München, Techn. University, Diss., 1999.

AMANDA-II ist ein Neutrino-Teleskop, das sich im Eis des Suedpols befindet. Es wurde optimiert um Spuren von hochenergetischen Myonen, die in Neutrino-Wechselwirkungen entstanden sind, anhand ihrer Emission von Cerenkov-Licht zu detektieren. In dieser Arbeit analysieren wir die Daten, die in 1001 Tagen effektiver Detektorlaufzeit in den Jahren 2000 bis 2004 gesammelt worden sind, um ein Signal von einer Neutrino-Punktquelle zu finden. Ein derartiges Signal wird von kosmischen Objekten erwartet, die Hadronen zu sehr hohen Energien beschleunigen, welche daraufhin mit Photonen und Protonen in der Umgebung des Objekts wechselwirken. Die wichtigste Signatur um ein Myon aus einer Neutrino-Wechselwirkung zu identifizieren ist eine nach oben laufende Spur. Ein Datensatz mit 4282 aufwaertslaufenden Ereignissen wurde aus den ca. 10 Milliarden im Zeitraum dieser Analyse registrierten Ereignissen extrahiert. Diese Zahl ist konsistent mit der erwarteten Anzahl atmosphaerischer Neutrinos. In der Suche nach Punktquellen wird nach einem lokalen Ereignissueberschuss in diesem Datensatz gesucht. Zuerst wird ein Katalog von Quellkandidaten untersucht. Danach wird eine Rastersuche nach unbekannten Quellen auf dem ganzen noerdlichen Himmel durchgefuehrt. Darueberhinaus werden Methoden entwickelt um die Chancen einer Detektion von Quellen zu erhoehen von denen vermutet wird, dass ihre Neutrinoemission hochvariabel ist. Kein signifikanter lokaler Ereignissueberschuss wurde im analysierten Datensatz gefunden. Deswegen berechnen wir obere Grenzen fuer Neutrinofluesse, die mit dieser Beobachtung vertraeglich sind. Die mittlere obere Flussgrenze fuer ein Neutrinospektrum dPhi/dE proportional zu E^-2, die mit dieser Analyse erreicht wird, ist E^2 dPhi/dE = 1.0^-7 GeV cm^-2 s^-1 fuer den aufaddierten Fluss von nu_mu + nu_tau unter der Annahme eines Flavor-Verhaeltnisses von 1:1. Dies entspricht der momentan niedrigsten Flussgrenze fuer Neutrinofluesse von Punktquellen. / AMANDA-II is a neutrino telescope located in the glacial ice at the South Pole. It is optimized to detect neutrino induced muon tracks with energies larger than 100 GeV by their Cerenkov light emission. We analyzed the data collected in 1001 effective days of detector operation between the years 2000 and 2004 for a signal from point-like sources of neutrinos. Such a signal is expected from cosmic objects that accelerate hadrons to very high energies, which subsequently interact with ambient protons or photons. The dominant event class recorded in AMANDA-II are muons produced in the interactions of cosmic rays in the atmosphere. Due to their energy loss, the muons cannot penetrate the Earth and have down-going directions. The main signature to identify a neutrino induced event is therefore its up-going direction. A sample of 4282 up-going events is extracted from the 10 billion events triggered in the period selected for this analysis. The search for point sources is accomplished on this data sample by looking for a localized excess over the isotropic background of atmospheric neutrinos. The procedure is applied for the directions of candidate sources, like Active Galactic Nuclei, Supernova remnants and X-ray binaries. In a second step, the full northern sky is scanned for unknown sources. Further, we investigate methods to enhance the detection chance for sources which are suspected to be highly variable neutrino emitters. No localized excess has been found in the analyzed dataset. Therefore, we calculate upper limits on the neutrino fluxes which are compatible with this observation. The average upper limit achieved for a combined nu_mu + nu_tau flux with a spectrum of dPhi/dE proportional to E^-2 is E^2 dPhi/dE = 1.0 10^-7 GeV cm^-2 s^-1 assuming a flavor ratio of 1:1. It represents the most stringent upper limit on neutrino fluxes from point-like sources reported so far.

