TY - THES A1 - Antonoglou, Nikolaos T1 - GNSS-based remote sensing: Innovative observation of key hydrological parameters in the Central Andes T1 - GNSS-basierte Fernerkundung: Innovative Beobachtung der wichtigsten hydrologischen Parameter in den zentralen Anden N2 - The Central Andean region is characterized by diverse climate zones with sharp transitions between them. In this work, the area of interest is the South-Central Andes in northwestern Argentina that borders with Bolivia and Chile. The focus is the observation of soil moisture and water vapour with Global Navigation Satellite System (GNSS) remote-sensing methodologies. Because of the rapid temporal and spatial variations of water vapour and moisture circulations, monitoring this part of the hydrological cycle is crucial for understanding the mechanisms that control the local climate. Moreover, GNSS-based techniques have previously shown high potential and are appropriate for further investigation. This study includes both logistic-organization effort and data analysis. As for the prior, three GNSS ground stations were installed in remote locations in northwestern Argentina to acquire observations, where there was no availability of third-party data. The methodological development for the observation of the climate variables of soil moisture and water vapour is independent and relies on different approaches. The soil-moisture estimation with GNSS reflectometry is an approximation that has demonstrated promising results, but it has yet to be operationally employed. Thus, a more advanced algorithm that exploits more observations from multiple satellite constellations was developed using data from two pilot stations in Germany. Additionally, this algorithm was slightly modified and used in a sea-level measurement campaign. Although the objective of this application is not related to monitoring hydrological parameters, its methodology is based on the same principles and helps to evaluate the core algorithm. On the other hand, water-vapour monitoring with GNSS observations is a well-established technique that is utilized operationally. Hence, the scope of this study is conducting a meteorological analysis by examining the along-the-zenith air-moisture levels and introducing indices related to the azimuthal gradient. The results of the experiments indicate higher-quality soil moisture observations with the new algorithm. Furthermore, the analysis using the stations in northwestern Argentina illustrates the limits of this technology because of varying soil conditions and shows future research directions. The water-vapour analysis points out the strong influence of the topography on atmospheric moisture circulation and rainfall generation. Moreover, the GNSS time series allows for the identification of seasonal signatures, and the azimuthal-gradient indices permit the detection of main circulation pathways. N2 - Die Zentralanden sind eine Region, in der verschiedene Klimazonen nur durch kurze Übergänge gekennzeichnet sind. Der geographische Schwerpunkt dieser Arbeit liegt in den südlichen Zentralanden im Grenzgebiet zwischen Argentinien, Bolivien und Chile, und der wissenschaftliche Schwerpunkt ist in der Überwachung der Bodenfeuchtigkeit und des Wasserdampfs mit Fernerkundungsmethoden des Globales Navigationssatellitensystem (Global Navigation Satellite System - GNSS) angesiedelt. Wegen der raschen zeitlichen und räumlichen Schwankungen des Wasserdampfs und den damit häufig verbundenen Niederschlägen und der Feuchtigkeitszirkulation ist die Beobachtung dieses Teils des hydrologischen Zyklus von entscheidender Bedeutung für das Verständnis des lokalen Klimas. Darüber hinaus haben GNSS-gestützte Techniken in anderen Studien bereits ein hohes Potenzial gezeigt, erfordern aber in einigen Bereichen weitere Untersuchungen. Diese Studie umfasst sowohl logistischen Aufwand als auch Datenanalyse. Dazu wurden drei GNSS-Bodenstationen in abgelegenen Orten im Nordwesten Argentiniens installiert, um Beobachtungen zu sammeln, da dort keine externen Daten verfügbar waren. Die methodische Entwicklung für die Beobachtung der Klimavariablen Bodenfeuchtigkeit und Wasserdampfs ist unabhängig voneinander. Die Messung der Bodenfeuchte mit Hilfe der GNSS-Reflektometrie ist eine Annäherung, die vielversprechende Ergebnisse erbracht hat, aber bisher noch nicht operationell eingesetzt wurde. Daher wurde ein fortschrittlicherer Algorithmus entwickelt, der Beobachtungen von mehreren Satellitenkonstellationen nutzt und unter anderem Daten von zwei Pilotstationen in Deutschland verwendet. Außerdem wurde dieser Algorithmus leicht modifiziert und in einer Meeresspiegelmesskampagne eingesetzt. Obwohl diese Andwendung nicht direkt mit der Überwachung hydrologischer Parameter zusammenhängt, basiert die Methodik auf denselben Prinzipien und hilft bei der Bewertung des entwickelten Algorithmus. Auf der anderen Seite ist die Überwachung des Wasserdampfs mit GNSS-Beobachtungen eine anerkannte Technik, die in der Praxis bereits seit mehreren Jahren eingesetzt wird. Diese Studie befasst sich daher mit der Durchführung einer meteorologischen Analyse der Luftfeuchtigkeitswerte entlang des Zenits und der Entwicklung von klimatischen Indizes, die sich auf den azimutalen Gradienten beziehen. Die Ergebnisse der Experimente zeigen, dass die Qualität der Bodenfeuchtebeobachtungen mit dem neuen Algorithmus vielversprechend und besser sind. Darüber hinaus zeigt die Analyse anhand der Stationen im nordwesten Argentiniens die Grenzen dieser Technologie aufgrund der sehr unterschiedlichen Bodenbedingungen auf und gibt mögliche zukünftige Forschungsrichtung an. Die Wasserdampfanalyse verdeutlicht den Einfluss der Topographie auf die Luftfeuchtigkeit und der Regenmenge. Außerdem ermöglichen die GNSS-Zeitreihen die Identifizierung der jahreszeitlichen Signaturen, und Messungen der azimutal Gradienten erlauben die Erkennung der wichtigsten Zirkulationswege. KW - remote sensing KW - GNSS KW - GPS KW - water vapour KW - soil moisture KW - Central Andes KW - zentrale Anden KW - globales Navigationssatellitensystem KW - globales Positionsbestimmungssystem KW - Fernerkundung KW - Bodenfeuchtigkeit KW - Wasserdampf Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-628256 ER - TY - THES A1 - Stiegler, Jonas T1 - Mobile link functions in unpredictable agricultural landscapes N2 - Animal movement is a crucial aspect of life, influencing ecological and evolutionary processes. It plays an important role in shaping biodiversity patterns, connecting habitats and ecosystems. Anthropogenic landscape changes, such as in agricultural environments, can impede the movement of animals by affecting their ability to locate resources during recurring movements within home ranges and, on a larger scale, disrupt migration or dispersal. Inevitably, these changes in movement behavior have far-reaching consequences on the mobile link functions provided by species inhabiting such extensively altered matrix areas. In this thesis, I investigate the movement characteristics and activity patterns of the European hare (Lepus europaeus), aiming to understand their significance as a pivotal species in fragmented agricultural landscapes. I reveal intriguing results that shed light on the importance of hares for seed dispersal, the influence of personality traits on behavior and space use, the sensitivity of hares to extreme weather conditions, and the impacts of GPS collaring on mammals' activity patterns and movement behavior. In Chapter I, I conducted a controlled feeding experiment to investigate the potential impact of hares on seed dispersal. By additionally utilizing GPS data of hares in two contrasting landscapes, I demonstrated that hares play a vital role, acting as effective mobile linkers for many plant species in small and isolated habitat patches. The analysis of seed intake and germination success revealed that distinct seed traits, such as density, surface area, and shape, profoundly affect hares' ability to disperse seeds through endozoochory. These findings highlight the interplay between hares and plant communities and thus provide valuable insights into seed dispersal mechanisms in fragmented landscapes. By employing standardized behavioral tests in Chapter II, I revealed consistent behavioral responses among captive hares while simultaneously examining the intricate connection between personality traits and spatial patterns within wild hare populations. This analysis provides insights into the ecological interactions and dynamics within hare populations in agricultural habitats. Examining the concept of animal personality, I established a link between personality traits and hare behavior. I showed that boldness, measured through standardized tests, influences individual exploration styles, with shy and bold hares exhibiting distinct space use patterns. In addition to providing valuable insights into the role of animal personality in heterogeneous environments, my research introduced a novel approach demonstrating the feasibility of remotely assessing