In this masters thesis the aim was to investigate a part of Sturegallerian in Stockholm to be reconstructed. The reconstruction did implicate that openings were to be established in an already existing masonry wall. Reconstruction of an old masonry building entails certain difficulties due to the lack of knowledge regarding the building methodology of the existing structure. The purpose of the project was to analyze the effects of a desired reconstruction. A further purpose was to identify the effect with a suggested steel amplifier. In addition it was of interest to see how different modeling strategies would effect the results and discuss what modeling strategy that was most preferred for this project. For the project the specific wall structure was established in the finite element method software, named Räumlich Finite Element Method, as well as a model with the reconstructions established. A comparison of the existing structure with the reconstructed leads to a better understanding of the characteristics of the structure and the specific loads acting on the structure. Further, two different modeling strategies were assigned: one with an isotropic material model and the other as an orthotropic. The models were evaluated for the Ultimate Limit State as well as the Serviceability Limit State to verify the critical behaviours. The models were analyzed for the specific limit states: the deformations, internal forces and the axial stresses. Further, the suggested steel amplifiers were implemented in the reconstructed models to be able to analyze the effects. When the steel amplifiers were assigned to the reconstructed models, the same limit states were analyzed for the deformations and for the internal forces. The conclusion of this project was that an orthotropic material model is best suited for masonry structures. The steel amplifiers were implemented in the orthotropic material model and were further analyzed in the Finite Element software. With the steel amplifiers one could see that the deformations decreased and were still lower than the maximum deformation. One could see that the compression stresses within the masonry wall decreased with the implemented steel amplifiers. The utilization ratio for the steel amplifier was established in Colbeam. The result of stresses, deformations, utilization ratio and stresses within the structure resulted in that this type of amplifier was considered as applicable for this project. / I denna masteruppsats var syftet att undersöka en del av Sturegallerian i Stockholm som skulle rekonstrueras. Rekonstruktionen innebar att öppningar skulle tas upp i den redan befintliga murade väggen. Ombyggnation av en gammal murad byggnad medför vissa svårigheter på grund av den begränsade mängden kunskap om den befintliga konstruktionens byggnadsmetodik. Syftet med projektet var att analysera effekterna samt förmågan att etablera den önskade rekonstruktionen. Ett ytterliggare mål var att identifiera effekterna med en föreslagen stålförstärkare för strukturen. Dessutom var man intresserad av att se hur olika modelleringsstrategier skulle påverka resultaten och diskutera vilka modelleringsstrategier som var att föredra för projekt som detta. För projektet fastställdes den specifika väggstrukturen i mjukvaran för finita elementmetoden, kallad Räumlich Finita Element Method, samt en modell med de etablerade rekonstruktionerna. Genom att jämföra den befintliga strukturen med den rekonstruerade, medförde det en bättre förståelse av strukturens beteende med de specifika belastningar som verkar på strukturen. Modellerna tilldelades två olika modelleringsstrategier: den ena etablerades med en isotrop materialmodell och den andra som ortotrop. Modellerna utvärderades för brottgränstillstånd och bruksgränstillstånd för att verifiera de kritiska beteendena. För de specifika gränstillstånden analyserades deformationerna, inre krafter samt axiella spänningar. Vidare implementerades de föreslagna stålförstärkningarna i de rekonstruerade modellerna för att kunna analysera effekterna för: deformationer, interna krafterna och spänningar. Vidare så implemenderades stålförstärkningar i ombyggnationen för att analysera effekter. När stålförstärkningarna var implementerade kunde en analys av deformationerna och de interna krafterna utföras. Slutsatsen av detta projekt var att en ortotrop materialmodell var bäst lämpad för murverk. Stålförstärkarna implementerades i materialmodellen, analyserades i Finita Element programmet. Med stålförstärkningarna kunde man se en minsking i deformationerna och att de var lägre än de maximalt tillåtna deformationerna. Tryckspänningarna minskade i murverksstrukturen med hjälp av de implementerade stålförstärkningarna. Utnyttjandegraden för stålförstärkningarna fastställdes i Colbeam. Resultaten av deformationerna, utnyttjandegraden samt spänningarna i strukturen resulterade i att denna typ av stålförstärkning bedömdes vara lämplig för detta projekt.

