TY  - THES
A1  - Brosinsky, Arlena
T1  - Spectral fingerprinting
T1  - Spektrales Fingerprinting
BT  - the potential of VNIR-SWIR spectral characteristics for tracing suspended sediment sources
BT  - das Potential spektraler Charakteristika im visuellen bis zum kurzwelligen Infrarotbereich zur Rückverfolgung von Sedimentquellgebieten
N2  - Current research on runoff and erosion processes, as well as an increasing demand for sustainable watershed management emphasize the need for an improved understanding of sediment dynamics. This involves the accurate assessment of erosion rates and sediment transfer, yield and origin. A variety of methods exist to capture these processes at the catchment scale. Among these, sediment fingerprinting, a technique to trace back the origin of sediment, has attracted increasing attention by the scientific community in recent years. It is a two-step procedure, based on the fundamental assumptions that potential sources of sediment can be reliably discriminated based on a set of characteristic ‘fingerprint’ properties, and that a comparison of source and sediment fingerprints allows to quantify the relative contribution of each source.
This thesis aims at further assessing the potential of spectroscopy to assist and improve the sediment fingerprinting technique. Specifically, this work focuses on (1) whether potential sediment sources can be reliably identified based on spectral features (‘fingerprints’), whether (2) these spectral fingerprints permit the quantification of relative source contribution, and whether (3) in situ derived source information is sufficient for this purpose. Furthermore, sediment fingerprinting using spectral information is applied in a study catchment to (4) identify major sources and observe how relative source contributions change between and within individual flood events. And finally, (5) spectral fingerprinting results are compared and combined with simultaneous sediment flux measurements to study sediment origin, transport and storage behaviour.
For the sediment fingerprinting approach, soil samples were collected from potential sediment sources within the Isábena catchment, a meso-scale basin in the central Spanish Pyrenees. Undisturbed samples of the upper soil layer were measured in situ using an ASD spectroradiometer and subsequently sampled for measurements in the laboratory. Suspended sediment was sampled automatically by means of ISCO samplers at the catchment as well as at the five major subcatchment outlets during flood events, and stored fine sediment from the channel bed was collected from 14 cross-sections along the main river. Artificial mixtures of known contributions were produced from source soil samples. Then, all source, sediment and mixture samples were dried and spectrally measured in the laboratory. Subsequently, colour coefficients and physically based features with relation to organic carbon, iron oxide, clay content and carbonate, were calculated from all in situ and laboratory spectra. Spectral parameters passing a number of prerequisite tests were submitted to principal component analyses to study natural clustering of samples, discriminant function analyses to observe source differentiation accuracy, and a mixing model for source contribution assessment. In addition, annual as well as flood event based suspended sediment fluxes from the catchment and its subcatchments were calculated from rainfall, water discharge and suspended sediment concentration measurements using rating curves and Quantile Regression Forests. Results of sediment flux monitoring were interpreted individually with respect to storage behaviour, compared to fingerprinting source ascriptions and combined with fingerprinting to assess their joint explanatory potential.
In response to the key questions of this work, (1) three source types (land use) and five spatial sources (subcatchments) could be reliably discriminated based on spectral fingerprints. The artificial mixture experiment revealed that while (2) laboratory parameters permitted source contribution assessment, (3) the use of in situ derived information was insufficient. Apparently, high discrimination accuracy does not necessarily imply good quantification results. When applied to suspended sediment samples of the catchment outlet, the spectral fingerprinting approach was able to (4) quantify the major sediment sources: badlands and the Villacarli subcatchment, respectively, were identified as main contributors, which is consistent with field observations and previous studies. Thereby, source contribution was found to vary both, within and between individual flood events. Also sediment flux was found to vary considerably, annually as well as seasonally and on flood event base. Storage was confirmed to play an important role in the sediment dynamics of the studied catchment, whereas floods with lower total sediment yield tend to deposit and floods with higher yield rather remove material from the channel bed. Finally, a comparison of flux measurements with fingerprinting results highlighted the fact that (5) immediate transport from sources to the catchment outlet cannot be assumed. A combination of the two methods revealed different aspects of sediment dynamics that none of the techniques could have uncovered individually.
In summary, spectral properties provide a fast, non-destructive, and cost-efficient means to discriminate and quantify sediment sources, whereas, unfortunately, straight-forward in situ collected source information is insufficient for the approach. Mixture modelling using artificial mixtures permits valuable insights into the capabilities and limitations of the method and similar experiments are strongly recommended to be performed in the future. Furthermore, a combination of techniques such as e.g. (spectral) sediment fingerprinting and sediment flux monitoring can provide comprehensive understanding of sediment dynamics.
N2  - Aktuelle Forschung zu Abfluss- und Erosionsprozessen und die steigende Nachfrage nach nachhaltiger Wasserbewirtschaftung unterstreichen die Notwendigkeit für ein verbessertes Verständnis von Sedimentdynamik. Dazu gehören die genaue Bewertung von Erosionsraten sowie die Abschätzung von Sedimenttransfer, -ertrag und -herkunft. Es existiert eine Vielzahl von Verfahren, um diese Prozesse auf Einzugsgebietsskala zu erfassen. Unter diesen hat das Sediment-Fingerprinting, eine Technik zur Bestimmung der Sedimentherkunft, in den letzten Jahren zunehmend die Aufmerksamkeit der wissenschaftlichen Gemeinschaft auf sich gezogen. Es ist ein zweiteiliges Verfahren auf Grundlage der Annahmen, dass mögliche Sedimentquellen unter Verwendung charakteristischer "Fingerabdrücke" zuverlässig unterschieden und dass ein Vergleich der Quell- und Sedimentfingerabdrücke es ermöglicht, den relativen Beitrag jeder Quelle zu quantifizieren.
Die vorliegende Arbeit untersucht die Möglichkeit, Spektroskopie zur Unterstützung und Verbesserung der Sediment-Fingerprinting Technik einzusetzen. Der Schwerpunkt liegt dabei auf den Fragen, ob (1) potenzielle Sedimentquellen basierend auf spektralen Merkmalen ("Fingerabdrücken") zuverlässig unterschieden werden können, ob (2) diese spektralen Fingerabdrücke die relative Quantifizierung von Quellbeiträgen erlauben und ob (3) in situ gemessene Quellinformationen für diesen Zweck ausreichend sind. Darüber hinaus wird spektrales Sediment-Fingerprinting in einem Untersuchungsgebiet angewandt, um (4) die wichtigsten Quellen zu identifizieren und um zu beobachten, wie sich relative Beiträge zwischen und innerhalb einzelner Hochwasserereignisse verändern. Außerdem werden (5) spektrale Sediment-Fingerprinting Ergebnisse mit gleichzeitig erhobenen Abfluss- und Sedimentflussdaten verglichen und kombiniert um Sedimentherkunft, -transport und -ablagerung zu untersuchen.
