TY  - CHAP
ED  - Kurths, Jürgen
ED  - Fradkov, Alexander
ED  - Chen, Guanrong
T1  - The 3rd international IEEE scientific conference on physics and control (PhysCon 2007) : September 3rd-7th 2007 at the University of Potsdam
N2  - During the last few years there was a tremendous growth of scientific activities in the fields related to both Physics and Control theory: nonlinear dynamics, micro- and nanotechnologies, self-organization and complexity, etc. New horizons were opened and new exciting applications emerged. Experts with different backgrounds starting to work together need more opportunities for information exchange to improve mutual understanding and cooperation. The Conference "Physics and Control 2007" is the third international conference focusing on the borderland between Physics and Control with emphasis on both theory and applications. With its 2007 address at Potsdam, Germany, the conference is located for the first time outside of Russia. The major goal of the Conference is to bring together researchers from different scientific communities and to gain some general and unified perspectives in the studies of controlled systems in physics, engineering, chemistry, biology and other natural sciences. We hope that the Conference helps experts in control theory to get acquainted with new interesting problems, and helps experts in physics and related fields to know more about ideas and tools from the modern control theory.
KW  - nonlinear dynamics
KW  - micro- and nanotechnologies
KW  - self-organization
KW  - complexity
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-15228
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - THES
A1  - Miteva, Rositsa Stoycheva
T1  - Electron acceleration at localized wave structures in the solar corona
T1  - Elektronenbeschleunigung an lokalen Wellenstrukturen in der Sonnenkorona
N2  - Our dynamic Sun manifests its activity by different phenomena: from the 11-year cyclic sunspot pattern to the unpredictable and violent explosions in the case of solar flares. During flares, a huge amount of the stored magnetic energy is suddenly released and a substantial part of this energy is carried by the energetic electrons, considered to be the source of the nonthermal radio and X-ray radiation. One of the most important and still open question in solar physics is how the electrons are accelerated up to high energies within (the observed in the radio emission) short time scales. Because the acceleration site is extremely small in spatial extent as well (compared to the solar radius), the electron acceleration is regarded as a local process. The search for localized wave structures in the solar corona that are able to accelerate electrons together with the theoretical and numerical description of the conditions and requirements for this process, is the aim of the dissertation. Two models of electron acceleration in the solar corona are proposed in the dissertation: I. Electron acceleration due to the solar jet interaction with the background coronal plasma (the jet--plasma interaction) A jet is formed when the newly reconnected and highly curved magnetic field lines are relaxed by shooting plasma away from the reconnection site. Such jets, as observed in soft X-rays with the Yohkoh satellite, are spatially and temporally associated with beams of nonthermal electrons (in terms of the so-called type III metric radio bursts) propagating through the corona. A model that attempts to give an explanation for such observational facts is developed here. Initially, the interaction of such jets with the background plasma leads to an (ion-acoustic) instability associated with growing of electrostatic fluctuations in time for certain range of the jet initial velocity. During this process, any test electron that happen to feel this electrostatic wave field is drawn to co-move with the wave, gaining energy from it. When the jet speed has a value greater or lower than the one, required by the instability range, such wave excitation cannot be sustained and the process of electron energization (acceleration and/or heating) ceases. Hence, the electrons can propagate further in the corona and be detected as type III radio burst, for example. II. Electron acceleration due to attached whistler waves in the upstream region of coronal shocks (the electron--whistler--shock interaction) Coronal shocks are also able to accelerate electrons, as observed by the so-called type II metric radio bursts (the radio signature of a shock wave in the corona). From in-situ observations in space, e.g., at shocks related to co-rotating interaction regions, it is known that nonthermal electrons are produced preferably at shocks with attached whistler wave packets in their upstream regions. Motivated by these observations and assuming that the physical processes at shocks are the same in the corona as in the interplanetary medium, a new model of electron acceleration at coronal shocks is presented in the dissertation, where the electrons are accelerated by their interaction with such whistlers. The protons inflowing toward the shock are reflected there by nearly conserving their magnetic moment, so that they get a substantial velocity gain in the case of a quasi-perpendicular shock geometry, i.e, the angle between the shock normal and the upstream magnetic field is in the range 50--80 degrees. The so-accelerated protons are able to excite whistler waves in a certain frequency range in the upstream region. When these whistlers (comprising the localized wave structure in this case) are formed, only the incoming electrons are now able to interact resonantly with them. But only a part of these electrons fulfill the the electron--whistler wave resonance condition. Due to such resonant interaction (i.e., of these electrons with the whistlers), the electrons are accelerated in the electric and magnetic wave field within just several whistler periods. While gaining energy from the whistler wave field, the electrons reach the shock front and, subsequently, a major part of them are reflected back into the upstream region, since the shock accompanied with a jump of the magnetic field acts as a magnetic mirror. Co-moving with the whistlers now, the reflected electrons are out of resonance and hence can propagate undisturbed into the far upstream region, where they are detected in terms of type II metric radio bursts. In summary, the kinetic energy of protons is transfered into electrons by the action of localized wave structures in both cases, i.e., at jets outflowing from the magnetic reconnection site and at shock waves in the corona.
