Future applications will run in a highly heterogeneous and dynamic execution environment that forces them to adapt their behavior and offered functionality depending on the user's or the system's current situation. Since application components in such heterogeneous multi-device systems will be distributed over multiple interconnected devices and cooperate to achieve a common goal, a coordinated adaptation is required to ensure a consistent system behavior. In this paper we present a decentralized adaptation middleware to adapt a distributed software system. Our approach supports the reliable execution of multiple adaptation operations that depend on each other and are performed transactionally even in unsteady environments coined by message loss or node failures. We implemented our approach in a search-and-rescue robot scenario to show its feasibility and conduct first performance evaluations.

Large scale IoT service deployments run on a high number of distributed, interconnected computing nodes comprising sensors, actuators, gateways and cloud infrastructure. Since IoT is a fast growing, dynamic domain, the implementation of software components are subject to frequent changes addressing bug fixes, quality insurance or changed requirements. To ensure the continuous monitoring and control of processes, software updates have to be conducted while the nodes are operating without losing any sensed data or actuator instructions. Current IoT solutions usually support the centralized management and automated deployment of updates but are restricted to broadcasting the updates and local update processes at all nodes. In this paper we propose an update mechanism for IoT deployments that considers dependencies between services across multiple nodes involved in a common service and supports a coordinated update of component instances on distributed nodes. We rely on LyRT on all IoT nodes as the runtime supporting local disruption-minimal software updates. Our proposed middleware layer coordinates updates on a set of distributed nodes. We evaluated our approach using a demand response scenario from the smart grid domain.

This dissertation presents the results of an investigation of rural households’ ability to adapt to changing environmental and climatic conditions. It presents soil degradation arising from worsening soil erosion, leaching, depletion of nutrients due to years of uninterrupted cultivation and low levels of use of fertilizers; uncontrolled deforestation leading to loss of biodiversity; and climate variability seen through longer dry seasons as well as delayed and falling levels of precipitation as key issues leading to the vulnerability of households in Kakemega District in Western Province of Kenya. An enquiry has been made into the adaptation strategies of the rural households and a composite household adaptive capacity index (HACI) developed which is then used in hypothesis testing. Despite a situation laden with serious soil degradation and fears that credit taken by rural households often end up in low-return necessity-based enterprises or in consumption expenditure, the dissertation shows that the use of credit positively contributes to the HACI as does regular and optimal use of farm inputs. Diversification into non-agricultural activities, on-farm planting of trees and migration with remittances were some of the adaptation strategies observed among households with relatively high adaptive capacity indices while a secondary school level of education alongside the possession of non-land and non-livestock assets were key factors clearly associated with high adaptive capacity indices. Regarding adaptation decision making, the household head was observed to be the single most important actor in a process which was often characterized by authoritarianism. The household head’s level of information or awareness of environmental changes and open options proved to be important for adaptation. It was revealed that membership to groups and networks as well as government and NGO-activities were the most important factors in informing the household heads. Given small land sizes and a high incidence of other negative shocks, household heads tended to adopt and implement only tried and tested adaptation actions. During the study behind this dissertation, pioneers in the implementation of new strategies were observed to be better informed household heads or beneficiaries of incentives from the promoters of such strategies. Newer efforts aimed at the promotion of adaptability would therefore gain wider acceptance and adoption if preceded by a pilot phase carefully designed to include committed opinion shapers who would provide a demonstration effect.:Acknowledgment......................................................................................i Dedication................................................................................................ii Summary.................................................................................................iii Zusammenfassung (summary in the German language).........................iv List of Tables....................................................................................................vii List of Figures.........................................................................................ix List of Abbreviations...............................................................................xi 1.0 Introduction: Structure and Objectives.............................................1 1.1 Background.................................................................................5 1.2 Problem Statement.....................................................................7 1.3 Theoretical and Methodological Contribution..............................8 1.4 Objectives...................................................................................9 1.5 Research Questions..................................................................10 1.6 Hypothesis................................................................................10 1.7 Scope and Limitations of the Study...........................................11 1.8 Structure of the Dissertation.....................................................12 2.0 Environmental and Climate Change................................................13 2.1 Climate Change.........................................................................13 2.2 Environmental Changes............................................................15 