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Flood design necessitates discharge estimates for large recurrence intervals. However, in a flood frequency analysis, the uncertainty of discharge estimates increases with higher recurrence intervals, particularly due to the small number of available flood data. Furthermore, traditional distribution functions increase unlimitedly without consideration of an upper bound discharge. Hence, additional information needs to be considered which is representative for high recurrence intervals. Envelope curves which bound the maximum observed discharges of a region are an adequate regionalisation method to provide additional spatial information for the upper tail of a distribution function. Probabilistic regional envelope curves (PRECs) are an extension of the traditional empirical envelope curve approach, in which a recurrence interval is estimated for a regional envelope curve (REC). The REC is constructed for a homogeneous pooling group of sites. The estimation of this recurrence interval is based on the effective sample years of data considering the intersite dependence among all sites of the pooling group. The core idea of this thesis was an improvement of discharge estimates for high recurrence intervals by integrating empirical and probabilistic regional envelope curves into the flood frequency analysis. Therefore, the method of probabilistic regional envelope curves was investigated in detail. Several pooling groups were derived by modifying candidate sets of catchment descriptors and settings of two different pooling methods. These were used to construct PRECs. A sensitivity analysis shows the variability of discharges and the recurrence intervals for a given site due to the different assumptions. The unit flood of record which governs the intercept of PREC was determined as the most influential aspect. By separating the catchments into nested and unnested pairs, the calculation algorithm for the effective sample years of data was refined. In this way, the estimation of the recurrence intervals was improved, and therefore the use of different parameter sets for nested and unnested pairs of catchments is recommended. In the second part of this thesis, PRECs were introduced into a distribution function. Whereas in the traditional approach only discharge values are used, PRECs provide a discharge and its corresponding recurrence interval. Hence, a novel approach was developed, which allows a combination of the PREC results with the traditional systematic flood series while taking the PREC recurrence interval into consideration. An adequate mixed bounded distribution function was presented, which in addition to the PREC results also uses an upper bound discharge derived by an empirical envelope curve. By doing so, two types of additional information which are representative for the upper tail of a distribution function were included in the flood frequency analysis. The integration of both types of additional information leads to an improved discharge estimation for recurrence intervals between 100 and 1000 years.
During the last glacial period, climate records from the North Atlantic region exhibit a pronounced spectral component corresponding to a period of about 1470 years, which has attracted much attention. This spectral peak is closely related to the recurrence pattern of Dansgaard-Oeschger (DO) events. In previous studies a red noise random process, more precisely a first-order autoregressive (AR1) process, was used to evaluate the statistical significance of this peak, with a reported significance of more than 99%. Here we use a simple mechanistic two-state model of DO events, which itself was derived from a much more sophisticated ocean-atmosphere model of intermediate complexity, to numerically evaluate the spectral properties of random (i.e., solely noise-driven) events. This way we find that the power spectral density of random DO events differs fundamentally from a simple red noise random process. These results question the applicability of linear spectral analysis for estimating the statistical significance of highly non-linear processes such as DO events. More precisely, to enhance our scientific understanding about the trigger of DO events, we must not consider simple "straw men" as, for example, the AR1 random process, but rather test against realistic alternative descriptions.
To balance the steady decrease of conventional hydrocarbon resources, increased utilization of unconventional and new energy resources, such as shale gas and geothermal energy, is required. Also, the geological sequestration of carbon dioxide is being considered as a technology that may temporarily mitigate the effects of CO2 emission. Sites suitable for shale gas production, geothermal exploration, or CO2 sequestration are commonly characterized by electrical resistivities distinctly different from those of the surrounding rocks. Therefore, electromagnetic methods can be viable tools to help identify target sites suitable for exploration, and to monitor reservoirs during energy production or CO2 injection. Among the wide variety of electromagnetic methods available, controlled-source magnetotelluric (CSMT) may be particularly suitable because of (i) its ability to resolve both electrically resistive and conductive structures, (ii) controlled sources offering noise control and thus facilitating surveys in populated regions, and (iii) the potential of penetration throughout the depth range accessible by drilling. Nevertheless, CSMT has not yet been widely employed because of logistical challenges of field operations and the requirement of complex and highly computer-intensive data processing. With these difficulties gradually being mitigated by recent technological developments, CSMT may now be reconsidered as an exploration tool. Here, we investigate by 1D and 3D numerical simulations the feasibility of detecting gas shales and identifying sites eligible for geothermal exploration or CO2 sequestration from CSMT data. We consider surface-to-surface, borehole-to-surface, and cross-hole configurations of the sources and receivers. Results and conclusions on the detectability of the targets of interest are presented for various exploration and monitoring scenarios, which are roughly representative of the geological setting of the North German Basin.