N2  - Die Sonne ist ein aktiver Stern, was sich nicht nur in den allseits bekannten Sonnenflecken, sondern auch in Flares manifestiert. Während Flares wird eine große Menge gespeicherter, magnetischer Energie in einer kurzen Zeit von einigen Sekunden bis zu wenigen Stunden in der Sonnenkorona freigesetzt. Dabei werden u.a. energiereiche Elektronen erzeugt, die ihrerseits nichtthermische Radio- und Röntgenstrahlung, wie sie z.B. am Observatorium für solare Radioastronomie des Astrophysikalischen Instituts Potsdam (AIP) in Tremsdorf und durch den NASA-Satelliten RHESSI beobachtet werden, erzeugen. Da diese Elektronen einen beträchtlichen Anteil der beim Flare freigesetzten Energie tragen, ist die Frage, wie Elektronen in kurzer Zeit auf hohe Energien in der Sonnenkorona beschleunigt werden, von generellem astrophysikalischen Interesse, da solche Prozesse auch in anderen Sternatmosphären und kosmischen Objekten, wie z.B. Supernova-Überresten, stattfinden. In der vorliegenden Dissertation wird die Elektronenbeschleunigung an lokalen Wellenstrukturen im Plasma der Sonnenkorona untersucht. Solche Wellen treten in der Umgebung der magnetischen Rekonnektion, die als ein wichtiger Auslöser von Flares angesehen wird, und in der Nähe von Stoßwellen, die infolge von Flares erzeugt werden, auf. Generell werden die Elektronen als Testteilchen behandelt. Sie werden durch ihre Wechselwirkung mit den elektrischen und magnetischen Feldern, die mit den Plasmawellen verbunden sind, beschleunigt. Infolge der magnetischen Rekonnektion als Grundlage des Flares werden starke Plasmaströmungen (sogenannte Jets) erzeugt. Solche Jets werden im Licht der weichen Röntgenstrahlung, wie z.B. durch den japanischen Satelliten YOHKOH, beobachtet. Mit solchen Jets sind solare Typ III Radiobursts als Signaturen von energiereichen Elektronenstrahlen in der Sonnenkorona verbunden. Durch die Wechselwirkung eines Jets mit dem umgebenden Plasma werden lokal elektrische Felder erzeugt, die ihrerseits Elektronen beschleunigen können. Dieses hier vorgestellte Szenarium kann sehr gut die Röntgen- und Radiobeobachtungen von Jets und den damit verbundenen Elektronenstrahlen erklären. An koronalen Stoßwellen, die infolge Flares entstehen, werden Elektronen beschleunigt, deren Signatur man in der solaren Radiostrahlung in Form von sogenannten Typ II Bursts beobachten kann. Stoßwellen in kosmischen Plasmen können mit Whistlerwellen (ein spezieller Typ von Plasmawellen) verbunden sein. In der vorliegenden Arbeit wird ein Szenarium vorgestellt, das aufzeigt, wie solche Whistlerwellen an koronalen Stoßwellen erzeugt werden und durch ihre resonante Wechselwirkung mit den Elektronen dieselben beschleunigen. Dieser Prozess ist effizienter als bisher vorgeschlagene Mechanismen und kann deshalb auch auf andere Stoßwellen im Kosmos, wie z.B. an Supernova-Überresten, zur Erklärung der dort erzeugten Radio- und Röntgenstrahlung dienen.
