TY  - THES
A1  - Schwarz, Dana
T1  - Nanoporous melamine resin materials
BT  - synthetic strategies, shape control and adsorption proberties
Y1  - 2015
ER  - 
TY  - THES
A1  - Neugebauer, Ina
T1  - Reconstructing climate from the Dead Sea sediment record using high-resolution micro-facies analyses
T1  - Klimarekonstruktion an Sedimentkernen des Toten Meeres an Hand hochaufgelöster Mikrofaziesanalysen
T2  - Dissertation
N2  - The sedimentary record of the Dead Sea is a key archive for reconstructing climate in the eastern Mediterranean region, as it stores the environmental and tectonic history of the Levant for the entire Quaternary. Moreover, the lake is located at the boundary between Mediterranean sub-humid to semi-arid and Saharo-Arabian hyper-arid climates, so that even small shifts in atmospheric circulation are sensitively recorded in the sediments. This DFG-funded doctoral project was carried out within the ICDP Dead Sea Deep Drilling Project (DSDDP) that intended to gain the first long, continuous and high-resolution sediment core from the deep Dead Sea basin. The drilling campaign was performed in winter 2010-11 and more than 700 m of sediments were recovered. The main aim of this thesis was (1) to establish the lithostratigraphic framework for the ~455 m long sediment core from the deep Dead Sea basin and (2) to apply high-resolution micro-facies analyses for reconstructing and better understanding climate variability from the Dead Sea sediments. 
Addressing the first aim, the sedimentary facies of the ~455 m long deep-basin core 5017-1 were described in great detail and characterised through continuous overview-XRF element scanning and magnetic susceptibility measurements. Three facies groups were classified: (1) the marl facies group, (2) the halite facies group and (3) a group involving different expressions of massive, graded and slumped deposits including coarse clastic detritus. Core 5017-1 encompasses a succession of four main lithological units. Based on first radiocarbon and U-Th ages and correlation of these units to on-shore stratigraphic sections, the record comprises the last ca 220 ka, i.e. the upper part of the Amora Formation (parts of or entire penultimate interglacial and glacial), the last interglacial Samra Fm. (~135-75 ka), the last glacial Lisan Fm. (~75-14 ka) and the Holocene Ze’elim Formation. A major advancement of this record is that, for the first time, also transitional intervals were recovered that are missing in the exposed formations and that can now be studied in great detail.
Micro-facies analyses involve a combination of high-resolution microscopic thin section analysis and µXRF element scanning supported by magnetic susceptibility measurements. This approach allows identifying and characterising micro-facies types, detecting event layers and reconstructing past climate variability with up to seasonal resolution, given that the analysed sediments are annually laminated. Within this thesis, micro-facies analyses, supported by further sedimentological and geochemical analyses (grain size, X-ray diffraction, total organic carbon and calcium carbonate contents) and palynology, were applied for two time intervals:
(1) The early last glacial period ~117-75 ka was investigated focusing on millennial-scale hydroclimatic variations and lake level changes recorded in the sediments. Thereby, distinguishing six different micro-facies types with distinct geochemical and sedimentological characteristics allowed estimating relative lake level and water balance changes of the lake. Comparison of the results to other records in the Mediterranean region suggests a close link of the hydroclimate in the Levant to North Atlantic and Mediterranean climates during the time of the build-up of Northern hemisphere ice sheets during the early last glacial period.
(2) A mostly annually laminated late Holocene section (~3700-1700 cal yr BP) was analysed in unprecedented detail through a multi-proxy, inter-site correlation approach of a shallow-water core (DSEn) and its deep-basin counterpart (5017-1). Within this study, a ca 1500 years comprising time series of erosion and dust deposition events was established and anchored to the absolute time-scale through 14C dating and age modelling. A particular focus of this study was the characterisation of two dry periods, from ~3500 to 3300 and from ~3000 to 2400 cal yr BP, respectively. Thereby, a major outcome was the coincidence of the latter dry period with a period of moist and cold climate in Europe related to a Grand Solar Minimum around 2800 cal yr BP and an increase in flood events despite overall dry conditions in the Dead Sea region during that time. These contrasting climate signatures in Europe and at the Dead Sea were likely linked through complex teleconnections of atmospheric circulation, causing a change in synoptic weather patterns in the eastern Mediterranean.
In summary, within this doctorate the lithostratigraphic framework of a unique long sediment core from the deep Dead Sea basin is established, which serves as a base for any further high-resolution investigations on this core. It is demonstrated in two case studies that micro-facies analyses are an invaluable tool to understand the depositional processes in the Dead Sea and to decipher past climate variability in the Levant on millennial to seasonal time-scales. Hence, this work adds important knowledge helping to establish the deep Dead Sea record as a key climate archive of supra-regional significance.