Für den Sediment-Fingerprinting Ansatz wurden Bodenproben potenzieller Sedimentquellen im Isábenabecken, einem mesoskaligen Einzugsgebiet in den zentralen spanischen Pyrenäen, gesammelt. Ungestörte Proben der Bodenoberfläche wurden in situ unter Verwendung eines ASD Spektroradiometers gemessen und anschließend für Labormessungen beprobt. Sedimentpartikel (Schwebfracht) wurden während Hochwasserereignissen automatisch mit Hilfe von ISCO Samplern am Gebietsauslass sowie an den fünf wichtigsten Teileinzugsbietsauslässen beprobt. Zusätzlich wurde im Flussbett abgelagertes Feinsediment an 14 Querschnitten entlang des Hauptflusses gesammelt. Aus den Bodenproben wurden zusätzlich künstliche Mischungen bekannter Zusammensetzung hergestellt. Alle Boden-, Sediment- und Gemischproben wurden getrocknet und im Labor spektral gemessen. Anschließend wurden aus allen Spektren (in situ und Labor) Farbkoeffizienten und physikalisch basierte features mit Bezug zu organischem Kohlenstoff, Eisenoxid, Tongehalt und Carbonat berechnet. Die spektralen Parameter wurden auf eine Reihe von Voraussetzungen getested. Auf Grundlage von Parametern, die die vorgegebenen Voraussetungen erfüllten, wurden die Proben anschließend mittels Hauptkomponenten-analyse auf natürliche Gruppierung getested. Die Differenzierungsgenauigkeit einzelner Parameter bzw. von Parameterkombinationen wurde mittels Diskriminanzfunktionsanalyse beurteilt und zur Quantifizierung der Beiträge verschiedener Quellen wurde ein Mischungs-modell entwickelt. Darüber hinaus wurden mittels Eichkurven und Quantile Regression Forests aus Niederschlags-, Abfluss- und Sedimentkonzentrationsmessungen jährliche sowie hochwasserbasierte Sedimentflüsse aus dem Einzugsgebiet und seinen Teileinzugsgebieten berechnet. Ergebnisse des Sedimentfluss Monitorings wurden einzeln in Bezug auf Speicherverhalten interpretiert, mit Quellquantifizierungen aus dem Sediment-Fingerprinting verglichen und mit dem Fingerprinting kombiniert, um das gemeinsame Erklärungspotential der beiden Methoden zu bewerten.
Als Antwort auf die Schlüsselfragen dieser Arbeit konnten (1) drei Quelltypen (Landnutzung) bzw. fünf räumliche Quellen (Teileinzugsgebiete) basierend auf spektralen Fingerabdrücken zuverlässig unterschieden werden. Das Experiment mit den künstlichen Mischungen ergab, dass während (2) Laborparameter die Beitragsabschätzung erlauben, (3) die Verwendung von in situ abgeleiteten Informationen nicht ausreicht. Offenbar bedeutet eine hohe Diskriminierungsgenauigkeit nicht unbedingt gute Quantifizierungs-ergebnisse. Auf Sedimentproben des Gebietsauslasses angewandt war der spektrale Sediment-Fingerprinting Ansatz in der Lage, (4) die Hauptsedimentquellen zu quantifizieren: Badlands und das Villacarli Teileinzugsgebiet wurden jeweils als Hauptquellen identifiziert. Dies ist im Einklang mit Beobachtungen früherer Studien. Dabei wurde festgestellt, dass Quellbeiträge sowohl innerhalb als auch zwischen den einzelnen Hochwasserereignissen variieren. Außerdem wurden starke Schwankungen der Sedimentflüsse, auf jährlicher sowie saisonaler- und Hochwasserereignis-Basis gefunden. Die wichtige Rolle des Flusses als Speicher in der Sedimentdynamik des untersuchten Einzugsgebietes wurde bestätigt, wobei Hochwasser mit niedrigerer Gesamtsedimentausbeute in der Regel Material ablagern und Hochwasser mit höherer Ausbeute eher Material aus dem Flussbett entfernen. Schließlich zeigte ein Vergleich der Sedimentflussmessungen mit Sediment-Fingerprinting Ergebnissen, dass (5) nicht von unmittelbarem Materialtransport von den Quellen zum Gebietsauslass ausgegangen werden kann. Die Kombination der zwei Verfahren offenbarte verschiedene Aspekte der Sedimentdynamik, die keine der beiden Techniken einzeln hätte aufdecken können.
Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass spektrale Messungen ein schnelles, zerstörungsfreies und kosteneffizientes Mittel zur Unterscheidung und Quantifizierung von Sedimentquellen bieten, wobei in situ gesammelte Quellinformationen leider nicht ausreichend für die Vorgehensweise sind. Experimente mit künstlichen Mischungen ermöglichten wertvolle Einblicke in die Möglichkeiten und Grenzen der Methode und ähnliche Versuche werden dringend für zukünftige Studien empfohlen. Eine Kombination von Techniken, wie z. B. (spektralem) Sediment-Fingerprinting und Sedimentfluss Monitoring können das Verständnis der Sedimentdynamik verbessern und vertiefen.
KW  - spectroscopy
KW  - sediment fingerprinting
KW  - artificial mixtures
KW  - Isábena catchment
KW  - suspended sediment
KW  - Spektroskopie
KW  - Sediment Fingerprinting
KW  - Isábena Einzugsgebiet
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-83369
ER  - 
TY  - THES
A1  - Luft, Laura Charlotte
T1  - Bridging the gap between science and nature conservation practice
BT  - Using remote sensing to facilitate monotoring wilderness areas at the former military training area Döberitzer Heide, Germany
Y1  - 2015
ER  - 
TY  - THES
A1  - Allroggen, Niklas
T1  - Observation of subsurface flow from the surface : applications of ground-penetrating radar
BT  - non-invasive time-lapse observation of subsurface flow by using ground-penetrating radar
Y1  - 2015
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kalbe, Johannes
T1  - Stepping stones hominin dispersal out of Africa
BT  - pleistocene lakes and wetlands in the Levant
Y1  - 2016
ER  - 
TY  - THES
A1  - Lenz, Josefine
T1  - Thermokarst dynamics in central-eastern Beringia
T1  - Thermokarstdynamik im zentral-östlichen Beringia
BT  - insights from permafrost and lacustrine sediment cores
BT  - Einblicke durch Permafrost- und Seesedimentkerne
N2  - Widespread landscape changes are presently observed in the Arctic and are most likely to
accelerate in the future, in particular in permafrost regions which are sensitive to climate warming. To assess current and future developments, it is crucial to understand past
environmental dynamics in these landscapes. Causes and interactions of environmental variability can hardly be resolved by instrumental records covering modern time scales. However, long-term
environmental variability is recorded in paleoenvironmental archives. Lake sediments are important archives that allow reconstruction of local limnogeological processes as well as past environmental changes driven directly or indirectly by climate dynamics. This study aims at
reconstructing Late Quaternary permafrost and thermokarst dynamics in central-eastern Beringia,
the terrestrial land mass connecting Eurasia and North America during glacial sea-level low stands. In order to investigate development, processes and influence of thermokarst dynamics, several sediment cores from extant lakes and drained lake basins were analyzed to answer the
following research questions:
1. When did permafrost degradation and thermokarst lake development take place and what were enhancing and inhibiting environmental factors?