KW  - Elektronenbeschleunigung
KW  - Sonnenkorona
KW  - Jets
KW  - Stoßwellen
KW  - Nichtlineare Wellen
KW  - Electron acceleration
KW  - Solar corona
KW  - Jets
KW  - Shock waves
KW  - Nonlinear waves
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-14775
ER  - 
TY  - THES
A1  - Rust, Henning
T1  - Detection of long-range dependence : applications in climatology and hydrology
T1  - Detektion langreichweitiger Korrelationen : Anwendungen in Klimatologie und Hydrologie
N2  - It is desirable to reduce the potential threats that result from the variability of nature, such as droughts or heat waves that lead to food shortage, or the other extreme, floods that lead to severe damage. To prevent such catastrophic events, it is necessary to understand, and to be capable of characterising, nature's variability. Typically one aims to describe the underlying dynamics of geophysical records with differential equations. There are, however, situations where this does not support the objectives, or is not feasible, e.g., when little is known about the system, or it is too complex for the model parameters to be identified. In such situations it is beneficial to regard certain influences as random, and describe them with stochastic processes. In this thesis I focus on such a description with linear stochastic processes of the FARIMA type and concentrate on the detection of long-range dependence. Long-range dependent processes show an algebraic (i.e. slow) decay of the autocorrelation function. Detection of the latter is important with respect to, e.g. trend tests and uncertainty analysis. Aiming to provide a reliable and powerful strategy for the detection of long-range dependence, I suggest a way of addressing the problem which is somewhat different from standard approaches. Commonly used methods are based either on investigating the asymptotic behaviour (e.g., log-periodogram regression), or on finding a suitable potentially long-range dependent model (e.g., FARIMA[p,d,q]) and test the fractional difference parameter d for compatibility with zero. Here, I suggest to rephrase the problem as a model selection task, i.e.comparing the most suitable long-range dependent and the most suitable short-range dependent model. Approaching the task this way requires a) a suitable class of long-range and short-range dependent models along with suitable means for parameter estimation and b) a reliable model selection strategy, capable of discriminating also non-nested models. With the flexible FARIMA model class together with the Whittle estimator the first requirement is fulfilled. Standard model selection strategies, e.g., the likelihood-ratio test, is for a comparison of non-nested models frequently not powerful enough. Thus, I suggest to extend this strategy with a simulation based model selection approach suitable for such a direct comparison. The approach follows the procedure of a statistical test, with the likelihood-ratio as the test statistic. Its distribution is obtained via simulations using the two models under consideration. For two simple models and different parameter values, I investigate the reliability of p-value and power estimates obtained from the simulated distributions. The result turned out to be dependent on the model parameters. However, in many cases the estimates allow an adequate model selection to be established. An important feature of this approach is that it immediately reveals the ability or inability to discriminate between the two models under consideration. Two applications, a trend detection problem in temperature records and an uncertainty analysis for flood return level estimation, accentuate the importance of having reliable methods at hand for the detection of long-range dependence. In the case of trend detection, falsely concluding long-range dependence implies an underestimation of a trend and possibly leads to a delay of measures needed to take in order to counteract the trend. Ignoring long-range dependence, although present, leads to an underestimation of confidence intervals and thus to an unjustified belief in safety, as it is the case for the return level uncertainty analysis. A reliable detection of long-range dependence is thus highly relevant in practical applications. Examples related to extreme value analysis are not limited to hydrological applications. The increased uncertainty of return level estimates is a potentially problem for all records from autocorrelated processes, an interesting examples in this respect is the assessment of the maximum strength of wind gusts, which is important for designing wind turbines. The detection of long-range dependence is also a relevant problem in the exploration of financial market volatility. With rephrasing the detection problem as a model selection task and suggesting refined methods for model comparison, this thesis contributes to the discussion on and development of methods for the detection of long-range dependence.