personality types using animal-borne sensors without additional disturbance of the focal individual. While climate conditions severely impact the activity and, consequently, the fitness of wildlife species across the globe, in Chapter III, I uncovered the sensitivity of hares to temperature, humidity, and wind speed during their peak reproduction period. I found a strong response in activity to high temperatures above 25°C, with a particularly pronounced effect during temperature extremes of over 35°C. The non-linear relationship between temperature and activity was characterized by contrasting responses observed for day and night. These findings emphasize the vulnerability of hares to climate change and the potential consequences for their fitness and population dynamics with the ongoing rise of temperature. Since such insights can only be obtained through capturing and tagging free-ranging animals, I assessed potential impacts and the recovery process post-collar attachment in Chapter IV. For this purpose, I examined the daily distances moved and the temporal-associated activity of 1451 terrestrial mammals out of 42 species during their initial tracking period. The disturbance intensity and the speed of recovery varied across species, with herbivores, females, and individuals captured and collared in relatively secluded study areas experiencing more pronounced disturbances due to limited anthropogenic influences. Mobile linkers are essential for maintaining biodiversity as they influence the dynamics and resilience of ecosystems. Furthermore, their ability to move through fragmented landscapes makes them a key component for restoring disturbed sites. Individual movement decisions determine the scale of mobile links, and understanding variations in space use among individuals is crucial for interpreting their functions. Climate change poses further challenges, with wildlife species expected to adjust their behavior, especially in response to high-temperature extremes, and comprehending the anthropogenic influence on animal movements will remain paramount to effective land use planning and the development of successful conservation strategies. This thesis provides a comprehensive ecological understanding of hares in agricultural landscapes. My research findings underscore the importance of hares as mobile linkers, the influence of personality traits on behavior and spatial patterns, the vulnerability of hares to extreme weather conditions, and the immediate consequences of collar attachment on mammalian movements. Thus, I contribute valuable insights to wildlife conservation and management efforts, aiding in developing strategies to mitigate the impact of environmental changes on hare populations. Moreover, these findings enable the development of methodologies aimed at minimizing the impacts of collaring while also identifying potential biases in the data, thereby benefiting both animal welfare and the scientific integrity of localization studies. N2 - Die Bewegung von Tieren ist ein entscheidender Aspekt des Lebens, der ökologische und evolutionäre Prozesse beeinflusst. Sie spielt eine wichtige Rolle bei der Gestaltung der biologischen Vielfalt und verbindet Lebensräume und Ökosysteme miteinander. Anthropogene Landschaftsveränderungen, z.B. in der Landwirtschaft, können die Bewegung von Tieren behindern, indem sie ihre Fähigkeiten beeinträchtigen, Ressourcen innerhalb ihres täglichen Bewegungsradius zu lokalisieren und im größeren Maßstab, ihre Wanderung oder Ausbreitung limitieren. In dieser Thesis untersuche ich die Bewegungsmerkmale und Aktivitätsmuster des Feldhasen (Lepus europaeus), um seine Bedeutung als Schlüsselart in fragmentierten Agrarlandschaften zu verstehen. Ich lege faszinierende Ergebnisse vor, die die Bedeutung des Hasen für die Verbreitung von Saatgut, den Einfluss von Persönlichkeitsmerkmalen auf das Verhalten und die Raumnutzung, die Sensibilität des Hasen gegenüber extremen Witterungsbedingungen und die Auswirkungen von GPS-Empfängern auf die Aktivitätsmuster und das Bewegungsverhalten der Säugetiere beleuchten. In Kapitel I führte ich ein kontrolliertes Fütterungsexperiment durch, um den potenziellen Einfluss von Hasen auf die Samenausbreitung zu analysieren. Durch die zusätzliche Verwendung von GPS-Daten von Hasen in zwei kontrastierenden Landschaften konnte ich nachweisen, dass Hasen eine wichtige Rolle spielen, da sie in kleinen und isolierten Habitatfeldern als effektive mobile Verbindungsglieder für viele Pflanzenarten fungieren. Die Analyse der Samenaufnahme und des Keimungserfolgs zeigte, dass verschiedene Eigenschaften der Samen, wie Dichte, Oberfläche und Form, die Fähigkeit der Hasen, Samen durch Endozoochorie zu verbreiten, stark beeinflussen. Diese Ergebnisse verdeutlichen die Wechselwirkung zwischen Hasen und Pflanzengemeinschaften und liefern somit wertvolle Erkenntnisse über die Mechanismen der Samenverbreitung in fragmentierten Landschaften. Durch den Einsatz standardisierter Verhaltenstests in Kapitel II konnte ich konsistente Verhaltensreaktionen bei in Gefangenschaft lebenden Hasen aufdecken und zeitgleich den komplexen Zusammenhang zwischen Persönlichkeitsmerkmalen und räumlichen Mustern in Wildhasenpopulationen untersuchen. Diese Analyse bietet Einblicke in die ökologischen Interaktionen und die Dynamik von Hasenpopulationen in landwirtschaftlichen Lebensräumen. Indem ich das Konzept der Tierpersönlichkeit untersuchte, stellte ich eine Verbindung zwischen Persönlichkeitsmerkmalen und dem Verhalten von Hasen her. Ich habe gezeigt, dass die durch standardisierte Tests gemessene Kühnheit den individuellen Erkundungsstil beeinflusst, wobei schüchterne und kühne Hasen unterschiedliche Raumnutzungsmuster aufweisen. Meine Forschung liefert nicht nur wertvolle Einblicke in die Rolle der Tierpersönlichkeit in heterogenen Umgebungen, sondern stellt auch einen neuartigen Ansatz vor, der die Durchführbarkeit einer Fernbeurteilung von Persönlichkeitstypen mithilfe von am Tier angebrachten Sensoren ohne zusätzliche Störung des Zielindividuums demonstrierte. Da die Klimabedingungen die Aktivität und folglich die Fitness von Wildtierarten auf der ganzen Welt stark beeinflussen, habe ich in Kapitel III die Sensibilität von Hasen gegenüber Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Windgeschwindigkeit während ihrer Hauptfortpflanzungszeit ermittelt. Ich stellte fest, dass die Aktivität stark auf hohe Temperaturen über 25 °C reagiert, wobei die Auswirkungen bei extremen Temperaturen von über 35 °C besonders ausgeprägt sind. Die nicht lineare Beziehung zwischen Temperatur und Aktivität war durch gegensätzliche Reaktionen bei Tag und Nacht gekennzeichnet. Diese Ergebnisse unterstreichen die Anfälligkeit der Hasen für den Klimawandel und die möglichen Folgen für ihre Fitness und Populationsdynamik bei einem anhaltenden Temperaturanstieg. Da solche Erkenntnisse nur durch Fangen und Besendern von Wildtieren ermöglicht werden können, habe ich in Kapitel IV die potenziellen negativen Auswirkungen auf das Individuuum, sowie den Erholungsprozess nach dem Anlegen des Halsbandes untersucht. Hierfür analysierte ich die zurückgelegten täglichen Entfernungen in Verbindung mit der Aktivität von 1451 terrestrischen Säugetieren aus 42 verschiedenen Arten während ihrer anfänglichen Verfolgung. Die Intensität der Störung sowie die Geschwindigkeit der Erholung variieren je nach Art, wobei Pflanzenfresser, Weibchen und Individuen, die in relativ abgelegenen Untersuchungsgebieten gefangen und mit Halsbändern versehen wurden, aufgrund bisher begrenzter anthropogener Einflüsse stärkere Störungen erfahren. Mobile Verbindungsglieder sind essentiell für die Erhaltung der Biodiversität, indem sie eine wichtige Rolle in der Dynamik und Resilienz von Ökosystemen spielen. Weiterhin macht ihre Fähigkeit, sich durch zerstückelte Landschaften zu bewegen sie zu wichtigen Schlüsselkomponenten bei der Wiederherstellung von zerstörten Landschaften. Individuelle Bewegungsentscheidungen bestimmen den Maßstab der mobilen Verbindungen und die Schwankungen der Raumnutzung unter Individuen zu verstehen ist unerlässlich, um deren Funktion zu interpretieren. Der Klimawandel stellt eine weitere Herausforderung dar, indem Wildtiere dazu gezwungen werden, sich zu adaptieren, insbesondere an Hochtemperatur-Extreme. Den anthropogenen Einfluss auf Tierbewegungen aufzudecken bleibt von größter Bedeutung in der Landnutzungsplanung und die Entwicklung von erfolgreichen Strategien zum Schutz der Natur. Diese Thesis liefert ein umfassendes ökologisches Verständnis von Feldhasen in Agrarlandschaften. Die Ergebnisse meiner Forschung unterstreichen die Bedeutung von Hasen als mobile Bindeglieder, den Einfluss von Persönlichkeitsmerkmalen auf Verhalten und räumliche Muster, die Anfälligkeit von Hasen gegenüber extremen Wetterbedingungen und die unmittelbaren Folgen der Halsbandanbringung auf Tierbewegungen. Damit leiste ich einen wertvollen Beitrag zum Schutz und zur Bewirtschaftung von Wildtieren, indem ich die Entwicklung von Strategien zur Abschwächung der Auswirkungen