In dieser Arbeit befassen wir uns mit einem reaktiven Transportmodell mit Niederschlags-Auflösung Reaktionen das aus den Geowissenschaften stammt. Es besteht aus PDGs, gewöhnlichen Differentialgleichungen, algebraischen Gleichungen und Komplementaritätsbedingungen. Nach Diskretisation dieses Modells erhalten wir eine großes nichtlineares und nichtglattes Gleichungssystem. Wir lösen dieses System mit der semismoothen Newtonverfahren, das von Qi und Sun eingeführt wurde. Der Fokus dieser Arbeit ist in der Anwendung und Konvergenz dieses Algorithmus. Wir zeigen, dass dieser Algorithmus für dieses Problem wohldefiniert ist und sogar lokal quadratisch konvergiert gegen eine BD-reguläre Lösung. Wir befassen uns auch mit den dabei entstehenden linearen Gleichungssystemen, die sehr groß und dünn besetzt sind, und wie sie effizient gelöst werden können. Ein wichtiger Bestandteil dieser Untersuchung ist die Beschränktheit einer gewissen matrixwertigen Funktion, die in einem eigenen Kapitel gezeigt wird. Als Seitenbetrachtung untersuchen wir wie die extremalen Eigenwerte (und Singulärwerte) von gewissen PDE-Operatoren, welche in unserem diskretisierten Modell vorkommen, genau abgeschätzt werden können. / In this thesis we consider a reactive transport model with precipitation dissolution reactions from the geosciences. It consists of PDEs, ODEs, algebraic equations (AEs) and complementary conditions (CCs). After discretization of this model we get a huge nonlinear and nonsmooth equation system. We tackle this system with the semismooth Newton method introduced by Qi and Sun. The focus of this thesis is on the application and convergence of this algorithm. We proof that this algorithm is well defined for this problem and local even quadratic convergent for a BD-regular solution. We also deal with the arising linear equation systems, which are large and sparse, and how they can be solved efficiently. An integral part of this investigation is the boundedness of a certain matrix-valued function, which is shown in a separate chapter. As a side quest we study how extremal eigenvalues (and singular values) of certain PDE-operators, which are involved in our discretized model, can be estimated accurately.

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Die Fernerkundung ist eine wichtige Quelle für aktuelle und qualitativ hochwertige Geodaten bzw. für die Aktualisierung von vorhandenen Geodaten. Die Entwicklung von neuen flugzeug- und satellitengestützten digitalen Sensoren in den letzten Jahren hat diese Bedeutung noch erhöht. Die Sensoren erschließen aufgrund ihrer verbesserten räumlichen und radiometrischen Auflösung und der vollständig digitalen Verarbeitungskette neue Anwendungsfelder. Klassische Auswerteverfahren stoßen bei der Analyse der Daten häufig an ihre Grenzen. Die in dieser Arbeit vorgestellte multiskalige objektklassen-spezifische Analyse stellt hier ein sehr gut geeignetes Verfahren dar, welches gute Ergebnisse liefert. Die Klassifizierung der Daten erfolgt mittels eines Fuzzy- Klassifizierungsverfahrens, welches Vorteile in der Genauigkeit und Interpretierbarkeit der Ergebnisse liefert. Die thematische Genauigkeit (Datenqualität) der Fuzzy-Klassifizierung ist von entscheidender Bedeutung für die Akzeptanz der Ergebnisse und ihre weitere Nutzung. Hier wurden Methoden zur räumlich differenzierten Ermittlung und Visualisierung der thematischen Genauigkeit entwickelt.Außerdem wurde die Methode der segmentbasierten Fuzzy-Logic Veränderungsanalyse (SFLV) entwickelt. Die Methode ermöglicht die Veränderungsanalyse von sehr bis ultra hoch aufgelösten Fernerkundungsdaten mit einer differenzierten Aussage zu den eingetretenen Veränderungen. Sie basiert auf den Standard Operationen für unscharfe Mengen und nutzt die Ergebnisse der entwickelten Methode zur Analyse hochauflösender Fernerkundungsdaten. Die SFLV liefert einen deutlichen Mehrwert zu dem klassischen Vergleich zweier Klassifizierungsergebnisse, indem sich differenzierte Aussagen über mögliche Veränderungen machen lassen. Die Anwendbarkeit der SFLV wurde erfolgreich an einem kleinen Untersuchungsgebiet auf der Elbinsel Pagensand beispielhaft für Veränderungsanalyse von Biotoptypen auf der Grundlage von HRSC-A Daten aufgezeigt.