2.3 Vulnerability..............................................................................22 2.4 Adaptation and Coping Strategies............................................32 2.5 Household Adaptability.............................................................40 3.0 Study Design and Setting................................................................57 3.1 Study Area................................................................................76 3.2 Sampling and Data Collection....................................................85 4.0 Rural Households and their Environment........................................87 4.1 General Descriptive Statistics....................................................87 4.2 Observed Vulnerability Causes and Coping Strategies.............92 4.3 Role of the Government............................................................98 5.0 Rural Household Adaptive Capacity...............................................101 5.1 HACI without External Sub-index................ ............................101 5.2 HACI including External Sub-index..........................................167 5.3 Hypothesis Testing..................................................................171 5.4 Towards Enhanced Adaptability: Factors and Strategies........180 6.0 Conclusion and Recommendations................................................185 7.0 Appendix.......................................................................................197 / In dieser Dissertation wurden ländliche Haushalte bezüglich ihrer Anpassungsfähigkeit an den Umwelt- und Klimawandel untersucht. Desweiteren geht die Dissertation unter anderen der Frage über Strategien nach, die von ländlichen Haushalten angesichts der Auswirkungen von Umweltproblemen eingesetzt werden. Die Feldforschung wurde unter den Haushalten im Kakamega Distrikt in Kenia getätigt. Eine Abnahme der Bodenproduktivität ist durch Erosion, einem Auslaugen und einer ununterbrochenen Kultivierung in Kakamega entstanden. Desweiteren führt eine unkontrollierte Abholzung mit resultierendem Verlust von heimischer Flora und Fauna sowie längeren Trockenperioden mit verspätetem Einsatz von Regenfällen und einer damit verbundenen Niederschlagsminimierung zu einer schwierigen Lebenssituation für die ländlichen Haushalte, die hauptsächlich durch Landwirtschaft ihre Existenz sichern. Diese Situation (gekennzeichnet durch Abholzung, Verlust der Artenvielfalt, Verminderung der Bodenqualität und unregelmäßige und wechselhafte Niederschlag) wird in dieser Arbeit als Umweltwandel (Environmental Change oder Environmental Stress) bezeichnet. Es konnte unter anderem als eines der Ergebnisse der Arbeit festgestellt werden, dass die ländlichen Haushalte aufgrund schlechten Bodens, unkontrollierten Abholzungen, längeren Trockenzeiten und sinkenden Niederschlagsmengen sehr anfällig sind. Durch den Einsatz des zusammengesetzten Haushalt-Anpassungsfähigkeitsindex (Household Adaptive Capacity Index = HACI), der im Rahmen dieser Dissertation entwickelt wurde, konnten die Bedenken gemindert werden, dass Kredite, die an ärmeren ländlichen Haushalten vergeben werden, oft für Notgründungen und Konsumausgaben eingesetzt werden. Es hat sich herauskristallisiert, dass die optimale und regelmäßige Nutzung von Düngemitteln sowie der Einsatz von Krediten, die HACI positiv beeinflusst. Als weitere Ergebnisse konnte beobachtet werden, dass Haushalte mit höheren Anpassungsfähigkeitsindexen Anpassungstrategien wie Diversifizierung in nicht-agra Aktivitäten, Aufforstung und Migration verwenden, und, dass ein Sekundarschulabschluss und der Besitz von Wirtschaftsgütern mit hohen Haushalt-Anpassungsfähigkeitsindexen assoziiert sind. Zum Anpassungsentscheidungspozess konnte festgestellt werden, dass Haushaltoberhäupter, die wichtigste Akteure sind. Entscheidungsweisen dieser Haushaltoberhäupten lassen oftmals autoritäre Züge erkennen. So entscheiden die Haushaltoberhäupter häufig auch, in welcher Art und Weise Haushalte sich anpassen dürfen. Von daher ist das Wissen des Haushaltoberhauptes über die herrschenden Umweltbedingungen und die offenen Strategien oder Handlungspielräume von Bedeutung. Die Feldforschung zeigte, dass die Zugehörigkeit zu einzelnen Gruppen sowie die Bemühungen von der Regierung und den Nichtregierungsorganisationen wichtig für die Erhöhung des Wissens von Haushaltoberhäupten sind. Da der durchschnittliche Haushaltgrundstückbesitz sinkt und andere negative Ereignisse wie Krankheit und Tod zunehmend Angst verbreiten, setzen Haushaltsoberhäupter häufig nur dann empfohlene Strategien zur Anpassung ein, wenn sie beispielsweise einen Erfolg bei einem Nachbar verzeichnen können. Oftmals werden Anpassungsstrategien auch bei finanziellen Anreizen, zum Beispiel von Förderern, umgesetzt. Es würden mit hoher Wahrscheinlichkeit mehr Anpassungstrategien von ländlichen Haushalten umgesetzt werden, wenn diese Strategien Pilotprojekte beinhalten würden, die Haushalten das Zusammenspiel von Anpassung und Ernteertrag präsentieren.:Acknowledgment......................................................................................i Dedication................................................................................................ii Summary.................................................................................................iii Zusammenfassung (summary in the German language).........................iv List of Tables....................................................................................................vii List of Figures.........................................................................................ix List of Abbreviations...............................................................................xi 1.0 Introduction: Structure and Objectives.............................................1 1.1 Background.................................................................................5 1.2 Problem Statement.....................................................................7 1.3 Theoretical and Methodological Contribution..............................8 1.4 Objectives...................................................................................9 1.5 Research Questions..................................................................10 1.6 Hypothesis................................................................................10 1.7 Scope and Limitations of the Study...........................................11 1.8 Structure of the