Deutsche Zusammenfassung Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich einerseits mit der Suche nach atmosphärischen Myonneutrinos und andererseits mit der Suche nach extraterrestrischen Neutrinopunktquellen in dem Datensatz, welcher im Jahre 1997 durch den AMANDA-Detektor aufgenommenen wurde. In dieser Arbeit wird zunächst die kosmische Strahlung eingeführt. Die Suche nach den Quellen dieser Strahlung wurde bisher insbesondere mit Hilfe der geladenen kosmischen Strahlung selber, sowie mit Hilfe von Cherenkovteleskopen für Gammastrahlen durchgeführt. Die mit diesen Techniken gewonnenen Erkenntnisse lassen bisher jedoch noch keine eindeutigen Schlüsse über die Quellen der geladenen kosmischen Strahlung zu. Dies motiviert den Versuch, mit Hilfe der Neutrinoastronomie ein neues Fenster zu den Quellen zu eröffnen. Es gibt theoretische Modelle für verschiedene potentielle Neutrinoquellen. Szenarien, in denen massive Teilchen zerfallen und die Zerfallsprodukte ihre kinetische Energie aus der freigewordenen Ruhemasse gewinnen, spielen in dieser Arbeit eine untergeordnete Rolle. Ausführlicher dargestellt werden die konventionellen Modelle, in denen geladene Teilchen mit Hilfe der sogenannten Fermibeschleunigung in astrophysikalischen Schockwellen und/oder Magnetfeldern beschleunigt werden. Hochenergetische Neutrinos entstehen nur bei Quellen, welche Hadronen beschleunigen. Insbesondere die Klasse der aktiven galaktischen Kerne (AGNs) sind hierbei interessant. Die vor einigen Jahren entwickelten vereinheitlichten AGN-Schemata sind ein wichtiger Schritt auf dem Weg, diese Objekte zu verstehen. Andere potentielle Quellen sind Supernovae und ihre überreste, Mikroquasare, sowie die Quellen hochintensiver Gammastrahlenausbrüche (GRBs). Hoch spekulativ sind Quellen, welche im elektromagnetischen Spektrum unsichtbar sind, oder auch bisher vollkommen unerwartete Quellen. Unabhängig von der genauen Natur möglicher Neutrinoquellen müssen für die Beschreibung der von ihnen ausgesendeten Neutrinoflüsse Oszillationseffekte zwischen den verschiedenen Neutrinofamilien berücksichtigt werden. Der Nachweis der hochenergetischen Neutrinos soll mit dem AMANDA-Detektor oder ähnlichen Teleskopen erfolgen. Das derzeitige AMANDA-Teleskop AMANDA-II wurde in den Jahren 1995 bis 2000 aufgebaut. Es basiert auf dem Nachweis von neutrinoinduzierten Myonen mit Hilfe des Cherenkoveffektes. Das Cherenkovlicht wird hierbei von, in einem Gitter angeordneten, großen Sekundärelektronenvervielfachern registriert. Die gewonnene Zeitinformation erlaubt eine Richtungsrekonstruktion. Das Charakteristikum für ein Neutrinoereignis ist ein aufwärts laufendes Myon, da das Neutrino das einzige bekannte Teilchen ist, welches die Erde durchqueren und ein aufwärts laufendes Myon erzeugen kann. Die vorliegende Arbeit untersucht Daten, die mit Hilfe des AMANDA-B10-Detektors im Jahre 1997 genommen wurden. Die Daten bestehen aus etwa $10^9$ atmosphärischen Myon- und etwa 5000 atmosphärischen Neutrinoereignissen. Um die experimentell gewonnenen Daten analysieren zu können, wird der Vergleich zu simulierten Daten benötigt. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Flüsse atmosphärischer Myonen mit den Programmen basiev und Corsika, Flüsse neutrinoinduzierter Myonen mit nusim und nu2mu generiert. Während eine hohe Zahl von neutrinoinduzierten Myonen simuliert werden konnte, blieb die Zahl der simulierten atmosphärischen Myonen weit hinter der Zahl der experimentell gemessenen zurück. Die Propagation der simulierten Myonen sowie die Detektorsimulation erfolgte mit den Programmen mudedx bzw. amasim. Die Zeit-, Orts- und Amplitudeninformationen der gemessenen -- wie auch der simulierten -- Daten wurden anschließend kalibriert. Das erste Ziel der Analyse war die Extrahierung eines Satzes atmosphärischer Neutrinos und ein Verständnis der absoluten Sensitivität des Detektors. Die hierfür notwendige Prozessierung der Daten erfolgte in mehreren Schritten. Dabei wechselten sich immer exaktere (aber auch immer langsamere) Richtungsrekonstruktionen mit immer strengeren Qualitäts- und Winkelschnitten zur Datenreduktion ab. Die Rekonstruktionen bestanden sowohl aus schnellen analytischen Richtungsapproximationen, wie auch aus solchen, die auf langsamen Minimierung von Likelihoodfunktionen basierten. Die Schnitte wurden auf topologische Grössen, wie auch auf Parameter, welche aus der Rekonstruktion gewonnen wurden, angewandt. Die Schnitte waren notwendig, um Neutrinoereignisse aus dem weit zahlreicheren Untergrund atmosphärischer Myonenereignisse herauszufiltern. Es wurden zwei stark reduzierte Datensätze ("BG-10" mit 223 Ereignissen und "BG-100" mit 369 Ereignissen) aus den gemessenen Daten extrahiert. Es konnte gezeigt werden, dass hiervon ca. 15 bzw. 100 Ereignisse durch atmosphärische