Städtische Gebiete unterscheiden sich von Flächen mit ruraler Prägung, im Ergebnis sind sie stark modifiziert bezüglich ihrer Strahlungs- und Energiebilanz. In der vorliegenden Arbeit werden die Oberflächentemperaturen der Metropole Berlin im Mesomaßstab, unter Verwendung von Satellitenaufnahmen der ASTER- und Landsat-5- und 7-Sensoren untersucht sowie durch zusätzliche Messungen mit einer Thermalbildkamera über einen Zeitraum von 17 Monaten im Mikromaßstab erweitert. Diese Daten kombiniert mit GIS-basierten Informationen über die Landnutzungs- und Strukturtypen werden für die Analyse der räumlichen und zeitlichen Verteilung der Oberflächentemperaturen genutzt ebenso wie zur Ermittlung funktioneller Beziehungen zwischen dem thermischen Verhalten der Oberflächen und der zugehörigen Stadtstruktur. Bei der Auswertung geht es vorrangig um physikalische Prozesse und Eigenschaften, die einen Einfluss auf energetische Flüsse und ihre Interaktion mit städtischen Oberflächen haben. Eine thermische Charakteristik einzelner Bezirke über verschiedene Nutzungsklassen bis hin zu einzelnen Materialien wird erstellt. Dabei sind Temperaturdifferenzen von mehreren zehntel Kelvin zwischen den typischen städtischen Oberflächen Dächern und Rasenflächen zu beobachten. Die Resultate zeigen, dass die Verteilung der LST sehr verschieden ist und stark korreliert mit den Landbedeckungen. Es wird dargestellt, welche Stadtstrukturen besonders thermisch belastet sind, welche individuelle thermische Bedeutung einzelne Materialien haben. Besonderes Augenmerk wird auf Möglichkeiten der Beeinflussung durch Abschattung gelegt. Durch Verschattung können Differenzen der Oberflächentemperaturen von mehr als 10 Kelvin erreicht werden. Abschließend werden Modellierungen zur Verifizierung der Kameramessungen sowie zum Aufzeigen des Einflusses minimaler Änderungen in kleinräumigen Klimaten genutzt. / Urban areas differ from surfaces of rural character. They are very modified in their radiation- and energy balance. In this study land-surface temperatures of the city of Berlin are analyzed with the help of satellite pictures of the ASTER- and Landsat-5 and -7 sensors in mesoscale and then extended by extra measurements of an infrared camera in microscale over the course of 17 months. This data combined with GIS based information on different land use and -structures are used for the analysis of spatial and time distribution, as well as for the determination of functional relations between thermal behaviour of surfaces and the related urban structures. The evaluation mainly deals with physical processes and properties that have an influence on energetic flows and their interactions with urban surfaces. A thermal characteristic of individual districts, from different land use classes to specific materials is being created. In this there are differences in temperature of several tenths Kelvin between the typical urban surfaces of roofs and grass areas visible. The results show that the distribution of the LST varies immensely and correlates with the land coverage. It is shown, what urban structures are most thermic burdened, what individual significance specific materials have. Special attention is paid to the different possibilities of the influence through shadow. It is possible to reach a difference of surface temperatures of more than 10 Kelvin by shadow. At the end models with the 3-dimensional ENVImet are used to verify the camera measurements as well as to show the influence of minimal changes in microscale climate.