2. What are the dominant processes during thermokarst lake development and how are
they reflected in proxy records?
3. How did, and still do, thermokarst dynamics contribute to the inventory and properties of organic matter in sediments and the carbon cycle?
Methods applied in this study are based upon a multi-proxy approach combining
sedimentological, geochemical, geochronological, and micropaleontological analyses, as well as
analyses of stable isotopes and hydrochemistry of pore-water and ice. Modern field observations of water quality and basin morphometrics complete the environmental investigations.
The investigated sediment cores reveal permafrost degradation and thermokarst dynamics on different time scales. The analysis of a sediment core from GG basin on the northern Seward
Peninsula (Alaska) shows prevalent terrestrial accumulation of yedoma throughout the Early to
Mid Wisconsin with intermediate wet conditions at around 44.5 to 41.5 ka BP. This first wetland
development was terminated by the accumulation of a 1-meter-thick airfall tephra most likely originating from the South Killeak Maar eruption at 42 ka BP. A depositional hiatus between 22.5 and 0.23 ka BP may indicate thermokarst lake formation in the surrounding of the site which forms a yedoma upland till today. The thermokarst lake forming GG basin initiated 230 ± 30 cal a
BP and drained in Spring 2005 AD. Four years after drainage the lake talik was still unfrozen below 268 cm depth.
A permafrost core from Mama Rhonda basin on the northern Seward Peninsula preserved a
full lacustrine record including several lake phases. The first lake generation developed at 11.8 cal ka BP during the Lateglacial-Early Holocene transition; its old basin (Grandma Rhonda) is still partially preserved at the southern margin of the study basin. Around 9.0 cal ka BP a shallow and more dynamic thermokarst lake developed with actively eroding shorelines and potentially intermediate shallow water or wetland phases (Mama Rhonda). Mama Rhonda lake drainage at 1.1 cal ka BP was followed by gradual accumulation of terrestrial peat and top-down refreezing of the lake talik. A significant lower organic carbon content was measured in Grandma Rhonda deposits (mean TOC of 2.5 wt%) than in Mama Rhonda deposits (mean TOC of 7.9 wt%) highlighting the impact of thermokarst dynamics on biogeochemical cycling in different lake generations by thawing and mobilization of organic carbon into the lake system.
Proximal and distal sediment cores from Peatball Lake on the Arctic Coastal Plain of Alaska revealed young thermokarst dynamics since about 1,400 years along a depositional gradient based on reconstructions from shoreline expansion rates and absolute dating results. After its initiation as a remnant pond of a previous drained lake basin, a rapidly deepening lake with increasing oxygenation of the water column is evident from laminated sediments, and higher Fe/Ti and Fe/S ratios in the sediment. The sediment record archived characterizing shifts in depositional regimes and sediment sources from upland deposits and re-deposited sediments from drained thaw lake basins depending on the gradually changing shoreline configuration. These changes are evident from alternating organic inputs into the lake system which highlights the potential for thermokarst lakes to recycle old carbon from degrading permafrost deposits of its catchment.
The lake sediment record from Herschel Island in the Yukon (Canada) covers the full Holocene period. After its initiation as a thermokarst lake at 11.7 cal ka BP and intense thermokarst activity until 10.0 cal ka BP, the steady sedimentation was interrupted by a depositional hiatus at 1.6 cal ka BP which likely resulted from lake drainage or allochthonous slumping due to collapsing shore lines. The specific setting of the lake on a push moraine composed of marine deposits is reflected in the sedimentary record. Freshening of the maturing lake is indicated by decreasing electrical conductivity in pore-water. Alternation of marine to freshwater ostracods and foraminifera confirms decreasing salinity as well but also reflects episodical re-deposition of allochthonous marine sediments.
Based on permafrost and lacustrine sediment records, this thesis shows examples of the Late Quaternary evolution of typical Arctic permafrost landscapes in central-eastern Beringia and the complex interaction of local disturbance processes, regional environmental dynamics and global climate patterns. This study confirms that thermokarst lakes are important agents of organic matter recycling in complex and continuously changing landscapes.
N2  - Derzeit werden deutliche Landschaftsveränderungen in der Arktis beobachtet, welche sich höchstwahrscheinlich zukünftig v.a. in den Permafrostregionen verstärken, da diese besonders empfindlich auf Klimaveränderungen reagieren. Um derzeitige und zukünftige Entwicklungen einschätzen zu können, ist es wichtig vergangene Umweltprozesse zu verstehen. Ursachen und Wechselwirkungen von Umweltveränderungen können nur bedingt durch instrumentelle Aufzeichnungen erklärt werden, doch Paleo-Umweltarchive können weit in die Vergangenheit reichende Umweltdynamiken aufzeichnen. Seesedimente sind wichtige Archive, die lokale limnogeologische Prozesse, aber auch direkt oder indirekt klimatisch gesteuerte Umweltveränderungen der Vergangenheit aufzeichnen. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, spätquartäre Permafrost- und Thermokarstdynamik im zentral-östlichen Beringia zu rekonstruieren. Beringia umfasst jene terrestrische Landmasse, welche Eurasien und Nord-Amerika zu Zeiten von Meeresspiegeltiefständen verband. Um die Entwicklung, die Prozesse und den Einfluss von Thermokarstdynamik zu untersuchen, wurden mehrere Sedimentkerne von rezenten Seen und ausgelaufenen Seebecken analysiert, um folgende Forschungsfragen zu beantworten:
1. Zu welcher Zeit degradierte Permafrost und wann entwickelten sich Thermokarstseen? Was waren hemmende oder verstärkende Faktoren?
2. Was sind dominierende Prozesse während der Entwicklung von Thermokarstseen und wie spiegeln sich diese in Proxy-Aufzeichnungen wieder?
3. Wie hat Thermokarstdynamik damals und heute zur Bedeutung von organischer Substanz in Sedimenten und im Kohlenstoffkreislauf beigetragen?
Die in dieser Arbeit angewandten Methoden basieren auf einem sogenannten „multi-proxy“ Ansatz, der sedimentologische, geochemische, geochronologische und mikropaläontologische Analysen, sowie die Untersuchung von stabilen Isotopen und die Hydrochemie von Porenwasser und -eis, verbindet. Feldmessungen der modernen Wasserqualität und Beckenmorphometrie komplettieren die Umweltuntersuchungen.