Myonen bedingt waren. Die Ergebnisse stimmen sehr gut mit der Erwartung für atmosphärische Neutrinos überein, wobei die Erwartung eine Unsicherheit von bis zu 63% aufweist. Mit dem BG-10 Datensatz war somit das erste Ziel der Analyse erfüllt. Der BG-100 Datensatz sollte dem zweiten Ziel dieser Arbeit dienen: der Suche nach extraterrestrischen Neutrinoquellen. Für dieses zweite Ziel musste zunächst mit der effektiven Fläche} ein Maß für die Sensitivität des Detektors bezüglich extraterrestrischer Neutrinos eingeführt werden. Anschließend wurde die Güte der Richtungsrekonstruktion bestimmt. Hiermit konnte die optimale Grösse der zu benutzenden Suchfenster festgelegt werden. Für diese Suchfenster wurde dann die Effizienz der Rekonstruktion bestimmt. Die Effizienz ist ein Maß für den Anteil der Neutrinoereignisse, für den die Rekonstruktion korrekt bestimmt, aus welchem Suchfenster sie stammen. Nach diesen vorbereitenden Untersuchungen konnte die Quellsuche beginnen. Für diese Suche waren nun sowohl atmosphärische Myonereignisse, als auch Ereignisse, die durch atmosphärische Neutrinos hervorgerufen wurden, Untergrund. Für die Suche wurden drei verschiedene Strategien angewendet. Zunächst wurde ein Netz aus 374 aneinander angrenzenden Suchfenstern konstruiert. Basierend auf der erwarteten Anzahl von Untergrundereignissen für jedes Suchfenster wurden Wahrscheinlichkeiten berechnet, dass die Ereignisse ausschließlich Untergrundereignisse sind. Durch die große Zahl an Suchfenstern gab es einige Fenster, bei denen diese Wahrscheinlichkeit recht gering war. Insgesamt jedoch gab es keinen signifikanten Hinweis darauf, dass die Messung nicht auschließlich durch Untergrund erklärt werden kann. Die zweite Strategie bestand in dem Versuch, mit Hilfe einer Clusteranalyse Punktquellen zu finden. Auch hier wurden keine Hinweise auf Punktquellen gefunden. Schließlich wurde in Richtung von 62 vorselektierten potentiellen Quellen nach Ereignisüberschüssen gesucht -- ebenfalls ohne ein positives Ergebnis. Daraufhin wurden obere Flussgrenzen abgeleitet. Diese Grenzen wurden sowohl richtungsunabhängig als auch für die zuvor selektierten potentiellen Quellen berechnet. In beiden Fällen wurde dabei für das Quellspektrum ein spektraler Index gamma = -2 angenommen. Für Neutrinoenergien E > 10 GeV und Deklinationen > 33 Grad wurden integral folgende globale, obere Flussgrenzen berechnet: Myonfluss: 1.41 * 10^-14 cm^-2 s-1 und Neutrinofluss: 1.65 * 10^-7 cm^-2 s^-1 . Nach der "Eichung" am Fluss atmosphärischer Neutrinos konnte die systematische Unsicherheit auf diese Grenzen zu 46% (systematisch) plus 7% (statistisch) abgeschätzt werden. Für die 62 ausgewählten Quellen wurden individuelle Flussgrenzen berechnet. Diese waren im Durchschnitt etwa einen Faktor drei besser als die integralen Grenzen für den entsprechenden Deklinationsbereich. Bei 48 potentiellen Quellen waren dies sowohl die ersten Grenzen auf ihren Neutrino- als auch die ersten Grenzen auf ihren neutrinoinduzierten Myonenfluss. Für eine weitere Quelle konnte erstmals eine Grenzen auf den Neutrinofluss abgeleitet werden. Bei den 14 restlichen Quellen konnten in fünf Fällen beide bisher publizierten Grenzen verbessert werden, in zwei weiteren zumindest die Grenze auf den Neutrinofluss. Im Anhang werden Daten bereitgestellt, mit denen die errechneten Grenzen auch in Grenzen für andere spektrale Indizes umgerechnet oder auch Grenzen für weitere Quellen abgeleitet werden können. / Abstract The young field of high energy neutrino astronomy can be motivated by the search for the origin of the charged cosmic rays. Large astrophysical objects like AGNs or supernova remnants are candidates to accelerate hadrons which then can interact to eventually produce high energy neutrinos. Neutrino-induced muons can be detected via their emission of Cherenkov light in large neutrino telescopes like AMANDA. More than 10^9 atmospheric muon events and approximately 5000 atmospheric neutrino events were registered by AMANDA-B10 in 1997. Out of these, 223 atmospheric neutrino candidate events have been extracted. This data set contains approximately 15 background events. It allows to confirm the expected sensitivity of the detector towards neutrino events. A second set containing 369 events (approximately 270 atmospheric neutrino events and 100 atmospheric muon events) was used to search for extraterrestrial neutrino point sources. Neither a binned search, nor a cluster search, nor a search for preselected sources gave indications for the existence of a strong neutrino point source. Based on this result, flux limits were derived. Assuming E^-2 neutrino spectra, typical flux limits for selected sources of the order of 10^-14 cm^-2 s^-1 for muon fluxes and 10^-7 cm^-2 s^-1 for neutrino fluxes have been obtained.