Implikationen der Studienabschlüsse Bechelor und Master auf die Personalbeschaffung und -auswahl
(2010)
Vorwort
(2010)
The presented work describes new concepts of fast switching elements based on principles of photonics. The waveguides working in visible and infra-red ranges are put in a basis of these elements. And as materials for manufacturing of waveguides the transparent polymers, dopped by molecules of the dyes possessing second order nonlinear-optical properties are proposed. The work shows how nonlinear-optical processes in such structures can be implemented by electro-optical and opto-optical control circuit signals. In this paper we consider the complete cycle of fabrication of several types of integral photonic elements. The theoretical analysis of high-intensity beam propagation in media with second-order optical nonlinearity is performed. Quantitative estimations of necessary conditions of occurrence of the nonlinear-optical phenomena of the second order taking into account properties of used materials are made. The paper describes the various stages of manufacture of the basic structure of the integrated photonics: a planar waveguide. Using the finite element method the structure of the electromagnetic field inside the waveguide in different modes was analysed. A separate part of the work deals with the creation of composite organic materials with high optical nonlinearity. Using the methods of quantum chemistry, the dependence of nonlinear properties of dye molecules from its structure were investigated in details. In addition, the paper discusses various methods of inducing of an optical nonlinearity in dye-doping of polymer films. In the work, for the first time is proposed the use of spatial modulation of nonlinear properties of waveguide according Fibonacci law. This allows involving several different nonlinear optical processes simultaneously. The final part of the work describes various designs of integrated optical modulators and switches constructed of organic nonlinear optical waveguides. A practical design of the optical modulator based on Mach-Zehnder interferometer made by a photolithography on polymer film is presented.
Bulk electron transport and charge injection in a high mobility n-type semiconducting polymer
(2010)
Bulk electron transport in a high mobility n-type polymer is studied by time-of-flight photocurrent measurements and electron-only devices. Bulk electron mobilities of similar to 5 x 10(-3) cm(2)/Vs are obtained. The analysis of the electron currents suggests the presence of an injection barrier for all conventionally used low workfunction cathodes.
To calibrate delta O-18 time-series from speleothems in the eastern Indian summer monsoon (ISM) region of India, and to understand the moisture regime over the northern Bay of Bengal (BoB) we analyze the delta O-18 and delta D of rainwater, collected in 2007 and 2008 near Cherrapunji, India. delta D values range from + 18.5 parts per thousand to 144.4 parts per thousand, while delta O-18 varies between +0.8 parts per thousand and 18.8 parts per thousand. The Local Meteoric Water Line (LMWL) is found to be indistinguishable from the Global Meteoric Water Line (GMWL). Late ISM (September-October) rainfall exhibits lowest delta O-18 and delta D values, with little relationship to the local precipitation amount. There is a trend to lighter isotope values over the course of the ISM, but it does not correlate with the patterns of temperature and rainfall amount delta O-18 and delta D time-series have to be interpreted with caution in terms of the 'amount effect' in this subtropical region. We find that the temporal trend in delta O-18 reflects increasing transport distance during the ISM, isotopic changes in the northern BoB surface waters during late ISM, and vapor re-equilibration with rain droplets. Using an isotope box model for surface ocean waters, we quantify the potential influence of river runoff on the isotopic composition of the seasonal freshwater plume in the northern BoB. Temporal variations in this source can contribute up to 25% of the observed changes in stable isotopes of precipitation in NE India. To delineate other moisture sources, we use backward trajectory computations and find a strong correlation between source region and isotopic composition. Palaeoclimatic stable isotope time-series from northeast Indian speleothems likely reflect changes in moisture source and transport pathway, as well as the isotopic composition of the BoB surface water, all of which in turn reflect ISM strength. Stalagmite records from the region can therefore be interpreted as integrated measures of the ISM strength.