Bei der Infrarot-Thermographie handelt es sich um eine nicht invasive, schnelle, berührungslose, bildgebende Methode zur Messung der Wärmestrahlung von Oberflächen, die bereits bei einigen veterinärmedizinischen Fragestellungen zum Einsatz gekommen ist. Ziel der Studie war es, die Oberflächentemperaturen im Kopfbereich von weiblichen Deutsch-Holstein Kälbern um den Enthornungszeitraum mittels Thermographie darzustellen und zu prüfen, welchen Einflussfaktoren die thermographischen Messungen unterlegen sind. Hierfür wurden acht Lokalisationen im Kopfbereich (linkes Auge (liAu), rechtes Auge (reAu), linke Hornanlage (liHa), rechte Hornanlage (reHa), Flotzmaul (FM), Schleimhaut des Flotzmauls (SHFM)) von gesunden, weiblichen Deutsch-Holstein Kälbern mit einer High-End Wärmebildkamera (ThermoPro TP8, Firma DIAS Infrared GmbH) im Rahmen eines standardisierten Studienprotokolls thermographisch untersucht. Die statistische Auswertung pro Merkmal erfolgte mit SAS, Vers.9.4. Die Umgebungstemperatur hatte den größten Einfluss auf die Oberflächentemperaturen (Regressionskoeffizienten von 0,10 bis 0,32; p < 0,01). Die Luftfeuchtigkeit wirkte sich nicht auf die Messergebnisse aus (p > 0,33). Die rektal erfasste Körperinnentemperatur korrelierte nur schwach mit den thermographisch ermittelten Oberflächentemperaturen. Hingegen konnte mit zunehmendem Alter der Tiere ein Abfall der Oberflächentemperaturen beobachtet werden (Regressionskoeffizienten von – 0,42 bis – 0,14; p < 0,01). Die Wiederholbarkeit der unmittelbar aufeinanderfolgenden thermographischen Doppelmessungen pro Lokalisation war sehr gut (r > 0,95). An den verschiedenen Lokalisationen wurde Wärme in unterschiedlichem Maße emittiert, wobei die Augen die höchsten und das Flotzmaul die niedrigsten Oberflächentemperaturen aufwiesen. Die paarigen Lokalisationen (liAu:reAu, liHA:reHa) wiesen ein symmetrisches Wärmestrahlungsmuster auf. Unter Beachtung der genannten Einflussfaktoren konnte direkt nach Abnahme des Brenners an den Ha der Kälber nach thermE eine Maximaltemperatur von ca. 67 °C ermittelt werden. Fünf und 30 Minuten nach dem Eingriff kam es zu einem signifikanten Temperaturabfall an den Ha der Tiere nach thermE, während die Oberflächentemperaturen der anderen Lokalisationen bei den Kälbern beider Gruppen im Vergleich zum Ruhewert anstiegen (p < 0,01). Zu den Messungen 60, 90 und 120 Minuten kam es weiterhin zu einem stetigen Temperaturanstieg (UliHa, liAu, FM, SHFM, reAu, UreHa) bzw. einem Temperaturplateau (liHa, reHa). Vier, spätestens acht Stunden nach Enthornung war das Niveau des Ruhewertes an allen Lokalisationen (exkl. FM, SHFM) wieder erreicht. Aufgrund des analogen Verlaufs der Oberflächentemperaturen der vorliegenden Studie mit dem Verlauf der Kortisolkonzentration im Blut von thermisch enthornten Kälbern ähnlich angelegter Studien lässt sich vermuten, dass es sich dabei um eine perioperative Stressantwort handeln könnte. Weitere Untersuchungen sind nötig, um einen möglichen Einsatz der Thermographie zur nicht invasiven Stressevaluierung zu prüfen.:1. Einleitung 1 2. LITERATURÜBERSICHT 3 2.1. Hornwachstum und Unterschiede in der Hornausbildung 3 2.2. Innervation der Hornanlagen 3 2.3. Enthornung 4 2.3.1. Definition und Methoden der Enthornung 4 2.3.2. Gründe für Enthornung 5 2.3.3. Alternativen zur Enthornung 6 2.3.3.1. Haltung behornter Rinder 6 2.3.3.2. Zucht auf Hornlosigkeit 6 2.4. Schmerz und Stress 7 2.4.1. Schmerz und Stress bei Rindern 7 2.4.2. Stress ausgelöst durch den Umgang mit Menschen 8 2.4.3. Durch den Stressor Enthornung ausgelöste Schmerz- und Stressantwort 9 2.4.4. Schmerz- und Stressevaluierung während der thermischen Enthornung 9 2.5. Thermographie 11 2.5.1. Prinzip der Thermographie 11 2.5.2. Einflussfaktoren auf