Few data are available on the quality of Red river water that is used for multi-purposes, including for domestic water demand in some rural areas. This paper presents the observation results of the Red River water quality in two years 2012 and 2013. The monitoring results showed that the average concentrations of nutrients (N, P) were still far lower than the allowed value of the Vietnamese standard limits for surface water quality (QCVN 08:2008/BTNMT, column A2). Due to the impoundment of two big dams in the Da tributary, the suspended solids contents in river water decreased remarkably. The dissolved heavy metal (DHM) concentrations varied in a high range: Cu: 10 – 80 μg.l-1; Zn: 2 – 88 μg.l-1; Cr: 0.2 – 5.1 μg.l-1; Pb: 2 - 107 μg.l-1; Cd: 2 – 12 μg.l-1; Mn: 2 - 35 μg.l-1; and Fe: 160 – 2370 μg.l-1. Most of the mean values of DHM were lower than the allowed values of the QCVN 08:2008/BTNMT, but at several points of time, several DHM (e.g. Fe, Cd, Pb) contents exceeded the allowed values. The Total Coliform (TC) and Fecal Coliform (FC) densities varied in a high range: TC: 23 to 13,000MPN.100ml-1 and FC: 0 to 1,600MPN.100ml-1 and they exceeded the allowed values QCVN 08:2008/BTNMT at several points observed. The dissolved organic carbon (DOC) contents were in low level and the particulate organic carbon (POC) content mainly derived from soil organic leaching and erosion in the basin. The results underlined the need for regularly monitoring the river water quality, and there should be some effective solutions to manage and treat the waste sources in order to provide safe water for different actual purposes use in the Red River basin. / Rất ít số liệu sẵn có về chất lượng nước sông Hồng, dòng sông được sử dụng cho nhiều mục đích, bao gồm cả cung cấp nước sinh hoạt ở một số vùng nông thôn. Bài báo trình bày các kết quả quan trắc chất lượng nước sông Hồng trong hai năm 2012 và 2013. Kết quả quan trắc cho thấy chất dinh dưỡng (N, P) thấp xa so với giới hạn cho phép của tiêu chuẩn Việt Nam về chất lượng nước mặt (QCVN 08: 2008/BTNMT cột A2). Do có hai hồ chứa trên sông Đà, hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước sông giảm đáng kể. Các kim loại nặng hòa tan (DHM) có hàm lượng dao động trong khoảng rộng: Cu: 10-80 μg.l-1; Zn: 2-88 μg.l-1; Cr: 0,2-5,1 μg.l-1; Pb: 2-107 μg.l-1; Cd: 2-12 μg.l-1; Mn: 2-35 μg.l-1; và Fe: 160 - 2370 μg.l-1. Hầu hết các giá trị trung bình của DHM thấp hơn giá trị cho phép của quy chuẩn QCVN 08: 2008/BTNMT, tuy nhiên, tại một số thời điểm, một số DHM (ví dụ Fe, Cd, Pb) có hàm lượng vượt quá giới hạn cho phép. Mật độ tổng coliform (TC) và coliform phân (FC) dao động trong khoảng rộng: TC: 23 đến 13,000MPN.100ml-1 và FC: 0 đến 1,600MPN.100ml-1 và tại một số thời điểm mật độ TC và FC vượt giá trị cho phép của Quy chuẩn QCVN 08:2008/BTNMT. Hàm lượng cabon hữu cơ hòa tan (DOC) ở mức thấp, và hàm lượng cacbon hữu cơ dạng không tan (POC) chủ yếu có nguồn gốc từ đất rửa trôi và xói mòn trong lưu vực. Kết quả quan trắc nhấn mạnh nhu cầu giám sát thường xuyên chất lượng nước sông, và nên có các giải pháp hiệu quả để quản lý và xử lý các nguồn gây ô nhiễm trong lưu vực nhằm cung cấp nước sạch cho các mục đích sử dụng nước sông Hồng như hiện nay.

Galaktische und extra-galaktische Objekte sind in der Lage geladene Teilchen (die kosmische Strahlung) zu sehr hohen Energien zu beschleunigen. Allerdings sind noch viele Fragen bezüglich dieser Objekte und der Beschleunigungsmechanismen offen. Sowohl Gammastrahlung als auch Neutrinos werden von den Quellen kosmischer Strahlung erwartet. Ihr Nachweis ermöglicht die Studie dieser kosmischen Teilchenbeschleuniger. Gammastrahlung wurde von galaktischen und extra-galaktischen Objekten beobachtet. Für viele dieser Objekte ist es jedoch nicht eindeutig ob diese Gammastrahlung ein Resultat der Beschleunigung kosmischer Strahlen ist. Für Neutrinos besteht diese Zweideutigkeit nicht, sie sind eindeutige Spuren der Beschleunigung kosmischer Strahlen. Der Südhimmel beheimatet viele galaktische Objekte von denen Gammastrahlung im GeV und TeV Bereich beobachtet wird. Die Detektion von Neutrinos wäre ein Beweis für die Beschleunigung kosmischer Strahlung. Der Nachweis dieser Neutrinos mit IceCube wird durch den großen Untergrund von atmosphärischen Myonen erschwert. Die hier verwendete Analyse ist auf die Selektion von Myonspuren aus Wechselwirkungen von Myonneutrinos im Detektorvolumen spezialisiert. Energieverlust und Richtung der resultierenden Myonspur wird rekonstruiert. Diese Informationen werden verwendet um nach potentiellen Quellen astrophysikalischer Neutrino im Rahmen einer ungebinnten Likelihoodanalyse zu suchen. Daten die zwischen 2011 und 2015 mit IceCube genommen wurden werden für diese Analyse verwendet. Der Fokus liegt auf Neutrinos mit Energien zwischen ein paar TeV und 100 TeV. In diesem Energiebereich wird die Sensitivität für die Detektion einer Neutrinopunktquelle um einen Faktor zwei (oder besser) verbessert. Die Resultate für eine Liste von 96 Quellkandidaten und für eine offene Suche am gesamten Südhimmel werden präsentiert. Es wurde keine signifikante Abweichung von der Untergrundhypothese gefunden. Daraus resultieren Limitationen für Neutrinoemissionen. / There are accelerators in the universe that can accelerate charged particles (cosmic rays) to very high energies. Many questions regarding these accelerators are still open. Gamma rays and neutrinos are particles expected from sites of cosmic ray acceleration and can be used to study the environment