Auf Grundlage der untersuchten Sedimentkerne lässt sich die Degradation von Permafrost und die Dynamik von Thermokarst auf zeitlich verschiedenen Skalen rekonstruieren. Die Analyse eines Sedimentkerns vom GG-Becken auf der nördlichen Seward-Halbinsel (Alaska) zeigt eine vorwiegend terrestrische Akkumulation von Yedoma während des Früh- und Mittel-Wisconsin mit zwischenzeitlich feuchteren Verhältnissen zwischen 44,5 und 41,5 ka BP. Diese frühe Feuchtgebietsphase wurde durch die Akkumulation einer 1 m dicken Tephra-Lage beendet, welche sehr wahrscheinlich von der Eruption des heutigen South Killeak Maar vor etwa 42.000 Jahren stammt. Eine Schichtlücke im Sedimentkern von etwa 22,5 und 0,23 ka BP gibt einen Hinweis auf Thermokarstentwicklung in der Umgebung der Kernlokation, welche bis heute ein Yedoma-Rudiment bildet. Der Thermokarstsee, der GG-Becken formte, entstand 230 ± 30 cal a BP und drainierte im Frühling 2005 AD. Vier Jahre nach der Drainage war der Talik des Sees in einer Tiefe von 268 cm noch ungefroren.
Ein Permafrostkern vom Mama Rhonda-Becken auf der nördlichen Seward-Halbinsel archivierte eine vollständige limnische Fazies mit mehreren Seephasen. Die erste Seegeneration entstand am Übergang vom Spätglazial zum Frühholozän um etwa 11,8 cal ka BP; das alte Seebecken (Grandma Rhonda) ist bis heute südlich der Kernlokation erhalten. Etwa um 9,0 cal ka BP entwickelte sich ein eher flaches und dynamisches Seesystem mit aktiv erodierenden Ufern und potenziell zwischengeschalteten Flachwasser- oder Feuchtgebietsphasen (Mama Rhonda). Die Drainage vom Mama Rhonda-See etwa 1,1 cal ka BP wurde gefolgt von gradueller Torfakkumulation und einem von oben zurückfrierenden See-Talik Es wurde ein deutlich geringerer organischer Kohlenstoff-Gehalt in Grandma Rhonda-Ablagerungen (TOC im Mittel 2,5 Gew.-%) festgestellt, als in Mama Rhonda Ablagerungen (TOC im Mittel 7,9 Gew.-%). Dies zeigt den bedeutenden Einfluss von Thermokarst auf biogeochemische Kreisläufe, da in verschiedenen Seegenerationen organischen Kohlenstoff durch Permafrost-Tauen im Seesystem mobilisiert wird.
Seesedimentkerne aus der Uferzone und dem zentralen Bereich von Peatball Lake auf der Arktischen Küstenebene von Alaska, ergaben eine junge Thermokarstdynamik von 1.400 Jahren, welche auf der Basis von absoluten Datierungen und Uferexpansionsraten rekonstruiert wurde. Nach der Seeinitiierung als Rest-See eines zuvor ausgelaufenen Seebeckens, vertiefte sich Peatball Lake verhältnismäßig schnell mit zunehmender Sauerstoffanreicherung der Wassersäule, wie aus laminierten Sedimenten und hohen Fe/Ti- und Fe/S-Verhältnissen im Sediment ersichtlich ist. Die Sedimente von Peatball Lake archivierten einen Wechsel des Ablagerungsregimes bei Ausdehnung der Seefläche und einen Wechsel der Sedimentquelle von ursprünglichen, rein terrestrischen Ablagerungen und bereits umgelagerten Sedimenten aus drainierten Seebecken.  Angezeigt wird dieser Wechsel durch eine Veränderung im Eintrag organischen Materials in das Seesystem, was wiederum das Potential von Thermokarstseen bei der Aufarbeitung alten Kohlenstoffs aus degradierendem Permafrost im Einzugsgebiet verdeutlicht.
Der Seesedimentkern von der Herschel Insel im Yukon (Kanada) deckt das gesamte Holozän ab.  Nach der Seeentstehung um 11,7 cal ka BP und einer Zeit intensiver Thermokarstaktivität bis 11,0 cal ka BP, wird die Phase einer eher kontinuierlichen Sedimentation von einer Schichtlücke um 1,6 cal ka BP unterbrochen. Diese wurde entweder durch die Drainage des Sees oder einer allochthonen Rutschung instabiler Uferlinien verursacht. Die spezielle Situation des Sees auf einer Stauchendmoräne aus marinem Material spiegelt sich auch in dem Seesedimentarchiv wieder. Das Aussüßen des wachsenden Sees wird durch die abnehmende elektrische Leitfähigkeit im Porenwasser angezeigt. Der Wechsel von marinen und Süßwasserostrakoden- und Foraminiferengemeinschaften bestätigt zum einen die abnehmende Salinität des Sees, aber zeigt zum anderen auch episodische Umlagerung von allochthonem, marinem Sediment.
Auf der Grundlange von Permafrost- und Seesedimentkernen zeigt diese Arbeit Beispiele spätquartärer Entwicklungsgeschichte typischer Arktischer Permafrostlandschaften im zentral-östlichen Beringia. Es werden komplexe Zusammenhänge zwischen lokalen Störungsprozessen, regionaler Umweltdynamik und globalen Klimaveränderungen aufgezeigt. Thermokarstseen spielen dabei eine wichtige Rolle im sich kontinuierlich verändernden Landschaftsbild der hohen Breiten und im Stoffkreislauf bei der Aufarbeitung organischer Substanz.
KW  - paleolimnology
KW  - permafrost degradation
KW  - periglacial landscape evolution
KW  - thermokarst processes
KW  - carbon cycling
KW  - central-eastern Beringia
KW  - Paläolimnologie
KW  - Permafrostdegradation
KW  - periglaziale Landschaftsentwicklung
KW  - Thermokarstprozesse
KW  - Kohlenstoffkreislauf
KW  - zentral-östliches Beringia
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-101364
ER  - 
TY  - THES
A1  - Bäse, Frank
T1  - Interception loss of changing land covers in the humid tropical lowland of Latin America
T1  - Der Zusammenhang von Interzeptionsverlust und Landnutzungswandel im feucht-tropischen Flachland Latein Amerikas
BT  - A synthesis of experimental and modeling approaches
BT  - Eine Synthese aus experimentellem und modellgestütztem Ansatz
N2  - Das Gebiet der feuchten Tropen ist die am stärksten durch den Landnutzungswandel betroffene Region der Erde. Vor allem die Rodung tropischer Wälder, um Platz für Rinderweiden oder den Anbau von Soja zu schaffen, aber auch seit jüngster Zeit die Bemühungen um Wiederaufforstungen prägen diesen Landnutzungswandel. Dabei beeinflusst die Änderung der Vegetationsbedeckung den regionalen Wasserhaushalt auf vielfältige Weise. Betroffen ist unter anderem die Verdunstung von feuchten Oberflächen. Die so genannte Interzeptionsverdunstung bzw. der Interzeptionsverlust trägt erheblich zum Wasserdampfgehalt in der unteren Atmosphäre und schließlich zur Niederschlagsbildung bei. 