die Thermographie unter Stallbedingungen 12 2.5.2.1. Vom Tier ausgehende Einflussfaktoren 13 2.5.2.2. Von außen einwirkende Einflussfaktoren 13 2.5.2.3. Einfluss der Aufnahmetechnik 13 2.5.3. Thermographie in der Veterinärmedizin 14 2.5.4. Thermographie bei Rindern 14 2.5.5. Thermographie zur Überwachung der thermischen Enthornung 16 2.5.6. Schlussfolgerung aus der Literaturrecherche und Zielstellung 16 3. Material und Methoden 18 3.1. Auswahl der für die Durchführung der Studie zu verwendenden Wärmebildkamera 18 3.1.1. Kriterien für den Einsatz einer Wärmebildkamera am Tier unter Stallbedingungen 18 3.1.2. Pro- und Contra-Kriterien 19 3.1.3. Technische Daten der Wärmebildkameras testo882 und ThermoPro TP8 21 3.1.4. Vorversuch mit den Wärmebildkameras testo882 und ThermoPro TP8 22 3.1.5. Schlussfolgerung und Entscheidung 23 3.2. Protokoll für die standardisierte Erstellung qualitativ hochwertiger Thermogramme 23 3.2.1. Position von Wärmebildkamera und Kalb 23 3.2.1.1. Standardisierte Erstellung von Thermogrammen an den Augen 24 3.2.1.2. Standardisierte Erstellung von Thermogrammen am Flotzmaul und der Maulschleimhaut 25 3.2.1.3. Standardisierte Erstellung von Thermogrammen an den Enthornungsstellen und deren Umgebung 25 3.2.2. Optimale Fokussierung 26 3.2.2.1. Thermogramme der Augen 26 3.2.2.2. Flotzmaul und Maulschleimhaut 26 3.2.2.3. Enthornungsstellen und deren Umgebung 26 3.2.3. Schlussfolgerung zur Erstellung qualitativ hochwertiger Thermogramme 26 4. Publikation 1 27 5. Publikation 2 38 6. Diskussion 50 6.1. Diskussion des Studienprotokolls 50 6.1.1. Auswahl der Lokalisationen 50 6.1.1.1. Thermographische Erfassung der Oberflächentemperaturen an den Augen 50 6.1.1.2. Thermographische Erfassung der Oberflächentemperaturen am Flotzmaul und der Maulschleimhaut 51 6.1.1.3. Thermographische Erfassung der Oberflächentemperaturen an den Hornanlagen und deren Umgebung 51 6.1.1.4. Abschließende Beurteilung der Messbarkeit der Oberflächentemperaturen an den Lokalisationen 52 6.1.2. Auswahl der Messzeitpunkte 52 6.1.2.1. Ruhewerte vor der thermischen Enthornung 53 6.1.2.2. Kurzfristige Auswirkungen der thermischen Enthornung 53 6.1.2.3. Langfristige Auswirkungen der thermischen Enthornung 54 6.1.2.4. Schlussfolgerung 54 6.1.3. Einflussfaktoren 55 6.1.3.1. Einfluss der Aufnahmetechnik 55 6.1.3.1.1. Abstand zwischen Kamera und Lokalisation am Kopf des Kalbes 55 6.1.3.1.2. Winkel zwischen Kamera und Lokalisation am Kopf des Kalbes 55 6.1.3.2. Von außen einwirkende Faktoren 55 6.1.3.2.1. Umgebungstemperatur 55 6.1.3.2.2. Luftfeuchtigkeit 56 6.1.3.2.3. Sonneneinstrahlung 56 6.1.3.3. Vom Tier ausgehende Einflussfaktoren 57 6.1.3.3.1. Stress 57 6.1.3.3.2. Zirkadiane Rhythmik 57 6.1.3.3.3. Alter der Tiere 57 6.1.3.3.4. Innere Körpertemperatur (IKT) 58 6.1.3.4. Schlussfolgerung 58 6.2. Hitzeentwicklung im Kopfbereich 59 6.2.1. Hitzeeinwirkung durch die thermische Enthornung 59 6.2.2. Evaluierung hitzebedingter Schmerzen 59 6.2.3. Thermische Enthornung und Schmerzmanagement 60 6.2.3.1. Hintergrund zur Entscheidung der thermischen Enthornung ohne multimodales Schmerzmanagement 60 6.2.3.2. Ergebnisse, die durch die Einbeziehung einer Kontrollgruppe generiert werden konnten 60 6.3. Negative Auswirkungen durch fehlerhafte thermische Enthornung 61 6.4. Potentielle Möglichkeiten des Einsatzes der Wärmebildkamera in der Kälberhaltung 62 6.4.1. Stressmonitoring 62 6.4.2. Gesundheitsmonitoring 63 7. Zusammenfassung 66 7.1. Einleitung 66 7.2. Ziele der Untersuchungen 66 7.3. Tiere, Material und Methoden 66 7.4. Ergebnisse 67 7.5. Schlussfolgerung 67 8. Summary 68 8.1. Introduction 68 8.2. Objectives 68 8.3. Animals, Materials and Methods 68 8.4. Results 69 8.5. Conclusions 69 9. Literaturverzeichnis 70 10. Danksagung 82