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Solare Strahlungsprognosen für energiewirtschaftliche Anwendungen - Der Einfluss von Aerosolen auf das sichtbare Strahlungsangebot / Solar Irradiance Forecasts for Energy Applications - the Influence of Aerosols on the Visible Range

Breitkreuz, Hanne-Katarin January 2008 (has links) (PDF)
Für eine dauerhaft gesicherte und umweltgerechte Energieerzeugung kommt den erneuerbaren Energien in Zukunft eine immer größere Bedeutung zu. Dies stellt eine große Herausforderung für die Entwicklung zukünftiger Energiesysteme dar, da erneuerbare Energieträger zeitlich und räumlich zumeist hoch variabel zur Verfügung stehen. Eine effiziente Integration solar erzeugter Energie in das bestehende Energieversorgungsnetz ist daher nur möglich, wenn verlässliche Nahe-Echtzeit-Vorhersagen der am Erdboden verfügbaren Einstrahlung und ein- bis dreitägige Vorhersagen von Energieproduktion und -nachfrage zur Verfügung stehen. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Vorhersage der solaren Strahlung für die nächsten Tage und Stunden im Hinblick auf Anwendungen in der Energiewirtschaft. Der dominante Atmosphärenparameter für die Abschwächung der solaren Einstrahlung ist die Bewölkung. Das größte wirtschaftliche Potential der Solarenergie liegt jedoch in Zeiträumen und Regionen, in denen wenig Bewölkung auftritt. Im wolkenlosen Fall beeinflussen vor allem Aerosole, feste und flüssige Partikel in der Atmosphäre, die direkte und diffuse Strahlung am Erdboden. Aerosole sind durch eine hohe zeitliche und räumliche Variabilität gekennzeichnet, die die Bestimmung ihrer raumzeitlichen Verteilung und damit ihres Einflusses auf die Strahlung erschwert und einen hohen Aufwand zu ihrer Prognose erforderlich macht. Am Beispiel eines fünfmonatigen europäischen Datensatzes (Juli-November 2003) werden Prognosen der aerosoloptischen Tiefe bei 550 nm (AOT550) untersucht, die aus Aerosolvorhersagen eines Chemie-Transport-Modells stammen. Es zeigt sich, dass im Vergleich mit Bodenmessungen die Aerosolprognosen mit einer mittleren Unterschätzung von -0,11 und einem RMSE von 0,20 die geforderte Genauigkeit nicht ganz erreichen. Dabei stellen insbesondere die unregelmäßig auftretenden Saharastaubausbrüche über dem zentralen Mittelmeer eine im Modell bisher nicht erfassbare Quelle großer Ungenauigkeiten in der AOT- und damit auch in der Strahlungsvorhersage dar. Entsprechend der hohen regionalen Aerosol-Variabilität finden sich zudem signifikante Unterschiede zwischen den Regionen, zum Beispiel eine deutliche Unterschätzung des Aerosolaufkommens in der stark industriell belasteten Po-Ebene Norditaliens sowie gute Entsprechungen in abgelegenen Gegenden Nordeuropas. Basierend auf dieser Aerosol-Prognose und unter Einbeziehung weiterer Fernerkundungsdaten (Bodenalbedo, Ozon) und Parametern aus der numerischen Wetterprognose (Wasserdampf, Wolken) wird ein Prototyp für ein Vorhersagesystem der Solarstrahlung konzipiert und vorgestellt: das AFSOL-System (Aerosol-based Forecasts of Solar Irradiance for Energy Applications). An Hand der fünfmonatigen Testepisode wird das AFSOL-System mit Vorhersagen des Europäischen Zentrums für Mittelfrist-Wettervorhersage (ECMWF), mit satellitenbasierten Beobachtungen der Solarstrahlung (Meteosat-7) und mit Bodenmessungen der Solarstrahlung verglichen. Für den wolkenlosen Fall erzielt das AFSOL-Modellsystem eine deutliche Verbesserung der Direktstrahlungsprognosen gegenüber den ECMWF-Vorhersagen, mit einer Reduktion des relativen Bias von -26% auf +11% und des relativen RMSE von 31% auf 19%. Dies kann auf die verbesserte Beschreibung des atmosphärischen Aerosols zurückgeführt werden, die sich im Vergleich zu den am ECMWF genutzten AOT-Klimatologien ergibt, auch wenn insbesondere bei der Behandlung von Wüstenstaubepisoden weiterhin Probleme auftreten. Auch die Globalstrahlungsprognosen erreichen im wolkenlosen Fall eine höhere Genauigkeit als die operationell verfügbaren ECMWF-Vorhersagen, was sich in einer Verringerung des relativen Bias von -10% zu +5% sowie des relativen RMSE von 12% zu 7% zeigt. Im bewölkten Fall jedoch können die Vorhersagen des AFSOL-Systems erhebliche Ungenauigkeiten aufweisen, die sich auf Grund von Problemen bei der Wolkenprognose des zu Grunde liegenden numerischen Wettervorhersagemodells ergeben. Abschließend wird in einer Fallstudie zur Verwendung der Vorhersagen für die optimale Betriebsführung eines solarthermischen Kraftwerks in Spanien beispielhaft gezeigt, dass die Nutzung der AFSOL-Prognose im wolkenlosen Fall eine deutliche Gewinnsteigerung bei der Einspeisung ins öffentliche Stromnetz durch den Handel an der spanischen Strombörse ermöglicht. / Due to the limitation of fossil fuel resources and their impact on climate change, our future energy system will increasingly depend on growing shares of renewable energy sources. This poses a major challenge on the development of future energy systems, since energy production from most renewable resources is highly variable in space and time. Because of the high variability, an efficient integration of solar energy into the existing energy supply system will only be possible if reliable near real time forecasts of ground level solar irradiance as well as one to three day forecasts of energy production and demand are available. This study deals with solar irradiance forecasts of the next few days and hours with respect to their application in solar energy industries. The main atmospheric parameter responsible for the extinction of solar irradiance is clouds. However, a main focus and economic potential of the solar energy industry is situated in regions and time periods with minimal cloud cover. During these ”clear sky cases“ it is mainly aerosols, solid and liquid particles in the atmosphere, that influence the direct and diffuse irradiance at ground level. Aerosols are highly variable in space and time, which leads to difficulties in calculating and forecasting their spatio-temporal patterns and thus their influence on irradiance. For an episode of five months (July-November 2003) in Europe, forecasts of the aerosol optical depth at 550 nm (AOD550) based on particle forecasts of a chemistry transport model are analysed. It is shown that the aerosol forecasts underestimate ground based measurements by a mean -0.11 (RMSE 0.20), which is not within the accuracy required for input parameters of irradiance forecasts. In particular, sporadic Saharan dust storm events in the central Mediterranean region lead to large inaccuracies which at the moment cannot be accounted for in the model system. Due to the high regional variability of aerosol presence and type, also large differences in the representation accuracy for different European regions can be distinguished, e.g., severe underestimations of particle load in the highly industrialized Po Valley in northern Italy or small errors for remote continental areas in Northern Europe. Using these aerosol forecasts and other remote sensing data (ground albedo, ozone) as well as numerical weather prediction parameters (water vapor, clouds), a prototype for an irradiance forecasting system is set up: the AFSOL system (Aerosol-based Forecasts of Solar Irradiance for Energy Applications). Based on the five month dataset its results are compared to forecasts of the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF), satellite based irradiance data from Meteosat-7 and ground measurements. It is demonstrated that for clear sky situations the AFSOL system significantly improves direct irradiance forecasts compared to ECMWF forecasts, with a reduction of relative bias from -26% to +11% and a reduction of relative RMSE from 31% to 19%. This can be attributed to the increased accuracy of atmospheric aerosol description compared to the climatological values used by the ECMWF, regardless if there are still deficiencies especially for desert dust situations. Global irradiance forecasts are also shown to have higher accuracies in comparison to the operationally available ECMWF forecasts, with a reduction of relative bias from -10% to +5% and a reduction of relative RMSE from 12% to 7%. However, for cloudy situations the AFSOL forecasts can lead to significant forecast errors due to cloud modelling deficiencies in the underlying mesoscale numerial weather model. Finally, a case study on the use of the AFSOL irradiance forecasts for optimizing operation strategies of a solar thermal power plant in Spain is presented. It is demonstrated that with the improved forecast in clear sky cases a significant rise in profit can be obtained when feeding the solar energy into the public Spanish electricity market by participating in the Spanish electricity stock exchange.