and acceleration mechanisms of these sites. While sources for both galactic and extra-galactic gamma rays have been observed, it is often unclear whether these gamma rays are by-products of cosmic ray acceleration. This ambiguity does not exist for neutrinos. An astrophysical neutrino flux has been measured by the IceCube detector. Single sources have not been resolved yet. The part of the sky visible from the southern hemisphere hosts many galactic sources observed in GeV and TeV gamma-rays. Detection of neutrinos from these sources would identify them as acceleration sites and lead to a better understanding of the environment of the acceleration sites and the acceleration mechanisms. However, this is difficult due to the vast background of atmospheric muons also detected in the IceCube detector. For this thesis, a data selection was developed that reduces this background by using parts of the detector as veto. This selection focuses on the selection of muon-tracks from muon-neutrino interactions inside the detector volume. The direction and the energy-profile of these tracks can be reconstructed. This information is used to search for potential sources using an unbinned likelihood method. This analysis uses data taken between 2011 and 2015. In contrast to earlier IceCube analyses this analysis is optimized for energies between a few TeV and 100 TeV and improves the sensitivity of the detector for a point-like source by factor of two (or better) in this energy range. Results for a list of 96 sources observed in TeV gamma-rays and a sky-scan are presented. No significant overfluctuation has been observed and limits on the neutrino emission of the sources are given.

Die Kerne aktiver Galaxien (AGNs) und einige galaktische Objekte wie z.B. Supernovaüberreste gelten als vielversprechende Kandidaten für die Quellen der hochenergetischen kosmischen Strahlung. Der Nachweis der Emission von hochenergetischen Neutrinos von diesen Objekten wäre ein starker Hinweis für die Beschleunigung von Protonen oder schwereren Kernen. Bisher wurde jedoch keine Punktquelle hochenergetischer Neutrinos identifiziert. Durch die Beobachtung aktiver galaktischer Kerne mit gamma-Strahlung im TeV-Bereich ist bekannt, dass die Emission von AGNs zeitlich extrem variabel ist. Modelle sagen vorher, dass auch die Neutrinoemission diese Variabilität aufweist. Um im Falle der Detektion zeitabhängiger Neutrinoemission von AGNs möglichst viel über den Emissionsmechanismus zu lernen, ist es entscheidend, Daten verschiedener Energiebereiche und Botenteilchen (Neutrinos und Photonen) zur Verfügung zu haben. Durch das beschränkte Gesichtsfeld und den geringen Duty-Cycle der TeV-gamma Instrumente, können diese jedoch nicht alle potentiell interessanten Quellen lückenlos überwachen. Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung und die ersten Resultate eines Systems, dass Daten des Neutrinoteleskops IceCube direkt am Südpol analysiert, um Alarme an die TeV-Teleskope MAGIC und VERITAS zu senden, falls eine erhöhte Neutrinoemission eines überwachten Objekts detektiert wird. Der Katalog überwachter Objekte, der im ersten Jahr dieses Programms aktiv war, umfasste 109 Objekte in der nördlichen Himmelshemisphäre (delta>0). Das System befindet sich seit März 2012 kontinuierlich Betrieb und hat von Mai 2012 bis Mai 2013 fünf Alarme generiert. Ein Alarm am 9.November 2012 resultierte in einer Folgebeobachtung durch die VERITAS-Teleskope. Es wurde kein signifikanter gamma-Fluss im TeV-Bereich detektiert. Weiterhin werden Verbesserungen der IceCube Online-Analysemethode beschrieben, die die Sensitivität des vorgestellten Programms in naher Zukunft weiter verbessern werden. / Active Galactiv Nuclei (AGN) and galactic objects like e.g. supernova remnants are promising candidates for the sources of the high-energy cosmic rays. The detection of high-energy neutrinos from these objects would be a strong hint for the acceleration of protons or heavier nuclei. No source of high-energy astrophysical neutrinos has been identified up to now. From the observation of AGN with TeV gamma-rays it is known that their emission is highly variable. Models predict that also the neutrino emission should show that variability. If time-dependent neutrino emission would be detected it would be desirable to have simultaneous data for different messengers (neutrinos and photons) and energy ranges, to learn as much as possible about the emission mechanism. However, due to the small field of view and the low duty cycle of the TeV gamma instruments, not all interesting sources can be continuously monitored. This work describes the development and the first results of a system, that analyses data of the IceCube neutrino telescope online at the South Pole, in order to send alerts to the TeV telescopes MAGIC and VERITAS in case a statistically interesting cluster of neutrinos is detected from an monitored source. This program is termed the Neutrino Triggered Target of Opportunity program (NToO). The catalog of sources monitored during the first year of operation contained 109 objects in the northern sky (delta>0). The system has been continuously operated since March 2012 and has sent five alerts between May 2012 and May 2013. One alarm issued on 9 November 2012 resulted in a follow-up observation by the VERITAS telescopes. No significant TeV-gamma flux has been detected. Improvements to the IceCube online analysis are described that will further improve the sensitivity of the NToO in the near future.