von Umweltveränderungen auf Hasenpopulationen unterstütze. Darüber hinaus ermöglichen diese Erkenntnisse die Entwicklung von Methoden, die darauf abzielen, die Folgen der Halsbandanbringung zu minimieren und gleichzeitig potenzielle Verzerrungen in den Daten zu identifizieren, was sowohl dem Tierschutz als auch der wissenschaftlichen Integrität von Lokalisierungsstudien zugutekommt. KW - European hare KW - mammals KW - ecology KW - animal personality KW - seed dispersal KW - movement ecology KW - tracking impacts KW - energy budget KW - climate change KW - accelerometry KW - GPS KW - tracking KW - Feldhase KW - GPS KW - Beschleunigungsmessungen KW - Tierpersönlichkeit KW - Klimawandel KW - Tierökologie KW - Energiebudget KW - Säugetiere KW - Bewegungsökologie KW - Samenausbreitung KW - Tierortung KW - Konsequenzen von Fang und Besenderung Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-622023 ER - TY - GEN A1 - Hering, Robert A1 - Hauptfleisch, Morgan A1 - Jago, Mark A1 - Smith, Taylor A1 - Kramer-Schadt, Stephanie A1 - Stiegler, Jonas A1 - Blaum, Niels T1 - Don't stop me now: Managed fence gaps could allow migratory ungulates to track dynamic resources and reduce fence related energy loss T2 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - In semi-arid environments characterized by erratic rainfall and scattered primary production, migratory movements are a key survival strategy of large herbivores to track resources over vast areas. Veterinary Cordon Fences (VCFs), intended to reduce wildlife-livestock disease transmission, fragment large parts of southern Africa and have limited the movements of large wild mammals for over 60 years. Consequently, wildlife-fence interactions are frequent and often result in perforations of the fence, mainly caused by elephants. Yet, we lack knowledge about at which times fences act as barriers, how fences directly alter the energy expenditure of native herbivores, and what the consequences of impermeability are. We studied 2-year ungulate movements in three common antelopes (springbok, kudu, eland) across a perforated part of Namibia's VCF separating a wildlife reserve and Etosha National Park using GPS telemetry, accelerometer measurements, and satellite imagery. We identified 2905 fence interaction events which we used to evaluate critical times of encounters and direct fence effects on energy expenditure. Using vegetation type-specific greenness dynamics, we quantified what animals gained in terms of high quality food resources from crossing the VCF. Our results show that the perforation of the VCF sustains herbivore-vegetation interactions in the savanna with its scattered resources. Fence permeability led to peaks in crossing numbers during the first flush of woody plants before the rain started. Kudu and eland often showed increased energy expenditure when crossing the fence. Energy expenditure was lowered during the frequent interactions of ungulates standing at the fence. We found no alteration of energy expenditure when springbok immediately found and crossed fence breaches. Our results indicate that constantly open gaps did not affect energy expenditure, while gaps with obstacles increased motion. Closing gaps may have confused ungulates and modified their intended movements. While browsing, sedentary kudu's use of space was less affected by the VCF; migratory, mixed-feeding springbok, and eland benefited from gaps by gaining forage quality and quantity after crossing. This highlights the importance of access to vast areas to allow ungulates to track vital vegetation patches. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1278 KW - veterinary cordon fence KW - ungulate KW - fence ecology KW - resource-tracking KW - energy expenditure KW - accelerometer KW - GPS KW - wildlife and habitat management Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-570087 SN - 1866-8372 IS - 1278 ER - TY - JOUR A1 - Hering, Robert A1 - Hauptfleisch, Morgan A1 - Jago, Mark A1 - Smith, Taylor A1 - Kramer-Schadt, Stephanie A1 - Stiegler, Jonas A1 - Blaum, Niels T1 - Don't stop me now: Managed fence gaps could allow migratory ungulates to track dynamic resources and reduce fence related energy loss JF - Frontiers in Ecology and Evolution N2 - In semi-arid environments characterized by erratic rainfall and scattered primary production, migratory movements are a key survival strategy of large herbivores to track resources over vast areas. Veterinary Cordon Fences (VCFs), intended to reduce wildlife-livestock disease transmission, fragment large parts of southern Africa and have limited the movements of large wild mammals for over 60 years. Consequently, wildlife-fence interactions are frequent and often result in perforations of the fence, mainly caused by elephants. Yet, we lack knowledge about at which times fences act as barriers, how fences directly alter the energy expenditure of native herbivores, and what the consequences of impermeability are. We studied 2-year ungulate movements in three common antelopes (springbok, kudu, eland) across a perforated part of Namibia's VCF separating a wildlife reserve and Etosha National Park using GPS telemetry, accelerometer measurements, and satellite imagery. We identified 2905 fence interaction events which we used to evaluate critical times of encounters and direct fence effects on energy expenditure. Using vegetation type-specific greenness dynamics, we quantified what animals gained in terms of high quality food resources from crossing the VCF. Our results show that the perforation of the VCF sustains herbivore-vegetation interactions in the savanna with its scattered resources. Fence permeability led to peaks in crossing numbers during the first flush of woody plants before the rain started. Kudu and eland often showed increased energy expenditure when crossing the fence. Energy expenditure was lowered during the frequent interactions of ungulates standing at the fence. We found no alteration of energy expenditure when springbok immediately found and crossed fence breaches. Our results indicate that constantly open gaps did not affect energy expenditure, while gaps with obstacles increased motion. Closing gaps may have confused ungulates and modified their intended movements. While browsing, sedentary kudu's use of space was less affected by the VCF; migratory, mixed-feeding springbok, and eland benefited from gaps by gaining forage quality and quantity after crossing. This highlights the importance of access to vast areas to allow ungulates to track vital vegetation patches. KW - veterinary cordon fence KW - ungulate KW - fence ecology KW - resource-tracking KW - energy expenditure KW - accelerometer KW - GPS KW - wildlife and habitat management Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.3389/fevo.2022.907079 SN - 2296-701X SP - 1 EP - 18 PB - Frontiers CY - Lausanne, Schweiz ER - TY - JOUR A1 - Hering, Robert A1 - Hauptfleisch, Morgan A1 - Kramer-Schadt, Stephanie A1 - Stiegler, Jonas A1 - Blaum, Niels T1 - Effects of fences and fence gaps on the movement behavior of three southern African antelope species JF - Frontiers in Conservation Science N2 - Globally, migratory ungulates are affected by fences. While field observational studies reveal the amount of animal–fence interactions across taxa, GPS tracking-based studies uncover fence effects on movement patterns and habitat selection. However, studies on the direct effects of fences and fence gaps on movement behavior, especially based on high-frequency tracking data, are scarce. We used GPS tracking on three common African antelopes (Tragelaphus strepsiceros, Antidorcas marsupialis, and T. oryx) with movement strategies ranging from range residency to nomadism in a semi-arid, Namibian savanna traversed by wildlife-proof fences that elephants have regularly breached. We classified major forms of ungulate–fence interaction types on a seasonal and a daily scale. Furthermore, we recorded the distances and times spent at fences regarding the total individual space use. Based on this, we analyzed the direct effects of fences and fence gaps on the animals’ movement behavior for the previously defined types of animal–fence interactions. Antelope-fence interactions peaked during the early hours of the day and during seasonal transitions when the limiting resource changed between water and forage. Major types of ungulate–fence interactions were quick, trace-like, or marked by halts. We found that the amount of time spent at fences was highest for nomadic eland. Migratory springbok adjusted their space use concerning fence gap positions. If the small home ranges of sedentary kudu included a fence, they frequently interacted with this fence. For springbok and eland, distance traveled along a fence declined with increasing utilization of a fence gap. All species reduced their speed in the proximity of a fence but often increased their speed when encountering the fence. Crossing a fence led to increased speeds for all species. We demonstrate that fence effects mainly occur during crucial foraging