N2  - Die Sedimente des Toten Meeres stellen ein wichtiges Archiv für Klimarekonstruktionen im ostmediterranen Raum dar, da die gesamte quartäre Umwelt- und Tektonikgeschichte der Levante darin gespeichert ist. Außerdem führt die Lage des Sees im Grenzbereich zwischen mediterranem subhumidem bis semiaridem Klima und saharo-arabischem hyperaridem Klima dazu, dass selbst kleine Veränderungen der atmosphärischen Zirkulation sensibel in den Sedimenten verzeichnet werden. Diese Doktorarbeit wurde von der DFG finanziert und im Rahmen des ICDP Dead Sea Deep Drilling Project (DSDDP) durchgeführt, welches sich zur Aufgabe gestellt hat, den ersten langen, kontinuierlichen und hoch aufgelösten Sedimentkern vom tiefen Becken des Toten Meeres zu erlangen. Die Bohrkampagne fand im Winter 2010-11 statt, bei der mehr als 700 m Sedimente geteuft wurden. Die Zielsetzung dieser Doktorarbeit beinhaltete (1) den lithostratigraphischen Rahmen für den ~455 m langen Sedimentkern vom tiefen Becken des Toten Meeres zu erarbeiten und (2) hoch aufgelöste Mikrofazies-Analysen an den Sedimenten des Toten Meeres anzuwenden, um Klimavariabilität rekonstruieren und besser verstehen zu können.
Bezüglich erst genannter Zielsetzung wurden die Sedimentfazies des ~455 m langen Kerns 5017 1 vom tiefen Becken detailliert beschrieben und an Hand kontinuierlicher XRF Elementscanner-Daten und Messungen der magnetischen Suszeptibilität charakterisiert. Drei Faziesgruppen wurden unterschieden: (1) die Mergel-Faziesgruppe, (2) die Halit-Faziesgruppe und (3) eine verschiedene Ausprägungen massiver, gradierter oder umgelagerter Ablagerungen sowie grob-klastischen Detritus umfassende Gruppe. Der Kern 5017-1 ist durch die Abfolge von vier lithologischen Haupt-Einheiten charakterisiert. Basierend auf ersten Radiokarbon- und U Th- Altern und Korrelation dieser Einheiten mit den am Ufer aufgeschlossenen stratigraphischen Abschnitten, umfasst der Datensatz die letzten ca 220 Tausend Jahre (ka), einschließlich des oberen Abschnitts der Amora-Formation (Teile von oder gesamtes vorletztes Interglazial und Glazial), die Samra-Fm. des letzten Interglazials (~135-75 ka), die Lisan-Fm. des letzten Glazials (~75-14 ka) und die holozäne Ze’elim-Formation. Ein entscheidender Fortschritt dieses Records ist, dass erstmals Übergangsbereiche erfasst wurden, die in den aufgeschlossenen Formationen fehlen und nun detailliert studiert werden können.
Mikrofazies-Analysen umfassen eine Kombination hoch aufgelöster mikroskopischer Dünnschliff-Analysen und µXRF Elementscanning, die durch die Messung der magnetischen Suszeptibilität unterstützt werden. Dieser Ansatz erlaubt es, Mikrofazies-Typen zu identifizieren und zu charakterisieren, Eventlagen aufzuzeichnen und die Klimavariabilität der Vergangenheit mit bis zu saisonaler Auflösung zu rekonstruieren, vorausgesetzt, dass die zu analysierenden Sedimente jährlich laminiert sind. Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurden Mikrofazies-Analysen für zwei Zeitabschnitte angewendet, unterstützt durch weitere sedimentologische und geochemische Analysen (Korngrößen, Röntgen-Diffraktometrie, gesamter organischer Kohlenstoff- und Kalziumkarbonat-Gehalte) sowie Palynologie.
(1) Das frühe letzte Glazial ~117-75 ka wurde hinsichtlich hydroklimatischer Variationen und in den Sedimenten verzeichneter Seespiegeländerungen auf tausendjähriger Zeitskala untersucht. Dabei wurden sechs verschiedene Mikrofazies-Typen mit unterschiedlichen geochemischen und sedimentologischen Charakteristika bestimmt, wodurch relative Änderungen des Seespiegels und der Wasserbilanz des Sees abgeschätzt werden konnten. Ein Vergleich der Ergebnisse mit anderen Records aus dem Mittelmeerraum lässt vermuten, dass das Hydroklima der Levante eng mit dem nordatlantischen und mediterranen Klima während der Zeit des Aufbaus nordhemisphärischer Eisschilde im frühen letzten Glazial verknüpft war.