Few data are available on the quality of Red river water that is used for multi-purposes, including for domestic water demand in some rural areas. This paper presents the observation results of the Red River water quality in two years 2012 and 2013. The monitoring results showed that the average concentrations of nutrients (N, P) were still far lower than the allowed value of the Vietnamese standard limits for surface water quality (QCVN 08:2008/BTNMT, column A2). Due to the impoundment of two big dams in the Da tributary, the suspended solids contents in river water decreased remarkably. The dissolved heavy metal (DHM) concentrations varied in a high range: Cu: 10 – 80 μg.l-1; Zn: 2 – 88 μg.l-1; Cr: 0.2 – 5.1 μg.l-1; Pb: 2 - 107 μg.l-1; Cd: 2 – 12 μg.l-1; Mn: 2 - 35 μg.l-1; and Fe: 160 – 2370 μg.l-1. Most of the mean values of DHM were lower than the allowed values of the QCVN 08:2008/BTNMT, but at several points of time, several DHM (e.g. Fe, Cd, Pb) contents exceeded the allowed values. The Total Coliform (TC) and Fecal Coliform (FC) densities varied in a high range: TC: 23 to 13,000MPN.100ml-1 and FC: 0 to 1,600MPN.100ml-1 and they exceeded the allowed values QCVN 08:2008/BTNMT at several points observed. The dissolved organic carbon (DOC) contents were in low level and the particulate organic carbon (POC) content mainly derived from soil organic leaching and erosion in the basin. The results underlined the need for regularly monitoring the river water quality, and there should be some effective solutions to manage and treat the waste sources in order to provide safe water for different actual purposes use in the Red River basin. / Rất ít số liệu sẵn có về chất lượng nước sông Hồng, dòng sông được sử dụng cho nhiều mục đích, bao gồm cả cung cấp nước sinh hoạt ở một số vùng nông thôn. Bài báo trình bày các kết quả quan trắc chất lượng nước sông Hồng trong hai năm 2012 và 2013. Kết quả quan trắc cho thấy chất dinh dưỡng (N, P) thấp xa so với giới hạn cho phép của tiêu chuẩn Việt Nam về chất lượng nước mặt (QCVN 08: 2008/BTNMT cột A2). Do có hai hồ chứa trên sông Đà, hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước sông giảm đáng kể. Các kim loại nặng hòa tan (DHM) có hàm lượng dao động trong khoảng rộng: Cu: 10-80 μg.l-1; Zn: 2-88 μg.l-1; Cr: 0,2-5,1 μg.l-1; Pb: 2-107 μg.l-1; Cd: 2-12 μg.l-1; Mn: 2-35 μg.l-1; và Fe: 160 - 2370 μg.l-1. Hầu hết các giá trị trung bình của DHM thấp hơn giá trị cho phép của quy chuẩn QCVN 08: 2008/BTNMT, tuy nhiên, tại một số thời điểm, một số DHM (ví dụ Fe, Cd, Pb) có hàm lượng vượt quá giới hạn cho phép. Mật độ tổng coliform (TC) và coliform phân (FC) dao động trong khoảng rộng: TC: 23 đến 13,000MPN.100ml-1 và FC: 0 đến 1,600MPN.100ml-1 và tại một số thời điểm mật độ TC và FC vượt giá trị cho phép của Quy chuẩn QCVN 08:2008/BTNMT. Hàm lượng cabon hữu cơ hòa tan (DOC) ở mức thấp, và hàm lượng cacbon hữu cơ dạng không tan (POC) chủ yếu có nguồn gốc từ đất rửa trôi và xói mòn trong lưu vực. Kết quả quan trắc nhấn mạnh nhu cầu giám sát thường xuyên chất lượng nước sông, và nên có các giải pháp hiệu quả để quản lý và xử lý các nguồn gây ô nhiễm trong lưu vực nhằm cung cấp nước sạch cho các mục đích sử dụng nước sông Hồng như hiện nay.

