for gene expression. The bulk of pre-mRNAs are processed by canonical nuclear poly(A) polymerase (PAPS). Both vertebrate and higher-plant genomes encode more than one isoform of this enzyme, and these are coexpressed in different tissues. However, in neither case is it known whether the isoforms fulfill different functions or polyadenylate distinct subsets of pre-mRNAs. This thesis shows that the three canonical nuclear PAPS isoforms in Arabidopsis are functionally specialized owing to their evolutionarily divergent C-terminal domains. A moderate loss-of-function mutant in PAPS1 leads to increase in floral organ size, whereas leaf size is reduced. A strong loss-of-function mutation causes a male gametophytic defect, whereas a weak allele leads to reduced leaf growth. By contrast, plants lacking both PAPS2 and PAPS4 function are viable with wild-type leaf growth. Polyadenylation of SMALL AUXIN UP RNA (SAUR) mRNAs depends specifically on PAPS1 function. The resulting reduction in SAUR activity in paps1 mutants contributes to their reduced leaf growth, providing a causal link between polyadenylation of specific pre-mRNAs by a particular PAPS isoform and plant growth. Additionally, opposite effects of PAPS1 on leaf and flower growth reflect the different identities of these organs. The overgrowth of paps1 mutant petals is due to increased recruitment of founder cells into early organ primordia whereas the reduced leaf size is due to an ectopic pathogen response. This constitutive immune response leads to increased resistance to the biotrophic oomycete Hyaloperonospora arabidopsidis and reflects activation of the salicylic acid-independent signalling pathway downstream of ENHANCED DISEASE SUSCEPTIBILITY1 (EDS1)/PHYTOALEXIN DEFICIENT4 (PAD4). Immune responses are accompanied by intracellular redox changes. Consistent with this, the redox-status of the chloroplast is altered in paps1-1 mutants. The molecular effects of the paps1-1 mutation were analysed using an RNA sequencing approach that distinguishes between long- and short tailed mRNA. The results shown here suggest the existence of an additional layer of regulation in plants and possibly vertebrate gene expression, whereby the relative activities of canonical nuclear PAPS isoforms control de novo synthesized poly(A) tail length and hence expression of specific subsets of mRNAs.
N2  - Polyadenylierung von prä-mRNAs ist entscheidend für den Export aus dem Zellkern, die Stabilität und die Translation der reifen mRNAs und dadurch für die Genexpression. Der Großteil der mRNAs wird durch sogenannte canonische Poly(A) Polymerasen (cPAPS) prozessiert. Die Genome von sowohl Wirbeltieren als auch Pflanzen kodieren mehr als eine Isoform dieser Enzyme, welche gleichzeitig in verschiedenen Geweben exprimiert werden. Es ist jedoch kein Beispiel bekannt, das zeigt, ob die verschiedenen Isoformen unterschiedliche Funktionen einnehmen bzw. verschiedene Untergruppen von mRNAs polyadenylieren. Diese Arbeit zeigt, dass drei canonische PAPS Isoformen in Arabidopsis thaliana aufgrund ihrer evolutionär unterschiedlichen C-terminalen Domänen spezialisierte Funktionen haben. Eine schwache Verlust-Mutation im PAPS1 Gen bewirkt eine Vergrößerung der Blütenorgane, während die Blattgröße vermindert ist. Eine starke Verlust-Mutation bewirkt zusätzlich einen Defekt der männlichen Keimzellen. Im Gegenzug dazu sind Mutanten des PAPS2 oder PAPS4 Gens gesund und zeigen ein normales Wachstum. Polyadenylierung von SMALL AUXIN UP RNA (SAUR) mRNAs hängt spezifisch von der Funktion von PAPS1 ab. Die daraus entstehende Reduzierung der SAUR Aktivität in den paps1 Mutanten trägt zur Verringerung der Blattgröße bei und stellt eine kausale Verbindung zwischen Polyadenylierung spezifischer mRNAs durch bestimmte PAPS Isoformen und Pflanzenwachstum dar. Zusätzlich spiegeln die unterschiedlichen Effekte von PAPS1 auf Blüten und Blätter die Identitäten dieser Organe wieder. Das übermäßige Wachstum der mutanten Petalen beruht auf einer erhöhten Anzahl an Gründer-Zellen im frühen Primordium, wohingegen die verminderte Blattgröße auf eine ektopische Pathogen Antwort zurückzuführen ist. Diese konstitutive Immunantwort bewirkt eine erhöhte Resistenz der Mutanten gegenüber dem biotrophen Oomyceten Hyaloperonospora arabidopsidis und reflektiert die Aktivierung des Salizylsäure unabhängigen Signalweges von ENHANCED DISEASE SUSCEPTIBILITY1 (EDS1)/PHYTOALEXIN DEFICIENT4 (PAD4). Immunantworten sind von Veränderungen des intrazellulären Redoxpotenzials gekennzeichnet. Damit übereinstimmend zeigen die Chloroplasten der paps1-1 Mutanten ein verändertes Redoxpotenzial. Zur genaueren Aufklärung der molekularen Effekte der paps1 1 mutation wurde eine RNA-Sequenzierungsmethode verwendet, die zwischen mRNAs mit langem oder kurzem Poly(A) Schwanz unterscheidet. Die Aktivitäten der verschiedenen canonischen PAPS Isoformen kontrollieren die Länge des neu synthetisierten poly(A) Schwanzes und damit die Expression spezifischer Untergruppen von mRNAs. Dadurch lassen die hier gezeigten Ergebnisse eine weitere Ebene der Genregulierung in Pflanzen, und möglicherweise auch in anderen Eukaryoten, vermuten.