N2  - Die potentiellen Gefahren und Auswirkungen der natürlicher Klimavariabilitäten zu reduzieren ist ein wünschenswertes Ziel. Solche Gefahren sind etwa Dürren und Hitzewellen, die zu Wasserknappheit führen oder, das andere Extrem, Überflutungen, die einen erheblichen Schaden an der Infrastruktur nach sich ziehen können. Um solche katastrophalen Ereignisse zu vermeiden, ist es notwendig die Dynamik der Natur zu verstehen und beschreiben zu können. Typischerweise wird versucht die Dynamik geophysikalischer Datenreihen mit Differentialgleichungssystemen zu beschreiben. Es gibt allerdings Situationen in denen dieses Vorgehen nicht zielführend oder technisch nicht möglich ist. Dieses sind Situationen in denen wenig Wissen über das System vorliegt oder es zu komplex ist um die Modellparameter zu identifizieren. Hier ist es sinnvoll einige Einflüsse als zufällig zu betrachten und mit Hilfe stochastischer Prozesse zu modellieren. In dieser Arbeit wird eine solche Beschreibung mit linearen stochastischen Prozessen der FARIMA-Klasse angestrebt. Besonderer Fokus liegt auf der Detektion von langreichweitigen Korrelationen. Langreichweitig korrelierte Prozesse sind solche mit einer algebraisch, d.h. langsam, abfallenden Autokorrelationsfunktion. Eine verläßliche Erkennung dieser Prozesse ist relevant für Trenddetektion und Unsicherheitsanalysen. Um eine verläßliche Strategie für die Detektion langreichweitig korrelierter Prozesse zur Verfügung zu stellen, wird in der Arbeit ein anderer als der Standardweg vorgeschlagen. Gewöhnlich werden Methoden eingesetzt, die das asymptotische Verhalten untersuchen, z.B. Regression im Periodogramm. Oder aber es wird versucht ein passendes potentiell langreichweitig korreliertes Modell zu finden, z.B. aus der FARIMA Klasse, und den geschätzten fraktionalen Differenzierungsparameter d auf Verträglichkeit mit dem trivialen Wert Null zu testen. In der Arbeit wird vorgeschlagen das Problem der Detektion langreichweitiger Korrelationen als Modellselektionsproblem umzuformulieren, d.h. das beste kurzreichweitig und das beste langreichweitig korrelierte Modell zu vergleichen. Diese Herangehensweise erfordert a) eine geeignete Klasse von lang- und kurzreichweitig korrelierten Prozessen und b) eine verläßliche Modellselektionsstrategie, auch für nichtgenestete Modelle. Mit der flexiblen FARIMA-Klasse und dem Whittleschen Ansatz zur Parameterschätzung ist die erste Voraussetzung erfüllt. Hingegen sind standard Ansätze zur Modellselektion, wie z.B. der Likelihood-Ratio-Test, für nichtgenestete Modelle oft nicht trennscharf genug. Es wird daher vorgeschlagen diese Strategie mit einem simulationsbasierten Ansatz zu ergänzen, der insbesondere für die direkte Diskriminierung nichtgenesteter Modelle geeignet ist. Der Ansatz folgt einem statistischen Test mit dem Quotienten der Likelihood als Teststatistik. Ihre Verteilung wird über Simulationen mit den beiden zu unterscheidenden Modellen ermittelt. Für zwei einfache Modelle und verschiedene Parameterwerte wird die Verläßlichkeit der Schätzungen für p-Wert und Power untersucht. Das Ergebnis hängt von den Modellparametern ab. Es konnte jedoch in vielen Fällen eine adäquate Modellselektion etabliert werden. Ein wichtige Eigenschaft dieser Strategie ist, dass unmittelbar offengelegt wird, wie gut sich die betrachteten Modelle unterscheiden lassen. Zwei Anwendungen, die Trenddetektion in Temperaturzeitreihen und die Unsicherheitsanalyse für Bemessungshochwasser, betonen den Bedarf an verläßlichen Methoden für die Detektion langreichweitiger Korrelationen. Im Falle der Trenddetektion führt ein fälschlicherweise gezogener Schluß auf langreichweitige Korrelationen zu einer Unterschätzung eines Trends, was wiederum zu einer möglicherweise verzögerten Einleitung von Maßnahmen führt, die diesem entgegenwirken sollen. Im Fall von Abflußzeitreihen führt die Nichtbeachtung von vorliegenden langreichweitigen Korrelationen zu einer Unterschätzung der Unsicherheit von Bemessungsgrößen. Eine verläßliche Detektion von langreichweitig Korrelierten Prozesse ist somit von hoher Bedeutung in der praktischen Zeitreihenanalyse. Beispiele mit Bezug zu extremem Ereignissen beschränken sich nicht nur auf die Hochwasseranalyse. Eine erhöhte Unsicherheit in der Bestimmung von extremen Ereignissen ist ein potentielles Problem von allen autokorrelierten Prozessen. Ein weiteres interessantes Beispiel ist hier die Abschätzung von maximalen Windstärken in Böen, welche bei der Konstruktion von Windrädern eine Rolle spielt. Mit der Umformulierung des Detektionsproblems als Modellselektionsfrage und mit der Bereitstellung geeigneter Modellselektionsstrategie trägt diese Arbeit zur Diskussion und Entwicklung von Methoden im Bereich der Detektion von langreichweitigen Korrelationen bei.