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Beobachtung des Hydroxyl (OH*)-Airglow: Untersuchung von Klimasignalen und atmosphärischen Wellen / Observation of the Hydroxyl (OH*)-Airglow: Analysis of Climate Signals and Atmospheric Waves

Höppner, Kathrin January 2009 (has links) (PDF)
Die obere Mesosphäre ist die Atmosphärenschicht, die von etwa 80-100 km Höhe reicht. Aufgrund der geringen Luftdichte – sie ist fünf bis sechs Größenordnungen geringer als an der Erdoberfläche – und der effektiven Abstrahlung von Wärme in den Weltraum („Strahlungskühlung“) wird generell angenommen, dass Klimasignale in diesem Höhenbereich sehr viel ausgeprägter sein sollten als in den unteren Atmosphärenschichten. Es wird daher erwartet, dass Beobachtungen in dieser Region der Atmosphäre eine frühzeitige Erkennung von Klimatrends mit guter statistischer Signifikanz erlauben sollten. Daten, die von diesen Messungen bereitgestellt werden, sind wichtig für die Weiterentwicklung und Verbesserung numerischer Klimamodelle, die die mittlere Atmosphäre abdecken. Dieser Höhenbereich der Atmosphäre ist messtechnisch jedoch nur schwer zugänglich. Die Dichte der Messnetze ist keinesfalls vergleichbar mit denen für die Beobachtung etwa der Stratosphäre oder der Troposphäre; Routinemessungen gibt es kaum. Direkte Messungen werden mit raketengestützten Instrumenten, indirekte Messungen über satellitengestützte und bodengebundene Techniken, wie z.B. Lidar, Radar und Spektroskopie, vorgenommen. Die vorliegende Arbeit basiert auf Daten des „GRound-based Infrared P-branch Spectrometer (GRIPS)“, das Infrarot-Emissionen aus der sogenannten OH*-Airglow-Schicht misst, aus denen die Temperatur in ~87 km Höhe abgeleitet werden kann. Neben anthropogenen Einflüssen auf das Klima gibt es natürliche Effekte, die Temperaturschwankungen in der oberen Mesosphäre verursachen können. Für die Interpretation experimenteller Daten ist das Verständnis dieser natürlichen Quellen der Variabilität wichtig. Daher wird mithilfe einer 25-jährigen Zeitreihe der über Wuppertal (51,3°N, 7,2°O) gemessenen OH*-Temperaturen die potentielle Wechselwirkung der Dynamik der oberen Mesosphäre mit der Sonnenaktivität untersucht. Eine Korrelation der Aktivität planetarer Wellen mit dem solaren Magnetfeld (22-jähriger solarer Hale-Zyklus) konnte festgestellt werden. Als möglicher physikalischer Mechanismus wird vorgeschlagen, dass der Ringstrom im Erdinnern und damit das interne Magnetfeld der Erde durch das solare Magnetfeld moduliert wird, was wiederum zu Modulationen des totalen Magnetfeldes im Erdinnern über die Kopplung elektromagnetischer Drehmomente zwischen dem Erdkern und dem Erdmantel führt. Als Folge sollte die Rotationsperiode der Erde – und damit die Aktivität planetarer Wellen – durch die solare Magnetfeldstärke moduliert sein. Der Aktivität planetarer Wellen ist zudem eine quasi-zweijährige Schwingung überlagert. Zumeist ist die Wellenaktivität verstärkt, wenn sich die Windrichtung des mittleren zonalen Windes der äquatorialen Quasi-Biennalen Oszillation (QBO) von einem Westwind zu einem Ostwind umkehrt. Darüber hinaus konnte festgestellt werden, dass die unregelmäßige Verteilung der Sonnenflecken auf der Sonnenscheibe aufgrund der Rotation der Sonne zu Fluktuationen der OH*-Temperatur führt. Häufig beobachtet werden ausgeprägte spektrale Komponenten in den OH*-Temperaturfluktuationen im Periodenbereich von 27 bis 31 Tagen. Diese Signaturen werden vorläufig auf die differentielle Rotation der Sonne zurückgeführt. Dynamische Prozesse wie z.B. atmosphärische Schwerewellen sind von großer Bedeutung für den Energiehaushalt der oberen Mesosphäre / unteren Thermosphäre (MLT-Region). Daher müssen sie in Klimamodellen berücksichtigt werden, was derzeit jedoch nur durch einfache Parametrisierungen bewerkstelligt werden kann. Um eine möglichst realistische Modellierung der großräumigen Zirkulationssysteme zu ermöglichen, ist die Kenntnis der Strukturfunktionen der Schwerewellen sowie ihre Quell- und Senkenstärken in Raum und Zeit erforderlich. Messungen von Schwerewellen sind daher unabdingbar. In der vorliegenden Arbeit werden im Rahmen von Fallstudien Temperatursignaturen untersucht, wie sie von Schwerewellen erzeugt werden. Verwendet werden hierfür zeitlich hoch aufgelöste OH*-Temperaturzeitreihen aufgenommen am Hohenpeißenberg (47,8°N, 11,0°O) und an der Zugspitze (47,5°N, 11,0°O). Durch den Alpenkamm induzierte Schwerewellen können identifiziert und Schwerewellenparameter wie beispielsweise die Ausbreitungsrichtung oder die Phasengeschwindigkeit quantifiziert werden. Messungen, aufgenommen von Bord des deutschen Forschungsschiffes „Polarstern“ im Golf von Biskaya (um 48°N, 6°O), werden mit satellitenbasierten Beobachtungen kombiniert. Es wird gezeigt, dass Schwerewellen, die von einem atlantischen Zyklon erzeugt werden, die Temperatur in der Mesopausenregion beeinflussen können. Das GRIPS-System ist ferner prinzipiell zur schnellen Erkennung von Naturgefahren wie z.B. Tsunamis, Erdbeben oder Vulkanaktivität geeignet, da solche Ereignisse Infraschall erzeugen, der wiederum erkennbare Temperaturfluktuationen in der OH*-Airglow-Schicht verursacht. Am Beispiel des Sumatra-Tsunamis von 2004 wird diese Möglichkeit quantitativ diskutiert. / The upper mesosphere is the atmospheric layer which ranges from 80 km to about 100 km above sea level. Due to the low air density of five to six orders of magnitude lower compared to the value near the Earth's surface and due to the efficient infrared radiation cooling to space, many climate signals are assumed to be more pronounced there than in the lower atmosphere. It is therefore expected that observations in this region should allow the early detection of climate trends with good statistical significance. The data provided by these measurements are essential for the further development and improvement of the numerous climate models that include the middle atmosphere. Experimental access to this altitude is difficult, and data are therefore still quite sparse. Measurements have been taken directly using rocket-borne instruments, and indirectly through space-borne and ground-based techniques, such as Lidar, Radar, and spectroscopy. The work presented is based on data from the “GRound-based Infrared P-branch Spectrometer (GRIPS)”, which measures the infrared emissions from the so-called OH*-airglow layer to derive temperatures at an altitude of ~87 km. Along with anthropogenic influences on the climate there are natural effects which can cause temperature deviations in the upper mesosphere. It is essential for the interpretation of experimental data to understand those other sources of variability. Because of this the potential interaction of the dynamics of the upper mesosphere with the solar activity is examined with a 25-year time series of OH*-temperatures recorded at Wuppertal (51.3°N, 7.2°E). A correlation of the planetary wave activity with the general solar bipolar magnetic field (22-year solar Hale cycle) is found. As a possible physical mechanism it is proposed that the internal terrestrial magnetic field is superimposed by the solar magnetic field causing modulations of the total magnetic field in the Earth’s interior and which leads – in turn – to a modulation of the electromagnetic coupling of angular momentum between the Earth’s core and the Earth’s mantle. As a result the Earth’s rotation period – and thus the activity of planetary waves – should be modulated with the solar magnetic flux, e.g. the quasi-22-year Hale cycle. Planetary wave activity is further found to be modulated by a quasi-2-year oscillation and that wave activity is mostly enhanced when the wind direction of the mean zonal wind of the equatorial quasi-biennial oscillation (QBO) reverses from westerly to easterly. It is also found that due to the Sun’s rotation the irregular pattern of sunspots on the solar disc leads to OH*-temperature fluctuations. Pronounced spectral components in the OH*-temperature fluctuations around the periods from 27 to 31 days are frequently observed. They are tentatively attributed to the differential rotation of the Sun. Dynamic processes such as atmospheric gravity waves are of great significance for the energy budget of the upper mesosphere / lower thermosphere (MLT) region. Consequently, they have to be taken into account in climate models. Limited knowledge of the generation, propagation, and interaction mechanisms of gravity waves is therefore a major problem in this field. The temperature signals generated by gravity waves are analyzed in case studies using OH*-temperature data sets with high temporal resolution, recorded at Hohenpeissenberg (47.8°N, 11.0°E) and the Zugspitze mountain (47.5°N, 11.0°E). Alpine induced gravity waves are detected and gravity wave parameters such as propagation direction, phase velocity etc. are quantified. Measurements taken from the German research vessel “Polarstern” in the Bay of Biscaya (around 48°N, 6°E) are combined with satellite-based observations. It is shown that gravity waves induced by an Atlantic cyclone can impact the temperatures in the mesopause region. The GRIPS system should in principle also be suited for the rapid detection of natural hazards such as tsunamis, earth quakes, or volcanic activities. This is because the infrasound caused by such events should induce observable temperature fluctuations in the OH*-airglow layer. The example of the 2004 Sumatra Tsunami is used for a quantitative discussion of this possibility.