(2) Ein weitestgehend jährlich laminierter spätholozäner Abschnitt (~3700-1700 kal. J. BP – kalibrierte Jahre vor heute) wurde in größtem Detail an Hand eines Multiproxie-Ansatzes und durch Korrelation eines Flachwasser-Bohrkerns (DSEn) mit seinem Gegenstück aus dem tiefen Becken (5017-1) untersucht. In dieser Studie wurde eine ca. 1500 Jahre umfassende Zeitreihe von Erosions- und Staubablagerungs-Ereignissen erstellt und an Hand von 14C-Datierung und Altersmodellierung mit der absoluten Zeitskala verankert. Ein besonderer Fokus dieser Studie lag in der Charakterisierung zweier Trockenphasen, von ~3500 bis 3300 beziehungsweise von ~3000 bis 2400 kal. J. BP. Dabei war ein wichtiges Resultat, dass letztgenannte Trockenphase mit einer Phase feuchten und kühlen Klimas in Europa, in Zusammenhang mit einem solaren Minimum um 2800 kal. J. BP, zusammen fällt und dass trotz der generell trockeneren Bedingungen in der Toten Meer Region zu dieser Zeit verstärkt Flutereignisse verzeichnet wurden. Diese unterschiedlichen Klimasignaturen in Europa und am Toten Meer waren wahrscheinlich durch komplexe Telekonnektionen der atmosphärischen Zirkulation verknüpft, was eine Veränderung synoptischer Wettermuster im ostmediterranen Raum zur Folge hatte.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass innerhalb dieser Doktorarbeit der lithostratigraphische Rahmen eines einzigartigen, langen Sedimentkerns vom tiefen Becken des Toten Meeres erstellt wurde, welcher als Basis für jegliche weitere hoch aufgelöste Untersuchungen an diesem Kern dient. In zwei Fallstudien wird demonstriert, dass Mikrofazies-Analysen ein unschätzbares Werkzeug darstellen, Ablagerungsprozesse im Toten Meer zu verstehen und die Klimavariabilität der Vergangenheit in der Levante auf tausendjährigen bis saisonalen Zeitskalen zu entschlüsseln. Diese Arbeit enthält daher wichtige Erkenntnisse, die dabei helfen die Schlüsselstellung des Records vom tiefen Toten Meer als Klimaarchiv überregionaler Bedeutung zu etablieren.
KW  - Dead Sea
KW  - palaeoclimate
KW  - lake sediments
KW  - varves
KW  - Totes Meer
KW  - Paläoklima
KW  - Seesedimente
KW  - Warven
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-85266
ER  - 
TY  - THES
A1  - Sommerfeld, Anja
T1  - Quantification of internal variability of the arctic summer atmosphere based on HIRHAM5 ensemble simulations
T1  - Quantifizierung der modellinternen Variabilität der Arktischen Sommeratmosphäre basierend auf HIRHAM5 Ensemblesimulationen
N2  - The non-linear behaviour of the atmospheric dynamics is not well understood and makes the evaluation and usage of regional climate models (RCMs) difficult. Due to these non-linearities, chaos and internal variability (IV) within the RCMs are induced, leading to a sensitivity of RCMs to their initial conditions (IC). The IV is the ability of RCMs to realise different solutions of simulations that differ in their IC, but have the same lower and lateral boundary conditions (LBC), hence can be defined as the across-member spread between the ensemble members.
For the investigation of the IV and the dynamical and diabatic contributions generating the IV four ensembles of RCM simulations are performed with the atmospheric regional model HIRHAM5. The integration area is the Arctic and each ensemble consists of 20 members. The ensembles cover the time period from July to September for the years 2006, 2007, 2009 and 2012. The ensemble members have the same LBC and differ in their IC only. The different IC are arranged by an initialisation time that shifts successively by six hours. Within each ensemble the first simulation starts on 1st July at 00 UTC and the last simulation starts on 5th July at 18 UTC and each simulation runs until 30th September. The analysed time period ranges from 6th July to 30th September, the time period that is covered by all ensemble members. The model runs without any nudging to allow a free development of each simulation to get the full internal variability within the HIRHAM5.
As a measure of the model generated IV, the across-member standard deviation and the across-member variance is used and the dynamical and diabatic processes influencing the IV are estimated by applying a diagnostic budget study for the IV tendency of the potential temperature developed by Nikiema and Laprise [2010] and Nikiema and Laprise [2011]. The diagnostic budget study is based on the first law of thermodynamics for potential temperature and the mass-continuity equation. The resulting budget equation reveals seven contributions to the potential temperature IV tendency.
As a first study, this work analyses the IV within the HIRHAM5. Therefore, atmospheric circulation parameters and the potential temperature for all four ensemble years are investigated. Similar to previous studies, the IV fluctuates strongly in time. Further, due to the fact that all ensemble members are forced with the same LBC, the IV depends on the vertical level within the troposphere, with high values in the lower troposphere and at 500 hPa and low values in the upper troposphere and at the surface. By the same reason, the spatial distribution shows low values of IV at the boundaries of the model domain. 
The diagnostic budget study for the IV tendency of potential temperature reveals that the seven contributions fluctuate in time like the IV. However, the individual terms reach different absolute magnitudes. The budget study identifies the horizontal and vertical ‘baroclinic’ terms as the main contributors to the IV tendency, with the horizontal ‘baroclinic’ term producing and the vertical ‘baroclinic’ term reducing the IV. The other terms fluctuate around zero, because they are small in general or are balanced due to the domain average. 
The comparison of the results obtained for the four different ensembles (summers 2006, 2007, 2009 and 2012) reveals that on average the findings for each ensemble are quite similar concerning the magnitude and the general pattern of IV and its contributions. However, near the surface a weaker IV is produced with decreasing sea ice extent. This is caused by a smaller impact of the horizontal 'baroclinic' term over some regions and by the changing diabatic processes, particularly a more intense reducing tendency of the IV due to condensative heating. However, it has to be emphasised that the behaviour of the IV and its dynamical and diabatic contributions are influenced mainly by complex atmospheric feedbacks and large-scale processes and not by the sea ice distribution.