Liegen für ein Untersuchungsgebiet spektral und geometrisch hoch aufgelöste Daten unterschiedlicher Sensoren vor, liegt eine kombinierte Nutzung der Datenquellen zur Optimierung der Klassifikationsergebnisse nahe. In einem entscheidungsbasierten Fusionsansatz wird die Klassifikationsgenauigkeit von Bildsegmenten geometrisch hoch aufgelöster Bilddaten durch die Einbindung zusätzlicher Materialinformationen gesteigert. Diese werden aus den Ergebnissen eines Klassifikationsverfahrens zur Materialdetektion, dem Spectral Angle Mapper, abgeleitet. Die zur Auswertung der hyperspektralen Bilddaten notwendigen Referenzspektren wurden in den Untersuchungen bislang manuell definiert. Nachteil dieser manuellen Referenzspektrenselektion ist die subjektive Auswahl der hyperspektralen Bildpixel, deren Spektren als Referenz in die Analyse eingehen. In dieser Arbeit wird ein Verfahren zur automatischen segmentbasierten Referenzspektrenselektion vorgestellt, dessen Konzept auf der Berechnung der spektralen Ähnlichkeit so genannter Referenzkandidaten und die anschließende Gruppierung ähnlicher Bildpixel basiert. Ein Maß für die spektrale Ähnlichkeit der Referenzkandidaten wird durch die Berechnung der Korrelationskoeffizienten ihrer Reflektanzspektren ermittelt. Die Gruppierung spektral ähnlicher Kandidaten erfolgt durch ein dichte-basiertes Clustering. Die Referenzspektren werden abschließend durch die Mittelung der Einzelspektren eines Clusters erzeugt.Die Leistungsfähigkeit des vorgestellten Gesamtkonzeptes zur automatisierten segmentbasierten Referenzspektrenselektion wird in einer Konzeptstudie mit ausgewählten Referenzflächen für elf unterschiedliche Materialien demonstriert. In einer abschließenden Auswertung eines Testgebietes wird die Anwendbarkeit des Konzeptes nachgewiesen

Der Ausstellungskatalog thematisiert die Entwicklung der geologischen Wissenschaften in Sachsen seit der Mitte des 18. Jahrhunderts. Als Ausgangspunkt für diese Betrachtungen dient die Übergabe der montanwissenschaftlichen Spezialbibliothek des sächsischen Bergbeamten Karl Christian von Tettau an die Universitätsbibliothek Leipzig im Jahre 1747. Die ungefähr 1.150 Titel zählende Büchersammlung bildet das geologische Wissen der frühen Neuzeit hervorragend ab. Der zweite Teil des Kataloges beschäftigt sich näher mit der Weiterentwicklung einiger Aspekte der Geowissenschaften. Dabei reicht das Spektrum von Geophysik über Paläontologie und Vulkanologie bis zur Gletscherkunde. Es wird über die Theorien zum Aufbau der Erde berichtet. Ist die Erde eine feste Kugel oder hohl, ist sie mit Feuer oder mit Wasser gefüllt? Wie wurde ihre Oberfläche gestaltet, wie entstanden die Gebirge, die Vulkane oder die Gletscher? Was sind Fossilien, wie entstehen sie? Ferner geht es um das sächsische Montanwesen. Der Katalog wird durch Aufsätze ergänzt, die die historischen geowissenschaftlichen Buchbestände der Universitätsbibliothek Leipzig und die reiche Geologisch-Paläontologische Sammlung der Universität Leipzig zum Thema haben. Der am Institut für Erdsystemwissenschaft und Fernerkundung der Universität Leipzig entwickelte Earth System Data Cube wird ebenfalls in einem kurzen Beitrag vorgestellt. Die vollständige Liste aller Ausstellungsexponate schließt den Katalog ab.

Conference proceedings of the 5th Virtual Geoscience Conference, 21-22 September 2023, held in Dresden. The VGC is a multidisciplinary forum for researchers in geoscience, geomatics and related disciplines to share their latest developments and applications.:Short Courses 9 Workshops Stream 1 10 Workshop Stream 2 11 Workshop Stream 3 12 Session 1 – Point Cloud Processing: Workflows, Geometry & Semantics 14 Session 2 – Visualisation, communication & Teaching 27 Session 3 – Applying Machine Learning in Geosciences 36 Session 4 – Digital Outcrop Characterisation & Analysis 49 Session 5 – Airborne & Remote Mapping 58 Session 6 – Recent Developments in Geomorphic Process and Hazard Monitoring 69 Session 7 – Applications in Hydrology & Ecology 82 Poster Contributions 92

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