Dissertation.....................................................12 2.0 Environmental and Climate Change................................................13 2.1 Climate Change.........................................................................13 2.2 Environmental Changes............................................................15 2.3 Vulnerability..............................................................................22 2.4 Adaptation and Coping Strategies............................................32 2.5 Household Adaptability.............................................................40 3.0 Study Design and Setting................................................................57 3.1 Study Area................................................................................76 3.2 Sampling and Data Collection....................................................85 4.0 Rural Households and their Environment........................................87 4.1 General Descriptive Statistics....................................................87 4.2 Observed Vulnerability Causes and Coping Strategies.............92 4.3 Role of the Government............................................................98 5.0 Rural Household Adaptive Capacity...............................................101 5.1 HACI without External Sub-index................ ............................101 5.2 HACI including External Sub-index..........................................167 5.3 Hypothesis Testing..................................................................171 5.4 Towards Enhanced Adaptability: Factors and Strategies........180 6.0 Conclusion and Recommendations................................................185 7.0 Appendix.......................................................................................197

Kardiopulmonale Adaptation und Therapie von wachstumsretardierten Frühgeborenen mit intrauteriner Perfusionsstörung im Vergleich zu nicht-wachstumsretardierten Frühgeborenen ohne intrauterine Perfusionsstörung Eingereicht von: Christin Lenk, geb. Demolt angefertigt in der Universitätsklinik und Poliklinik für Kinder und Jugendliche in Leipzig, Neonatologische Intensivstation betreut von Frau Prof. Dr. med. Eva Robel-Tillig Juli 2012 Chronische intrauterine Hypoxie bedingt durch uterine, feto-maternale und fetale Perfusionsstörung führt zur fetalen Wachstumsrestriktion und Erhöhung der fetalen und neonatalen Morbidität und Mortalität. Die pränatale Kreislaufzentralisation stellt einen pathophysiologischen Kompensationsmechanismus dar, der durch Umverteilung des Blutflusses eine Versorgung lebenswichtiger Organe des Feten sichert (Rizzo et al. 2008), (Robel-Tillig 2003), (Robel 1994), (Saling 1966). In den letzten Jahren haben sich Studien mit der postnatalen Adaptation der wachstumsretardierten Neonaten beschäftigt und wesentliche Risiken im Verlauf der ersten Lebenstage definiert. Wenige validierte Aussagen existieren jedoch zur Kreislaufsituation der betroffenen Kinder und der kardialen Leistungsfähigkeit auch über die erste Lebenswoche hinaus. Die vorliegende Studie vergleicht unter dieser Fragestellung eine Gruppe von 43 Frühgeborenen mit intrauteriner Wachstumsrestriktion auf der Grundlage einer Perfusionsstörung und 33 Frühgeborene mit appropriatem Wachstum und ungestörter pränataler Perfusion während der ersten 42 Lebenstage hinsichtlich der unmittelbaren postnatalen pulmonalen und kardialen Adaptationsparameter und des weiteren klinischen Verlaufs. Besonderer Schwerpunkt wird dabei auf die dopplersonographisch erfasste kardiale Funktion der Kinder gelegt. Als wesentlichstes Ergebnis der dopplersonographischen Messungen lässt sich bei den Frühgeborenen mit pränataler Perfusionsstörung ein signifikant erhöhtes Herzminutenvolumen rechts- und linksventrikulär im Vergleich zur Gruppe der Frühgeborenen mit ungestörter Perfusion darstellen (Robel-Tillig 2003), (Leipälä et al. 2003), Martinussen 1997}, (Guajardo, Mandelbaum & Linderkamp 1994), (Lindner et al. 1990). Die unmittelbar postnatale Adaptation zeigt hinsichtlich des arteriellen Nabelschnur-pH-Wertes eine schlechtere Anpassung der Frühgeborenen mit pränataler Perfusionsstörung auf. Im weiteren Verlauf der ersten Tage benötigen diese Frühgeborenen seltener eine maschinelle Beatmung oder CPAP-Atemhilfe als die Frühgeborenen ohne Wachstumsrestriktion. Bis zum 42. Lebenstag kehrt sich dieser Befund jedoch um. Die Frühgeborenen mit Wachstumsrestriktion bedürfen nun signifikant länger und häufiger einer Atemhilfe und zusätzlicher Sauerstoffsupplementierung. Als Komplikation trat bei den wachstumsretardierten Frühgeborenen eine höhere Rate an bronchopulmonaler Dysplasie auf. Ein weiterer Unterschied wird hinsichtlich der Transfusionshäufigkeit dargestellt. Frühgeborene mit Wachstumsrestriktion erhielten häufiger eine Erythrozytentransfusion und länger eine Transfusion von zusätzlichem Volumen. Zusammenfassend weisen die ermittelten Befunde auf ein Persistieren der intrauterin bestehenden Kompensation der beeinträchtigten Kreislaufsituation hin. Eine genaue Kenntnis der speziellen Probleme dieser Patientengruppe ist zur Vermeidung postnatal anhaltender hämodynamischer Störungen erforderlich.

Objective. Research testing the concept of decision-making styles in specific contexts such as health care–related choices is missing. Therefore, we examine the contextuality of Scott and Bruce’s (1995) General Decision-Making Style Inventory with respect to patient choice situations. Methods. Scott and Bruce’s scale was adapted for use as a patient decision-making style inventory. In total, 388 German patients who underwent elective joint surgery responded to a questionnaire about their provider choice. Confirmatory factor analyses within 2 independent samples assessed factorial structure, reliability, and validity of the scale. Results. The final 4-dimensional, 13-item patient decision-making style inventory showed satisfactory psychometric properties. Data analyses supported reliability and construct validity. Besides the intuitive, dependent, and avoidant style, a new subdimension, called ‘‘comparative’’ decision-making style, emerged that originated from the rational dimension of the general model. Conclusions. This research provides evidence for the contextuality of decision-making style to specific choice situations. Using a limited set of indicators, this report proposes the patient decision-making style inventory as valid and feasible tool to assess patients’ decision propensities.