Additionally, a comparison with a second RCM covering the Arctic and using the same LBCs and IC is performed. For both models very similar results concerning the IV and its dynamical and diabatic contributions are found. Hence, this investigation leads to the conclusion that the IV is a natural phenomenon and is independent from the applied RCM.
N2  - Das nicht-lineare Verhalten der atmosphärischen Dynamik ist noch immer nicht ausreichend verstanden und daher sind die Evaluierung und die Anwendung von regionalen Klimamodellen (RCM) schwierig. Aufgrund dieser Nicht-Linearitäten wird Chaos und modellinterne Variabilität (IV) in RCMs erzeugt, was zur Sensitivität der RCMs bezüglich ihrer Anfangsbedingungen führt. Die IV ist die Fähigkeit von RCMs, verschiedene Lösungen für Simulationen zu erzeugen, die sich in ihren Anfangsbedingungen unterschieden, aber die gleichen unteren und seitlichen Randbedingungen aufweisen. Daher kann die IV als die Spannweite zwischen den Ensemblemitgliedern definiert werden.
Für die Untersuchung der IV und deren dynamische und diabatische Beiträge werden vier Ensembles mit dem atmosphärischen Regionalmodell HIRHAM5 erzeugt. Das Integrationsgebiet ist die Arktis und jedes Ensemble besteht aus 20 Ensemblemitgliedern. Die Ensembles umfassen den Zeitraum von Juli bis September für die Jahre 2006, 2007, 2009 und 2012. Die Mitglieder eines Ensembles haben alle die gleichen unteren und seitlichen Randbedingungen und unterscheiden sich nur in ihren Anfangsbedingungen. Die unterschiedlichen Anfangsbedingungen werden durch eine Verschiebung der Initialisierungszeit um jeweils 6 Stunden erzeugt. Innerhalb eines jeden Ensembles wird die erste Simulation am 1. Juli um 00 UTC gestartet und die letzte Simulation beginnt am 5. Juli um 18 UTC. Jede Simulation endet am 30. September. Um gleich lange Simulationen für die Auswertung zu gewährleisten, wird die Studie für den Zeitraum vom 6. Juli bis 30. September durchgeführt. Das Modell wird ohne Nudging betrieben, um jeder Simulation eine freie Entwicklung zu gewähren und damit die modellinterne Variabilität des HIRHAM5 vollständig zu erhalten.
Als Maβ für die im Modell generierte IV wird die Standardabweichung und die Varianz zwischen den Ensemblemitgliedern bestimmt. Die die IV beeinflussenden dynamischen und diabatischen Prozesse werden mit Hilfe der diagnostischen Budgetstudie zur Berechnung der IV Tendenz der potentiellen Temperatur bestimmt. Diese diagnostische Budgetstudie wurde von Nikiema and Laprise [2010] und Nikiema and Laprise [2011] entwickelt und basiert auf dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik für die potentielle Temperatur und der Massenkontinuitätsgleichung. Aus der resultierenden Budgetgleichung können sieben Terme, die zu der Tendenz der potentiellen Temperatur beitragen, berechnet werden.
In dieser Arbeit wird erstmalig die IV des HIRHAM5 analysiert. Dafür werden Parameter der atmosphärischen Zirkulation und die potentiellen Temperatur für alle vier Ensemblejahre analysiert. Wie auch frühere Studien zeigten, schwankt die IV stark mit der Zeit. Auβerdem wird eine vertikale Abhängigkeit der IV innerhalb der Troposphäre gefunden, mit hohen Werten in der unteren Troposphäre und in 500 hPa. Geringe Werte hingegen treten in der oberen Troposphäre und am Erdboden auf, da alle Ensemblemitglieder mit den gleichen Randbedingungen angetrieben werden. Daher zeigt auch die räumliche Verteilung niedrige IV Werte am Rand des Modellgebietes. 
Die diagnostische Budgetstudie für die IV Tendenz der potentiellen Temperatur verdeutlicht, dass die sieben Beiträge ebenfalls mit der Zeit schwanken wie die IV selbst. Jedoch erreichen die einzelnen Terme unterschiedliche Intensitäten. Mit Hilfe der Budgetstudie können der horizontale und vertikale 'Baroklinitätsterm' als die wichtigsten Beiträge zur Tendenz der IV ermittelt werden. Dabei trägt der horizontale 'Baroklinitätsterm' zur Produktion und der vertikale 'Baroklinitätsterm' zur Reduktion der IV bei. Die anderen Beiträge schwanken um Null, weil sie an sich klein oder aufgrund des Gebietsmittels ausbalanciert sind. 
Der Vergleich der Resultate für die Ensembles untereinander (Sommer 2006, 2007, 2009 und 2012) führt zu der Erkenntnis, das im Mittel die Ergebnisse für die IV und ihre Beiträge, die Gröβenordnung und die Muster betreffend, sehr ähnlich sind. Nur nahe der Erdoberfläche wird mit abnehmender Meereisausdehnung eine schwächere IV generiert. Dies ist bedingt durch einen geringeren Einfluss des horizontale 'Baroklinitätsterms' der in manchen Region auftritt sowie durch die sich ändernden diabatischen Prozesse (Tendenz zur intensiveren Reduktion der IV) aufgrund von Erwärmung durch Kondensation. Jedoch ist das Verhalten der IV und ihrer dynamischen und diabatischen Beiträge durch komplexe atmosphärische Rückkopplungen und groβskaligen Prozessen beeinflusst und nicht nur durch die Meereisverteilung.