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Regionalentwicklung durch Innovation und unternehmerische Kompetenzen / Regional development by means of innovation and entrepreneurial competencies

Meier, Janina C. January 2008 (has links) (PDF)
Warum sind manche Unternehmen und warum manche Regionen innovativer als andere? Zahlreichen wissenschaftlichen Beiträgen zufolge ist die Antwort auf diese Frage vom vorhandenen Humankapital und dem vorhandenen und verfügbaren Wissen abhängig. Innovationen werden von Menschen vorangetrieben. Warum scheinen die Mitarbeiter mancher Unternehmen innovativer zu sein, als die Mitarbeiter anderer Unternehmen? Diese Frage gewinnt angesichts zunehmender Dynamik, einem intensiveren Wettbewerb und einem rascheren Wertewandel im heutigen Unternehmensumfeld an praktischer und theoretischer Relevanz. Tatsächlich erhöht der immer schneller werdende technologische, gesellschaftliche und wirtschaftliche Wandel die bei Innovationsvorhaben ohnehin schon stetig steigende Aufgabenkomplexität und Projektunsicherheit. Allerdings birgt dieser Wandel nicht nur Unsicherheit, sondern schafft in zunehmendem Maße unternehmerische Chancen, die sowohl von Unternehmern und Gründern als auch von Mitarbeitern genutzt werden können. Viele innovationstheoretische Untersuchungen konzentrieren sich auf eine faktorielle Darstellung von erfolgswirksamen Rahmenbedingungen, die es herzustellen gilt, um ein ‚gesundes’ Milieu zu schaffen, in dem Menschen Unternehmen gründen und Innovationen vorantreiben. Verhaltensorientierte Studien im Kontext der Innovations- und Gründungsforschung zeigen, dass gerade Faktoren, die im Zusammenhang mit der Person stehen, einen erheblichen Einfluss auf den Innovations- und Gründungserfolg haben. Um in diesem Kontext eine Ursache für Regionalentwicklung zu finden, verbleibt die Suche nicht bei einer rein auf Faktorausstattung reduzierten Erklärung. Dagegen rückt die Studie den Mikrofaktor Humankapital im Zusammenhang zur Innovationsentwicklung in den Mittelpunkt. Sie leistet damit einen Beitrag zum Entstehungsprozess von Innovationen, indem empirisch untersucht wird, welche unternehmerischen Kompetenzen in einem Innovationsprozess benötigt werden und welche daraus resultierenden Handlungsstrategien den Erfolg der Innovationsteams bedingen. / Why tend some companies and some regions to be much more innovative than others? According to numerous academic articles the answer to this question lies within existent human capital and within existent and available knowledge. Innovation is driven by people. Why seem the employees of some companies to be much more innovative than others’? In the light of increasing dynamics, more intensive competition and rapid changing values within today’s company’s environment this question gains in practical and theoretical relevance. As a matter of fact the fast growing technological, social, and economic shift increases within innovation projects the anyway consistent rising complexity in tasks and uncertainties in projects. However, this shift holds not only uncertainty, but creates more and more entrepreneurial chances which can be used by either entrepreneurs and founders or employees. Various theoretical studies of the context of innovation concentrate on a factorial illustration of effective conditions for success which have to be established to create a ‘sound’ milieu where people can found firms and shape innovation. Behaviour-driven studies within the context of innovation research show the considerable influence of success factors that are associated with the individual. To find in context a reason for regional development this study quests not only within an explanation reduced to factor equipment of regions; but it spotlights the micro factor human capital in connection with innovation. Therefore it contributes to the explication of the genesis process of innovation by empirical investigating which entrepreneurial competencies within an innovation process are necessary and which resulting strategies of activity entail the innovation teams’ success.
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Analyse von räumlichen Landschaftsmustern und deren Determinanten mittels Fernerkundungsdaten : am Beispiel von Regenwaldfragmenten in Westafrika / Analysis of spatial landscape pattern and determining factors by the means of remote sensing data

Wegmann, Martin January 2009 (has links) (PDF)
In den letzten Jahrzehnten ist eine verstärkte Veränderung der Landoberfläche beobachtet worden. Diese Prozesse sind direkten und indirekten anthropogenen Einflüssen zuzuschreiben, wie Deforestation oder Klimawandel. Mit dieser Entwicklung geht der Verlust und die Fragmentation von naturnahen Flächen einher. Für das Fortbestehen von Populationen verschiedenster Organismen in einer derartig geformten Landschaft ist entscheidend, inwieweit die Migration zwischen bestehenden Fragmenten gewährleistet ist. Diese wird von der Eignung der umgebenden Landschaft beeinflusst. Im Kontext einer klimatischen Veränderung und verstärkter anthropogener Landnutzung ist die Analyse der räumlichen Anordnung von Habitatfragmenten und der Qualität der umgebenden Landschaft besonders für die globale Aufrechterhaltung der Biodiversität wichtig. Großräumige Muster der Landschaftsveränderung können mit Hilfe von Satellitendaten analysiert werden, da es nur diese ermöglichen die Landbedeckung flächendeckend, reproduzierbar und auf einer adäquaten räumlichen Auflösung zu kartieren. Besonders zeitlich hochaufgelöste Daten liefern wertvolle Informationen bezüglich der Dynamik der Landbedeckung. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Analyse der Fragmentation in Westafrika und der potentiellen Bedeutung von singulären Fragmenten und deren potentiellen Auswirkungen auf die Biodiversität. Dafür wurden zeitlich hoch- und räumlich mittelaufgelöste Daten des Aufnahmesystems MODIS verwendet, mit denen für das Untersuchungsgebiet Westafrika die Landbedeckung klassifziert wurde. Für die darauf folgenden Analysen der räumlichen Konfiguration der Fragmente wurde der Fokus auf Regenwaldgebiete gelegt. Die Analyse von räumlichen Mustern der Regenwaldfragmente liefert weiterführende qualitative Informationen der individuellen Teilbereiche. Die räumliche Anordnung wurde sowohl mit etablierten Maßen als auch mittels in dieser Arbeit erstellter robuster und übertragbarer Indizes quantifiziert. Es konnte gezeigt werden, dass die Verwendung von aussagekräftigen Indizes, besonders, wenn sie alle benachbarten Fragmente und die Qualität der umgebenden Matrix berücksichtigen, die räumliche Differenzierung von Fragmenten verbessert. Jedoch ist die Anwendung dieser Maße abhängig von den Ansprüchen einer Art. Daher muss die artspezifische Perzeptionen der Landschaft auf der Basis der Indizes implementiert werden, da die Übertragung der Ergebnisse einzelner Indizes auf andere räumliche Auflösungen und andere Regionen nur begrenzt möglich war. Des Weiteren wurden potentielle Einflussfaktoren auf die räumlichen Muster mittels Neutraler Landschaftsmodelle untersucht. Hierbei ergaben sich je nach Region und Index unterschiedliche Ergebnisse, allerdings konnte der Einfluss anthropogen induzierter Veränderungen auf die Landbedeckung postuliert werden. Die große Bedeutung der räumlichen Attribution von Landbedeckungsklassen konnte in dieser Arbeit aufgezeigt werden. Der alleinige Fokus auf die Kartierung von z. B. Waldfragmenten ohne deren räumliche Anordnung zu berücksichtigen, kann zu falschen Schlüssen bezüglich deren ökologischen, hydrologischen und klimatologischen Bedeutung führen. / In a century where climate change is unquestioned and the anthropogenic induced loss of habitats of many species has reached tremendous rates, it becomes important to analyse the effects of these changes. Especially the division of formerly continuous habitats into smaller parts and the resulting changes of area or shape are important due to their effects on e.g. viable populations sizes. Consequently does the connectivity between patches change, which is also influenced by the environmental condition inbetween patches. Generally, the loss and fragmentation of habitat will constrain species migration, which in the long run will result in less genetic diversity within populations and decline and potentially in a loss of biodiversity. Broad scale analysis of these changes can be achieved using satellite imagery due to their capabilities to deliver information repeatedly for a large area with an ecological adequate spatial resolution which can be used to generate a landcover map. This study focuses on the effects of habitat fragmentation in West Africa. The importance of patches for the retention of the overall landscape connectivity and therefore their importance for the maintenance of biodiversity is in the focus of this work. For the analysis of fragmentation on a landscape level, temporal high- and spatial low-resolution imagery provided by MODIS are used for the necessary landcover classification. The analyses focus on the rainforest