KW  - Polyadenylierung
KW  - Pathogenantwort
KW  - Organgröße
KW  - polyadenylation
KW  - pathogen response
KW  - organ size
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-72345
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TY  - THES
A1  - Tietz, Marcel
T1  - Europäisches Verwaltungsmanagement : Vergleich von Hauptstädten neuer und alter Mitgliedsstaaten der EU am Beispiel der Bürgerdienste
T1  - European administrative management : comparison of capital cities of new and old member states of the EU using the example of citizen services
N2  - Im Rahmen der Dissertation wird die Anwendung und Wirkung von Kernelementen des New Public Management (NPM) am Beispiel der Bürgerdienste der sechs europäischen Hauptstädte Berlin, Brüssel, Kopenhagen, Madrid, Prag und Warschau analysiert. Hierbei steht der Vergleich von Hauptstädten der MOE-Staaten mit Hauptstädten alter EU-Mitgliedsstaaten im Vordergrund. Es wird die folgende Forschungshypothese untersucht: Die Verwaltungen in den Hauptstädten der östlichen Mitgliedsstaaten der EU haben in Folge der grundsätzlichen gesellschaftlichen und politischen Umbrüche in den 1990er Jahren bedeutend mehr Kernelemente des NPM beim Neuaufbau ihrer öffentlichen Verwaltungen eingeführt. Durch den folgerichtigen Aufbau kundenorientierter und moderner Verwaltungen sowie der strikten Anwendung der Kernelemente des New Public Management arbeiten die Bürgerdienste in den Hauptstädten östlicher EU-Mitgliedsstaaten effizienter und wirkungsvoller als vergleichbare Bürgerdienste in den Hauptstädten westlicher EU-Mitgliedsstaaten. Zur Überprüfung der Forschungshypothese werden die Vergleichsstädte zunächst den entsprechenden Rechts- und Verwaltungstraditionen (kontinentaleuropäisch deutsch, napoleonisch und skandinavisch) zugeordnet und bezüglich ihrer Ausgangslage zum Aufbau einer modernen Verwaltung (Westeuropäische Verwaltung, Wiedervereinigungsverwaltung und Transformations-verwaltung) kategorisiert. Im Anschluss werden die institutionellen Voraussetzungen hinterfragt, was die deskriptive Darstellung der Stadt- und Verwaltungsgeschichte sowie die Untersuchung von organisatorischen Strukturen der Bürgerdienste, die Anwendung der NPM-Instrumente als auch die Innen- und Außenperspektive des NPM umfasst. Es wird festgestellt, ob und in welcher Form die Bürgerdienste der Vergleichsstädte die Kernelemente des NPM anwenden. Im Anschluss werden die Vergleichsstädte bezüglich der Anwendung der Kernelemente miteinander verglichen, wobei der Fokus auf dem persönlichen Vertriebsweg und der Kundenorientierung liegt. Der folgende Teil der Dissertation befasst sich mit dem Output der Bürgerdienste, der auf operative Resultate untersucht und verglichen wird. Hierbei stellt sich insbesondere die Frage nach den Leistungsmengen und der Produktivität des Outputs. Es werden aber auch die Ergebnisse von Verwaltungsprozessen untersucht, insbesondere in Bezug auf die Kundenorientierung. Hierfür wird ein Effizienzvergleich der Bürgerdienste in den Vergleichsstädten anhand einer relativen Effizienzmessung und der Free Disposal Hull (FDH)-Methode nach Bouckaert durchgeführt. Es ist eine Konzentration auf populäre Dienstleistungen aus dem Portfolio der Bürgerdienste notwendig. Daher werden die vergleichbaren Dienstleistungen Melde-, Personalausweis-, Führerschein- und Reisepass-angelegenheiten unter Einbeziehung des Vollzeitäquivalents zur Berechnung der Effizienz der Bürgerdienste herangezogen. Hierfür werden Daten aus den Jahren 2009 bis 2011 genutzt, die teilweise aus verwaltungsinternen Datenbanken stammen. Anschließend wird der Versuch unternommen, den Outcome in die Effizienzanalyse der Bürgerdienste einfließen zu lassen. In diesem Zusammenhang wird die Anwendbarkeit von verschiedenen erweiterten Best-Practice-Verfahren und auch eine Erweiterung der relativen Effizienzmessung und der FDH-Methode geprüft. Als Gesamtfazit der Dissertation kann festgehalten werden, dass die Bürgerdienste in den untersuchten Hauptstädten der MOE-Staaten nicht mehr Kernelemente des NPM anwenden, als die Hauptstädte der westlichen Mitgliedsstaaten der EU. Im Gegenteil wendet Prag deutlich weniger NPM-Instrumente als andere Vergleichsstädte an, wohingegen Warschau zwar viele NPM-Instrumente anwendet, jedoch immer von einer westeuropäischen Vergleichsstadt übertroffen wird. Auch die Hypothese, dass die Bürgerdienste in den Hauptstädten der MOE-Staaten effizienter arbeiten als vergleichbare Bürgerdienste in den Hauptstädten westlicher EU-Mitgliedsstaaten wurde durch die Dissertation entkräftet. Das Gegenteil ist der Fall, da Prag und Warschau im Rahmen des Effizienzvergleichs lediglich durchschnittliche oder schlechte Performances aufweisen. Die aufgestellte Hypothese ist durch die Forschungsergebnisse widerlegt, lediglich das gute Abschneiden der Vergleichsstadt Warschau bei der Anwendungsanalyse kann einen Teil der These im gewissen Umfang bestätigen.