KW  - langreichweitige Korrelationen
KW  - nichtgenestete Modellselektion
KW  - FARIMA
KW  - Unsicherheitsanalyse
KW  - Bemessungshochwasser
KW  - long-range dependence
KW  - long-memory
KW  - non-nested model selection
KW  - FARIMA
KW  - uncertainty analysis
KW  - return level estimation
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-13347
ER  - 
TY  - CHAP
A1  - Votruba, V.
A1  - Feldmeier, Achim
A1  - Kubát, Jiří
A1  - Rätzel, D.
T1  - Multicomponent stellar wind of hot stars
N2  - We developed a time-dependent multicomponent hydrodynamical code for simulation of the stellar wind from hot stars and applied it to stars with high and low density winds.
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-17677
ER  - 
TY  - CHAP
A1  - Kusterer, D.-J.
A1  - Nagel, T.
A1  - Werner, K.
A1  - Feldmeier, Achim
T1  - Radiative transfer in CV disk winds
N2  - Mass accretion onto compact objects through accretion disks is a common phenomenon in the universe. It is seen in all energy domains from active galactic nuclei through cataclysmic variables (CVs) to young stellar objects. Because CVs are fairly easy to observe, they provide an ideal opportunity to study accretion disks in great detail and thus help us to understand accretion also in other energy ranges. Mass accretion in these objects is often accompanied by mass outflow from the disks. This accretion disk wind, at least in CVs, is thought to be radiatively driven, similar to O star winds. WOMPAT, a 3-D Monte Carlo radiative transfer code for accretion disk winds of CVs is presented.
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-17847
ER  - 
TY  - CHAP
ED  - Hamann, Wolf-Rainer
ED  - Feldmeier, Achim
ED  - Oskinova, Lida
T1  - Clumping in hot-star winds : proceedings of an international workshop held in Potsdam, Germany, 18. - 22. June 2007
N2  - Stellar winds play an important role for the evolution of massive stars and their cosmic environment. Multiple lines of evidence, coming from spectroscopy, polarimetry, variability, stellar ejecta, and hydrodynamic modeling, suggest that stellar winds are non-stationary and inhomogeneous. This is referred to as 'wind clumping'. The urgent need to understand this phenomenon is boosted by its far-reaching implications. Most importantly, all techniques to derive empirical mass-loss rates are more or less corrupted by wind clumping. Consequently, mass-loss rates are extremely uncertain. Within their range of uncertainty, completely different scenarios for the evolution of massive stars are obtained. Settling these questions for Galactic OB, LBV and Wolf-Rayet stars is prerequisite to understanding stellar clusters and galaxies, or predicting the properties of first-generation stars. In order to develop a consistent picture and understanding of clumped stellar winds, an international workshop on 'Clumping in Hot Star Winds' was held in Potsdam, Germany, from 18. - 22. June 2007. About 60 participants, comprising almost all leading experts in the field, gathered for one week of extensive exchange and discussion. The Scientific Organizing Committee (SOC) included John Brown (Glasgow), Joseph Cassinelli (Madison), Paul Crowther (Sheffield), Alex Fullerton (Baltimore), Wolf-Rainer Hamann (Potsdam, chair), Anthony Moffat (Montreal), Stan Owocki (Newark), and Joachim Puls (Munich). These proceedings contain the invited and contributed talks presented at the workshop, and document the extensive discussions.
KW  - Sternwinde
KW  - Massenverlust
KW  - Strahlungstransport
KW  - hydrodynamische Modellierung
KW  - massereiche Sterne
KW  - stellar winds
KW  - mass loss
KW  - radiative transfer
KW  - hydrodynamic modeling
KW  - massive stars
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-13981
SN  - 978-3-940793-33-1
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  -