This thesis describes the conception and implementation of the hydrological model ArcEGMO-URBAN and its application to the basin of the Havel river in north-eastern Germany. The model has been developed in order to make up the balance of nitrogen and phosphorus inputs from point sources in urban areas on the scale of river basins. The nutrient input can be calculated with a high spatial resolution and according to its seasonal variation. At the same time, the impact of the rainfall on the nutrient input is being focused on in this project. ArcEGMO-URBAN models rainfall-runoff processes and pollution-transport processes in urban areas taking natural, technological and social parameters into consideration. Input data are meteorological and terrestrial data with a high spatiotemporal resolution as well as statistic data on the scale of municipalities. The digitally available spatial data are being analysed with GIS functions before the actual modelling and later merged to areas with similar attributes. Technological and social parameters are assigned to these areas which were derived from statistic data. The diversity of the input data and their high spatial resolution allow for the description of relevant processes differentiated on the scale of urban patches. The model considers different urban water technologies and their determined matter fluxes as well as different sewer systems. With regard to rainfall-runoff processes the following sub-processes are considered for this model: the runoff-generation and runoff-concentration on sealed surfaces, the runoff-transformation and combination with the dry weather flow in the sewer system, and the split-up of the runoff in retention tanks and waste water treatment plants. Referring to pollution-transport processes the following sub-processes are taken into account: the atmospheric pollution and surface pollution dependent on the type of land use, and the matter transport in the sewer system. The sub-processes of matter accumulation and matter erosion on the land surface can be calculated by using mean values of pollution or, more detailed, by using special functions for processes of accumulation as well as erosion. In order to guarantee an easy application, the model's conception allows the use of input data and parameters of varying accuracy. Both, either measurements or statistical data can be used for the calculation dependent on the available data. The model is programmed in "C" and, therefore, usable on every established computer system. The model's validation succeeds for several sub-processes as well as sub catchments. Results of the model's application in the basin of the Havel river illustrate that the model calculates similar annual matter loads when compared to established other models. Furthermore, the results show the potential of the model to calculate the seasonal variation of matter loads and to calculate scenarios by using GIS based parameters. ArcEGMO-URBAN therefore is a capable tool for the identification of nutrient input from point sources on the scale of river catchments. / Diese Arbeit beschreibt die Konzeption und Realisierung des Modells ArcEGMO-URBAN sowie die Modellanwendung im Flussgebiet der Havel. ArcEGMO-URBAN wurde entwickelt um die punktuell in Gewässer eingetragenen Frachten von Gesamtstickstoff und Gesamtphosphor aus urbanen Räumen auf der Ebene von Flussgebieten zu bilanzieren. Die Nährstoffeinträge werden mit einer hohen räumlichen Auflösung und in ihrer innerjährlichen Dynamik berechnet, wobei der Einfluss des Niederschlagsgeschehens auf die Stoffeinträge besonders thematisiert wird. ArcEGMO-URBAN modelliert die Niederschlags-Abfluss- und die Schmutz-Transport-Prozesse in urbanen Räumen unter Berücksichtigung von naturräumlichen, technologischen und sozialen Parametern. Eingangsgrößen sind meteorologische und terrestrische Daten mit einer hohen zeitlichen und räumlichen Auflösung sowie statistische Angaben auf Gemeindeebene. Die digital vorliegenden Flächendaten werden vor der Modellierung mittels GIS-Funktionen ausgewertet und zu Flächen mit gleichen Eigenschaften zusammengefasst. Diesen Flächen werden technologische und soziale Parameter zugeordnet, welche aus den statistischen Angaben abgeleitet wurden. Durch die hohe inhaltliche und räumliche Auflösung der Eingangsdaten können relevante Prozesse teilflächendifferenziert beschrieben werden. Es können sowohl unterschiedliche Wasserver- und -entsorgungstechnologien und die durch sie induzierten Stoffströme als auch unterschiedliche Kanalisationsverfahren berücksichtigt werden. Bezogen auf den Niederschlags-Abfluss-Prozess werden die Abflussbildung und Abflusskonzentration auf befestigten Flächen, die Abflusstransformation und Überlagerung mit dem Trockenwetterabfluss im Kanalnetz und die Abflussaufteilung an Sonderbauwerken bzw. Kläranlagen berechnet. Für die Berücksichtigung der Stoff-Transport-Prozesse werden die durch die Atmosphäre und spezifische Nutzungen bedingten Stoffeinträge sowie der durch die Kanalisation bestimmte Stofftransport berechnet. Die auf der Oberfläche stattfindenden Teilprozesse von Stoffakkumulation und -abtrag können über mittlere Verschmutzungswerte oder detailliert über Akkumulations- und Abtragsfunktionen berechnet werden. Um ein weites Anwendungsspektrum zu gewährleisten, ist das Modell so konzipiert, dass eine Parametrisierung mit Eingangsdaten unterschiedlicher Qualität möglich ist. Abhängig von der verfügbaren Datenbasis werden entweder konkrete Messwerte oder statistische Größen verwendet. Das Programm ist in "C" programmiert und damit auf jeder Rechnerarchitektur lauffähig. Die Validierung des Modells gelingt für einzelne Teilprozesse aber auch für Teilgebiete gut. Die Ergebnisse im Flussgebiet der Havel belegen, dass das Modell ähnliche jährliche Nährstofffrachten wie bereits eingeführte Modelle berechnet. Darüber hinaus zeigen die Ergebnisse das Potenzial des Modells, die innerjährliche Dynamik punktueller Stoffeinträge abzubilden und durch die GIS-gestützte Parametrisierung aufwandsarm Szenarien zu berechnen. Damit ist ArcEGMO-URBAN ein geeignetes Modell zur Bestimmung von Nährstoffeinträgen aus punktuellen Quellen auf der Ebene von Flussgebieten.