Des Weiteren wird ein Vergleich mit einem zweiten RCM durchgeführt. Dieses zweite RCM wird mit den selben unteren und seitlichen Randbedingungen und Anfangsbedingungen angetrieben wie das HIRHAM5. Für beide Modelle werden sehr ähnliche Ergebnisse für die IV und ihre dynamischen und diabatischen Beiträge gefunden. Daher führt die Untersuchung zu dem Schluss, dass die IV ein natürlichen Phänomen und damit unabhängig von dem verwendeten RCM ist.
KW  - internal variability
KW  - modellinterne Variabilitaet
KW  - regional climate model
KW  - regionales Klimamodell
KW  - ensemble simulations
KW  - Ensemblesimulationen
KW  - arctic
KW  - Arktis
KW  - budget study
KW  - Budgetstudie
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-85347
ER  - 
TY  - THES
A1  - Chen, Zupeng
T1  - Novel strategies to improve (photo)catalytic performance of carbon 
nitride-based composites
Y1  - 2015
ER  - 
TY  - THES
A1  - Sborikas, Martynas
T1  - Preparation and characterization of acoustic electret and electromechanical properties of polypropylene ferroelectrets
Y1  - 2015
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kappel, David
T1  - Multi-spectrum retrieval of maps of Venus' surface emissivity in the infrared
T1  - Multispektrum-Retrieval von Karten der Oberflächenemissivität der Venus im Infrarotbereich
N2  - The main goal of this cumulative thesis is the derivation of surface emissivity data in the infrared from radiance measurements of Venus. Since these data are diagnostic of the chemical composition and grain size of the surface material, they can help to improve knowledge of the planet’s geology. Spectrally resolved images of nightside emissions in the range 1.0-5.1 μm were recently acquired by the InfraRed Mapping channel of the Visible and InfraRed Thermal Imaging Spectrometer (VIRTIS-M-IR) aboard ESA’s Venus EXpress (VEX). Surface and deep atmospheric thermal emissions in this spectral range are strongly obscured by the extremely opaque atmosphere, but three narrow spectral windows at 1.02, 1.10, and 1.18 μm allow the sounding of the surface. Additional windows between 1.3 and 2.6 μm provide information on atmospheric parameters that is required to interpret the surface signals. Quantitative data on surface and atmosphere can be retrieved from the measured spectra by comparing them to simulated spectra. A numerical radiative transfer model is used in this work to simulate the observable radiation as a function of atmospheric, surface, and instrumental parameters. It is a line-by-line model taking into account thermal emissions by surface and atmosphere as well as absorption and multiple scattering by gases and clouds. The VIRTIS-M-IR measurements are first preprocessed to obtain an optimal data basis for the subsequent steps. In this process, a detailed detector responsivity analysis enables the optimization of the data consistency. The measurement data have a relatively low spectral information content, and different parameter vectors can describe the same measured spectrum equally well. A usual method to regularize the retrieval of the wanted parameters from a measured spectrum is to take into account a priori mean values and standard deviations of the parameters to be retrieved. This decreases the probability to obtain unreasonable parameter values. The multi-spectrum retrieval algorithm MSR is developed to additionally consider physically realistic spatial and temporal a priori correlations between retrieval parameters describing different measurements. Neglecting geologic activity, MSR also allows the retrieval of an emissivity map as a parameter vector that is common to several spectrally resolved images that cover the same surface target. Even applying MSR, it is difficult to obtain reliable emissivity maps in absolute values. A detailed retrieval error analysis based on synthetic spectra reveals that this is mainly due to interferences from parameters that cannot be derived from the spectra themselves, but that have to be set to assumed values to enable the radiative transfer simulations. The MSR retrieval of emissivity maps relative to a fixed emissivity is shown to effectively avoid most emissivity retrieval errors. Relative emissivity maps at 1.02, 1.10, and 1.18 μm are finally derived from many VIRTIS-M-IR measurements that cover a surface target at Themis Regio. They are interpreted as spatial variations relative to an assumed emissivity mean of the target. It is verified that the maps are largely independent of the choice of many interfering parameters as well as the utilized measurement data set. These are the first Venus IR emissivity data maps based on a consistent application of a full radiative transfer simulation and a retrieval algorithm that respects a priori information. The maps are sufficiently reliable for future geologic interpretations.