In dieser Arbeit wird das Thema Adoleszenz in dem Roman Jenseits der blauen Grenze von DoritLinke, in Bezug auf Persönlichkeitsentfaltung, untersucht und welchen Einflüssen des Staates sowieder Erwachsenen im Umfeld die Jugendlichen ausgesetzt sind. Thematisiert werden unter anderemdie Phasen der Adoleszenz und Freundschaft, aus psychoanalytischer Sicht, im Rahmen derJugendzeit

Thermoakustische Motoren wandeln Wärme in die Energie einer Schallwelle um. In Kombination mit einem akustisch-elektrischen Wandler lassen sie sich nutzen, um aus einem niedertemperierten Wärmestrom höherwertige elektrische Leistung zu generieren. Sie besitzen einen einfachen Aufbau und können dabei einen relativ hohen Wirkungsgrad erreichen. Als wesentliche Voraussetzung praktischer Anwendungen gilt die Verwertbarkeit niedertemperierter Wärmeströme. Die Entwicklung mehrstufiger thermoakustischer Motoren auf Basis eines λ-Resonators hat gezeigt, dass dieses Kriterium erfüllbar ist. Störungen der Schallwelle, welche eine effiziente Umsetzung des thermoakustischen Prozesses erschweren, gleichen sich in mehrstufigen Systemen inhärent aus. Mit Hilfe eines zusätzlichen akustisch wirksamen Elements können diese Störungen auch in einstufigen Aufbauten gemindert werden. Obwohl die Methode prinzipiell bekannt ist, fand eine systematische Analyse bisher lediglich rudimentär statt. Mit Ausnutzung der sich ergebenden Möglichkeiten wäre eine der am wenigsten komplexen Formen thermoakustischer Motoren mit geringer Temperaturdifferenz betreibbar. Parallel kann die innovative Anwendung zusätzlicher akustischer Elemente auch in mehrstufigen Anlagen förderlich sein und beschriebene geometrische Restriktionen auflösen. In Form numerischer Studien, gelingt ein Wirksamkeitsnachweis der vorgestellten Methoden. Die Option zur vergleichbaren Justierung des akustischen Feldes in ein- und mehrstufigen Systemen mittels wirksamer Elemente lässt erstmals eine objektive Beurteilung der Leistungsfähigkeit in Abhängigkeit der Systemkomplexität zu. Durch eine strukturierte Variation einer Vielzahl geometrischer, akustischer und thermischer Parameter ist zudem die Darstellung sich überlagernder Abhängigkeiten auf Systemebene durchführbar. Die Betrachtungen erlauben einen tieferen Einblick in die Funktionsweisen und erweitern das generelle Verständnis grundlegend. Mit der Nutzung eines eigens entwickelten thermoakustischen Versuchsstandes erfolgt eine experimentelle Validierung der verwendeten Simulationsmodelle am Beispiel des einstufigen Motors. Dieser kommt auch für weiterführende Untersuchungen zur Unterdrückung schadhafter konvektiver Strömungen zum Einsatz. Mit der Implementierung einer vollbetriebsfähigen bidirektionalen Turbine zur akustisch-elektrischen Wandlung erfolgt ein erster Funktionsnachweis eines thermoakustisch-elektrischen Generators nach besprochener Bauform. Die umfassenden Analyseergebnisse lassen sich als Entwurfsvorlage für die optimierte Umsetzung nachfolgender thermoakustischer Systeme nutzen. Unter Berücksichtigung der vorgestellten Methoden zeigt die Arbeit mögliche Wege auf, wie sich zukünftig niedertemperierte Wärme für den Betrieb eines elektrischen Verbrauchers verwerten ließe.:Kurzfassung Danksagung Inhaltsverzeichnis Symbolverzeichnis 1 Einleitung 1.1 Motivation 1.2 Aufbau der Arbeit 2 Thermoakustik 2.1 Geschichtlicher Hintergrund 2.1.1 Frühe Entwicklung 2.1.2 Moderne Entwicklung 2.2 Funktionsprinzip 2.2.1 Richtung der Energieübertragung 2.2.2 Thermodynamischer Vergleichsprozess 2.3 Theorie der linearen Thermoakustik 2.3.1 Verlustloser Kanal 2.3.2 Viskose und thermische Randschichteffekte 2.3.3 Berücksichtigung eines Temperaturgradienten 2.3.4 Akustische Leistung 2.4 Anwendungen 2.4.1 Anwendungen nach dem Prinzip einer stehenden Welle 2.4.2 Anwendungen nach dem Prinzip einer Wanderwelle 2.4.3 Anwendungen für die Nutzung von Niedertemperatur-Wärme 3 Parameterstudie an einem einstufigen System 3.1 Zugrunde liegender Aufbau und DeltaEC-Modell 3.2 Untersuchte Parameter 3.2.1 Akustische Bedingungen im Regenerator 3.2.2 Geometrie des Regenerators 3.2.3 Geometrie der Wärmeübertrager 3.2.4 Flächenverhältnis und Länge der Hohlräume 3.2.5 Akustische Last und Wirkungsgrad 3.2.6 Prozessparameter - Druck, Gas, Resonanzfrequenz und Temperatur 3.3 Ergebnisse und Diskussion 3.3.1 Akustische Bedingungen im Regenerator 3.3.2 Geometrie des Regenerators 3.3.3 Geometrie der Wärmeübertrager 3.3.4 Flächenverhältnis und Länge der Hohlräume 3.3.5 Akustische Last 3.3.6 Prozessparameter – Druck, Gas, Resonanzfrequenz und Temperatur 3.4 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen 4 Alternative Varianten zur Manipulation der akustischen Bedingungen 4.1 Bauformen einstufiger Systeme 4.2 Übergeordnete Position des Stutzens 4.3 Kompressibel und träge wirkende Rohrabschnitte 4.3.1 Funktionsweise der wirksamen Rohrabschnitte 4.3.2 Abhängigkeit von der Länge der wirksamen Rohrabschnitte 4.4 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen 5 Mehrstufige Systeme 5.1 Zweistufige Systeme 5.1.1 Symmetrisches zweistufiges System mit gesonderter Impedanzanpassung 5.1.2 Zweistufiges System mit natürlicher Selbstanpassung 5.2 Drei-, vier- und fünfstufige Systeme 5.2.1 Akustische Bedingungen bei natürlicher Selbstanpassung 5.2.2 Beeinflussung der Selbstanpassung durch akustisch wirksame Elemente 5.2.3 Beeinflussung der Selbstanpassung durch unterschiedlich lange Hohlräume 5.3 Leistungsvergleich bezüglich Wirkungsgrad und Temperatur 5.4 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen 6 Auslegung, Entwurf und Aufbau des thermoakustischen Versuchsstandes 6.1 Anforderungen