in West Africa and use various established and novel indices to classify the fragments due to their spatial attributes. The novel indices invented in this study aimed at being transferrable to other region and species and at being robust and applicable on large data sets. Moreover Neutral Landscapemodels have been generated to analyse the behaviour of indices across different scales and spatial arrangments. This study showed, that the differentiation of fragments based on their spatial attributes can be achieved best using indices which incorporate all neigbouring patches and the quality of the surrounding landscape. However all indices and their application are highly depending on species specific habitat requirements and perception range as well as the spatial scale, when using spatial pattern analysis. Moreover, analysing the causes for the existing spatial patterns showed, that the factors explaining the existing patterns differed by region and used indices, but generally the human impact contributed to a high degree to the existing spatial arrangement of forest fragments. This study showed that using solely the extent of a certain landcover without considering their spatial arrangement might lead to wrong conclusions concerning its importance for biodiversity. The results depend highly on the complex interactions between spatial and thematic resolution of the landcover data, spatial arrangement of patches, the surrounding landscapes and species requirements which can be accounted for using the novel applied indices in this study. Hence the importance to analyse the spatial attributes of landcover data is shown in this study.
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Water Resources and Dynamics of the Troodos Igneous Aquifer-system, Cyprus - Balanced Groundwater Modelling - / Grundwasserdynamik und Ressourcen des Troodos Aquifersystems, Zypern - Bilanzierte Grundwassermodellierung -

Mederer, Joachim January 2009 (has links) (PDF)
The study investigates the water resources and aquifer dynamics of the igneous fractured aquifer-system of the Troodos Mountains in Cyprus, using a coupled, finite differences water balance and groundwater modelling approach. The numerical water balance modelling forms the quantitative framework by assessing groundwater recharge and evapotranspiration, which form input parameters for the groundwater flow models. High recharge areas are identified within the heavily fractured Gabbro and Sheeted Dyke formations in the upper Troodos Mountains, while the impervious Pillow Lava promontories - with low precipitation and high evapotranspiration - show unfavourable recharge conditions. Within the water balance studies, evapotranspiration is split into actual evapotranspiration and the so called secondary evapotranspiration, representing the water demand for open waters, moist and irrigated areas. By separating the evapotranspiration of open waters and moist areas from the one of irrigated areas, groundwater abstraction needs are quantified, allowing the simulation of single well abstraction rates in the groundwater flow models. Two sets of balanced groundwater models simulate the aquifer dynamics in the presented study: First, the basic groundwater percolation system is investigated using two-dimensional vertical flow models along geological cross-sections, depicting the entire Troodos Mountains up to a depth of several thousands of metres. The deeply percolating groundwater system starts in the high recharge areas of the upper Troodos, shows quasi stratiform flow in the Gabbro and Sheeted Dyke formations, and rises to the surface in the vicinity of the impervious Pillow Lava promontories. The residence times mostly yield less than 25 years, the ones of the deepest fluxes several hundreds of years. Moreover, inter basin flow and indirect recharge of the Circum Troodos Sedimentary Succession are identified. In a second step, the upper and most productive part of the fractured igneous aquifer-system is investigated in a regional, horizontal groundwater model, including management scenarios and inter catchment flow studies. In a natural scenario without groundwater abstractions, the recovery potential of the aquifer is tested. Predicted future water demand is simulated in an increased abstraction scenario. The results show a high sensitivity to well abstraction rate changes in the Pillow Lava and Basal Group promontories. The changes in groundwater heads range from a few tens of metres up to more than one hundred metres. The sensitivity in the more productive parts of the aquifer-system is lower. Inter-catchment flow studies indicate that - besides the dominant effluent conditions in the Troodos Mountains - single reaches show influent conditions and are sub-flown by groundwater. These fluxes influence the local water balance and generate inter catchment flow. The balanced groundwater models form thus a comprehensive modelling system, supplying future detail models with information concerning boundary conditions and inter-catchment flow, and allowing the simulation of impacts of landuse or climate change scenarios on the dynamics and water resources of the Troodos aquifer-system. / Die vorliegende Arbeit untersucht die Grundwasserressourcen und die hydraulische Dynamik des Troodos Kluftaquifersystems in Zypern mit Hilfe gekoppelter numerischer Wasserhaushalts- und Grundwasserströmungsmodelle auf Rasterbasis. Die Wasserhaushaltsmodelle quantifizieren die hydrologischen Rahmenparameter des Untersuchungsgebietes. Grundwasserneubildung und Evapotranspiration werden als Eingangsparameter der Grundwassermodelle weiterverarbeitet. Die Grundwasserneubildung ist in den niederschlagsreichen Regionen des höheren Troodos Gebirges, im Bereich der stark geklüfteten Gabbro und Sheeted Dyke Lithologien, am höchsten, nimmt zu den Vorgebirgen ab und erreicht dort ein Minimum in den gering durchlässigen Pillow Lava Sequenzen. Die Evapotranspiration zeigt einen umgekehrten Trend. Zusätzlich zur aktuellen Evapotranspiration wird eine sogenannten Sekundär-Evapotranspiration ermittelt, die sich – unabhängig von der Bodenfeuchte – aus der Verdunstung von Wasser-, Feucht- und Bewässerungsgebieten berechnet. Dieses Konzept erlaubt die Ermittlung der Verdunstungsmenge der bewässerten Flächen und somit die Abschätzung regionaler Grundwasserentnahmeraten, die als Brunnenentnahme in die Grundwassermodelle eingearbeitet werden. Mit zweidimensionalen, bilanzierten, vertikalen Grundwassermodellen, die entlang geologischer Schnitte durch das Untersuchungsgebiet verlaufen, wurde die Grundwasserströmung bis zu einer Tiefe von mehreren Kilometern hoch auflösend simuliert. Die generelle Strömungscharakteristik zeigt eine dominierende Vertikalkomponente in den Neubildungsgebieten des hohen Troodos, quasi stratiforme Strömung in den Mittelläufen im Bereich der Gabbros und Sheeted Dykes, und einen relativen Anstieg des Potentials und Grundwasserausfluss im Bereich der geringdurchlässigen Pillow Laven der Vorgebirge. Indirekte Neubildung durch Grundwasser aus dem Troodos kann in den überlagernden Sedimenten nachgewiesen werden, ebenso wie Lateralflüsse zwischen den Einzugsgebieten. Die Grundwasserverweildauer liegt meist bei wenigen Jahrzehnten. Ausnahmen bilden tiefe Strömungen aus dem hohen Troodos, die Verweilraten von mehreren Jahrhunderten erreichen. Der oberflächennahe, stark geklüftete und für die Wasserwirtschaft wichtige Teil des Aquifersystems wurde in einem horizontalen, den gesamten Troodos umfassenden Grundwassermodell nachgebildet. Bewirtschaftungsszenarien ohne bzw. mit gesteigerten Entnahmeraten simulieren die Dynamik dieses Aquifers. Die Ergebnisse zeigen, dass die Sensitivität auf die Änderung der Entnahmeraten regional sehr unterschiedlich ist. In den Entnahmegebieten des hohen und mittleren Troodos liegen die Spiegelschwankungen meist bei wenigen Metern bis Zehnermetern, während die Schwankungen in den gering durchlässigen und niederschlagsarmen Vorgebirgen teilweise mehr als hundert Meter betragen können. Das laterale Strömungsverhalten wird in einzelnen Test-Einzugsgebieten im Troodos untersucht. Während in den Untersuchungsgebieten generell effluente Grundwasserverhältnisse vorherrschen, gibt es Seitentäler, die vom Grundwasser unterströmt werden und die Grundwasser in benachbarte Einzugsgebiete abgeben. Diese Lateralflüsse können lokal die Wasserbilanz von Einzugsgebieten im Troodos beeinflussen. Die bilanzierten Grundwassermodelle illustrieren sowohl die Tiefenströmung mit hoher Auflösung als auch den oberflächennahen, wasserwirtschaftlich interessanteren Teil des Troodos - Kluftaquifersystems und zeigen die großflächigen Auswirkungen von Änderungen der Grundwasserentnahmerate. Die bilanzierten Grundwassermodelle stellen somit ein Übersichtsmodellsystem dar, mit dessen Hilfe Randbedingungen und Lateralflüsse für zukünftige Detailmodelle bestimmt, sowie Auswirkung künftiger Klima- bzw. Landnutzungsänderungen auf die Dynamik und die Grundwasserressourcen des Troodos Aquifersystems abgeschätzt werden können.