N2  - Das Hauptziel dieser publikationsbasierten Dissertation ist die Ableitung von Oberflächenemissivitäts-Daten im Infraroten aus Radianzmessungen der Venus. Da diese Daten diagnostisch bezüglich chemischer Zusammensetzung und Korngröße des Oberflächenmaterials sind, können sie zur Erweiterung des Wissens über die Geologie des Planeten beitragen. Spektral aufgelöste Bilder von nachtseitigen Emissionen im Bereich 1.0-5.1 µm wurden kürzlich durch den Infrarot-Kartierungskanal des Abbildenden Spektrometers im Sichtbaren und Infraroten Bereich (VIRTIS-M-IR) an Bord der ESA-Sonde Venus Express (VEX) gewonnen. Die thermischen Emissionen der Oberfläche sowie der tiefen Atmosphäre werden in diesem Spektralbereich stark durch die extrem licht-undurchlässige Atmosphäre verschleiert, aber drei schmale spektrale Fenster bei 1.02, 1.10 und 1.18 µm ermöglichen die Sondierung der Oberfläche. Weitere Fenster zwischen 1.3 und 2.6 µm liefern Informationen über atmosphärische Parameter, die benötigt werden, um die Oberflächensignale zu interpretieren. Quantitative Daten von Oberfläche und Atmosphäre können von den gemessenen Spektren durch Vergleiche mit simulierten Spektren abgeleitet werden. In dieser Arbeit wird ein numerisches Strahlungstransportmodell verwendet, um die beobachtbare Strahlung als Funktion von Atmosphären-, Oberflächen-, und Instrumentenparametern zu simulieren. Es ist ein Linie-für-Linie-Modell und berücksichtigt sowohl thermische Emissionen der Oberfläche und Atmosphäre, als auch Absorption und Mehrfachstreuung durch Gase und Wolken. Die VIRTIS-M-IR-Messungen werden zunächst vorverarbeitet, um eine optimale Datenbasis für die nachfolgenden Schritte zu erhalten. Eine detaillierte Analyse des Detektoransprechvermögens ermöglicht dabei die Optimierung der Datenkonsistenz. Die Messdaten haben einen vergleichsweise geringen spektralen Informationsgehalt, und verschiedene Parametervektoren können ein- und dasselbe gemessene Spektrum gleich gut beschreiben. Eine übliche Maßnahme, das Retrieval der gesuchten Parameter aus einem gemessenem Spektrum zu regularisieren, ist die Berücksichtigung von a-priori-Mittelwerten und -Standardabweichungen der zu bestimmenden Parameter. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit verringert, unrealistische Parameterwerte zu erhalten. Es wird der Multispektrum-Retrieval-Algorithmus MSR entwickelt, um zusätzlich physikalisch realistische räumliche und zeitliche a-priori-Korrelationen zwischen Retrievalparametern, die verschiedene Messungen beschreiben, berücksichtigen zu können. Vernachlässigt man geologische Aktivität, kann mittels MSR auch eine Emissivitätskarte in Form eines Parametervektors bestimmt werden, der verschiedenen spektral aufgelösten, denselben Oberflächenbereich überdeckenden Bildern gemeinsam ist. Selbst bei Anwendung von MSR ist es schwierig, verlässliche Karten für die Absolutwerte der Emissivität zu erhalten. Eine detaillierte Retrieval-Fehleranalyse, die auf synthetischen Spektren beruht, zeigt, dass dies hauptsächlich an Interferenzen von Parametern liegt, die nicht aus den Spektren selbst hergeleitet werden können. Um dennoch die Strahlungstransportsimulationen zu ermöglichen, müssen diese Parameter auf angenommene Werte gesetzt werden. Es wird nachgewiesen, dass durch ein MSR-Retrieval von Emissivitätskarten relativ zu einer festen Emissivität die meisten Fehler bei der Emissivitätsbestimmung effizient vermieden werden können. Abschließend werden relative Emissivitätskarten bei 1.02, 1.10 und 1.18 µm aus vielen VIRTIS-M-IR-Messungen bestimmt, die einen Oberflächenbereich in der Themis Regio überdecken. Diese Karten werden als räumliche Variationen relativ zu einer angenommenen mittleren Emissivität des Oberflächenbereichs interpretiert. Es wird nachgewiesen, dass die Karten von der Wahl vieler interferierender Parameter sowie von der Auswahl der zugrunde liegenden Messungen weitgehend unabhängig sind. Dieses sind die ersten Karten von Emissivitätsdaten der Venus im Infrarotbereich auf Basis der konsistenten Anwendung einer umfassenden Strahlungstransportsimulation und eines Retrievalalgorithmus, der a priori Informationen berücksichtigt. Die Karten sind hinreichend zuverlässig für zukünftige geologische Interpretationen.
KW  - Venus Express
KW  - VIRTIS
KW  - surface emissivity
KW  - infrared
KW  - radiative transfer
KW  - retrieval
KW  - multi-spectrum regularization
KW  - Venus Express
KW  - VIRTIS
KW  - Oberflächenemissivität
KW  - Infrarot
KW  - Strahlungstransport
KW  - Retrieval
KW  - Multi-Spektrum-Regularisierung
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-85301
ER  - 
TY  - THES
A1  - Lohren, Hanna
T1  - Mechanisms of mercury species-mediated neurotoxicity
BT  - transfer across brain brain barriers and toxicity in brain-associated cells
Y1  - 2015
ER  - 
TY  - THES
A1  - Weits, Daniel
T1  - Regulation of the molecular response to low oxygen in plants
Y1  - 2015
ER  - 
TY  - THES
A1  - Thieme, Christoph J.