an den thermoakustischen Versuchsstand 6.2 Thermoakustischer Motor 6.2.1 Struktureller Rohrleitungsbau 6.2.2 Regenerator 6.2.3 Wärmeübertrager 6.2.4 Gesamtsystem des thermoakustischen Motors 6.3 Kontrolle der Gedeon-Strömung 6.3.1 Theorie der Gedeon-Strömung 6.3.2 Membran 6.3.3 Strömungsdiode 6.4 Helmholtz-Resonator als akustische Last 6.4.1 Theoretische Grundlagen 6.4.2 Entwurf und Aufbau 6.5 Bidirektionale Turbine als akustisch-elektrischer Wandler 6.5.1 Theoretische Grundlagen 6.5.2 Entwurf und Aufbau 6.6 Wärmezufuhr 6.7 Wärmeabfuhr 6.8 Gasversorgung 6.9 Messtechnik, Datenerfassung und -auswertung 6.9.1 Temperaturmessung 6.9.2 Messung der akustischen Parameter 6.9.3 Steuerung der elektrischen Heizpatronen 6.9.4 Belastung und Vermessung der Turbine-Generator Einheit 6.10 Halterung 7 Versuchsdurchführung und Auswertung 7.1 Bildung des numerischen Modells 7.1.1 Modellbildung des thermoakustischen Motors 7.1.2 Methodik zum Abgleich des akustischen Feldes von Experiment und Simulation 7.1.3 Modellbildung des Helmholtz-Resonators als akustische Last 7.2 Variation der Stutzenparameter bei 1 bar 7.2.1 Umfangskorrektur und Abgleich der Stutzenparameter 7.2.2 Unbelastetes System 7.2.3 Belastetes System 7.3 Variation der Stutzenparameter bei 20 bar 7.3.1 Umfangskorrektur und Abgleich der Stutzenparameter 7.3.2 Unbelastetes System 7.3.3 Belastetes System 7.4 Temperaturabhängigkeit des Leistungsvermögens 7.4.1 Einsetztemperatur der akustischen Schwingung 7.4.2 Temperaturabhängiges Leistungsvermögen 7.5 Untersuchungen am Helmholtz-Resonator 7.5.1 Abhängigkeit der Lastimpedanz von den Stutzenparametern 7.5.2 Variation der Lastposition 7.5.3 Temperaturabhängigkeit der Leistungsfähigkeit 7.5.4 Variation der Halslänge 7.6 Thermalmodell und Wärmeverluste 7.6.1 Thermale Randbedingungen im Modell 7.6.2 Überprüfung der kaltseitigen Wärmeübertragung 7.6.3 Wärmeverluste bei unterbundener thermoakustischer Wandlung 7.6.4 Betriebsabhängige konvektive Wärmeverluste 7.7 Untersuchungen zur Gedeon-Strömung 7.7.1 Einfache Bauart 7.7.2 Geviertelte Bauart 7.7.3 Membran 7.8 Bidirektionale Turbine 7.9 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen 8 Zusammenfassung und Ausblick 8.1 Einstufige Systeme 8.2 Mehrstufige Systeme 8.3 Experimentelle Versuchsergebnisse 8.4 Ausblick Anhang Literaturverzeichnis

The complexity of computer networks has been rising over the last decades. Increasing interconnectivity between multiple devices, growing complexity of performed tasks and a strong collaboration between nodes are drivers for this phenomenon. An example is represented by Internet-of-Things devices, whose relevance has been rising in recent years. The increasing number of devices requiring updates and supervision makes maintenance more difficult. Human interaction, in this case, is costly and requires a lot of time. To overcome this, self-adaptive software systems (SAS) can be used. SAS are a subset of autonomous systems which can monitor themselves and their environment to adapt to changes without human interaction. In the literature, different approaches for engineering SAS were proposed, including techniques for executing adaptations on multiple devices based on generated plans for reacting to changes. Among those solutions, also decentralised approaches can be found. To the best of our knowledge, no approach for engineering a SAS exists which tolerates errors during the execution of adaptation in a decentralised setting. While some approaches for role-based execution reset the application in case of a single failure during the adaptation process, others do not make assumptions about errors or do not consider an erroneous environment. In a real-world environment, errors will likely occur during run-time, and the adaptation process could be disturbed. This work aims to perform adaptations in a decentralised way on role-based systems with a relaxed consistency constraint, i.e., errors during the adaptation phase are tolerated. This increases the availability of nodes since no rollbacks are required in case of a failure. Moreover, a subset of applications, such as drone swarms, would benefit from an approach with a relaxed consistency model since parts of the system that adapted successfully can already operate in an adapted configuration instead of waiting for other peers to apply the changes in a later iteration. Moreover, if we eliminate the need for an atomic adaptation execution, asynchronous execution of adaptation would be possible. In that case, we can supervise the adaptation process for a long time and ensure that every peer takes the planned actions as soon as the internal task execution allows it. To allow for a relaxed consistent way of adaptation execution, we develop a decentralised adaptation execution protocol, which supports the notion of eventual consistency. As soon as devices reconnect after network congestion or restore their internal state after local failures, our protocol can coordinate the recovery process among multiple devices to attempt recovery of a globally consistent state after errors occur. By superseding the need for a central instance, every peer who received information about failing peers can start the recovery process. The developed approach can restore a consistent global configuration if almost all peers fail. Moreover, the approach supports asynchronous adaptations, i.e., the peers can execute planned adaptations as soon as they are ready, which increases overall availability in case of delayed adaptation of single nodes. The developed protocol is evaluated with the help of a proof-of-concept implementation. The