The method of current extraction under linear increasing voltages (CELIV) allows for the simultaneous determination of charge mobilities and charge densities directly in thin-film geometries as used in organic photovoltaic (OPV) cells. It has been specifically applied to investigate the interrelation of microstructure and charge-transport properties in such systems. Numerical and analytical calculations presented in this work show that the evaluation of CELIV transients with the commonly used analysis scheme is error prone once charge recombination and, possibly, field- dependent charge mobilities are taken into account. The most important effects are an apparent time dependence of charge mobilities and errors in the determined field dependencies. Our results implicate that reports on time-dependent mobility relaxation in OPV materials obtained by the CELIV technique should be carefully revisited and confirmed by other measurement methods.
Das Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung der aktiven Komponenten und ihrer Wechselwirkungen in teilorganischen Hybrid-Solarzellen. Diese bestehen aus einer dünnen Titandioxidschicht, kombiniert mit einer dünnen Polymerschicht. Die Effizienz der Hybrid-Solarzellen wird durch die Lichtabsorption im Polymer, die Dissoziation der gebildeten Exzitonen an der aktiven Grenzfläche zwischen TiO2 und Polymer, sowie durch Generation und Extraktion freier Ladungsträger bestimmt. Zur Optimierung der Solarzellen wurden grundlegende physikalische Wechselwirkungen zwischen den verwendeten Materialen sowie der Einfluss verschiedener Herstellungsparameter untersucht. Unter anderem wurden Fragen zum optimalen Materialeinsatz und Präparationsbedingungen beantwortet sowie grundlegende Einflüsse wie Schichtmorphologie und Polymerinfiltration näher betrachtet. Zunächst wurde aus unterschiedlich hergestelltem Titandioxid (Akzeptor-Schicht) eine Auswahl für den Einsatz in Hybrid-Solarzellen getroffen. Kriterium war hierbei die unterschiedliche Morphologie aufgrund der Oberflächenbeschaffenheit, der Film-Struktur, der Kristallinität und die daraus resultierenden Solarzelleneigenschaften. Für die anschließenden Untersuchungen wurden mesoporöse TiO2–Filme aus einer neuen Nanopartikel-Synthese, welche es erlaubt, kristalline Partikel schon während der Synthese herzustellen, als Elektronenakzeptor und konjugierte Polymere auf Poly(p-Phenylen-Vinylen) (PPV)- bzw. Thiophenbasis als Donatormaterial verwendet. Bei der thermischen Behandlung der TiO2-Schichten erfolgt eine temperaturabhängige Änderung der Morphologie, jedoch nicht der Kristallstruktur. Die Auswirkungen auf die Solarzelleneigenschaften wurden dokumentiert und diskutiert. Um die Vorteile der Nanopartikel-Synthese, die Bildung kristalliner TiO2-Partikel bei tiefen Temperaturen, nutzen zu können, wurden erste Versuche zur UV-Vernetzung durchgeführt. Neben der Beschaffenheit der Oxidschicht wurde auch der Einfluss der Polymermorphologie, bedingt durch Lösungsmittelvariation und Tempertemperatur, untersucht. Hierbei konnte gezeigt werden, dass u.a. die Viskosität der Polymerlösung die Infiltration in die TiO2-Schicht und dadurch die Effizienz der Solarzelle beeinflusst. Ein weiterer Ansatz zur Erhöhung der Effizienz ist die Entwicklung neuer lochleitender Polymere, welche möglichst über einen weiten spektralen Bereich Licht absorbieren und an die Bandlücke des TiO2 angepasst sind. Hierzu wurden einige neuartige Konzepte, z.B. die Kombination von Thiophen- und Phenyl-Einheiten näher untersucht. Auch wurde die Sensibilisierung der Titandioxidschicht in Anlehnung an die höheren Effizienzen der Farbstoffzellen in Betracht gezogen. Zusammenfassend konnten im Rahmen dieser Arbeit wichtige Einflussparameter auf die Funktion hybrider Solarzellen identifiziert und z.T. näher diskutiert werden. Für einige limitierende Faktoren wurden Konzepte zur Verbesserung bzw. Vermeidung vorgestellt.