Ziele dieser Dissertation waren (1) die experimentelle Untersuchung der Interzeptionsverlustunterschiede zwischen einem natürlichen, tropischen Wald und einer Sojaplantage im südlichen Amazonasgebiet, (2) die Modellierung des Interzeptionsverlustes dieser beiden Vegetationsformen im Vergleich zu einem jungen Sekundärwald unter dem Aspekt der Unsicherheiten bei der Ableitung notwendiger Modellparameter sowohl im Südamazonas als auch im Einzugsgebietes des Panamakanals sowie (3) die Wasserhaushaltsanalyse eines vom Landnutzungswandel geprägten Teileinzugsgebietes des Panamakanals in Hinblick auf die Veränderung der Interzeptionsverdunstung durch sich verändernde Landnutzung und der Änderung der klimatischen Bedingungen. 
Die Messung des Interzeptionsverlustes zeigte, dass in der Hauptwachstumsphase vom Soja von dessen Oberfläche mehr Wasserverdunstet als von der Oberfläche des Waldes. Allerdings ist in der Jahresbilanz der Interzeptionsverlust vom Wald höher, da diese Studie nur eine Momentaufnahme zur Zeit der vollen Vegetationsentwicklung des Sojas mit einem Zeitfenster von zwei Monaten widerspiegelt. Durch die geringere ganzjährige Verdunstung von den mit Soja bestandenen Flächen, wird hier der Niederschlag schneller dem Abfluss zugeführt und schell aus der Region ausgetragen. Somit trägt der Landnutzungswandel von Wald zu Soja zu einer mittelfristigen Reduktion des in der Region verfügbaren Wassers bei.
Die anschließende Modellierung des Interzeptionsverlustes zeigte Einerseits einen starken Einfluss der Datenqualität auf die Plausibilität der Ergebnisse und Andererseits, dass die Sensitivität der einzelnen Parameter zwischen den Untersuchungsgebieten variiert. Eine Schlüsselrolle nimmt die Wasserspeicherkapazität der Vegetationskrone ein. Dennoch ist die Evaporationsrate die treibende Größe im Interzeptionsprozess, so dass von ihr die größte Unsicherheit ausgeht. Je nach verwendeter Methode zur Ableitung dieses Parameters unterscheiden sich die gewonnenen Parameterwerte erheblich.
Die Wirkungsanalyse der Interzeptionsverdunstung auf den Wasserhaushalt im Wirkungsgeflecht der Änderungen von Temperatur, Niederschlag und Landnutzung im Landschaftsmosaik eines Flusseinzugsgebiets mit Hilfe eines Wasserhaushaltsmodels zeigte den Einfluss der Landnutzungsänderung auf die Abflussbildung mittels verschiedener Landnutzungsszenarien. Die Ergebnisse belegen, dass die Landnutzungsänderung im Gebiet nur einen geringen Einfluss auf den Jahresabfluss hat. Stärker scheint sich der gemessene Temperaturanstieg auf die Verdunstung auszuwirken. Der mit einer höheren Temperatur einhergehende Anstieg der Transpiration und Interzeptionsverdunstung gleicht die gemessene Zunahme des Gebietsniederschlages aus, sodass keine signifikanten Änderungen im Jahresabfluss nachgewiesen werden konnten.
Die Ergebnisse der drei Studien verdeutlichen den Einfluss der Landnutzung auf die Interzeptionsverdunstung. Allerdings veranschaulichten die Resultate der Wasserhaushalts-modellierung, wie sehr dieser Einfluss durch die Veränderung der äußeren Rahmenbedingungen, vor allem durch den Anstieg der Temperatur, überprägt werden kann. Dies belegt, dass eine einfache Übertragung der Ergebnisse zwischen den Untersuchungsgebiet nicht möglich ist. Somit bleibt die experimentelle Erhebung von Vegetationsparametern sowie des Interzeptionsverlustes an den jeweils zu untersuchenden Standort für die Anwendung von Modellen unerlässlich.
N2  - The humid tropics are the region with the highest rate of land-cover change worldwide. Especially prevalent is the deforestation of old-growth tropical forests to create space for cattle pastures and soybean fields. 
The regional water cycle is influenced by vegetation cover in various ways. Especially evapotranspiration considerably contributes to water vapor content in the lower atmosphere. Besides active transpiration by plants, evaporation from wetted plant surfaces further known as interception loss is an important supply of water vapor. Changes in interception loss due to change in land cover and the related consequences on the regional water cycle in the humid tropics of Latin America are the research focus of my thesis. (1) In an experimental setup I assess differences in interception loss between an old-growth tropical forest and a soybean plantation. (2) In a modeling study, I examine interception losses of these two vegetation types compared to a younger secondary forest with the use of the Gash interception model, including an uncertainty analysis for the estimation of the necessary model parameters. (3) Studying the water balance of a 192-km² catchment I disentangle the influences of changes in land cover and climatic factors on interception loss. 
The three different research sites in my thesis represent a currently typical spectrum for land-cover changes in Latin America. In the first example I study the consequences of deforestation of transitional forest, which forms the transition from the Brazilian tree savanna (cerrado) to tropical rain forest, for the establishment of soybean fields in the southern Amazon basin. The second study site is a young secondary forest within the “Agua Salud” project area in Panama as an example of reforestation of former pastures. The third study site is the Cirí Grande river catchment which comprises a mixture of young and old forests as well as pastures, which is typical for the southern sub-catchments of the Panama Canal. 
The experimental approach consists of the indirect estimation of interception loss by measuring throughfall and stem flow. For the first experimental study I measured throughfall as well as stem flow manually. Measurements of the leaf area index of the two land covers do not show distinct differences; hence it could not serve as an explanation for the differences in the measured interception loss. The considerably higher interception loss at the soybean field is attributed to a possible underestimation of stemflow but also to the stronger ventilation within the well-structured plant rows causing higher evaporation rates. This situation is valid only for two months of the rainy season, when soybean plants are fully developed. In the annual balance evapotranspiration at the soybean site is clearly less than at the forest site, accelerating the development of fast runoff components and consequently discharge. In the medium term, a reduction of water availability in the study area can be expected. 
For the modeling study, throughfall in a young secondary forest is sampled automatically. The resulting temporally high-resolution dataset allows the distinction between different precipitation and interception events. The core of this study is the sensitivity and uncertainty analysis of the Gash interception model parameters and the consequences for its results. Canopy storage capacity plays a key role for the model and parameter uncertainty. With increasing storage capacity uncertainty in parameter delineation also increases. Evaporation rate as the driving component of the interception process incorporates in this context the largest parameter uncertainty. Depending on the selected method for parameter estimation, parameter values may vary tremendously.