approach was run in five different experiments with thousands of iterations to show the applicability and reliability of this novel approach. The time for execution of the protocol and the number of exchanged messages has been measured to compare the protocol for different error cases and system sizes, as well as to show the scalability of the approach. The developed solution has been compared to a blocking approach to show the feasibility compared to an atomic approach. The applicability in a real-world scenario has been described in an empirical study using an example of a fire-extinguishing drone swarm. The results show that an optimistic approach to adaptation is suitable and specific scenarios can benefit from the improved availability since no rollbacks are required. Systems can continue their work regardless of the failures of participating nodes in large-scale systems.:Abstract VI 1. Introduction 1 1.1. Motivational Use-Case 2 1.2. Problem Definition 3 1.3. Objectives 4 1.4. Research Questions 5 1.5. Contributions 5 1.6. Outline 6 2. Foundation 7 2.1. Role Concept 7 2.2. Self-Adaptive Software Systems 13 2.3. Terminology for Role-Based Self-Adaptation 15 2.4. Consistency Preservation and Consistency Models 17 2.5. Summary 20 3. Related Work 21 3.1. Role-Based Approaches 22 3.2. Actor Model of Computation and Akka 23 3.3. Adaptation Execution in Self-Adaptive Software Systems 24 3.4. Change Consistency in Distributed Systems 33 3.5. Comparison of the Evaluated Approaches 40 4. The Decentralised Consistency Compensation Protocol 43 4.1. System and Error Model 43 4.2. Requirements to the Concept 44 4.3. The Usage of Roles in Adaptations 45 4.4. Protocol Overview 47 4.5. Protocol Description 51 4.6. Protocol Corner- and Error Cases 64 4.7. Summary 66 5. Prototypical Implementation 67 5.1. Technology Overview 67 5.2. Reused Artifacts 68 5.3. Implementation Details 70 5.4. Setup of the Prototypical Implementation 76 5.5. Summary 77 6. Evaluation 79 6.1. Evaluation Methodology 79 6.2. Evaluation Setup 80 6.3. Experiment Overview 81 6.4. Default Case: Successful Adaptation 84 6.5. Compensation on Disconnection of Peers 85 6.6. Recovery from Failed Adaptation 88 6.7. Impact of Early Activation of Adaptations 91 6.8. Comparison with a Blocking Approach 92 6.9. Empirical Study: Fire Extinguishing Drones 95 6.10. Summary 97 7. Conclusion and Future Work 99 7.1. Recap of the Research Questions 99 7.2. Discussion 101 7.3. Future Work 101 A. Protocol Buffer Definition 103 Acronyms 108 Bibliography 109

The satellite gravimetry mission Gravity Record And Climate Experiment (GRACE), which was operational from 2002 to 2017, and its follow-on mission GRACE-Follow-On (GRACE-FO), which has been active since 2018, revolutionized the observation of temporal changes of the Earth's gravitational field. The measurement data from these missions enable the nuanced quantification of mass redistributions on Earth. Water redistributions between continents and oceans caused by climate change are of particular research interest because of their relevance for mankind. These are, for example, the ice mass changes (IMC) of the ice sheets in Antarctica and Greenland, which this work focuses on. IMC estimates derived from satellite gravimetry data, like from other quantification methods, confirm that both the Greenland Ice Sheet (GIS) and the Antarctic Ice Sheet (AIS) have been losing mass over the last two decades. However, these estimates are subject to large uncertainties, which is particularly the case for the AIS. If the mass balance is obtained from gravimetric observations, a major source of uncertainty is the consideration of effects due to glacial isostatic adjustment (GIA). The uncertainty of the present-day gravitational field changes caused by the isostatic adjustment of the solid Earth to IMC during the last centuries and millennia propagates into estimates of the recent IMC. According to results of the Ice sheet Mass Balance Inter-comparison Exercise (IMBIE), the spread of different modelling results predicting the GIA-induced mass effect in Antarctica is almost as large as the estimated rate of the IMC itself. In Greenland, the spread of the mass effect from different GIA modelling results is approximately 20 % of the rate of IMC. Alternatively, the IMC can be determined using surface elevation changes derived from satellite altimetry observations. In this case, any GIA error hardly affects the results, but there is a significant source of uncertainty in the conversion of volume changes into mass changes. It is possible to combine data from satellite gravimetry and satellite altimetry to jointly estimate IMC and GIA mass effects, e.g. by solving an inverse problem (joint data inversion). This is an alternative to the use of GIA modelling results in processing satellite gravimetry data. Results from data combination methods are not only a means to an end to improve the estimation of IMC. They also can contribute to answer geodynamic questions. However, previous estimation strategies for combining satellite gravimetry and satellite altimetry data are subject to some limitations. Many approaches only allow to estimate GIA in a regional framework and not in global framework. Other approaches strongly depend on a priori information from geophysical modelling which are subject to large uncertainties. Furthermore, limitations are due to processing choices, e.g. the use of deterministic parameters over defined time intervals or, e.g. due to the consideration of errors in the applied data sets. This work investigates advancements of data