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Stratigraphy, ichnology, and sedimentary environments of the Late Bajocian-Late Bathonian Kashafrud Formation, Northeastern Iran / Stratigraphie, Ichnologie, und Ablageruns-Räume des Oberen Bajocian-Obere Bathonian der Kashafrud Formation, Nordost Iran

Taheri, Jafar January 2009 (has links) (PDF)
The Upper Bajocian-Bathonian Kashafrud Formation is a thick package of siliciclastic sediments that crops out in NE Iran from the southeast, near the Afghanistan border, to north- northwestern areas around the city of Mashhad. The thickness ranges from less than 300 m in a deltaic succession (Kuh-e-Radar) to more than 2500 m in the Maiamay area, but the normal thickness in Ghal-e-Sangi, Kol-e-Malekabad, and Fraizi areas is about 1200-1300 m. It is the fill of an elongated basin, which extended for more than 200 km in NW-SE direction and a width of at least 50 km along the southern margin of the Koppeh Dagh. Prior to this study, little information existed about the sedimentary environments and other characters, especially the geometry of the basin. Exact biostratigraphic data from the top of the Kashafrud Formation were rare. Based on the macrofauna from the lower part of the overlying Chamanbid Formation the upper boundary of the Kashafrud Formation had been attributed to the Late Bathonian and/or Early Callovian, but now the upper limit of the Kashafrud Formation is defined as Late Bathonian in age, based on ammonite biostratigraphy. Except for chapter one, which deals with the introduction and related sub-titles, in the following chapters, step by step, field observations and data were surveyed according to the questions to solve. In order to reconstruct the facies architecture and the geometry of the basin, a number of sections have been logged in detail (see chapter 3, “The sections”). The exact biostratigraphic setting is discussed in chapter 4 (“Biostratigraphy”). Sedimentary environments range from non-marine alluvial fans and braided rivers in the basal part of the succession to deltas, storm-dominated shelf, slope and deep-marine basin. The latter comprises the largest part of the basin fill, consisting of monotonous mudstones, siltstones and proximal to distal turbidities. The only continuous carbonate unit (~30 m) locally formed at Tappenader. Other localities in which thin fossil-bearing carbonate strata occur are Torbat-e-Jam (benthic fauna) and, to a lesser extent, Ghal-e-Sangi. These rare shallow-water carbonates, which also contain corals, represent only short intervals (see chapter 5,” Facies association and sedimentary environments”). Relative changes in sea level were reconstructed on the basis of deepening- and shallowing-upward trends. Sequence boundaries and parasequences have been distinguished and analyzed in chapter 6 (“Sequence stratigraphy”). In most areas, the basin rapidly evolved from a shallow marine, transgressive succession to a deep-marine, basinal succession. The only area where shallow conditions persisted from the Late Bajocian to the Late Bathonian, and even into the Early Callovian is the Kuh-e-Radar area which corresponds to a fan-delta setting. A trace fossil analysis has been carried out to obtain additional evidence on the bathymetry of the basin (see chapter 7, “Ichnology”). Altogether 29 ichnospecies belonging to 15 ichnogenera have been identified, as well as 10 ichnogenera, which were determined only at genus level. They can be grouped in the well-known “Seilacherian ichnofacies”. Very high subsidence rates and strong lateral thickness variations suggest that the Kashafrud Formation is a rift related basin that formed as the eastern extension of the South Caspian Basin. The basin evolution is reviewed, the eastern and western continuations of the basin were checked in the field and also in the literature (see chapter 8, “Basin evolution”). In all, the present study provided new insights into the development of the Kashafrud Formation, e.g. more biostratigraphic data from the base and the top of the succession, a relatively complete picture of the trace fossil associations, a better recognition and reconstruction of the sedimentary environments in different parts of the basin. Finally this research project will be a good basis for further investigations, especially towards the west, as parts of the Kashafrud Formation are source rocks of a hydrocarbon reservoir in NE Iran.
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Use of airborne hyperspectral data and height information to support urban micro climate characterisation / Anwendung von Hyperspektraldaten und Höheninformationen zur Unterstützung der städtischen Mikroklimacharakterisierung

Heldens, Wieke January 2010 (has links) (PDF)
The urban micro climate has been increasingly recognised as an important aspect for urban planning. Therefore, urban planners need reliable information on the micro climatic characteristics of the urban environment. A suitable spatial scale and large spatial coverage are important requirements for such information. This thesis presents a conceptual framework for the use of airborne hyperspectral data to support urban micro climate characterisation, taking into account the information needs of urban planning. The potential of hyperspectral remote sensing in characterising the micro climate is demonstrated and evaluated by applying HyMap airborne hyperspectral and height data to a case study of the German city of Munich. The developed conceptual framework consists of three parts. The first is concerned with the capabilities of airborne hyperspectral remote sensing to map physical urban characteristics. The high spatial resolution of the sensor allows to separate the relatively small urban objects. The high spectral resolution enables the identification of the large range of surface materials that are used in an urban area at up to sub-pixel level. The surface materials are representative for the urban objects of which the urban landscape is composed. These spatial urban characteristics strongly influence the urban micro climate. The second part of the conceptual framework provides an approach to use the hyperspectral surface information for the characterisation of the urban micro climate. This can be achieved by integrating the remote sensing material map into a micro climate model. Also spatial indicators were found to provide useful information on the micro climate for urban planners. They are commonly used in urban planning to describe building blocks and are related to several micro climatic parameters such as temperature and humidity. The third part of the conceptual framework addresses the combination and presentation of the derived indicators and simulation results under consideration of the planning requirements. Building blocks and urban structural types were found to be an adequate means to group and present the derived information for micro climate related questions to urban planners. The conceptual framework was successfully applied to a case study in Munich. Airborne hyperspectral HyMap data has been used to derive a material map at sub-pixel level by multiple endmember linear spectral unmixing. This technique was developed by the German Research Centre for Geosciences (GFZ) for applications in Dresden and Potsdam. A priori information on building locations was used to support the separation between spectrally similar materials used both on building roofs and non-built surfaces. In addition, surface albedo and leaf area index are derived from the HyMap data. The sub-pixel material map supported by object height data is then used to derive spatial indicators, such as imperviousness or building density. To provide a more detailed micro climate characterisation at building block level, the surface materials, albedo, leaf area index (LAI) and object height are used as input for simulations with the micro climate model ENVI-met. Concluding, this thesis demonstrated the potential of hyperspectral remote