In the third study, I analyze the influence of interception loss on the water balance of the Cirí Grande catchment, incorporating the interlinked effects of temperature, precipitation and changes of the land use mosaic using the SWAT (soil water assessment tool) model. Constructing several land-cover scenarios I assess their influence on the catchment’s discharge. The results show that land-cover change exerts only a small influence on annual discharge in the Cirí Grande catchment whereas an increase in temperature markedly influences evapotranspiration. The temperature-induced larger transpiration and interception loss balances the simultaneous increase in annual precipitation, such that the resulting changes in annual discharge are negligible. 
The results of the three studies show the considerable effect of land cover on interception. However, the magnitude of this effect can be masked by changes in local conditions, especially by an increase in temperature. Hence, the results cannot be transferred easily between the different study sites. For modeling purposes, this means that measurements of vegetation characteristics as well as interception loss at the respective sites are indispensable.
KW  - geoecology
KW  - interception
KW  - hydrology
KW  - Geoökologie
KW  - Interzeptionsverdunstung
KW  - Hydrologie
KW  - Lateinamerika
KW  - Latin America
Y1  - 2016
ER  - 
TY  - THES
A1  - Dräger, Nadine
T1  - Holocene climate and environmental variability in NE Germany inferred from annually laminated lake sediments
T1  - Rekonstruktion Holozäner Klima- und Umweltveränderungen in NO Deutschland anhand von jährlich geschichteten Seesedimenten
N2  - Understanding the role of natural climate variability under the pressure of human induced changes of climate and landscapes, is crucial to improve future projections and adaption strategies. This doctoral thesis aims to reconstruct Holocene climate and environmental changes in NE Germany based on annually laminated lake sediments. The work contributes to the ICLEA project (Integrated CLimate and Landscape Evolution Analyses). ICLEA intends to compare multiple high-resolution proxy records with independent chronologies from the N central European lowlands, in order to disentangle the impact of climate change and human land use on landscape development during the Lateglacial and Holocene. In this respect, two study sites in NE Germany are investigated in this doctoral project, Lake Tiefer See and palaeolake Wukenfurche. While both sediment records are studied with a combination of high-resolution sediment microfacies and geochemical analyses (e.g. µ-XRF, carbon geochemistry and stable isotopes), detailed proxy understanding mainly focused on the continuous 7.7 m long sediment core from Lake Tiefer See covering the last ~6000 years. Three main objectives are pursued at Lake Tiefer See: (1) to perform a reliable and independent chronology, (2) to establish microfacies and geochemical proxies as indicators for climate and environmental changes, and (3) to trace the effects of climate variability and human activity on sediment deposition.
Addressing the first aim, a reliable chronology of Lake Tiefer See is compiled by using a multiple-dating concept. Varve counting and tephra findings form the chronological framework for the last ~6000 years. The good agreement with independent radiocarbon dates of terrestrial plant remains verifies the robustness of the age model. The resulting reliable and independent chronology of Lake Tiefer See and, additionally, the identification of nine tephras provide a valuable base for detailed comparison and synchronization of the Lake Tiefer See data set with other climate records. The sediment profile of Lake Tiefer See exhibits striking alternations between well-varved and non-varved sediment intervals. The combination of microfacies, geochemical and microfossil (i.e. Cladocera and diatom) analyses indicates that these changes of varve preservation are caused by variations of lake circulation in Lake Tiefer See. An exception is the well-varved sediment deposited since AD 1924, which is mainly influenced by human-induced lake eutrophication. Well-varved intervals before the 20th century are considered to reflect phases of reduced lake circulation and, consequently, stronger anoxic conditions. Instead, non-varved intervals indicate increased lake circulation in Lake Tiefer See, leading to more oxygenated conditions at the lake ground. Furthermore, lake circulation is not only influencing sediment deposition, but also geochemical processes in the lake. As, for example, the proxy meaning of δ13COM varies in time in response to changes of the oxygen regime in the lake hypolinion. During reduced lake circulation and stronger anoxic conditions δ13COM is influenced by microbial carbon cycling. In contrast, organic matter degradation controls δ13COM during phases of intensified lake circulation and more oxygenated conditions. The varve preservation indicates an increasing trend of lake circulation at Lake Tiefer See after ~4000 cal a BP. This trend is superimposed by decadal to centennial scale variability of lake circulation intensity. Comparison to other records in Central Europe suggests that the long-term trend is probably related to gradual changes in Northern Hemisphere orbital forcing, which induced colder and windier conditions in Central Europe and, therefore, reinforced lake circulation. Decadal to centennial scale periods of increased lake circulation coincide with settlement phases at Lake Tiefer See, as inferred from pollen data of the same sediment record. Deforestation reduced the wind shelter of the lake, which probably increased the sensitivity of lake circulation to wind stress. However, results of this thesis also suggest that several of these phases of increased lake circulation are additionally reinforced by climate changes. A first indication is provided by the comparison to the Baltic Sea record, which shows striking correspondence between major non-varved intervals at Lake Tiefer See and bioturbated sediments in the Baltic Sea. Furthermore, a preliminary comparison to the ICLEA study site Lake Czechowskie (N central Poland) shows a coincidence of at least three phases of increased lake circulation in both lakes, which concur with periods of known climate changes (2.8 ka event, ’Migration Period’ and ’Little Ice Age’). These results suggest an additional over-regional climate forcing also on short term increased of lake circulation in Lake Tiefer See.
In summary, the results of this thesis suggest that lake circulation at Lake Tiefer See is driven by a combination of long-term and short-term climate changes as well as of anthropogenic deforestation phases. Furthermore, the lake circulation drives geochemical cycles in the lake affecting the meaning of proxy data. Therefore, the work presented here expands the knowledge of climate and environmental variability in NE Germany. Furthermore, the integration of the Lake Tiefer See multi-proxy record in a regional comparison with another ICLEA side, Lake Czechowskie, enabled to better decipher climate changes and human impact on the lake system. These first results suggest a huge potential for further detailed regional comparisons to better understand palaeoclimate dynamics in N central Europe.
N2  - Es ist von großer Bedeutung die natürliche Klimavariabilität unter dem Einfluss menschlich verursachter Klimaänderungen zu verstehen, um Zukunftsprognosen und Adaptionsstrategien zu verbessern. Die Hauptzielsetzung der vorliegenden Doktorarbeit ist die Rekonstruktion von Klima- und Umweltveränderungen während des Holozäns in NO Deutschland anhand von jährlich geschichteten Seesedimenten. Diese Arbeit ist ein Beitrag zum ICLEA Projekt (integrierte Klima- und Landschaftsentwicklungsanalyse). ICLEA strebt den Vergleich von mehreren hochaufgelösten Proxy- Archiven aus dem Nord-zentral europäischen Tiefland an, um Einflüsse von Mensch und Klima auf die Landschaftsentwicklung auseinander zu dividieren. Demnach werden in diesem Doktorprojekt zwei Gebiete untersucht: der Tiefe See und der verlandete See Wukenfurche. Während beide Sedimentarchive mit einer Kombination aus hochaufgelösten sedimentmikrofaziellen und -geochemischen Methoden untersucht werden, konzentriert sich die detaillierte Untersuchung der Proxy-Bedeutung auf den kontinuierlichen 7,7mlangen Sedimentkern vom Tiefer See, der die letzten 6000 Jahre abdeckt. Drei Hauptziele werden am Tiefen See verfolgt: (1) das Erstellen einer robusten und unabhängigen Chronologie (2) das Etablieren von mikrofaziellen und geochemischen Proxies als Indikatoren für Klima- und Landschaftsveränderungen und (3) das Ableiten von Klimaveränderungen und menschlichem Einfluss auf die Sedimentablagerung. 