Öffentlich Private Partnerschaften (ÖPPs) haben in den letzten zehn bis fünfzehn Jahren in Deutschland einen beachtlichen Stellenwert erreicht. Auch zukünftig ist aufgrund der Finanzkrise der Kommunen mit einem weiteren Bedeutungszuwachs zu rechnen. Damit ÖPPs die von der öffentlichen Hand gewünschten Vorteile mit sich bringen können, wie zum Beispiel die Entlastung des öffentlichen Haushalts oder Effizienzsteigerungen, sollten sie im Vorfeld und im Tagesgeschäft aktiv und umsichtig begleitet werden. In diesem Zusammenhang ergibt sich der Ansatzpunkt für die Themenstellung der Dissertation sowie angesichts der Erkenntnis, dass bisher noch keine umfassend fundierten und systematischen Untersuchungen vorliegen, welche die bestehenden Praxiserfahrungen mit ÖPPs mit anwendbaren Theorien in Verbindung setzen und Entscheidungshilfen für öffentliche Akteure ableiten. Aufgrund der verschiedenen möglichen Ausprägungsformen wurde eine Eingrenzung des Themas auf institutionelle ÖPPs auf kommunaler Ebene vorgenommen. Die Untersuchung beginnt mit der Auseinandersetzung der Grundlagen zu ÖPPs, um ein generelles Verständnis für dieses Themengebiet zu schaffen. Nachdem der Begriff erläutert und Merkmale von ÖPPs herausgearbeitet wurden, erfolgt eine Abgrenzung zwischen vertraglichen und institutionellen ÖPPs. Daraufhin werden mögliche Motive der öffentlichen und privaten Seite beim Eingehen einer solchen Partnerschaft aufgeführt sowie erste mögliche Chancen und Risiken skizziert. Im Anschluss erfolgt mit Hilfe der wissenschaftlichen Theorie des Neuen Institutionalismus eine vertiefende Analyse zu institutionellen ÖPPs. Dabei schließt sich die Dissertation an die von Mayntz und Scharpf vorgenommene Einteilung in einen ökonomischen, (organisations-) soziologischen und politikwissenschaftlichen Neo-Institutionalismus an. Der Neue Ökonomische Institutionalismus wurde anhand der drei Teillehren Transaktionskostentheorie, Prinzipal-Agent-Theorie und Theorie der Verfügungsrechte untersucht. Zunächst werden theoretische Erkenntnisse zu den einzelnen Theorien herausgearbeitet und erste Schlussfolgerungen für institutionelle ÖPPs gezogen. Daraus werden nachfolgend Untersuchungskriterien in Form von Fragestellungen für den späteren Fallstudienvergleich entwickelt. Nach Abschluss des Theorieteils erfolgt eine Betrachtung institutioneller ÖPPs aus realer empirischer Sicht. Hierzu werden Fallstudien vorgestellt und an den Untersuchungskriterien, welche aus den einzelnen Theorien abgeleitet wurden, gespiegelt. Zuerst werden recherchierte Fallstudien analysiert, beginnend mit den Teilprivatisierungen der Stadtentwässerung Dresden GmbH und der Stadtwerke Görlitz AG, bei denen sich die Zusammenarbeit wohl positiv entwickelt. Als Negativbeispiel wird dann auf die Privatisierung der Wasserversorgung von Grenoble und ihre spätere Rekommunalisierung eingegangen. Im folgenden Schritt werden Fallstudien aus den realen Erfahrungen des Verfassers diskutiert. Hierbei bildet die Teilprivatisierung und anschließende Rekommunalisierung des Wasserbetriebes in Potsdam den Schwerpunkt. Ergänzt wird dies durch die Darstellung der positiven Zusammenarbeit mit dem privaten Gesellschafter bei der Energie und Wasser Potsdam GmbH. Abschließend werden die anfänglichen Probleme zwischen Kommune und Privat bei der teilprivatisierten