sensing to support urban micro climate characterisation. A detailed mapping of surface materials at sub-pixel level could be performed. This provides valuable, detailed information on a large range of spatial characteristics relevant to the assessment of the urban micro climate. The developed conceptual framework has been proven to be applicable to the case study, providing a means to characterise the urban micro climate. The remote sensing products and subsequent micro climatic information are presented at a suitable spatial scale and in understandable maps and graphics. The use of well-known spatial indicators and the framework of urban structural types can simplify the communication with urban planners on the findings on the micro climate. Further research is needed primarily on the sensitivity of the micro climate model towards the remote sensing based input parameters and on the general relation between climate parameters and spatial indicators by comparison with other cities. / Für die Stadtplanung werden klimatische Aspekte zunehmend wichtiger, weil die Klimaveränderung besonders in Städten die Lebensqualität beeinflussen kann. Hierfür benötigen Stadtplaner detaillierte Basis-Informationen über die mikroklimatischen Eigenschaften des urbanen Gebietes. Dabei sind ein ausreichend detaillierter Maß stab sowie eine groß flächige Abdeckung wichtige Voraussetzungen. Das Ziel dieser Dissertation ist die Entwicklung und Anwendung von einem konzeptionellen Rahmenwerk, wie räumlich und spektral höchst aufgelöste Fernerkundungsdaten zur stadtklimatischen Charakterisierung verwendet werden können. Hierbei sollten die Anforderungen der Stadtplaner berücksichtigt werden. Zusätzliches Ziel ist das Potenzial dieser sog. hyperspektralen Fernerkundung zur Charakterisierung des Mikroklimas zu demonstrieren. Dazu wird das konzeptionelle Rahmenwerk an Hand des Fallbeispiels der Stadt München unter Verwendung von HyMap-Daten angewendet und evaluiert. Das entwickelte Rahmenwerk besteht aus drei Teilen: Der erste Teil beschreibt, wie relevante Parameter aus Daten eines flugzeuggetragenen Hyperspektralsensors abgeleitet werden können. Der zweite Teil des Konzepts beschreibt einen Ansatz, wie hyperspektrale Datenprodukte für die Charakterisierung des Mikroklimas angewendet werden können. Im dritten Teil des Rahmenwerkes wird angesprochen wie unter Berücksichtigung der Anforderungen der Stadtplaner die abgeleiteten Indikatoren und Klimasimulationen kombiniert und aufbereitet werden können. Dieses Rahmenwerk wurde für das konkrete Fallbeispiel der Stadt München erfolgreich angewendet. Daten des flugzeuggetragenen HyMap-Hyperspektralsensors wurden verwendet, um die Subpixel-Materialkarten abzuleiten. Mittels einer 'multiple endmember spectral mixture analyis', welche durch das Deutschen GeoForschungszentrum (GFZ) für Anwendungen in Dresden und Potsdam entwickelt wurde, können die Oberflächenmaterialen abgeleitet werden. Zur Verbesserung des Produkts wurden zusätzlich a-priori-Informationen zu den Gebäudestandorten integriert, um die Unterscheidung von Gebäudedächern und Freiflächen mit spektral ähnlichen Materialien zu unterstützen. Die resultierende Subpixel-Materialkarte ist das Schlüsselprodukt für den entwickelten Ansatz. Als ein weiters Produkt wurden Albedo und Blattflächenindex aus den Hyperspektraldaten abgeleitet. Im nächsten Schritt wurde die Subpixel-Materialkarte mit den Höhendaten kombiniert und daraus räumliche Indikatoren wie Versiegelungsgrad oder Bebauungsdichte abgeleitet. Solche Indikatoren werden in der Stadtplanung häufig verwendet, um Baublöcke zu charakterisieren. Zusätzlich besteht ein Zusammenhang zwischen diesen Indikatoren und verschiedenen stadtklimatischen Parametern wie der Temperatur oder der Luftfeuchte. Für eine detaillierte Charakterisierung des Mikroklimas innerhalb eines Baublocks wurden die Fernerkundungsprodukte (Oberflächenmaterial, Albedo, Blattflächenindex und Höhendaten) als Inputdaten für das Mikroklimamodell ENVI-met verwendet. Zusammenfassend demonstriert diese Dissertation das Potenzial der hyperspektralen Fernerkundung zur Unterstützung von Mikroklima-Charakterisierung. Oberflächenmaterialien konnten hierfür thematisch detailliert bis auf sub-Pixel Level identifiziert werden. Mit den erzeugten hyperspektralen Fernerkundungsprodukten konnte eine detaillierte Beschreibung der relevanten räumlichen Merkmale erzielt werden, welche von groß er Relevanz für die Bewertung des städtischen Mikroklimas sind. Das entwickelte konzeptionelle Rahmenwerk hat sich für das Fallbeispiel als sehr geeignet erwiesen. Es ermöglichte die Charakterisierung des städtischen Mikroklima auf Basis des ENVI-met Modells. Die Fernerkundungsprodukte und die darauf basierenden Mikroklima-Informationen wurden mit einem geeigneten räumlichen Maß stab und als intuitiv verständliche Karten und Abbildungen dargestellt. Die Verwendung allgemein bekannter räumlicher Indikatoren und das Klassifikationsschema nach Stadtstrukturtypen vereinfachen die Kommunikation mit Stadtplanern über die stadtklimatischen Erkenntnisse. Weitere Forschungsschritte sind unter anderem notwendig um die Sensitivität des Mikroklimamodells gegenüber den fernerkundungsbasierten Inputparametern genauer zu charakterisieren und um die allgemeine Beziehungen zwischen Klimaparametern und räumlichen Indikatoren durch den Vergleich mit weiteren Städten näher zu untersuchen.
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Taxonomie und Palökologie der benthischen Foraminiferen aus dem Mitteljura des Kachchh-Beckens, westliches Indien

Alhussein, Mohamad January 2010 (has links) (PDF)
In der vorliegenden Arbeit werden die Foraminiferenfaunen von 125 Proben, die aus drei Profilen des marinen Mitteljura (Bajocium bis Unteroxfordium) von Kachchh, West-Indien stammen, analysiert: Das Badi Nala-Jhura Village-Profil (ca. 550 m Mächtigkeit) und das Kamaguna-Profil (ca. 365 m Mächtigkeit) wurden am Jhura Hill (23°26’8’’ N; 69°37’00’’ E) ca. 17 km NW von Bhuj aufgenommen, während das dritte Profil durch den Jumara Dome (ca. 365 m Mächtigkeit) (23°40’40’’ N; 69°04’00’’ E) ca. 50 km NW des Jhura Hill liegt. Die Proben wurden lithologisch sowie nach ihren Foraminiferen-Vergesellschaftungen ausgewertet, welche wichtige Daten zur Palökologie lieferten. Die Profile umfassen die mitteljurassische Sedimentabfolge, die der Jhurio-, Patcham- und Chari-Formation des Jhura Dome und Jumara Dome angehört. Die Schichtenfolge des Bajocium und Bathonium besteht aus Karbonaten und gemischt karbonatisch-siliziklastischen Sedimenten der Jhurio- und Patcham-Formation, während im Callovium die Chari-Formation siliziklastisch dominiert ist. Die sedimentäre Abfolge des Kachchh-Beckens zeigt an der Bathonium-Callovium-Grenze signifikante Veränderungen in der Lithologie, im faunistischen Inhalt und in der Faunendiversität. Die lithologischen Veränderungen von einer Karbonat-dominierten Abfolge im mittleren und oberen Bathonium zu siliziklastischen Sedimenten im Callovium gehen mit einer Abnahme der zuvor hohen Diversität einher. Der Grund für den Faunenumschwung liegt vermutlich in einer deutlichen Änderung der Umweltbedingungen von sauerstoffreich im unteren zu sauerstoffarm im oberen Profilabschnitt, was sich in einem Wechsel von einer Kalkschaler- zu einer Sandschaler-dominierten Foraminiferenfauna dokumentiert. Eine weitere Ursache für den Fazies- und Faunenumschwung liegt in einer deutlichen KlimaÄnderung, indem heiße, aride Bedingungen im Bathonium von kühleren, feuchteren Verhältnissen zu Beginn des Callovium abgelöst wurden. Taxonomisch konnten insgesamt 111 Foraminiferentaxa identifiziert werden, die 43 Gattungen angehören. Insgesamt wurden 24 Sandschaler- und 85 benthische Kalkschaler-Taxa sowie 2 Arten planktischer Foraminiferen (Globuligerina) in den untersuchten Profilen bestimmt. Die benthischen Formen dominieren somit bei weitem an Diversität und Häufigkeit, da die planktischen Protoglobigerinen im mittleren Jura global noch keine große Rolle