times (seasonal scale) and during times of directed movements (daily scale). Importantly, we provide evidence that fences directly alter antelope movement behaviors with negative implications for energy budgets and that persistent fence gaps can reduce the intensity of such alterations. Our findings help to guide future animal–fence studies and provide insights for wildlife fencing and fence gap planning. KW - fence ecology KW - veterinary cordon fence KW - ungulate KW - movement speed KW - fence interaction KW - GPS KW - Africa KW - wildlife conservation Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.3389/fcosc.2022.959423 SN - 2673-611X VL - 3 SP - 1 EP - 19 PB - Frontiers CY - Lausanne, Schweiz ER - TY - GEN A1 - Hering, Robert A1 - Hauptfleisch, Morgan A1 - Kramer-Schadt, Stephanie A1 - Stiegler, Jonas A1 - Blaum, Niels T1 - Effects of fences and fence gaps on the movement behavior of three southern African antelope species T2 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - Globally, migratory ungulates are affected by fences. While field observational studies reveal the amount of animal–fence interactions across taxa, GPS tracking-based studies uncover fence effects on movement patterns and habitat selection. However, studies on the direct effects of fences and fence gaps on movement behavior, especially based on high-frequency tracking data, are scarce. We used GPS tracking on three common African antelopes (Tragelaphus strepsiceros, Antidorcas marsupialis, and T. oryx) with movement strategies ranging from range residency to nomadism in a semi-arid, Namibian savanna traversed by wildlife-proof fences that elephants have regularly breached. We classified major forms of ungulate–fence interaction types on a seasonal and a daily scale. Furthermore, we recorded the distances and times spent at fences regarding the total individual space use. Based on this, we analyzed the direct effects of fences and fence gaps on the animals’ movement behavior for the previously defined types of animal–fence interactions. Antelope-fence interactions peaked during the early hours of the day and during seasonal transitions when the limiting resource changed between water and forage. Major types of ungulate–fence interactions were quick, trace-like, or marked by halts. We found that the amount of time spent at fences was highest for nomadic eland. Migratory springbok adjusted their space use concerning fence gap positions. If the small home ranges of sedentary kudu included a fence, they frequently interacted with this fence. For springbok and eland, distance traveled along a fence declined with increasing utilization of a fence gap. All species reduced their speed in the proximity of a fence but often increased their speed when encountering the fence. Crossing a fence led to increased speeds for all species. We demonstrate that fence effects mainly occur during crucial foraging times (seasonal scale) and during times of directed movements (daily scale). Importantly, we provide evidence that fences directly alter antelope movement behaviors with negative implications for energy budgets and that persistent fence gaps can reduce the intensity of such alterations. Our findings help to guide future animal–fence studies and provide insights for wildlife fencing and fence gap planning. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1308 KW - fence ecology KW - veterinary cordon fence KW - ungulate KW - movement speed KW - fence interaction KW - GPS KW - Africa KW - wildlife conservation Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-582672 SN - 1866-8372 IS - 1308 ER - TY - JOUR A1 - Mayer, Martin A1 - Ullmann, Wiebke A1 - Heinrich, Rebecca A1 - Fischer, Christina A1 - Blaum, Niels A1 - Sunde, Peter T1 - Seasonal effects of habitat structure and weather on the habitat selection and home range size of a mammal in agricultural landscapes JF - Landscape ecology N2 - Context Human land use intensified over the last century and simultaneously, extreme weather events have become more frequent. However, little is known about the interplay between habitat structure, direct short-term weather effects and indirect seasonal effects on animal space use and behavior. Objectives We used the European hare (Lepus europaeus) as model to investigate how habitat structure and weather conditions affect habitat selection and home range size, predictors for habitat quality and energetic requirements. Methods Using > 100,000 GPS positions of 60 hares in three areas in Denmark and Germany, we analyzed habitat selection and home range size in response to seasonally changing habitat structure, measured as vegetation height and agricultural field size, and weather. We compared daily and monthly home ranges to disentangle between direct short-term weather effects and indirect seasonal effects of climate. Results Habitat selection and home range size varied seasonally as a response to changing habitat structure, potentially affecting the availability of food and shelter. Overall, habitat structure and seasonality were more important in explaining hare habitat selection and home range size compared to direct weather conditions. Nevertheless, hares adjusted habitat selection and daily home range size in response to temperature, wind speed and humidity, possibly in response to thermal constrains and predation risk. Conclusions For effective conservation, habitat heterogeneity should be increased, e.g. by reducing agricultural field sizes and the implementation of set-asides that provide both forage and shelter, especially during the colder months of the year. KW - European hare KW - GPS KW - Habitat selection KW - Home range KW - Lepus europaeus KW - Weather Y1 - 2019 U6 - https://doi.org/10.1007/s10980-019-00878-9 SN - 0921-2973 SN - 1572-9761 VL - 34 IS - 10 SP - 2279 EP - 2294 PB - Springer CY - Dordrecht ER - TY - GEN A1 - Mayer, Martin A1 - Ullmann, Wiebke A1 - Sunde, Peter A1 - Fischer, Christina A1 - Blaum, Niels T1 - Habitat selection by the European hare in arable landscapes BT - the importance of small‐scale habitat structure for conservation T2 - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - Agricultural land‐use practices have intensified over the last decades, leading to population declines of various farmland species, including the European hare (Lepus europaeus). In many European countries, arable fields dominate agricultural landscapes. Compared to pastures, arable land is highly variable, resulting in a large spatial variation of food and cover for wildlife over the course of the year, which potentially affects habitat selection by hares. Here, we investigated within‐home‐range habitat selection by hares in arable areas in Denmark and Germany to identify habitat requirements for their conservation. We hypothesized that hare habitat selection would depend on local habitat structure, that is, vegetation height, but also on agricultural field size, vegetation type, and proximity to field edges. Active hares generally selected for short vegetation (1–25 cm) and avoided higher vegetation and bare ground, especially when fields were comparatively larger. Vegetation >50 cm potentially restricts hares from entering parts of their home range and does not provide good forage, the latter also being the case on bare ground. The vegetation type was important for habitat selection by inactive hares, with fabaceae, fallow, and maize being selected for, potentially providing both cover and forage. Our results indicate that patches of shorter vegetation could improve the forage quality and habitat accessibility for hares, especially in areas with large monocultures. Thus, policymakers should aim to increase areas with short vegetation throughout the year. Further, permanent set‐asides, like fallow and wildflower areas, would provide year‐round cover for inactive hares. Finally, the reduction in field sizes would increase the density of field margins, and farming different crop types within small areas could improve the habitat for hares and other farmland species. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1076 KW - agriculture KW - arable land KW - conservation KW - GPS KW - habitat selection KW - Lepus europaeus KW - vegetation height Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-467891 SN - 1866-8372 IS - 1076 ER - TY - JOUR A1 - Mayer, Martin A1 - Ullmann, Wiebke A1 - Sunde, Peter A1 - Fischer, Christina A1 - Blaum, Niels T1 - Habitat selection by the European hare in arable landscapes BT - The importance of small-scale habitat structure for conservation JF - Ecology and Evolution N2 - Agricultural land-use practices have intensified over the last decades, leading to population declines of various farmland species, including the European hare (Lepus europaeus). In many European countries, arable fields dominate agricultural landscapes. Compared to pastures, arable land is highly variable, resulting in a large spatial variation of food and cover for wildlife over the course of the year, which potentially affects habitat selection by hares. Here, we investigated within-home-range habitat selection by hares in arable areas in Denmark and Germany to identify habitat requirements for their conservation. We hypothesized that hare habitat selection would depend on local habitat structure, that is, vegetation height, but also on agricultural field size, vegetation type, and proximity to field edges. Active hares generally selected for short vegetation (1-25 cm) and avoided higher vegetation and bare ground, especially when fields were comparatively larger. Vegetation >50 cm potentially restricts hares from entering parts of their home range and does not provide good forage, the latter also being the case on bare ground. The vegetation type was important for habitat selection by inactive hares, with fabaceae, fallow, and maize being selected for, potentially providing both cover and forage. Our results indicate that patches of shorter vegetation could improve the forage quality and habitat accessibility for hares, especially in areas with large monocultures. Thus, policymakers should aim to increase areas with short vegetation throughout the year. Further, permanent set-asides, like fallow and wildflower areas, would provide year-round cover for inactive hares. Finally, the reduction in field sizes would increase the density of field margins, and farming different crop types within small areas could improve the habitat for hares and other farmland species. KW - agriculture KW - arable land KW - conservation KW - GPS KW - habitat selection KW - Lepus europaeus KW - vegetation height Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1002/ece3.4613 SN - 2045-7758 VL - 8 IS - 23 SP - 11619 EP - 11633 PB - Wiley CY - Hoboken ER - TY - THES A1 - Ullmann, Wiebke T1 - Understanding animal movement behaviour in dynamic agricultural landscapes T1 - Tierbewegungen in dynamischen Agrarlandschaften N2 - The movement of organisms has formed our planet like few other processes. Movements shape populations, communities, entire ecosystems, and guarantee fundamental ecosystem functions and services, like seed dispersal and pollination. Global, regional and local anthropogenic impacts influence animal movements across ecosystems all around the world. In particular, land-use modification, like habitat loss and fragmentation disrupt movements between habitats with profound consequences, from increased disease transmissions to reduced species richness and abundance. However, neither the influence of anthropogenic change on animal movement processes nor the resulting effects on ecosystems are well understood. Therefore, we need a coherent understanding of organismal movement processes and their underlying mechanisms to predict and prevent altered animal movements and their consequences for ecosystem functions. In this thesis I aim at understanding the influence of anthropogenically caused land-use change on animal movement processes and their underlying mechanisms. In particular, I am interested in the synergistic influence of large-scale landscape structure and fine-scale habitat features on basic-level movement behaviours (e.g. the daily amount of time spend running, foraging, and resting) and their emerging higher-level movements (home range formation). Based on my findings, I identify the likely consequences of altered animal movements that lead to the loss of species richness and abundances. The study system of my thesis are hares in agricultural landscapes. European brown hares (Lepus europaeus) are perfectly suited to study animal movements in agricultural landscapes, as hares are hermerophiles and prefer open habitats. They have historically thrived in agricultural landscapes, but their numbers are in decline. Agricultural areas are undergoing strong land-use changes due to increasing food demand and fast developing agricultural technologies. They are already the largest land-use class, covering 38% of the world’s terrestrial surface. To consider the relevance of a given landscape structure for animal movement behaviour I selected two differently structured agricultural landscapes – a simple landscape in Northern Germany with large fields and few landscape elements (e.g. hedges and tree stands), and a complex landscape in Southern Germany with small fields and many landscape elements. I applied GPS devices (hourly fixes) with internal high-resolution accelerometers (4 min samples) to track hares, receiving an almost continuous observation of the animals’ behaviours via acceleration analyses. I used the spatial and behavioural information in combination with remote sensing data (normalized difference vegetation index, or NDVI, a proxy for resource availability), generating an almost complete idea of what the animal was doing when, why and where. Apart from landscape structure (represented by the two differently structured study areas), I specifically tested whether the following fine-scale habitat features influence animal movements: resource, agricultural management events, habitat diversity, and habitat structure. My results show that, irrespective of the movement process or mechanism and the type of fine-scale habitat features, landscape structure was the overarching variable influencing hare movement behaviour. High resource variability forces hares to enlarge their home ranges, but only in the simple and not in the complex landscape. Agricultural management events result in home range shifts in both landscapes, but force hares to increase their home ranges only in the simple landscape. Also the preference of habitat patches with low vegetation and the avoidance of high vegetation, was stronger in the simple landscape. High and dense crop fields restricted hare movements temporarily to very local and small habitat patch remnants. Such insuperable barriers can separate habitat patches that were previously connected by mobile links. Hence, the transport of nutrients and genetic material is temporarily disrupted. This mechanism is also working on a global scale, as human induced changes from habitat loss and fragmentation to expanding monocultures cause a reduction in animal movements worldwide. The mechanisms behind those findings show that higher-level movements, like increasing home ranges, emerge from underlying basic-level movements, like the behavioural modes. An increasing landscape simplicity first acts on the behavioural modes, i.e. hares run and forage more, but have less time to rest. Hence, the emergence of increased home range sizes in simple landscapes is based on an increased proportion of time running and foraging, largely due to longer travelling times between distant habitats and scarce resource items in the landscape. This relationship was especially strong during the reproductive phase, demonstrating the importance of high-quality habitat for reproduction and the need to keep up self-maintenance first, in low quality areas. These changes in movement behaviour may release a cascade of processes that start with more time being allocated to running and foraging, resulting into an increased energy expenditure and may lead to a decline in individual fitness. A decrease in individual fitness and reproductive output will ultimately affect population viability leading to local extinctions. In conclusion, I show that landscape structure has one of the most important effects on hare movement behaviour. Synergistic effects of landscape structure, and fine-scale habitat features, first affect and modify basic-level movement behaviours, that can scales up to altered higher-level movements and may even lead to the decline of species richness and abundances, and the disruption of ecosystem functions. Understanding the connection between movement mechanisms and processes can help to predict and prevent anthropogenically induced changes in movement behaviour. With regard to the paramount importance of landscape structure, I strongly recommend to decrease the size of agricultural fields and increase crop diversity. On the small-scale, conservation policies should assure the year round provision of areas with low vegetation height and high quality forage. This could be done by generating wildflower strips and additional (semi-) natural habitat patches. This will not only help to increase the populations of European brown hares and other farmland species, but also ensure and protects the continuity of mobile links and their intrinsic value for sustaining important ecosystem functions and services. N2 - Wenige biologische Prozesse haben unseren Planeten so stark geformt wie die Bewegungen von Organismen. Individuelle Tierbewegungen haben weitreichende Auswirkungen auf ganze Populationen, Artengemeinschaften und Ökosysteme. Tier-bewegungen sind außerdem verantwortlich für fundamentale Ökosystemfunktionen und –leistungen, wie z.B. die Verbreitung von Samen und die Bestäubung von Wild- und Nutzpflanzen. Globale, regionale und lokale Einflüsse durch den Menschen verändern die ursprünglichen Bewegungsmuster von Organismen und damit auch die Auswir-kungen dieser Bewegungen auf die Ökosysteme. Insbesondere