Zum Erreichen des ersten Zieles wurde eine robuste Chronologie mit Hilfe eines multiplen Datierungsansatzes erstellt. Das Zusammenführen der Warvenzählung und Tephra-Funden bildet dabei das Gerüst für die Chronologie der letzten 6000 Jahre, deren Stabilität durch die gute Übereinstimmung mit unabhängigen Radiokarbondatierungen bestätigt wird. Diese robuste und unabhängige Chronologie und die zusätzlichen neun Tephra-Funde bieten die Basis für den detaillierten Vergleich und die Synchronisation des Tiefen See Datensatzes mit anderen Klimaarchiven. Das Sedimentprofil vom Tiefen See zeigt markante Wechsel zwischen gut warvierten und nicht warvierten Sedimentabschnitten auf. Die kombinierte Untersuchung der Mikrofazies, der Geochemie und von Mikrofossilien (d.h. Cladoceren und Diatomeen) zeigte, dass diese Veränderungen der Warvenerhaltung auf Änderungen der Seezirkulation zurückzuführen sind. Ausgenommen ist der rezente warvierte Abschnitt ab AD 1924, der hauptsächlich durch menschlich verursachte Seeeutrophierung beeinflusst ist. Warvierte Abschnitte vor dem 20. Jahrhundert sind durch verringerte Seezirkulation und die damit verbundenen stärkeren anoxischen Bedingungen im See hervorgerufen worden. Die Ablagerung von nicht warvierten Sedimenten weist auf stärkere Seezirkulation und sauerstoffreichere Bedingungen am Seegrund hin. Die Seezirkulation beeinflusst zusätzlich zum Sedimentmuster auch geochemische Prozesse im See. Zum Beispiel verändert sich die Proxy-Bedeutung der stabilen Kohlenstoffisotope von organischem Material (δ13COM) in Reaktion auf das veränderte Sauerstoffregime. Während geringer Seezirkulation und stärkeren anoxischen Bedingungen werden stark negative δ13COM Werte durch mikrobielle Aktivität hervorgerufen. Im Gegensatz verursachen Phasen mit verstärkter Seezirkulation positivere δ13COM Werte, was vermutlich auf stärkeren Abbau von organischem Material im sauerstoffangereicherten Milieu am Seegrund zurückzuführen ist. Die Warvenerhaltung zeigt einen ansteigenden Trend der Seezirkulation im Tiefen See nach ungefähr 4000 Jahre vor heute an. Dieser Trend ist überlagert mit kurzzeitigen Seezirkulationsveränderungen auf dekadischen Zeitskalen. Der Vergleich mit anderen Archiven in Zentral-Europa lässt darauf schließen, dass der Langzeittrend wahrscheinlich auf graduelle Veränderungen der orbitalen Parameter zurückzuführen ist, was kühlere und windigere Bedingungen in Zentral-Europa hervorgerufen hatte und damit die Seezirkulation im Tiefen See verstärkt hat. Die kurzzeitigen Phasen von verstärkter Seezirkulation fallen mit Siedlungsperioden am Tiefen See zusammen, die mit Pollendaten vom selben Sedimentkern rekonstruiert wurden. Die Waldrodung verringerte den Windschutz des Sees, was möglicherweise zu einer erhöhten Sensitivität der Seezirkulation zu Windstress geführt hat. Ein erster Vergleich des Tiefen Sees zu dem ICLEA Untersuchungsgebiet des Czechowskie See zeigt, dass in beiden Seen drei gemeinsame Phasen verstärkter Seezirkulation auftreten, die auch mit bekannten Zeiten veränderter Klimabedingungen zusammenfallen (2.8 ka event, Migrationsperiode und die Kleine Eiszeit). Diese Ergebnisse zeigen, dass die Seezirkulation von einer Kombination aus Klimaveränderung auf langen und kurzen Zeitskalen und der Abholzung des Menschen angetrieben wird.
Zusammengefasst erweitert die hier vorliegende Arbeit das Wissen von Klima und Umweltveränderungen in NO Deutschland. Zudem wird gezeigt, dass ein regionaler Vergleich verschiedener Untersuchungsgebieten mit unabhängigen Chronologien ein verbessertes Auseinanderhalten von Klimaeinflüssen und menschlichen Einflüssen auf die Seesysteme ermöglicht. Damit kann ein verbessertes Verständnis der Paläoklimadynamik in Zentral-Europa gewonnen werden.
KW  - palaeoclimate
KW  - Paläoklima
KW  - Holocene
KW  - Holozän
KW  - varved lake sediments
KW  - warvierte Seesedimente
KW  - Tiefer See
KW  - Tiefer See
KW  - human impact
KW  - menschliche Einflüsse
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-103037
ER  - 
TY  - THES
A1  - Chen, Kejie
T1  - Real-time GNSS for fast seismic source inversion and tsunami early warning
T1  - Echtzeit-GNSS für schnelle seismischen Quelle Inversion und Tsunami-Frühwarnsystem
N2  - Over the past decades, rapid and constant advances have motivated GNSS technology to approach the ability to monitor transient ground motions with mm to cm accuracy in real-time. As a result, the potential of using real-time GNSS for natural hazards prediction and early warning has been exploited intensively in recent years, e.g., landslides and volcanic eruptions monitoring. Of particular note, compared with traditional seismic instruments, GNSS does not saturate or tilt in terms of co-seismic displacement retrieving, which makes it especially valuable for earthquake and earthquake induced tsunami early warning. In this thesis, we focus on the application of real-time GNSS to fast seismic source inversion and tsunami early warning. 

Firstly, we present a new approach to get precise co-seismic displacements using cost effective single-frequency receivers. As is well known, with regard to high precision positioning, the main obstacle for single-frequency GPS receiver is ionospheric delay. Considering that over a few minutes, the change of ionospheric delay is almost linear, we constructed a linear model for each satellite to predict ionospheric delay. The effectiveness of this method has been validated by an out-door experiment and 2011 Tohoku event, which confirms feasibility of using dense GPS networks for geo-hazard early warning at an affordable cost.  