spielten. Aufgrund der spärlich vorhandenen Literatur wurde jedes Taxon inklusive Synonymieliste beschrieben, durch rasterelektronen-mikroskopische Aufnahmen (REM) dokumentiert und auf 9 Tafeln illustriert. In der Foraminiferen-Gesamtfauna dominieren Vertreter der Familie Nodosariidae mit den Gattungen Lenticulina, Astacolus, Citharina, Lingulina, Marginulinopsis, Nodosaria und Vaginulina. Mit der zweitgrößten Häufigkeit folgen die Familien Epistominidae, Textulariidae und Spirillinidae mit den Gattungen Epistomina, Spirillina sowie Reophax, Ammobaculites und Textularia. Die Arten Reophax sterkii, Triplasia althoffi, Verneuilinoides subvitreus, Nubeculinella bigoti, Dentalina filiformis, Saracenaria oxfordiana, Lingulina longiscata, Citharina flabellata, Palmula deslongchampsi, Vaginulina proxima, Ammodiscus asper, Ammodiscus siliceus, Triplasia bartensteini, Spirillina orbicula, Ophthalmidium carinatum, Tubinella inornata, Nodosaria fusiformis, Pyramidulina rara und Ramulina ascissa wurden erstmals in Gesteinen des Kachchh-Beckens nachgewiesen. Die dominierenden Taxa in den untersuchten Sedimenten sind epifaunale Formen, die einen hohen Sauerstoffgehalt im Bodenwasser benötigen. Infaunale, im Sediment lebende Arten treten dagegen etwas seltener auf. Diese lebten bevorzugt in sub- bis dysoxischen Milieus mit geringen Gehalten an gelöstem Sauerstoff im Bodenwasser und konnten auch Sauerstoffminima tolerieren. Aus der benthischen Foraminiferenfauna können folgende Rückschlüsse gezogen werden: • Die wichtigsten Parameter für die Verbreitung der Foraminiferen sind Substrat, Energieniveau und Sauerstoffgehalt. • Die höchste Diversität weisen die epifaunalen Vergesellschaftungen auf. • Mit zunehmender Sedimenttiefe nehmen Häufigkeit und Diversität ab. • Die Diversität der Kalkschaler ist höher als die der Sandschaler. • Minimale Diversitäten liegen in Stressmilieus mit geringen Sauerstoffgehalten vor. • Die hohen Werte des Evenness-Index weisen auf eine annähernd gleichmäßige Verteilung der benthischen Foraminiferen in den Profilen hin. • Epifaunale Arten werden von den physikochemischen Eigenschaften des Bodenwassers gesteuert. Sie sind auf partikuläres organisches Material und hohe Sauerstoffgehalte des Bodenwassers angewiesen. In der vorliegenden Arbeit wurden Probencluster gebildet, um Faunenassoziationen zu erfassen und danach die Umwelt- und Ablagerungsbedingungen zu rekonstruieren. Aus drei Profilen wurden 125 Proben für eine quantitative palökologische Analyse der Foraminiferen ausgewählt. Die W-mode Clusteranalyse zeigt eine große Ähnlichkeit zwischen den Proben, die sich in zwei Hauptcluster mit insgesamt sechs Subclustern gruppieren lassen. Die dadurch gebildeten Probengruppen stellen verschiedene Foraminiferenassoziationen dar, die sich beschreiben und weitgehend interpretieren lassen. • Assoziation A zeichnet sich durch hohe Anteile der Gattung Epistomina mosquensis aus. Diese Assoziation repräsentiert vollmarine Ablagerungsbedingungen mit normalmariner Salinität und guter Durchlüftung des Bodenwassers. • Assoziation B wird durchweg von Reophax metensis dominiert. Die Assoziation charakterisiert einen niedrig-energischen und teilweise sauerstoffarmen Sedimentationsraum. • Assoziation C wird stark von Dorothia prekummi dominiert und kennzeichnet vollmarine Bedingungen. • Assoziation D ist von Lenticulina subalata beherrscht und charakterisiert gutdurchlüftete Flachwasserbereiche. • Assoziation E wird von Spirillina polygyrata dominiert. Sie ist typisch für einen flachen Subtidalbereich unterhalb der Wellenbasis mit vollmarinen Bedingungen, normal mariner Salinität und gut durchlüftetem Bodenwasser. • Assoziation F zeichnet sich durch hohe Gehalte an Lenticulina quenstedti aus. Die Assoziation charakterisiert Bereiche, die überwiegend unterhalb der Schönwetter-Wellenbasis liegen und ein niedriges bis mittleres Sauerstoff-Niveau aufweisen. Aus einem Vergleich zwischen den Gehäusegrößen und der Häufigkeit von Lenticulina subalata und Epistomina mosquensis in den karbonatischen und siliziklastischen Sedimenten ergab sich, dass die Gehäuse von L. subalata und E. mosquensis in den Karbonaten größer sind als in den Siliziklastika. Die mitteljurassischen Ablagerungsräume des Kachchh-Beckens werden anhand der lithologischen und faunistischen Parameter rekonstruiert. Ferner werden die Foraminiferen-Vergesellschaftungen mit den von FÜRSICH et al. (2004) beschriebenen Makrofauna-Assoziationen verglichen. Aus diesen Untersuchungen ergaben sich folgende Schlussfolgerungen: • Die Ablagerungen im Jhura-Profil sind in flacherem Wasser sedimentiert worden als im Kamaguna-Profil und Jumara-Profil. • Die Mikro- und Makrofauna in diesen Profilen führt zu mehr oder weniger identischen palökologischen Schlussfolgerungen.
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Praktisches Bewertungsmodell von Umwelt- und Klimaschutzaspekten für die Nutzung von Biogas im deutsch-chinesischen Vergleich / Practical evaluation model of environmental und climate protection issues for the use of biogas with comparative applications in Germany und China

Wang, Chenxing January 2010 (has links) (PDF)
In den Themenbereichen Klimawandel, Klimaschutz und Erneuerbare Energien wurden in den letzten Jahren zunehmend neue Bewertungsmethoden in der geowissenschaftlichen und umweltwissenschaftlichen Forschung eingesetzt. Mit Blick auf die Biogasnutzung kann festgestellt werden, dass diese aus Umwelt- und Klimaschutzgründen sehr wichtig ist, da die Vergärung von Biomasse mit der nachfolgenden indirekten Erzeugung von Strom und Wärme über Blockheizkraftwerke, bzw. der direkten Nutzung des Biogases als Feuerungsgas bzw. als Treibstoff , einen besonderen Beitrag zum Klimaschutz leistet. In Deutschland ist die Biogasnutzung heute einer der wichtigsten Erneuerbaren Energieträger geworden. In China hat die Biogasnutzung zudem ein riesiges Entwicklungspotenzial. Der Autor versucht, im interdisziplinären Themenkreis „Umwelt- und Klimaschutz“ ein Bewertungsmodell für die Biogasnutzung zu entwickeln, um die tatsächlichen und potentiellen umwelt- und klimaschutzrelevanten Auswirkungen der Biogasnutzung zu bewerten. Um das Bewertungsmodell für die Biogasnutzung nach Umwelt- und Klimaschutzaspekten möglichst umfassend zu entwickeln, ist die Verzahnung der interdisziplinären umweltwissenschaftlichen, geowissenschaftlichen, rechtlichen, sowie lokal-, national- und internationalen politischen sowie technischen Faktoren mit ihren umweltbezogenen und klimabezogenen Auswirkungen von höchster Bedeutung. Das in der vorliegenden Arbeit entwickelte Bewertungsmodell erhebt den Anspruch, für den praktischen Einsatz vor Ort tauglich zu sein. Hierzu wurden umwelt- und klimaschutzrechtliche, sowie nationale und internationale politische Anforderungen zur Kategorisierung und Bewertung herangezogen und damit die Durchführbarkeit gewährleistet. Der Lösungsweg zur Bewertung nach Umwelt- und Klimaschutzaspekten führt zum Einen über die Umwelt- und Klimaschutzbilanzierung und zum Anderen über eine Umweltrisikobewertung sowie eine umweltbezogene Standortbewertung. Anhand der praktischen Arbeit und der Analyse von insgesamt 23 Biogasprojekten aus Deutschland und China, konnten bestimmte Charakteristika der Biogasnutzung ermittelt werden. Für die Ermittlung der Bewertungskriterien des Bewertungsmodells wurden insgesamt 3 Themenbereiche (Teil I: Substratversorgung; Teil II: Biogasanlagenbau; Teil III: Biogasverwertung) der Biogasnutzung unterschieden. Jene wurden hinsichtlich der technischen, rechtlichen und politischen Kriterien nach negativen Umwelt- und Klimaschutzauswirkungen über die verschiedenen Belastungspfade der Umweltmedien (Boden, Wasser und Luft) untersucht. Ziel dieser Studie war es auch, durch die Anwendung des Bewertungsmodells auf je drei deutsche und chinesische Fallbeispiele, die ausgereiften deutschen Erfahrungen, die deutsche Technologie und das Know-How der Biogasnutzung auf deren Übertragbarkeit auf die chinesischen Verhältnisse zu prüfen.