Landnutzungs-änderungen, wie z.B. der Verlust und die Fragmentierung von Lebensräumen, stören die Tierbewegungen zwischen verschiedenen Habitaten und können schwerwiegende Folgen nach sich ziehen. Diese Folgen reichen von der Verminderung der biologischen Artenvielfalt bis hin zu einer erhöhten Wahrscheinlichkeit der Krankheitsübertragung. Dennoch sind weder die Auswirkungen von Landnutzungsveränderungen auf die Bewegungsabläufe von Tieren, noch deren Einfluss auf die Ökosysteme bis heute gut verstanden. Um die Veränderungen der Bewegungsprozesse und deren Folgen für die Funktionstüchtigkeit von Ökosystemen vorhersagen zu können oder gar zu verhindern, benötigen wir ein ganzheitliches Verständnis der organismischen Bewegungsprozesse. Das Ziel meiner Arbeit ist es, den Einfluss von anthropogenen Landnutzungs-änderungen auf tierische Bewegungsprozesse und die zugrundeliegende Mechanismen zu verstehen. Im Speziellen untersuche ich die synergetischen Effekte großflächiger Landschaftsstrukturen und kleinflächiger Habitatmerkmale auf das Bewegungsverhalten von Tieren. Dabei untersuche ich sowohl die Bewegungsprozesse, wie z.B. die Ent-stehung von Streifgebieten, als auch die zugrundeliegenden täglichen Verhaltensweisen wie das Laufen, die Nahrungssuche und das Schlafen. Die hierbei gewonnen Erkennt-nisse ermöglichen es mir, die voraussichtlichen Folgen von veränderten Tierbewe-gungen auf Ökosysteme abzuleiten. Das Modelsystem meiner Doktorarbeit ist der Feldhase (Lepus europaeus) in Agrarlandschaften. Feldhasen eignen sich hervorragend zur Untersuchung von Tier-bewegungen in landwirtschaftlich genutzten Gebieten, da sie Kulturfolger sind und offene Lebensräume, wie Agrarlandschaften und Steppen bevorzugen. Sie konnten sich in landwirtschaftlichen Regionen ausbreiten und entfalten. Jedoch sind die Bestände seit den 1960er Jahren stark zurückgegangen. Die Intensivierung der Landwirtschaft stellt einen Grund für diesen Rückgang dar. Aufgrund des steigenden Nahrungsmittelbedarfs und der sich schnell entwickelnden Agrartechnologien unterliegen Agrarlandschaften starken Landnutzungsänderungen. Agrarlandschaften stellen weltweit das flächenmäßig größte Landnutzungssystem dar und bedecken 38% der Erdoberfläche. Um die Auswirkungen großflächiger Landschaftsstrukturen auf das Bewegungsverhalten von Tieren zu untersuchen, habe ich zwei unterschiedlich strukturierte Agrarlandschaften ausgewählt: eine relativ einfach strukturierte Landschaft in Norddeutschland, die sich v.a. durch große Feldern und wenige Landschaftselementen (z.B. Hecken und kleinere Baumbestände) auszeichnet und eine komplexere Landschaft in Süddeutschland, die durch kleinere Felder und vielen dieser Landschaftselementen charakterisiert ist. Mit Hilfe von GPS-Halsbändern, die mit internen hochauflösenden Beschleu-nigungssensoren ausgestattet sind, wurden die Bewegungen der Feldhasen aufge-zeichnet. Die Beschleunigungssensoren liefern nahezu kontinuierliche Daten, die mit Hilfe von statistischen Klassifikationsverfahren das Verhalten der Tiere wiedergeben können. Die räumlichen Daten (GPS) und die Informationen über die Verhaltensweisen wurden anschließend mit Fernerkundungsdaten kombiniert, die wiederum Aufschluss über die Ressourcenverfügbarkeit geben. Hierdurch kann ein fast vollständiges Bild davon generiert werden, was das Tier wann, warum und wo getan hat. Neben der Landschaftsstruktur (dargestellt durch die beiden unterschiedlich strukturierten Unter-suchungsgebiete) habe ich getestet, ob die folgenden kleinflächigen Habitatmerkmale einen Einfluss auf die Tierbewegungen ausüben: raum-zeitliche Variabilität in der Ressourcenverfügbarkeit, landwirtschaftliche Managementmaßnahmen, Habitatdiversität und Habitatstruktur. Die Ergebnisse meiner Forschungsarbeit zeigen, dass unabhängig vom Bewegungsprozess oder -mechanismus und der Art der Habitatmerkmale, die Land-schaftsstruktur die Bewegungen der Feldhasen am stärksten beeinflusst. Eine hohe Ressourcenvariabilität zwingt die Feldhasen dazu, ihre Streifgebiete zu vergrößern, jedoch nur in der einfachen und nicht in der komplexen Landschaft. Landwirtschaftliche Managementmaßnahmen führen zu einer Verschiebung der Streifgebiete in beiden Landschaftstypen. In der einfachen Landschaft jedoch, vergrößern die Feldhasen zusätzlich ihre Streifgebiete. Feldhasen bevorzugen niedrige und vermeiden hohe Vegetation. Im Vergleich zur komplexen Landschaft ist diese Art der Habitatselektion stärker in der einfachen Landschaft ausgeprägt. Hohe und dichte Feldfrüchte, wie z.B. Raps oder Weizen, beschränken die Bewegungen der Feldhasen vorübergehend auf viel kleinere und lokale Gebiete. Derartige unüberwindbare Barrieren können Habitate voneinander trennen, die vorher durch sogenannte „mobile links“ miteinander verbunden waren. „Mobile links“ transportieren z.B. Nährstoffe oder genetisches Material zwischen entfernten Habitaten. Durch die Trennung wird dieser Transport vorübergehend unterbrochen und stört somit die Funktionstüchtigkeit des Ökosystems. Die Reduktion von „mobile links“ durch die vom Menschen verursachten Landnutzungsänderungen und damit einhergehenden Einschränkungen von Tierbewegungen ist weltweit vorzufinden. Die Resultate meiner Untersuchungen zeigen zudem, dass Bewegungsprozesse, wie z.B. die Vergrößerung der Streifgebiete, durch die zugrundeliegenden Verhaltens-weisen ausgelöst werden. Eine zunehmende Vereinfachung von Landschaftsstrukturen wirkt sich zunächst auf die Verhaltensweisen aus, d.h. Feldhasen laufen mehr und begeben sich häufiger auf die Suche nach Nahrung und anderen Ressourcen. Demnach verringern sich die Ruhezeiten der Feldhasen. Die Vergrößerung von Streifgebieten in der einfach strukturierten Landschaft beruht daher auf einem erhöhten Anteil an Lauf- und Nahrungssuchzeiten. Dies ist vor allem auf die längeren Wege zwischen den weiter entfernten Habitaten und eine geringere Ressourcenverfügbarkeit in einfach strukturierten Landschaften zurück zu führen. In meinen Untersuchungen zeige ich außerdem, dass die Beziehung zwischen der Landschaftsstruktur und den Verhaltens-weisen während der Fortpflanzungsphase besonders stark ausgeprägt ist. Dies zeigt zum einen die besondere Bedeutung eines qualitativ hochwertigen Lebensraums während der Fortpflanzungsphase und zum anderen, dass sich Tiere in Gebieten mit geringer Habitatqualität erst um das eigene tägliche Überleben kümmern müssen. Erst wenn ausreichend Zeit und Ressourcen verfügbar sind, können die Feldhasen sich erfolgreich fortpflanzen. Veränderungen im Bewegungsverhalten können also eine ganze Kaskade von Prozessen auslösen. Diese Kaskade beginnen mit der Veränderung der Verhaltensweisen durch z.B. weniger strukturierte Habitate und führt zu einem erhöhten Anteil an Laufen und Futtersuche, was wiederum einen erhöhten Energieaufwand bedeutet. Wenn Tiere zu viel Energie aufwenden müssen, um das eigene tägliche Überleben zu sichern, kann dies einen Rückgang ihrer individuellen Fitness bedeuten. Die Abnahme der Fitness und der Reproduktionsleistung wird sich letztendlich auf die Überlebensfähigkeit der Population auswirken und kann zum lokalen Aussterben führen. Die Struktur der Agrarlandschaft stellt eine der wichtigsten Einflussgrößen für das Bewegungsverhalten von Feldhasen dar. Die synergistischen Effekte der großflächigen Landschaftsstruktur und der kleinflächigen Habitatmerkmale beeinflussen und modifizieren zunächst die täglichen Verhaltensweisen, die dann wiederum zu veränderten Bewegungsprozessen führen und damit zu Störungen der Ökosystem-funktionen und zum Rückgang der biologischen Vielfalt beitragen. Im Hinblick auf die große Bedeutung der Landschaftsstruktur empfehle ich daher dringend die Größe der landwirtschaftlichen Felder zu verringern und die Vielfalt der Anbaukulturen zu erhöhen. Kleinräumige Naturerhaltungsmaßnahmen sollten die ganzjährige Bereitstellung von Habitaten mit geringer Vegetationshöhe und hochwertigem Futter sicherstellen. Dies kann durch den Anbau von Blühstreifen und der Schaffung bzw. dem Erhalt zusätzlicher (halb-)natürlicher Lebensräume erreicht werden. Diese Maßnahmen werden nicht nur dazu beitragen, die Populationen der Feldhasen und anderer Kulturfolgern zu vergrößern, sondern helfen auch dabei das Fortbestehen der „mobile links“ und der damit verbundenen Ökosystemfunktionen und –leistungen zu gewährleisten und zu schützen. KW - European hare KW - Feldhase KW - movemen ecology KW - Bewegungsökologie KW - agricultural landscapes KW - Agrarlandschaft KW - telemetry KW - Telemetrie KW - GPS KW - GPS Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-427153 ER - TY - JOUR A1 - Socquet, Anne A1 - Valdes, Jesus Pina A1 - Jara, Jorge A1 - Cotton, Fabrice Pierre A1 - Walpersdorf, Andrea A1 - Cotte, Nathalie A1 - von Specht, Sebastian A1 - Ortega-Culaciati, Francisco A1 - Carrizo, Daniel A1 - Norabuena, Edmundo T1 - An 8month slow slip event triggers progressive nucleation of the 2014 Chile megathrust JF - Geophysical research letters N2 - The mechanisms leading to large earthquakes are poorly understood and documented. Here we characterize