Der Rückgang des Steinkauzes (Athene noctua) hat in Thüringen und Sachsen seit den 60er Jahren dramatische Ausmaße angenommen. In den 50er Jahren noch flächendeckend beobachtet, wurden für das Jahr 2000 nur noch 18 Individuen durch Bestandserfassungen registriert. Die vielfach diskutierten Rückgangsursachen beziehen sich vor Allem auf die großflächige Änderung der Landschaftsstrukturen, die zum Verlust der Lebensgrundlagen des Steinkauzes führten. So haben u.a. der Verlust an Brut- und Vorratshöhlen und an ganzjährig kurzgehaltenen Grünlandflächen, sowie der zunehmende Einfluss von Prädatoren erheblich zum Rückgang beigetragen. Eingeleitete Schutzmaßnahmen, ehrenamtlich oder auf dem allgemeinen Naturschutzprogramm des Freistaates Thüringen beruhend, wie das Anbringen von Nisthilfen mit Marderschutz oder Pflegeverträge für Streuobstwiesen, zeigen bisher keine sichtbare Wirkung. Als weitergehende Maßnahmen stehen die Reduzierung von Füchsen (Vulpes vulpes) und Steinmardern (Martes foina), Ausbreitungskorridore für Steinkäuze und ein Auswilderungsprogramm zur Diskussion. Angesichts des Populationsrückgangs des Steinkauz war es Aufgabe dieser Arbeit durch ein Simulationsmodell Untersuchungen zum Überleben einer Steinkauzpopulation (Athene noctua) in Thüringen durchzuführen. Die zusammengetragenen Bestandszahlen ergaben geringe Individuenzahlen in den thüringischen Landkreisen Altenburger Land, Greiz und der Stadt Gera sowie in den sächsischen Landkreisen Chemnitzer Land und Mittweida. Die Bestandszahlen der Jahre 1989-2001, sowie weitere der Literatur entnommene Daten zum populationsökologischen Hintergrund, wie auch Analysen des Gebietes in Thüringen und Sachsen und dessen besetzter Reviere der Jahre 1989- 2001, wurden in ein stochastisches, räumlich-explizites, auf Individuen basierendes Simulationsmodell eingebracht. Es wurde eine Sensitivitätsanalyse durchgeführt, die beruhend auf den erfassten Populationsentwicklungen in Thüringen und Sachsen und auf Literaturangaben, ausgewählte Parameterkonstellationen für die Untersuchungenergab. Die Untersuchungen zum Überleben vor dem Hintergrund möglicher Gefährdungsfaktoren und zur Ermittelung des Nutzens von Managementoptionen, wurden mit Schwerpunkten auf „Prädation“, „Habitatverbesserung“ und „Auswilderung“ durchgeführt. Als Ergebnis der Simulationen kam heraus, dass die Prädation keinen großen Einfluss auf das Überleben der Population hat, und Schutzmaßnahmen die Chancen für das Überleben der Population nicht erhöhen würden. Habitatverbesserungen, die die Juvenilen animieren sich im Umkreis von bis zu 5 km vom elterlichen Revier anzusiedeln, würden aber deutlich zum Überleben der Population, auch in längerfristiger Perspektive, beitragen. Habitatverbesserungen, die zu weiter entfernteren Ansiedlungen animieren, könnten sich dagegen ungünstig auf das Überleben der Population auswirken. Für eine mögliche Auswilderung als Schutzmaßnahme ergab sich im Modell, dass eine Auswilderung von 5 Individuen pro Jahr über einen Zeitraum von 5 Jahren, die Überlebenswahrscheinlichkeit kurzfristig deutlich verbessern würde. Es ergab sich allerdings kein Unterschied, ob 5, 10 oder 15 Individuen ausgewildert werden. Eine länger durchgeführte Auswilderung würde vermutlich die Überlebenswahrscheinlichkeit entsprechend langfristiger verbessern.