Secondly, we extended temporal point positioning from GPS-only to GPS/GLONASS and assessed the potential benefits of multi-GNSS for co-seismic displacement determination. Out-door experiments reveal that when observations are conducted in an adversary environment, adding a couple of GLONASS satellites could provide more reliable results. The case study of 2015 Illapel Mw 8.3 earthquake shows that the biases between co-seismic displacements derived from GPS-only and GPS/GLONASS vary from station to station, and could be up to 2 cm in horizontal direction and almost 3 cm in vertical direction. Furthermore, slips inverted from GPS/GLONASS co-seismic displacements using a layered crust structure on a curved plane are shallower and larger for the Illapel event.          

Thirdly, we tested different inversion tools and discussed the uncertainties of using real-time GNSS for tsunami early warning. To be exact, centroid moment tensor inversion, uniform slip inversion using a single Okada fault and distributed slip inversion in layered crust on a curved plane were conducted using co-seismic displacements recorded during 2014 Pisagua earthquake. While the inversion results give similar magnitude and the rupture center, there are significant differences in depth, strike, dip and rake angles, which lead to different tsunami propagation scenarios. Even though, resulting tsunami forecasting along the Chilean coast is close to each other for all three models. 
   
Finally, based on the fact that the positioning performance of BDS is now equivalent to GPS in Asia-Pacific area and Manila subduction zone has been identified as a zone of potential tsunami hazard, we suggested a conceptual BDS/GPS network for tsunami early warning in South China Sea. Numerical simulations with two earthquakes (Mw 8.0 and Mw 7.5) and induced tsunamis demonstrate the viability of this network. In addition, the advantage of BDS/GPS over a single GNSS system by source inversion grows with decreasing earthquake magnitudes.
N2  - In den letzten Jahrzehnten haben schnelle und ständige Fortschritte die GNSS Technologie motiviert, die Fähigkeit zu erreichen, vorübergehende Bodenbewegungen mit einer Genauigkeit von mm bis cm in Echtzeit zu überwachen. Als Ergebnis wurde das Potential der Benutzung von Echtzeit GNSS zur Vorhersage von Naturgefährdungen und Frühwarnungen in den letzten Jahren intensiv ausgenutzt, zum Beispiel beim Beobachten von Hangrutschungen und vulkanischen Eruptionen. Besonders im Vergleich mit traditionellen seismischen Instrumenten tritt bei GNSS bei seismischen Verschiebungen keine Sättigung oder Neigung auf, was es für Erdbeben und durch Erdbeben induzierte Tsunamis besonders wertvoll macht. In dieser Arbeit richtet sich der Fokus auf die Anwendung von Echtzeit GNSS auf schnelle seismische Quelleninversion und Tsunami Frühwarnung.
Zuerst präsentieren wir einen neuen Ansatz, um präzise seismische Verschiebungen durch kosteneffiziente Einzelfrequenz-Empfänger zu erhalten. Wie in Bezug auf Hochpräzisions-Positionierung bekannt ist, ist das hauptsächliche Hindernis für Einzelfrequenz-GPS die Verzögerung durch die Ionosphäre. Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die Änderung in der ionosphärischen Verzögerung über mehrere Minuten hinweg linear ist, haben wir ein lineares Modell für jeden Satelliten konstruiert, um die ionosphärische Verzögerung vorherzusagen. Die Effizienz dieser Methode wurde bei einem Freiluft-Experiment und bei dem Tohoku Ereignis 2011 validiert, was die Verwendbarkeit eines dichten GPS Netzwerks für Frühwarnung vor Geo-Gefahren bei vertretbaren Kosten bestätigt.
Als Zweites haben wir die zeitliche Punkt-Positionierung von GPS-only zu GPS/GLONASS erweitert und den potentiellen Nutzen von Multi-GPNSS für die Bestimmung seismischer Verschiebungen bewertet. Freiluft-Experimente zeigen, dass zusätzliche GLONASS Satelliten in feindlicher Umgebung verlässlichere Ergebnisse liefern könnten. Die Fallstudie vom 2015 Illapel Erdbeben mit 8,3 Mw zeigt, dass die mit GPS-only und GPS/GLONASS abgeleiteten seismischen Verschiebungen von Station zu Station variieren und bis zu 2 cm in horizontaler Richtung und beinahe 3 cm in vertikaler Richtung betragen könnten. Zudem sind Verwerfungen, die durch GPS/GLONASS seismische Verschiebungen umgekehrt sind und eine geschichtete Krustenstruktur benutzen, auf einer gekrümmten Ebene flacher und größer für das Illapel Ereignis.
Als Drittes haben wir verschiedene Inversionstools getestet und die Unsicherheiten der Benutzung von Echtzeit GNSS zur Tsunami Frühwarnung diskutiert. Um genau zu sein, wurden eine Schwerpunkts Momenten-Tensoren-Inversion, eine gleichmäßige Verwerfungsinversion bei Benutzung einer einzelnen Okada Verwerfung und eine verteilte Verwerfungs-Inversion in geschichteter Kruste auf einer gekrümmten Ebene durchgeführt. Dafür wurden seismische Verschiebungen genutzt, die beim Pisagua Erdbeben 2014 aufgezeichnet wurden. Während die Inversionsergebnisse ähnliche Magnituden und Bruchstellen liefern, gibt es signifikante Unterschiede bei Tiefe, Streichen, Einfalls- und Spanwinkel, was zu verschiedenen Tsunami Ausbreitungs-Szenarien führt. Trotzdem ist die resultierende Tsunami Vorhersage entlang der chilenischen Küste allen drei Modellen ähnlich.
Schlussendlich und basierend auf der Tatsache, dass die Positionierungsleistung von BDS nun äquivalent zu GPS im Asia-Pazifischen Raum ist und die Manila Subduktionszone als potentielle Tsunami Gefährdungszone identifiziert wurde, schlagen wir ein Konzept für ein BDS/GPS Netzwerk für die Tsunami Frühwarnung im Südchinesischen Meer vor. Numerische Simulationen mit zwei Erdbeben (Mw 8.0 und Mw 7.5) und induzierten Tsunamis demonstrieren die Realisierbarkeit dieses Netzwerks. Zusätzlich wächst der Vorteil von BDS/GPS gegenüber einem einzelnen GNSS Sytem bei steigender Quelleninversion mit abnehmender Erdbebenmagnitude.
KW  - global navigation satellite systems
KW  - seismic source inversion
KW  - tsunami early warning
KW  - GNSS
KW  - Quelle Inversion
KW  - Tsunami-Frühwarnsystem
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-93174
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wolter, Juliane
T1  - Mid- to Late Holocene environmental dynamics on the Yukon Coastal Plain and Herschel Island (Canada) - envidence from polygonal peatlands and lake sediment
Y1  - 2016
ER  - 
TY  - THES
A1  - Rieckh, Helene
T1  - Hydropedological analysis of erosion-affected soils in a hummocky ground-moraine landscape - interactions of water flow, dissolved carbon and particle transport, grop growth, and pedogenesis
Y1  - 2016
ER  -