combination methods that allow to quantify IMC and present-day GIA effects. Specifically, the approaches investigated here combine measured gravitational field changes from satellite gravimetry, measured surface elevation changes from satellite altimetry, modelled surface mass balances from regional climate modelling, and modelled firn thickness changes from firn modelling. This cumulative dissertation comprises three publications that investigated three aspects of data combination approaches. The first publication analysed a regional combination approach in Antarctica and results therein demonstrated a significant dependence of the estimated GIA effect on the input data sets and applied processing choices. A bias correction can significantly reduce an initial bias in the determined GIA effect associated to the spherical harmonic coefficients of degree-1 and c₂₀. However, this bias correction regionally constrains the GIA estimate and prevents to implement such an approach in a global framework. The second publication infers long-term mass trends with their temporal changes jointly observed from satellite gravimetry and satellite altimetry data. To do so, a state-space filtering framework was applied to the data sets allowing to estimate temporal changes of the parameters over time while accounting for temporal correlation of short-term fluctuations. Thereby, an accelerating ice-dynamically induced ice mass loss is found for drainage basins in West Antarctica. In contrast, the temporal variability of long-term trends in East Antarctica is low. Noteworthy, the trends in Dronning Maud Land and Enderby Land are positive. The third publication presents a global approach to jointly estimate IMC, GIA effects and firn thickness changes, while accounting for spatial error covariances of the input data sets. The intention of the utilized GIA parametrization in Antarctica is to spatially resolve GIA effects that were not predicted by GIA models. Simulation experiments demonstrated the feasibility of the approach under the presence of realistic limitations of satellite observations and model products. This framework paper also reports a first application of the inversion method of Publication~3 to real data. The focus of this application is on Antarctcia over the time interval January 2011 to December 2020. Results for the AIS are: (i) an IMC of (−150 ± 5) Gt a⁻¹, (ii) a change of the firn air content of (40 ± 5) km³ a⁻¹, and (iii) an integrated GIA-induced mass effect of (72 ± 4) Gt a⁻¹. These results are promising with regard to the application of this methodology, as they are similar to previously published estimates. But they are estimated in a globally consistent framework and without applying conventional filtering strategies. Future work should further improve the methodology and eventually implement it in a global inversion framework that allows to jointly estimate all sea-level contributions.:1 Introduction 2 Processes over ice sheets inducing changes in Earth’s gravity and geometry 3 Data sets 4 Data combinations over ice sheets 5 Publications 6 Inversion of real data for glacial isostatic adjustment and ice mass changes in Antarctica 7 Outlook 8 Conclusions / Die Satellitengravimetriemission Gravity Record And Climate Experiment (GRACE), die von 2002 bis 2017 aktiv war, sowie die seit 2018 aktive Nachfolgemission GRACE-Follow-On (GRACE-FO) revolutionierten die Beobachtung zeitlicher Änderungen des Gravitationsfeldes der Erde. Die Messdaten dieser Missionen ermöglichen die differenzierte Quantifizierung von Massenumverteilungen auf der Erde. Von besonderen Forschungsinteresse, aufgrund ihrer Relevanz für die Menschheit, sind dabei durch den Klimawandel verursachte Umverteilungen von Wasser zwischen den Kontinenten und dem Ozean. Das sind beispielsweise die Eismassenänderungen der Eisschilde in Antarktika sowie Grönland, die im Fokus dieser Arbeit stehen. Aus Messdaten der Satellitengravimetrie ermittelte Eismassenänderungen bestätigen, wie auch andere Quantifizierungsmethoden, dass der Grönländische Eisschild sowie der Antarktische Eisschild während der letzten zwei Jahrzehnte an Masse verloren haben. Allerdings sind diese Schätzungen mit großen Unsicherheiten behaftet, was insbesondere auf den Antarktischen Eisschild zutrifft. Wird die Massenbilanz mit gravimetrischen Beobachtungen ermittelt, ist eine wesentliche Quelle für die Unsicherheit die Berücksichtigung der Effekte aufgrund des glazial-isostatischen Ausgleichs (GIA). Die Unsicherheit über die gegenwärtigen Änderungen des Gravitationsfeldes, aufgrund des isostatischen Ausgleichs der festen Erde an Eismassenänderungen während der letzten Jahrhunderte und Jahrtausende, pflanzt sich in die Schätzung rezenter Massenänderungen fort. Laut Ergebnissen von vergleichenden Untersuchungen zu Eisschildmassenbilanzen (Ice sheet Mass Balance Inter-comparison Exercise, IMBIE) ist in Antarktika die Bandbreite unterschiedlicher Modellierungen des GIA-induzierten Masseneffekts fast so groß wie die ermittelte Rate der Eismassenänderung selbst. In Grönland beträgt die Bandbreite des Masseneffekts unterschiedlicher GIA-Modellierungen ungefähr 20 % der Eismassenänderungsrate. Alternativ lassen sich die Eismassenänderungen mittels Oberflächenhöhenänderungen bestimmen, die aus Beobachtungen der Satellitenaltimetrie abgeleitet werden. Dabei beeinflussen GIA Fehler die Ergebnisse kaum, allerdings besteht dabei eine wesentliche Quelle der Unsicherheit bei der Konversion von Volumenänderungen in Massenänderungen. Es besteht die Möglichkeit, Daten der Satellitengravimetrie sowie der Satellitenaltimetrie