The pronounced constraints on ecosystem functioning and human livelihoods in drylands are frequently exacerbated by natural and socio-economic stresses, including weather extremes and inequitable trade conditions. Therefore, a better understanding of the relation between these stresses and the socio-ecological systems is important for advancing dryland development. The concept of vulnerability as applied in this dissertation describes this relation as encompassing the exposure to climate, market and other stresses as well as the sensitivity of the systems to these stresses and their capacity to adapt. With regard to the interest in improving environmental and living conditions in drylands, this dissertation aims at a meaningful generalisation of heterogeneous vulnerability situations. A pattern recognition approach based on clustering revealed typical vulnerability-creating mechanisms at global and local scales. One study presents the first analysis of dryland vulnerability with global coverage at a sub-national resolution. The cluster analysis resulted in seven typical patterns of vulnerability according to quantitative indication of poverty, water stress, soil degradation, natural agro-constraints and isolation. Independent case studies served to validate the identified patterns and to prove the transferability of vulnerability-reducing approaches. Due to their worldwide coverage, the global results allow the evaluation of a specific system’s vulnerability in its wider context, even in poorly-documented areas. Moreover, climate vulnerability of smallholders was investigated with regard to their food security in the Peruvian Altiplano. Four typical groups of households were identified in this local dryland context using indicators for harvest failure risk, agricultural resources, education and non-agricultural income. An elaborate validation relying on independently acquired information demonstrated the clear correlation between weather-related damages and the identified clusters. It also showed that household-specific causes of vulnerability were consistent with the mechanisms implied by the corresponding patterns. The synthesis of the local study provides valuable insights into the tailoring of interventions that reflect the heterogeneity within the social group of smallholders. The conditions necessary to identify typical vulnerability patterns were summarised in five methodological steps. They aim to motivate and to facilitate the application of the selected pattern recognition approach in future vulnerability analyses. The five steps outline the elicitation of relevant cause-effect hypotheses and the quantitative indication of mechanisms as well as an evaluation of robustness, a validation and a ranking of the identified patterns. The precise definition of the hypotheses is essential to appropriately quantify the basic processes as well as to consistently interpret, validate and rank the clusters. In particular, the five steps reflect scale-dependent opportunities, such as the outcome-oriented aspect of validation in the local study. Furthermore, the clusters identified in Northeast Brazil were assessed in the light of important endogenous processes in the smallholder systems which dominate this region. In order to capture these processes, a qualitative dynamic model was developed using generalised rules of labour allocation, yield extraction, budget constitution and the dynamics of natural and technological resources. The model resulted in a cyclic trajectory encompassing four states with differing degree of criticality. The joint assessment revealed aggravating conditions in major parts of the study region due to the overuse of natural resources and the potential for impoverishment. The changes in vulnerability-creating mechanisms identified in Northeast Brazil are well-suited to informing local adjustments to large-scale intervention programmes, such as “Avança Brasil”. Overall, the categorisation of a limited number of typical patterns and dynamics presents an efficient approach to improving our understanding of dryland vulnerability. Appropriate decision-making for sustainable dryland development through vulnerability reduction can be significantly enhanced by pattern-specific entry points combined with insights into changing hotspots of vulnerability and the transferability of successful adaptation strategies. / Die Grenzen ökologischer Funktionen und menschlicher Lebensweisen in Trockengebieten