the long-term precursory phase of the 1 April 2014 M(w)8.1 North Chile megathrust. We show that a group of coastal GPS stations accelerated westward 8months before the main shock, corresponding to a M(w)6.5 slow slip event on the subduction interface, 80% of which was aseismic. Concurrent interface foreshocks underwent a diminution of their radiation at high frequency, as shown by the temporal evolution of Fourier spectra and residuals with respect to ground motions predicted by recent subduction models. Such ground motions change suggests that in response to the slow sliding of the subduction interface, seismic ruptures are progressively becoming smoother and/or slower. The gradual propagation of seismic ruptures beyond seismic asperities into surrounding metastable areas could explain these observations and might be the precursory mechanism eventually leading to the main shock. KW - seismology KW - GPS KW - subduction KW - precursor Y1 - 2017 U6 - https://doi.org/10.1002/2017GL073023 SN - 0094-8276 SN - 1944-8007 VL - 44 SP - 4046 EP - 4053 PB - American Geophysical Union CY - Washington ER - TY - JOUR A1 - Tu, Rui A1 - Wang, Rongjiang A1 - Walter, Thomas R. A1 - Diao, FaQi T1 - Adaptive recognition and correction of baseline shifts from collocated GPS and accelerometer using two phases Kalman filter JF - Advances in space research N2 - The real-time recognition and precise correction of baseline shifts in strong-motion records is a critical issue for GPS and accelerometer combined processing. This paper proposes a method to adaptively recognize and correct baseline shifts in strong-motion records by utilizing GPS measurements using two phases Kalman filter. By defining four kinds of learning statistics and criteria, the time series of estimated baseline shifts can be divided into four time intervals: initialization, static, transient and permanent. During the time interval in which the transient baseline shift is recognized, the dynamic noise of the Kalman filter system and the length of the baseline shifts estimation window are adaptively adjusted to yield a robust integration solution. The validations from an experimental and real datasets show that acceleration baseline shifts can be precisely recognized and corrected, thus, the combined system adaptively adjusted the estimation strategy to get a more robust solution. (C) 2014 COSPAR. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved. KW - GPS KW - Strong-motion KW - Baseline shift KW - Kalman filter KW - Integration Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1016/j.asr.2014.07.008 SN - 0273-1177 SN - 1879-1948 VL - 54 IS - 9 SP - 1924 EP - 1932 PB - Elsevier CY - Oxford ER - TY - JOUR A1 - Botova, M. G. A1 - Namgaladze, Alexander A. A1 - Prokhorov, Boris E. T1 - Modeling of variations of the peak F2 layer electron density and total electron content during the recovery period after the magnetic storm of April 15-20, 2002 JF - Russian journal of physical chemistry : B, Focus on physics N2 - The results of numerical modeling by using the global upper atmosphere model of the Earth (UAM) for reproducing the peak F2 layer electron density (N (m) F2) and total electron content (TEC) during recovery period after the magnetic storm of the April 15-20, 2002 are discussed. According to the simulations, the time it takes to reach a stationary regime of N (m) F2 and TEC diurnal variations is 24 hours, much shorter then the plasmasphere refilling time. The results are compared with the predictions of the IRI-2007 empirical model and GPS data on the TEC and found in good quantitative agreement for the latitudinal variations of N (m) F2 and TEC for daytime conditions in the southern hemisphere. The worst agreement occurs in the region of the main ionospheric trough. KW - total electron content KW - peak F2-layer electron density KW - GPS Y1 - 2013 U6 - https://doi.org/10.1134/S1990793113050151 SN - 1990-7931 SN - 1990-7923 VL - 7 IS - 5 SP - 606 EP - 610 PB - Pleiades Publ. CY - New York ER - TY - JOUR A1 - Moreno, Marcelo Spegiorin A1 - Melnick, Daniel A1 - Rosenau, M. A1 - Báez, Juan Carlos A1 - Klotz, Jan A1 - Oncken, Onno A1 - Tassara, Andres A1 - Chen, J. A1 - Bataille, Klaus A1 - Bevis, M. A1 - Socquet, Anne A1 - Bolte, John A1 - Vigny, C. A1 - Brooks, B. A1 - Ryder, I. A1 - Grund, Volker A1 - Smalley, B. A1 - Carrizo, Daniel A1 - Bartsch, M. A1 - Hase, H. T1 - Toward understanding tectonic control on the M-w 8.8 2010 Maule Chile earthquake JF - Earth & planetary science letters N2 - The Maule earthquake of 27th February 2010 (M-w = 8.8) affected similar to 500 km of the Nazca-South America plate boundary in south-central Chile producing spectacular crustal deformation. Here, we present a detailed estimate of static coseismic surface offsets as measured by survey and continuous GPS, both in near- and far-field regions. Earthquake slip along the megathrust has been inferred from a Joint inversion of our new data together with published GPS, InSAR, and land-level changes data using Green's functions generated by a spherical finite-element model with realistic subduction zone geometry. The combination of the data sets provided a good resolution, indicating that most of the slip was well resolved. Coseismic slip was concentrated north of the epicenter with up to 16 m of slip, whereas to the south it reached over 10 m within two minor patches. A comparison of coseismic slip with the slip deficit accumulated since the last great earthquake in 1835 suggests that the 2010 event closed a mature seismic gap. Slip deficit distribution shows an apparent local overshoot that highlight cycle-to-cycle variability, which has to be taken into account when anticipating future events from interseismic observations. Rupture propagation was obviously not affected by bathymetric features of the incoming plate. Instead, splay faults in the upper plate seem to have limited rupture propagation in the updip and along-strike directions. Additionally, we found that along-strike gradients in slip are spatially correlated with geometrical inflections of the megathrust. Our study suggests that persistent tectonic features may control strain accumulation and release along subduction megathrusts. KW - GPS KW - Chile KW - Maule KW - slip model KW - FEM Y1 - 2012 U6 - https://doi.org/10.1016/j.epsl.2012.01.006 SN - 0012-821X VL - 321 IS - 3 SP - 152 EP - 165 PB - Elsevier CY - Amsterdam ER - TY - JOUR A1 - Moreno, Marcelo Spegiorin A1 - Melnick, Daniel A1 - Rosenau, M. A1 - Bolte, John A1 - Klotz, Jan A1 - Echtler, Helmut Peter A1 - Báez, Juan Carlos A1 - Bataille, Klaus A1 - Chen, J. A1 - Bevis, M. A1 - Hase, H. A1 - Oncken, Onno T1 - Heterogeneous plate locking in the South-Central Chile subduction zone building up the next great earthquake JF - Earth & planetary science letters N2 - We use Global Positioning System (GPS) velocities and kinematic Finite Element models (FE-models) to infer the state of locking between the converging Nazca and South America plates in South-Central Chile (36 degrees S -46 degrees S) and to evaluate its spatial and temporal variability. GPS velocities provide information on earthquake-cycle deformation over the last decade in areas affected by the megathrust events of 1960 (M-w = 9.5) and 2010 (M-w = 8.8). Our data confirm that a change in surface velocity patterns of these two seismotectonic segments can be related to their different stages in the seismic cycle: Accordingly, the northern (2010) segment was in a final stage of interseismic loading whereas the southern (1960) segment is still in a postseismic stage and undergoes a prolonged viscoelastic mantle relaxation. After correcting the signals for mantle relaxation, the residual GPS velocity pattern suggests that the plate interface accumulates slip deficit in a spatially and presumably temporally variable way towards the next great event. Though some similarity exist between locking and 1960 coseismic slip, extrapolating the current, decadal scale slip deficit accumulation towards the similar to 300-yr recurrence times of giant events here does neither yield the slip distribution nor the moment magnitude of the 1960 earthquake. This suggests that either the locking pattern is evolving in time (to reconcile a slip deficit distribution similar to the 1960 earthquake) or that some asperities are not persistent over multiple events. The accumulated moment deficit since 1960 suggests that highly locked patches in the 1960 segment are already capable of producing a M similar to 8 event if triggered to fail by stress transfer from the 2010 event. KW - GPS KW - Chile KW - Maule KW - locking degree KW - postseismic deformation KW - earthquake cycle Y1 - 2011 U6 - https://doi.org/10.1016/j.epsl.2011.03.025 SN - 0012-821X VL - 305 IS - 3-4 SP - 413 EP - 424 PB - Elsevier CY - Amsterdam ER - TY - JOUR A1 - Zolotov, O. V. A1 - Prokhorov, Boris E. A1 - Namgaladze, Alexander A. A1 - Martynenko, O. V. T1 - Variations in the total electron content of the ionosphere during preparation of earthquakes JF - Russian journal of physical chemistry : B, Focus on physics N2 - The morphological features in the deviations of the total electron content (TEC) of the ionosphere from the background undisturbed state as possible precursors of the earthquake of January 12, 2010 (21:53 UT (16:53 LT), 18.46A degrees N, 72.5A degrees W, 7.0 M) in Haiti are analyzed. To identify these features, global and regional differential TEC maps based on global 2-h TEC maps provided by NASA in the IONEX format were plotted. For the considered earthquake, long-lived disturbances, presumably of seismic origin, were localized in the near-epicenter area and were accompanied by similar effects in the magnetoconjugate region. Both decreases and increases in the local TEC over the period from 22 UT of January 10 to 08 UT of January 12, 2010 were observed. The horizontal dimensions of the anomalies were similar to 40A degrees in longitude and similar to 20A degrees in latitude, with the magnitude of TEC disturbances reaching similar to 40% relative to the background near the epicenter and more than 50% in the magnetoconjugate area. No significant geomagnetic disturbances within January 1-12, 2010 were observed, i.e., the detected TEC anomalies were manifestations of interplay between processes in the lithosphere-atmosphere-ionosphere system. KW - TEC KW - ionospheric precursors of earthquakes KW - GPS Y1 - 2011 U6 - https://doi.org/10.1134/S1990793111030146 SN - 1990-7931 VL - 5 IS - 3 SP - 435 EP - 438 PB - Pleiades Publ. CY - New York ER - TY - THES A1 - Höchner, Andreas T1 - GPS based analysis of earthquake induced phenomena at the Sunda Arc T1 - GPS-basierte Analyse erdbebeninduzierter Phänomene am Sundabogen N2 - Indonesia is one of the countries most prone to natural hazards. Complex interaction of several tectonic plates with high relative velocities leads to approximately two earthquakes with magnitude Mw>7 every year, being more than 15% of the events worldwide. Earthquakes with magnitude above 9 happen far more infrequently, but with catastrophic effects. The most severe consequences thereby arise from tsunamis triggered by these subduction-related earthquakes, as the Sumatra-Andaman event in 2004 showed. In order to enable efficient tsunami early warning, which includes the estimation of wave heights and arrival times, it is necessary to combine different types of real-time sensor data with numerical models of earthquake sources and tsunami propagation. This thesis was created as a result of the GITEWS project (German Indonesian Tsunami Early Warning System). It is based on five research papers and manuscripts. Main project-related task was the development of a database containing realistic earthquake scenarios for the Sunda Arc. This database provides initial conditions for tsunami propagation modeling used by the simulation system at the early warning center. An accurate discretization of the subduction geometry, consisting of 25x150 subfaults was constructed based on seismic data. Green’s functions, representing the deformational response to unit dip- and strike slip at the subfaults, were computed using a layered half-space approach. Different scaling relations for earthquake dimensions and slip distribution were implemented. Another project-related task was the further development of the ‘GPS-shield’ concept. It consists of a constellation of near field GPS-receivers, which are shown to be very valuable for tsunami early warning. The major part of this thesis is related to the geophysical interpretation of GPS data. Coseismic surface displacements caused by the 2004 Sumatra earthquake are inverted for slip at the fault. The effect of different Earth layer models is tested, favoring continental structure. The possibility of splay faulting is considered and shown to be a secondary order effect in respect to tsunamigenity for this event. Tsunami models based on source inversions are compared to satellite radar altimetry observations. Postseismic GPS time series are used to test a wide parameter range of uni- and biviscous rheological models of the asthenosphere. Steady-state Maxwell rheology is shown to be incompatible with near-field GPS data, unless large afterslip, amounting to more than 10% of the coseismic moment is assumed. In contrast, transient Burgers rheology is in agreement with data without the need for large aseismic afterslip. Comparison to postseismic geoid observation by the GRACE satellites reveals that even with afterslip, the model implementing Maxwell rheology results in amplitudes being too small, and thus supports a biviscous asthenosphere. A simple approach based on the assumption of quasi-static deformation propagation is introduced and proposed for inversion of coseismic near-field GPS time series. Application of this approach to observations from the 2004 Sumatra event fails to quantitatively reconstruct the rupture propagation, since a priori conditions are not fulfilled in this case. However, synthetic tests reveal the feasibility of such an approach for fast estimation of rupturing properties. N2 - Indonesien ist eines der am stärksten von Naturkatastrophen bedrohten Länder der Erde. Die komplexe Interaktion mehrer tektonischer Platten, die sich mit hohen Relativgeschwindigkeiten zueinander bewegen, führt im Mittel zu ungefähr zwei Erdbeben mit Magnitude Mw>7 pro Jahr, was mehr als 15% der Ereignisse weltweit entspricht. Beben mit Magnitude über 9 sind weitaus seltener, haben aber katastrophale Folgen. Die schwerwiegendsten Konsequenzen hierbei werden durch Tsunamis verursacht, welche durch diese Subduktionsbeben ausgelöst werden, wie das Sumatra-Andamanen Ereignis von 2004 gezeigt hat. Um eine wirksame Tsunami-Frühwarnung zu ermöglichen, welche die Abschätzung der Wellenhöhen und Ankunftszeiten beinhaltet, ist es erforderlich, verschieden Arten von Echtzeit-Sensordaten mit numerischen Modellen für die Erdbebenquelle und Tsunamiausbreitung zu kombinieren. Diese Doktorarbeit wurde im Rahmen des GITEWS-Projektes (German Indonesian Tsunami Early Warning System) erstellt und umfasst fünf Fachpublikationen und Manuskripte. Projektbezogene Hauptaufgabe war die Erstellung einer Datenbank mit realistischen Bebenszenarien für den Sundabogen. Die Datenbank beinhaltet Anfangsbedingungen für die Tsunami-Ausbreitungsmodellierung und ist Teil des Simulationssystems im Frühwarnzentrum. Eine sorgfältige Diskretisierung der Subduktionsgeometrie, bestehend aus 25x150 subfaults, wurde basierend auf seismischen Daten erstellt. Greensfunktionen, welche die Deformation, hervorgerufen durch Verschiebung an den subfaults ausmachen, wurden mittels eines semianalytischen Verfahrens für den geschichteten Halbraum berechnet. Verschiedene Skalierungsrelationen für Erdbebendimension und slip-Verteilung wurden implementiert. Eine weitere projektbezogene Aufgabe war die Weiterentwicklung des ‚GPS-Schild’-Konzeptes. Dieses besteht aus einer Konstellation von GPS-Empfängern im Nahfeldbereich, welche sich als sehr wertvoll für die Tsunami-Frühwarnung erweisen. Der größere Teil dieser Doktorarbeit beschäftigt sich mit der geophysikalischen Interpretation von GPS-Daten. Coseismische Verschiebungen an der Erdoberfläche, ausgelöst durch das Erdbeben von 2004, werden nach slip an der Verwerfung invertiert. Die Wirkung verschiedener Erdschichtungsmodelle wird getestet und resultiert in der Bevorzugung einer kontinentalen Struktur. Die Möglichkeit von splay-faulting wird untersucht und erweist sich als zweitrangiger Effekt bezüglich der Tsunamiwirkung für dieses Ereignis. Die auf der Quelleninversion basierenden Tsunamimodelle werden mit satellitengestützen Radaraltimetriedaten verglichen. Postseismische GPS-Daten werden verwendet, um einen weiten Parameterbereich uni- und bi-viskoser Modelle der Asthenosphäre zu testen. Dabei stellt sich stationäre Maxwell-Rheologie als inkompatibel mit Nahfeld-GPS-Zeitreihen heraus, es sei denn, eine große Quantität an afterslip, entsprechend etwa 10% des coseismischen Momentes, wird angenommen. Im Gegensatz dazu ist die transiente Burgers-Rheologie ohne große Mengen an afterslip kompatibel zu den Beobachtungen. Der Vergleich mit postseismischen Geoidbeobachtungen durch die GRACE-Satelliten zeigt, dass das Modell basierend auf Maxwell-Rheologie, auch mit afterslip, zu kleine Amplituden liefert, und bekräftigt die Annahme einer biviskosen Rheologie der Asthenosphäre. Ein einfacher Ansatz, der auf einer quasi-statischen Deformationsausbreitung beruht, wird eingeführt und zur Inversion coseismischer Nahfeld-GPS-Zeitreihen vorgeschlagen. Die Anwendung dieses Ansatzes auf Beobachtungen vom Sumatra-Beben von 2004 ermöglicht nicht die quantitative Rekonstruktion der Ausbreitung des Bruches, da die notwendigen Bedingungen in diesem Fall nicht erfüllt sind. Jedoch zeigen Experimente an synthetischen Daten die Gültigkeit eines solchen Ansatzes zur raschen Abschätzung der Bruchausbreitungseigenschaften. KW - GPS KW - Erdbeben KW - Tsunami KW - Rheologie KW - GITEWS KW - GPS KW - Earthquake KW - Tsunami KW - Rheology KW - GITEWS Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-53166 ER -