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Mapping Bushfire Distribution and Burn Severity in West Africa Using Remote Sensing Observations / Satellitengestützte Kartierung der Verteilung von Buschfeuern und ihrer Auswirkung auf die Vegetation in Westafrika

Noellie Ahou RUETH, geb. YAO January 2010 (has links) (PDF)
Fire has long been considered to be the main ecological factor explaining the origin and maintenance of West African savannas. It has a very high occurrence in these savannas due to high human pressure caused by strong demographic growth and, concomitantly, is used to transform natural savannas into farmland and is also used as a provider of energy. This study was carried out with the support of the BIOTA project funded by the German ministry for Research and Education. The objective of this study is to establish the spatial and temporal distribution of bushfires during a long observation period from 2000 to 2009 as well as to assess fire impact on vegetation through mapping of the burn severity; based on remote sensing and field data collections. Remote sensing was used for this study because of the advantages that it offers in collecting data for long time periods and on different scales. In this case, the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) satellite instrument at 1km resolution is used to assess active fires, and understand the seasonality of fire, its occurrence and its frequency within the vegetation types on a regional scale. Landsat ETM+ imagery at 30 m and field data collections were used to define the characteristics of burn severity related to the biomass loss on a local scale. At a regional scale, the occurrence of fires and rainfall per month correlated very well (R2 = 0.951, r = -0.878, P < 0.01), which shows that the lower the amount of rainfall, the higher the fire occurrence and vice versa. In the dry season, four fire seasons were determined on a regional scale, namely very early fires, which announce the beginning of the fires, early and late fires making up the peak of fire in December/January and very late fires showing the end of the fire season and the beginning of the rainy season. Considerable fire activity was shown to take place in the vegetation zones between the Forest and the Sahel areas. Within these zones, parts of the Sudano-Guinean and the Guinean zones showed a high pixel frequency, i.e. fires occurred in the same place in many years. This high pixel frequency was also found in most protected areas in these zones. As to the kinds of land cover affected by fire, the highest fire occurrence is observed within the Deciduous woodlands and Deciduous shrublands. Concerning the burn severity, which was observed at a local scale, field data correlated closely with the ΔNBR derived from Landsat scenes of Pendjari National Park (R2 = 0.76). The correlation coefficient according to Pearson is r = 0.84 and according to Spearman-Rho, the correlation coefficient is r = 0.86. Very low and low burn severity (with ΔNBR value from 0 to 0.40) affected the vegetation weakly (0-35 percent of biomass loss) whereas moderate and high burn severity greatly affected the vegetation, leading to up to 100 percent of biomass loss, with the ΔNBR value ranging from 0.41 to 0.99. It can be seen from these results that remotely sensed images offer a tool to determine the fire distribution over large regions in savannas and that the Normalised Burn Ratio index can be applied to West Africa savannas. The outcomes of this thesis will hopefully contribute to understanding and, eventually, improving fire regimes in West Africa and their response to climate change and changes in vegetation diversity. / Feuer ist ein wichtiger ökologischer Faktor für die Biokomplexität und den Fortbestand der westafrikanischen Savannen. Feuer kommt in westafrikanischen Savannen - insbesondere wegen des hohen Bevölkerungsdrucks infolge des starken Bevölkerungswachstums – immer häufiger vor. Es wird sowohl zur Umwandlung natürlicher Savannen in landwirtschaftliche Flächen als auch als Energielieferant verwendet. Diese Studie wurde mit der Unterstützung des BIOTA-Projekts durchgeführt, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung, BMBF, gefördert wird. Ziel dieser Dissertation ist die Bestimmung der räumlichen und zeitlichen Verteilung von Buschfeuern während eines langen Beobachtungszeitraumes (2000-2009) sowie die Kartierung von Brandschäden zum Verständnis der Auswirkung von Feuer auf die lokale Vegetationsstruktur. Fernerkundungs- sowie Felddaten werden in dieser Arbeit verwertet. Fernerkundungsdaten wurden für diese Studie verwendet, da sie größere Flächen abdecken und die Daten über längere Zeiträume in verschiedenen Maßstäben zur Verfügung stehen. Daten des Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS)-Satelliten mit einer Auflösung von 1 km wurden verwendet, um in regelmäßigen Abständen aktive Feuer zu kartieren und die saisonale Verteilung von Feuern, ihr Vorkommen und ihre Häufigkeit nach Vegetationstyp zu bestimmen. Mit Landsat ETM+ Satellitendaten (Auflösung von 30 Metern) und Felddaten wurden auf einem lokalen Maßstab Brandschadensklassen definiert. Mittels der Biomasse-Felddaten wurde dann der Biomasse-Verlust abgeschätzt. Die Feuerhäufigkeit, mittels Satellitendaten ermittelt, und der Niederschlag pro Monat zeigen eine sehr gute Korrelation (R2 = 0.951, r = -0.878, P < 0.01). Daraus lässt sich schließen, dass Feuer bevorzugt in den Monaten vorkommen, in denen es wenig Niederschlag gibt und umgekehrt. Auf regionaler Ebene wurden innerhalb der Trockenzeit vier Feuer-Perioden identifiziert; ‚sehr frühe Feuer’, die am Anfang der Feuersaison entstehen, ‚frühe bis späte Feuer’, die den Höhepunkt der Feueraktivität im Dezember/Januar bilden, und ‚sehr späte Feuer’ am Ende der Feuersaison bis zum Beginn der Regenzeit. Es zeigte sich, dass eine beträchtliche Feueraktivität in den Vegetationszonen zwischen dem Regenwald und der Sahelzone vorherrscht. Besonders wiesen Teile der ‚Sudan-Guinea’- und der ‚Guinea’-Savanne eine hohe Feuerpixel-Frequenz auf, d.h. hier traten Feuer in vielen Jahren am selben Ort auf. Diese hohe Pixelfrequenz wurde auch in den meisten Schutzgebieten in diesen Savannen-Gebieten gefunden. Was die Landbedeckung betrifft, so ergaben die Ergebnisse, dass das höchste Feueraufkommen in den laubabwerfenden Waldgebieten und im laubabwerfenden Buschland vorkam. Die Brandschäden, bzw. der Einwirkungsgrad, wurden im lokalen Maßstab untersucht. Hier korrelierten die Felddaten zur Brandeinwirkung signifikant mit den sogenannten ΔNBR-Index-Werten, die von Landsat-Aufnahmen des Pendjari-Nationalparks hergeleitet wurden (R2 = 0,76). Der Korrelationskoeffizient nach Pearson ist r = 0,84, und nach Spearman-Rho ist der Koeffizient r = 0,86. Bei sehr niedrigen Brandschäden (mit ΔNBR-Werten zwischen 0 und 0,40) war die Vegetation schwach beeinträchtigt (0-35 % Biomasseverlust), während die Vegetation bei mäßigen und hohen Brandschäden sehr beeinträchtigt war und bis zu 100 % der Biomasse verbrannt war; hier lag der ΔNBR zwischen 0,41 und 0,99. Diese Ergebnisse zeigen, dass durch Satellitenbilder die Verteilung von Feuern über größere Flächen in der afrikanischen Savanne effektiv bestimmt werden kann, und dass der Normalized Burn Ratio-Index auf Westafrika zur Berechnung von Brandschadens-Klassen anwendbar ist. Die Ergebnisse liefern einen entscheidenden Beitrag zum Verständnis von Feuer-Ausprägungen in Westafrika, um letztlich den Einsatz von Feuer, auch im Hinblick auf den Klimawandel und die Veränderungen in der Vegetationsdiversität, verbessern zu können.

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