werden häufig durch natürlichen und sozio-ökonomischen Stress, wie extreme Wetterereignisse und ungerechte Handelsbedingungen, weiter verengt. Zur Förderung der Entwicklung in Trockengebieten ist es daher wichtig, die Beziehung zwischen den Stressfaktoren und den sozio-ökologischen Systemen besser zu verstehen. Das Konzept der Vulnerabilität, welches in der vorliegenden Dissertation angewandt wird, beschreibt dieses Verhältnis durch die Exposition, Sensitivität und Anpassungsfähigkeit von Systemen im Hinblick auf Klima-, Markt- und anderen Stress. Bezüglich des Interesses, die Umwelt- und Lebensbedingungen in Trockengebieten zu verbessern, zielt diese Dissertation darauf ab, die vielschichtigen Ursachen und Veränderungen von Vulnerabilität sinnvoll zu verallgemeinern. Eine clusterbasierte Mustererkennung zeigte typische Mechanismen auf, welche Vulnerabilität auf globaler und lokaler Ebene verursachen. Dabei stellt die globale Studie die erste flächendeckende Untersuchung von Vulnerabilität in Trockengebieten mit sub-nationaler Auflösung dar. Die Clusteranalyse identifizierte sieben typische Muster basierend auf der quantitativen Beschreibung von Armut, Wasserknappheit, Bodendegradation, natürlichen Produktionshemmnissen und Isolation. Die Gültigkeit der ermittelten Cluster und die Übertragbarkeit von Anpassungsmaßnahmen innerhalb ähnlicher Gebiete wurden anhand unabhängiger Fallstudien belegt. Die flächendeckende Erfassung erlaubt es, die Vulnerabilität eines Systems in seinem größeren Kontext zu bewerten, auch in weniger gut durch Fallstudien dokumentierten Gebieten. Weiterhin wurde die Klimavulnerabilität von Kleinbauern bezüglich ihrer Nahrungsmittelsicherung im peruanischen Altiplano untersucht. In diesem lokalen Kontext wurden vier Cluster von Haushalten gemäß ihrer Produktionsrisiken, landwirtschaftlichen Ressourcen, der Bildung und ihres nicht-landwirtschaftlichen Einkommens unterschieden. Eine erweiterte Gültigkeitsprüfung unter Nutzung unabhängig erhobener Informationen stellte heraus, dass wetterbedingte Schäden mit den ermittelten Clustern korrelieren und dass haushaltsspezifische Schadensursachen mit den durch die Muster angezeigten Mechanismen übereinstimmen. Die lokale Studie liefert wertvolle Hinweise auf bedarfsgerechte Eingriffe unter Beachtung der Heterogenität innerhalb der sozialen Gruppe der Kleinbauern. Die notwendigen Bedingungen zur Erkennung typischer Muster ergaben fünf methodische Schritte. Ihre Darlegung soll die Anwendung der gewählten Methode in zukünftigen Vulnerabilitätsstudien anregen und erleichtern. Die fünf Schritte umfassen die Ableitung relevanter Ursache-Wirkungs-Hypothesen, die Quantifizierung der Mechanismen, die Bewertung von Robustheit und Gültigkeit sowie die Ordnung der ermittelten Muster nach dem Grad der Vulnerabilität. Dabei ist die genaue Beschreibung der Hypothesen eine wesentliche Voraussetzung für die Quantifizierung der grundlegenden Prozesse sowie eine einheitliche Interpretation, Gültigkeitsprüfung und Ordnung der ermittelten Muster. Besondere Beachtung finden skalenbedingte Aspekte, wie beispielsweise die ergebnisorientierte Gültigkeitsprüfung in der lokalen Studie. Weiterhin wurden die in Nordostbrasilien ermittelten Cluster im Hinblick auf wichtige endogene Prozesse in den dort vorherrschenden kleinbäuerlichen Nutzungssystemen untersucht. Diese Prozesse umfassen die Aufteilung der Arbeitskraft, die landwirtschaftliche Produktion sowie Einkommens- und Ressourcendynamiken. Sie wurden in einem qualitativen dynamischen Modell erfasst, welches eine zyklische Trajektorie mit vier unterschiedlich problematischen Entwicklungszuständen ergab. Als besonders problematischer Aspekt verschärfte sich die Vulnerabilität in weiten Teilen des Untersuchungsgebietes durch die Übernutzung natürlicher Ressourcen und die Möglichkeit weiterer Verarmung. Die in Nordostbrasilien gezeigten Veränderungen sind dazu geeignet, groß angelegte Entwicklungsprogramme, wie zum Beispiel “Avança Brasil”, angemessen an lokale Gegebenheiten anzupassen. Insgesamt ermöglicht es die Kategorisierung einer begrenzten Anzahl typischer Muster und Veränderungen, die Vulnerabilität in Trockengebieten besser zu verstehen. Eine nachhaltige Entwicklung von Trockengebieten basierend auf der Minderung von Vulnerabilität kann durch musterspezifische Ansätze zusammen mit Hinweisen zu Veränderungen im Schweregrad und zur Übertragbarkeit erfolgreicher Anpassungsstrategien wirkungsvoll unterstützt werden.