N2  - In the context of the thesis, the application and impact of core elements of the New Public Management (NPM) is analysed using the example of the Citizen Services of six European capital cities Berlin, Brussels, Copenhagen, Madrid, Prague and Warsaw. In this connection the comparison of the capital cities in the CEE countries with capital cities in the old EU Member States is foregrounded. The following research hypothesis is examined: In consequence of the fundamental social and political upheavals in the 1990s the administrations in the capital cities of the eastern EU Member States have introduced significantly more core elements of NPM during the reorganisation of their public administrations. Due to the consequent erection of customer-oriented and modern administrations and the strict application of core elements of the New Public Management, the Citizen Services in the capital cities of eastern EU Member States work more efficient and effective than comparable Citizen Services in the capital cities of western EU Member States. To survey the research hypothesis, the capital cities are initially assigned to the relevant legal and administrative traditions (Continental European German, Napoleonic and Scandinavian) and afterwards categorised with respect to their initial position to build up a modern administration (western European administration, reunion administration and transformation administration). Thereafter institutional requirements are questioned, which includes a descriptive presentation of urban and administrative history and the analyses of organisational structures of the Citizen Services, the application of NPM instruments as well as the internal and external perspectives of the NPM. It is concluded, whether and in what form the Citizen Services of the capital cities utilise the core elements of NPM. Following the capital cities are compared regarding the application of core elements, whereat the focus is on the personal channel of distribution and customer orientation. The following part of the thesis deals with the output of Citizen Services, which is examined and compared to operational results. This raises in particular the question of the activity quantity and the efficiency of the output. But there are also examines of the results of administrative processes, particularly in reference to customer orientation. Thus a comparison of efficiency of Citizen Services in the capital cities is performed, which is based on a relative measurement of efficiency and the Free Disposal Hull Method (FDH) according to Bouckaert. A focus on popular services from the portfolio of the Citizen Services is needed, wherefore the efficiency of the Citizen Services is calculated with the comparable services identity card, driving license and passport involving the full-time equivalent. Therefor data from the years 2009 to 2011 are used, which originate from internal administrative databases. Following an attempt is made to include the outcome in the analysis of efficiency of the Citizen Services. In this context, the applicability of various advanced best practice methods and an extension of the relative measurement of efficiency and the FDH method is verified. As an overall conclusion of the thesis can be stated that the Citizen Services in the investigated capital cities of the CEE countries do not apply more core elements of the NPM compared to the capital cities of the western EU Member States. In contrast Prague applies significantly less NPM instruments compared to other capital cities, whereas Warsaw applies many NPM instruments but is always exceeded by a western European capital city. The hypothesis that the Citizen Services in the capital cities of the CEE countries work more efficiently than comparable Citizen Services in the capital cities of the western EU Member States is also ruled by the thesis. The opposite is the case as Prague and Warsaw show only an average or poor performance in the context of the comparison of efficiency. The established hypothesis is disproved by the research results, only the good performance of the capital city of Warsaw in the analysis of application is able to confirm a part of the thesis to a certain extent.
KW  - New Public Management
KW  - Bürgerdienste
KW  - Effizienzanalyse
KW  - Kommunale Verwaltung
KW  - new public management
KW  - citizen services
KW  - analysis of efficiency
KW  - local government
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-72171
ER  -