T1  - Sequence and structure determinants of microRNA maturation and the elucidation of RNA transport in plants
Y1  - 2015
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hunke, Philip Paul
T1  - The Brazilian Cerrado: ecohydrological assessment of water and soil degradation in heavily modified meso-scale catchments
T1  - Der brasilianische Cerrado: ökohydrologische Analyse von Boden- und Wasserdegradierung in intensiv landwirtschaftlich genutzten mesoskaligen Einzugsgebieten
N2  - The Brazilian Cerrado is recognised as one of the most threatened biomes in the world, as the region has experienced a striking change from natural vegetation to intense cash crop production. The impacts of rapid agricultural expansion on soil and water resources are still poorly understood in the region. Therefore, the overall aim of the thesis is to improve our understanding of the ecohydrological processes causing water and soil degradation in the Brazilian Cerrado. 
I first present a metaanalysis to provide quantitative evidence and identifying the main impacts of soil and water alterations resulting from land use change. Second, field studies were conducted to (i) examine the effects of land use change on soils of natural cerrado transformed to common croplands and pasture and (ii) indicate how agricultural production affects water quality across a meso-scale catchment. Third, the ecohydrological process-based model SWAT was tested with simple scenario analyses to gain insight into the impacts of land use and climate change on the water cycling in the upper São Lourenço catchment which experienced decreasing discharges in the last 40 years.
Soil and water quality parameters from different land uses were extracted from 89 soil and 18 water studies in different regions across the Cerrado. Significant effects on pH, bulk density and available P and K for croplands and less-pronounced effects on pastures were evident. Soil total N did not differ between land uses because most of the cropland sites were N-fixing soybean cultivations, which are not artificially fertilized with N. By contrast, water quality studies showed N enrichment in agricultural catchments, indicating fertilizer impacts and potential susceptibility to eutrophication. Regardless of the land use, P is widely absent because of the high-fixing capacities of deeply weathered soils and the filtering capacity of riparian vegetation. Pesticides, however, were consistently detected throughout the entire aquatic system. In several case studies, extremely high-peak concentrations exceeded Brazilian and EU water quality limits, which pose serious health risks. 
My field study revealed that land conversion caused a significant reduction in infiltration rates near the soil surface of pasture (–96 %) and croplands (–90 % to –93 %). Soil aggregate stability was significantly reduced in croplands than in cerrado and pasture. Soybean crops had extremely high extractable P (80 mg kg–1), whereas pasture N levels declined. A snapshot water sampling showed strong seasonality in water quality parameters. Higher temperature, oxi-reduction potential (ORP), NO2–, and very low oxygen concentrations (<5 mg•l–1) and saturation (<60 %) were recorded during the rainy season. By contrast, remarkably high PO43– concentrations (up to 0.8 mg•l–1) were measured during the dry season. Water quality parameters were affected by agricultural activities at all sampled sub-catchments across the catchment, regardless of stream characteristic. Direct NO3– leaching appeared to play a minor role; however, water quality is affected by topsoil fertiliser inputs with impact on small low order streams and larger rivers. Land conversion leaving cropland soils more susceptible to surface erosion by increased overland flow events.
In a third study, the field data were used to parameterise SWAT. The model was tested with different input data and calibrated in SWAT-CUP using the SUFI-2 algorithm. The model was judged reliable to simulate the water balance in the Cerrado. A complete cerrado, pasture and cropland cover was used to analyse the impact of land use on water cycling as well as climate change projections (2039–2058) according to the projections of the RCP 8.5 scenario. The actual evapotranspiration (ET) for the cropland scenario was higher compared to the cerrado cover (+100 mm a–1). Land use change scenarios confirmed that deforestation caused higher annual ET rates explaining partly the trend of decreased streamflow. Taking all climate change scenarios into account, the most likely effect is a prolongation of the dry season (by about one month), with higher peak flows in the rainy season. Consequently, potential threats for crop production with lower soil moisture and increased erosion and sediment transport during the rainy season are likely and should be considered in adaption plans. 
From the three studies of the thesis I conclude that land use intensification is likely to seriously limit the Cerrado’s future regarding both agricultural productivity and ecosystem stability. Because only limited data are available for the vast biome, we recommend further field studies to understand the interaction between terrestrial and aquatic systems. This thesis may serve as a valuable database for integrated modelling to investigate the impact of land use and climate change on soil and water resources and to test and develop mitigation measures for the Cerrado in the future.
N2  - Ökohydrologische Interaktionen in Folge von exzessiver Bodenerosion auf landwirtschaftlich stark modifizierten Flächen können speziell in tropischen Gebieten einen großen Einfluss auf die Fruchtbarkeit und zukünftige Nutzbarkeit der Böden haben, wie dies im Cerrado geschieht. Der brasilianische Cerrado ist eine neotropische Savanne und stellt mit 2 Mio. km² das zweitgrößte Biom Südamerikas dar. Das Biom wird global unter den bedeutendsten aber auch meist gefährdetsten 25 Biodiversitätshotspots gelistet. Ein extremer Landnutzungswandel führt dazu, dass der Cerrado zu den weltweit bedeutendsten landwirtschaftlichen Gebieten zählt und mittlerweile > 50 % des Bioms abgeholzt sind. Durch staatliche Subventionsprogramme, Aufkalkung und Düngung der Böden werden mehrere Ernten (v.a. Soja, Mais, Zuckerrohr und Baumwolle) pro Jahr bei hohem Ertrag realisiert. 