From the Motivation: „Description Logics (DLs) are a family of formalisms well-suited for the representation of and reasoning about knowledge. Whereas most Description Logics represent only static aspects of the application domain, recent research resulted in the exploration of various Description Logics that allow to, additionally, represent temporal information, see [4] for an overview. The approaches to integrate time differ in at least two important aspects: First, the basic temporal entity may be a time point or a time interval. Second, the temporal structure may be part of the semantics (yielding a multi-dimensional semantics) or it may be integrated as a so-called concrete domain. Examples for multi-dimensional point-based logics can be find in, e.g., [21;29], while multi-dimensional interval-based logics are used in, e.g., [23;2]. The concrete domain approach needs some more explanation. Concrete domains have been proposed by Baader and Hanschke as an extension of Description Logics that allows reasoning about 'concrete qualities' of the entities of the application domain such as sizes, length, or weights of real-worlds objects [5]. Description Logics with concrete domains do usually not use a fixed concrete domain; instead the concrete domain can be thought of as a parameter to the logic. As was first described in [16], if a 'temporal' concrete domain is employed, then concrete domains may be point-based, interval-based, or both. ...”

Zahlreiche Untersuchungen belegen, dass räumlich selektive Aufmerksamkeit visuelle und auditive Reizverarbeitung beeinflusst. Bestehende Modellvorstellungen sind, aufgrund der geringen Kenntnisse vergleichbarer somatosensorischer Effekte, schwer zu einem allgemeinen Mechanismus generalisieren. Mittels zeitlich-räumlich hoch aufgelöster Messmethoden wurde in dieser Dissertation Effekte räumlich selektiver Aufmerksamkeit auf die bewusste Wahr-nehmung und kortikale Verarbeitung somatosensorischer Reize untersucht. Im Einzelnen wurde gezeigt, dass die räumlich selektive Aufmerksamkeit die Maskierung eines überschwelli-gen Reizes an einer Hand durch einen starken Reiz an der anderen Hand moduliert. Mittels Elektroenzephalografie (EEG) wurde nachgewiesen, dass nach der Stimulation die Verarbei-tung in einem fronto-parietalen Netzwerk den Zugang ins Bewusstsein signalisiert. Der Be-fund einer der bewussten Wahrnehmung zeitlich vorausgehenden neuronalen Desynchronisa-tion im frontalen Kortex und in S1 erlaubt eine Erweiterung bestehender Modellvorstellun-gen. In einer simultanen EEG-funktionelle Magnetresonanztomografie (fMRT) -Studie wurde gezeigt, dass räumlich selektive Aufmerksamkeit die Signalverarbeitung während einer frühen sensorischen Phase der Reizverarbeitung beeinflusst (50 ms). Dieser Effekt korrelierte mit den Blutflußveränderungen in S1. Zusammenfassend zeigen die Studien, dass räumlich selektive Aufmerksamkeit zwar frühe somatosensorische Aktivität in S1 sowie die Wahrnehmung so-matosensorischer Reize moduliert, dies jedoch keine hinreichende Bedingung für die bewusste Wahrnehmung ist. Hingegen ist die attentional kontrollierte Desynchronisation somatosenso-rischer Rhythmen vor der Stimulation, die eine verstärkte fronto-parietale Reizverarbeitung nach sich zieht, hierfür entscheidend. / Numerous studies have shown that selective orientation of attention to a stimulus location modulates visual and auditory stimulus processing. Due to the relatively little knowledge about comparable effects of attention in the somatosensory system, existing models can barely be assigned to general cortical mechanisms. The studies conducted in this dissertation should therefore contribute to this knowledge. Effects of spatial selective attention on conscious per-ception and cortical processing of somatosensory stimuli have been investigated by applying recording methods with high temporal and spatial resolutions. Specifically, it was shown that spatial selective attention modulates masking of supra-threshold stimulus on one hand by a strong stimulus applied to the other hand. Using electroencephalography (EEG), it was dem-onstrated that processing in a fronto-parietal network but not early S1-activation signals the entry into conscious perception. The finding of neuronal desynchronisation in the frontal cor-tex and S1 preceding conscious stimulus perception permits the extension of the existing models. With the aim of localizing the temporal effects of spatial selective attention, a simul-taneous EEG-functional magnetic resonance imaging (fMRI)-study was conducted. In con-trast to findings of visual attention, it was shown that orientation of attention enhances soma-tosensory processing at an early stage of stimulus processing (50 ms). This effect correlated with the changes of cortical blood flow in S1. Together, these studies show that spatial-selective attention modulates early activity in S1 as well as conscious perception of somatosen-sory stimuli. Nevertheless, this is not sufficient for an entrance into conscious perception. Instead, attentionally controlled pre-stimulus desynchronisation of somatosensory rhythmic activity, followed by an increased fronto-parietal stimulus processing are necessary prerequi-sites for conscious perception.