This thesis describes the conception and implementation of the hydrological model ArcEGMO-URBAN and its application to the basin of the Havel river in north-eastern Germany. The model has been developed in order to make up the balance of nitrogen and phosphorus inputs from point sources in urban areas on the scale of river basins. The nutrient input can be calculated with a high spatial resolution and according to its seasonal variation. At the same time, the impact of the rainfall on the nutrient input is being focused on in this project. ArcEGMO-URBAN models rainfall-runoff processes and pollution-transport processes in urban areas taking natural, technological and social parameters into consideration. Input data are meteorological and terrestrial data with a high spatiotemporal resolution as well as statistic data on the scale of municipalities. The digitally available spatial data are being analysed with GIS functions before the actual modelling and later merged to areas with similar attributes. Technological and social parameters are assigned to these areas which were derived from statistic data. The diversity of the input data and their high spatial resolution allow for the description of relevant processes differentiated on the scale of urban patches. The model considers different urban water technologies and their determined matter fluxes as well as different sewer systems. With regard to rainfall-runoff processes the following sub-processes are considered for this model: the runoff-generation and runoff-concentration on sealed surfaces, the runoff-transformation and combination with the dry weather flow in the sewer system, and the split-up of the runoff in retention tanks and waste water treatment plants. Referring to pollution-transport processes the following sub-processes are taken into account: the atmospheric pollution and surface pollution dependent on the type of land use, and the matter transport in the sewer system. The sub-processes of matter accumulation and matter erosion on the land surface can be calculated by using mean values of pollution or, more detailed, by using special functions for processes of accumulation as well as erosion. In order to guarantee an easy application, the model's conception allows the use of input data and parameters of varying accuracy. Both, either measurements or statistical data can be used for the calculation dependent on the available data. The model is programmed in "C" and, therefore, usable on every established computer system. The model's validation succeeds for several sub-processes as well as sub catchments. Results of the model's application in the basin of the Havel river illustrate that the model calculates similar annual matter loads when compared to established other models. Furthermore, the results show the potential of the model to calculate the seasonal variation of matter loads and to calculate scenarios by using GIS based parameters. ArcEGMO-URBAN therefore is a capable tool for the identification of nutrient input from point sources on the scale of river catchments. / Diese Arbeit beschreibt die Konzeption und Realisierung des Modells ArcEGMO-URBAN sowie die Modellanwendung im Flussgebiet der Havel. ArcEGMO-URBAN wurde entwickelt um die punktuell in Gewässer eingetragenen Frachten von Gesamtstickstoff und Gesamtphosphor aus urbanen Räumen auf der Ebene von Flussgebieten zu bilanzieren. Die Nährstoffeinträge werden mit einer hohen räumlichen Auflösung und in ihrer innerjährlichen Dynamik berechnet, wobei der Einfluss des Niederschlagsgeschehens auf die Stoffeinträge besonders thematisiert wird. ArcEGMO-URBAN modelliert die Niederschlags-Abfluss- und die Schmutz-Transport-Prozesse in urbanen Räumen unter Berücksichtigung von naturräumlichen, technologischen und sozialen Parametern. Eingangsgrößen sind meteorologische und terrestrische Daten mit einer hohen zeitlichen und räumlichen Auflösung sowie statistische Angaben auf Gemeindeebene. Die digital vorliegenden Flächendaten werden vor der Modellierung mittels GIS-Funktionen ausgewertet und zu Flächen mit gleichen Eigenschaften zusammengefasst. Diesen Flächen werden technologische und soziale Parameter zugeordnet, welche aus den statistischen Angaben abgeleitet wurden. Durch die hohe inhaltliche und räumliche Auflösung der Eingangsdaten können relevante Prozesse teilflächendifferenziert beschrieben werden. Es können sowohl unterschiedliche Wasserver- und -entsorgungstechnologien und die durch sie induzierten Stoffströme als auch unterschiedliche Kanalisationsverfahren berücksichtigt werden. Bezogen auf den Niederschlags-Abfluss-Prozess werden die Abflussbildung und Abflusskonzentration auf befestigten Flächen, die Abflusstransformation und Überlagerung mit dem Trockenwetterabfluss im Kanalnetz und die Abflussaufteilung an Sonderbauwerken bzw. Kläranlagen berechnet. Für die Berücksichtigung der Stoff-Transport-Prozesse werden die durch die Atmosphäre und spezifische Nutzungen bedingten Stoffeinträge sowie der durch die Kanalisation bestimmte Stofftransport berechnet. Die auf der Oberfläche stattfindenden Teilprozesse von Stoffakkumulation und -abtrag können über mittlere Verschmutzungswerte oder detailliert über Akkumulations- und Abtragsfunktionen berechnet werden. Um ein weites Anwendungsspektrum zu gewährleisten, ist das Modell so konzipiert, dass eine Parametrisierung mit Eingangsdaten unterschiedlicher Qualität möglich ist. Abhängig von der verfügbaren Datenbasis werden entweder konkrete Messwerte oder statistische Größen verwendet. Das Programm ist in "C" programmiert und damit auf jeder Rechnerarchitektur lauffähig. Die Validierung des Modells gelingt für einzelne Teilprozesse aber auch für Teilgebiete gut. Die Ergebnisse im Flussgebiet der Havel belegen, dass das Modell ähnliche jährliche Nährstofffrachten wie bereits eingeführte Modelle berechnet. Darüber hinaus zeigen die Ergebnisse das Potenzial des Modells, die innerjährliche Dynamik punktueller Stoffeinträge abzubilden und durch die GIS-gestützte Parametrisierung aufwandsarm Szenarien zu berechnen. Damit ist ArcEGMO-URBAN ein geeignetes Modell zur Bestimmung von Nährstoffeinträgen aus punktuellen Quellen auf der Ebene von Flussgebieten.