Aufgrund weniger Untersuchungen ist bisher unklar, wie sich die Landnutzungsintensivierung mit dem Einsatz großer Mengen an Agrochemikalien auf die Boden- und Wasserressourcen auswirkt. Um die Zielsetzung zu erreichen, wurden in einer umfassenden Metaanalyse Boden- und Wasserqualitätsparameter von mehr als 100 Einzelstudien analysiert, mehrere Feldkampagnen zur Erhebung bodenphysikochemischer und Wasserqualitätsparameter für unterschiedliche Landnutzungen durchgeführt und Modellierungen mit SWAT zur Abschätzung des Landnutzungs- und Klimawandels vorgenommen. 
Die Literaturanalyse konnte zeigen, dass Erosion, Veränderungen des Nährstoffkreislaufs, Nährstoffanreicherungen und sehr hohe Pestizidkonzentrationen in den Gewässern des gesamten Cerrado auftreten, mit stärkster Ausprägung für Ackerflächen. Trotz hoher Düngemengen wird festgestellt, dass P nur in sehr geringen Konzentrationen in den Gewässern nachgewiesen wird, welches auf die P-Fixierung der Böden und die Filterleistung der Uferrandstreifen zurückzuführen ist. In einer Feldstudie bestätigen sich die Ergebnisse, dass der Landnutzungswandel zu deutlichen Änderungen der boden-physikochemischen Parameter führt, wie z.B. einer signifikanten Abnahme der hydraulischen Leitfähigkeit (> –90 %) und der Bodenaggregatstabilität. Außerdem werden erhöhte pH-Werte und Überdüngung anzeigende P und K-gehalte im Oberboden (9-fach natürlicher Hintergrund) mit der stärksten Ausprägung unter Soja gemessen. Die Niederschlagsintensitäten überschreiten die Infiltrationskapazität der landwirtschaftlich genutzten Böden, wodurch es zu erhöhtem Oberflächenabfluss, Bodenerosionsereignissen mit Gullyformierungen kommt und der Eintrag von Agrochemikalien in die zuvor pristinen Gewässer begünstigt wird. Verglichen mit natürlichen Gewässern konnten im gesamten Einzugsgebiet niedrigere O2-Werte (< 5 mg l–1) sowie erhöhte NO3– (0.5 mg l–1), NO2– (0.1 mg l–1) und in der Trockenzeit auf direkte Düngung zurückzuführende sehr hohe PO43– (0.8 mg l–1) Konzentrationen festgestellt werden. Da in den Bodenprofilen keine Tiefenakkumulation von NPK nachgewiesen wurde ist davon auszugehen, dass Dünger durch Oberflächenabflussprozesse in das Flusssystem gelangen. Auch wenn die Nährstoffkonzentrationen nach europäischen Maßstäben gering sind, ist anzunehmen, dass in einem nährstofflimitierten System wie dem Cerrado die um ein vielfach erhöhte Konzentration der natürlichen Hintergrundwerte den Metabolismus der Gewässer negativ beeinflusst. 
In einer dritten Studie wird mit SWAT untersucht wie sich der Landnutzungs- und Klimawandel auf die Wasserbilanz auswirkt. In Testläufen zeigt sich, dass sowohl die verwendeten Niederschlagseingangsdaten als auch die Vegetationsparameter des natürlichen Cerrados von hoher Relevanz sind. Die Simulation verschiedener Landnutzungsszenarien belegt, dass die im Gebiet beobachteten abnehmenden Abflüsse auf die Zunahme landwirtschaftlicher Produktion und einer damit einhergehenden Zunahme der Evapotranspiration zurückzuführen sind. Die Simulation extremer Klimaszenarien (RCP 8.5 2039-2058) verdeutlicht, dass sich die Trockenzeit verlängert, welches Auswirkungen auf die Aussaattermine haben könnte. Gleichzeitig nehmen die Spitzenabflüsse in der Regenzeit zu, welches ohne entsprechende Gegenmaßnahmen zu erhöhter Erosion und gesteigertem Nähr- und Schadstofftransport in die Gewässer führt. 
Kombiniert mit einer weiteren Landnutzungsintensivierung wird für die zukünftige Entwicklung des Cerrado geschlussfolgert, dass die Veränderungen des Wasser- und Nährstoffhaushalt durch die Landwirtschaft und die damit einhergehenden Degradierungserscheinungen die Produktivität und Ökosystemstabilität nicht dauerhaft gewährleisten werden können. Die vorliegende Dissertation liefert einen zentralen Beitrag zur ökohydrologischen Bewertung des Status quo und der zukünftigen Entwicklung des brasilianischen Cerrados. Sie kann einen Ausgangspunkt für weitere Forschungen und Modellierungen darstellen, um die in dieser Arbeit benannten offenen Fragen hinsichtlich der ökohydrologischen Interaktionen zu klären.
KW  - Cerrado
KW  - ecohydrology
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KW  - soil
KW  - deforestation
KW  - Cerrado
KW  - Ökohydrologie
KW  - Landnutzung
KW  - Boden
KW  - Wasser
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-85110
ER  -