zu kombinieren und somit die Eismassenänderungen sowie GIA-Masseneffekte gemeinsam zu bestimmen, z. B. als Lösung eines inversen Problems (gemeinsame Dateninversion). Dies ist eine Alternative zur Verwendung von Ergebnissen der GIA-Modellierung in der Datenprozessierung der Satellitengravimetrie. Ergebnisse von Datenkombinationsmethoden sind dabei nicht nur ein Mittel zum Zweck, um die Schätzung von Eismassenänderungen zu verbessern. Sie können auch zur Beantwortung geodynamischer Fragestellungen beitragen. Allerdings unterliegen bisherige Schätzverfahren, die Daten der Satellitengravimetrie und Satellitenaltimetrie kombinieren, Limitierungen. Viele Ansätze ermöglichen die GIA Schätzungen nur in einem regionalen Rahmen und nicht in einem globalen Rahmen. Andere Ansätze hängen stark von Vorinformationen der geophysikalischen Modellierung ab, die aber große Unsicherheiten aufweisen. Außerdem ergeben sich Limitierungen durch gewählte Prozessierungsentscheidungen, wie z. B. durch die Verwendung deterministischer Parameter über definierte Zeitintervalle oder z. B. durch die Berücksichtigungen der Fehler der verwendeten Datensätze. Diese Arbeit untersucht Weiterentwicklungen von Datenkombinationsmethoden, welche die Quantifizierung von Eismassenänderungen und des gegenwärtigen GIA-induzierten Masseneffekts ermöglichen. Konkret kombinieren die hier untersuchten Ansätze: gemessene Gravitationsfeldänderungen der Satellitengravimetrie, gemessene Oberflächenhöhenänderungen der Satellitenaltimetrie, modellierte Oberflächenmassenbilanzen sowie modellierte Firndickenänderungen der regionalen Klimamodellierung. Diese kumulative Dissertation umfasst drei Publikationen, die drei Aspekte von Datenkombinationsansätzen untersuchten. Die erste Publikation analysierte einen regionalen Kombinationsansatzes in Antarktika und die Ergebnisse zeigten eine bedeutende Abhängigkeit des ermittelten GIA-Effekts von den verwendeten Eingangsdatensätzen und Prozessierungsentscheidungen. Ein ursprünglicher Bias im ermittelten GIA-Effekt, aufgrund der sphärisch-harmonischen Koeffizienten vom Grad-1 sowie c₂₀, kann durch eine Biaskorrektur erheblich reduziert werden. Dadurch sind die GIA-Schätzungen allerdings regional beschränkt und es wird verhindert, dass ein solcher Ansatz in einem globalen Rahmen implementiert werden kann. Die zweite Publikation ermittelt Langzeitmassentrends zusammen mit deren zeitlichen Änderungen, die von der Satellitengravimetrie und Satellitenaltimetrie gemeinsam beobachtet werden. Hierfür wurde ein Zustandsraumfilterverfahren auf die Datensätze angewandt, das es ermöglicht, die zeitlichen Veränderungen der Parameter über die Zeit zu bestimmen, unter der Berücksichtigung zeitlicher Korrelation kurzfristiger Fluktuationen. Dabei zeigt sich für Abflussbecken in der Westantarktis ein sich beschleunigender eisdynamisch induzierter Eismassenverlust. Dagegen ist die zeitliche Variabilität der Langzeittrends in der Ostantarktis gering. Bemerkenswert ist, dass die Trends im Dronning Maud Land und Enderby Land positiv sind. Die dritte Publikation präsentiert einen globalen Ansatz, der die gemeinsame Schätzung von Eismassenänderung, der GIA-Effekte sowie Änderungen der Firndicke ermöglicht, unter der Berücksichtigung räumlicher Fehlerkovarianzen. Bei der Wahl der GIA-Parametrisierung in Antarktika wurde die Intention verfolgt, GIA-Effekte räumlich aufzulösen, die bisher nicht von GIA-Modellen vorhergesagt wurden. Mit Simulationsexperimenten konnte die Machbarkeit des Ansatzes unter realistischer Limitierungen der Satelliten- und Modellprodukte demonstriert werden. Diese Rahmenschrift präsentiert auch eine erste Anwendung der Inversionsmethode aus Publikation 3 unter Verwendung echter Daten. Der Fokus dieser Anwendung liegt auf Antarktika über das Zeitintervall Januar 2011 bis Dezember 2020. Ergebnisse für den Antarktischen Eisschild sind: (i) eine Eismassenänderung von (−150 ± 5) Gt a⁻¹, (ii) eine Änderung des Luftgehalts der Firnschicht von (40 ± 5) km³ a⁻¹ und (iii) ein integrierter GIA-induzierter Masseneffekt von (72 ± 4) Gt a⁻¹. Diese Ergebnisse sind vielversprechend mit Hinblick auf die Anwendbarkeit der Methode, da sie vergleichbar zu bereits publizierten Ergebnissen sind. Dabei wurden sie in einem global-konsistenten Rahmen ohne die Anwendung konventioneller Filterungen ermittelt. Im Zuge zukünftigen Arbeiten soll die Methodik weiter verbessert werden und schließlich in einem globalen Inversionsrahmen implementiert werden, der die Bestimmung aller Meeresspiegelbeiträge gemeinsam ermöglicht.:1 Introduction 2 Processes over ice sheets inducing changes in Earth’s gravity and geometry 3 Data sets 4 Data combinations over ice sheets 5 Publications 6 Inversion of real data for glacial isostatic adjustment and ice mass changes in Antarctica 7 Outlook 8 Conclusions

The future consequences of climate change are highly uncertain and estimates of economic damages differ widely. Governments try to cope with these risks by investing in mitigation and adaptation measures. In contrast to most of the existing literature, we explicitly model the decision of risk averse governments on mitigation and adaptation policies. We also consider the interaction of the two strategies in presence of uncertainty. Mitigation efforts of a single country trigger crowding out as other countries will reduce their mitigation efforts. This may even lead to lower mitigation on the global scale. In contrast, a unilateral commitment to large adaptation efforts benefits the single country and can reduce the global risk from climate change at the expense of other countries.