STEP Stadtentsorgung Potsdam untersucht und aufgezeigt, wie die Partnerschaft zum Vorteil der öffentlichen Seite verändert wurde. Aus dem Vergleich von Theorie und Praxis konnten wissenschaftlich fundierte Schlussfolgerungen für institutionelle ÖPPs gezogen und Erfolgsfaktoren für das Gelingen einer solchen Kooperation abgeleitet werden. Die gewonnenen Erkenntnisse werden in Form von Thesen zusammengefasst und dienen als Basis für die Ableitung von Handlungsempfehlungen für kommunale Akteure beim Eingehen einer institutionellen ÖPP. Zu Beginn erfolgt eine Darstellung der Empfehlungen, die sich aus den Untersuchungskriterien der jeweiligen Theorien ergeben haben. Nachfolgend wird diese Betrachtung erweitert, indem näher auf die wesentlichen Phasen des Entscheidungsfindungsprozesses eingegangen und eine Untersetzung dieser Phasen mit den erarbeiteten Handlungsempfehlungen vorgenommen wird. Auf diese Weise kann den kommunalen Entscheidungsträgern eine sehr praxisnahe Hilfestellung gegeben werden. Insgesamt betrachtet, geht aus der Dissertation ein umfangreicher, fundierter und sehr praxisrelevanter Leitfaden hervor, der wichtige Anhaltspunkte für das Eingehen einer institutionellen ÖPP im kommunalen Bereich gibt. Aus der Spiegelung von Theorie und Praxis werden wertvolle Hinweise abgeleitet, wodurch insbesondere deutlich wird, an welchen Stellen sich die öffentliche Seite absichern sollte. Darüber hinaus können die kommunalen Entscheidungsträger durch die gewonnenen Erkenntnisse sensibilisiert und ihr Blick für den individuellen Fall geschärft werden. Letztendlich werden dadurch wichtige Voraussetzungen geschaffen, um ein solches Vorhaben zum Erfolg zu führen.
There is growing evidence that aging and muscle fatigue result in impaired postural reflexes in humans. Therefore, the objective of this study was to examine the effects of ankle fatigue on functional reflex activity (ERA) during gait perturbations in young and elderly men. Twenty-eight young (27.0 +/- 3.1 years, n = 14) and old (67.2 +/- 3.7 years, n = 14) healthy active men participated in this study. Fatigue of the plantarflexors and dorsiflexors was induced by isokinetic contractions. Pre and post-fatigue, subjects were tested for their ability to compensate for decelerating gait perturbations while walking on a treadmill. Latency, ERA of lower extremity muscles and angular velocity of the ankle joint complex were analysed by means of surface electromyography and goniometry. After the fatigue protocol, no significant main and interaction effects were detected for the parameter latency in m. tibialis anterior (TA). For both groups, a significant pre to post-test decrease in ERA in TA (P<.001) was observed coming along with increases in antagonist coactivity (P=.013) and maximal angular velocity of the ankle joint (p=.007). However, no significant group x test interactions were found for the three parameters. Ankle fatigue has an impact on the ability to compensate for gait perturbations in young and elderly adults. However, no significant differences in all analysed parameters were detected between young and elderly subjects. These results may imply that age-related deteriorations in the postural control system do not specifically affect the ability to compensate for gait perturbations under fatigued condition.