Bei dem für die Energiewende nötigen Ausbau der Windenergie können negative Wirkungen für Mensch und Natur auftreten. Diese stellen typischerweise externe Kosten dar und sind davon abhängig, wo im Raum Windenergieanlagen errichtet werden. Politikoptionen zur räumlichen Steuerung des Windenergieausbaus können anhand ihrer allokativen Effizienz bewertet werden. Dabei geht es um die sozialen Kosten (d. h. Kosten und Nutzen) der Allokationen, zu denen es mit den Politikoptionen kommt. Vor diesem Hintergrund lautet die übergeordnete Forschungsfrage dieser Arbeit: Wie sind verschiedene Politikoptionen zur räumlichen Steuerung des Windenergieausbaus insbesondere hinsichtlich ihrer allokativen Effizienz (d. h. der sozialen Kosten der resultierenden Allokationen) ökologisch-ökonomisch zu bewerten? Dabei werden neben den standortspezifischen Stromertragsmöglichkeiten zwei in Deutschland besonders intensiv diskutierte Umweltwirkungen von Windenergieanlagen berücksichtigt: Belastungen für Anwohner*innen und für den Rotmilan, eine potenziell durch Kollisionen mit Windenergieanlagen bedrohte Greifvogelart. Als Politikoptionen werden ordnungsrechtlich wirkende Mindestabstandsregelungen für Siedlungsgebiete bzw. Rotmilanhorste betrachtet sowie ökonomische Steuerungsansätze, die Positionierungsanreize für Investoren setzen, und Instrumentenmixe aus beiden Instrumententypen. Besonderes wird untersucht, wie die Politikoptionen einzuschätzen sind, wenn der Regulierer Informationsdefizite zu den Umweltwirkungen von Anlagen hat. Analysiert werden die Politikoptionen mit einem räumlich-expliziten ökologisch-ökonomischen Modellierungsansatz. Damit werden für die verschiedenen Politikoptionen Allokationen als Folge gewinnorientierter Investitionsentscheidungen modelliert, diese Allokationen ökologisch-ökonomisch bewertet und damit die Politikoptionen hinsichtlich ihrer allokativen Effizienz beurteilt. Angewendet wird der Modellierungsansatz für Sachsen und ein Energiemengenziel zur Windstromerzeugung für das Jahr 2030. Zentrale Ergebnisse sind: (1) Mit Mindestabstandsvorgaben kann eine hinsichtlich der sozialen Kosten optimale Allokation nicht erreicht werden. (2) Durch Verschärfungen von Mindestabstandsvorgaben können zwar die jeweils adressierten externen Kosten gemindert werden, aber gleichzeitig andere Kosten erhöht werden, wobei keine pauschale Aussage zum Vorzeichen der Gesamtwirkung möglich ist. (3) Im Vergleich zu uniformen Siedlungsmindestabständen können differenzierte, die für unterschiedliche Siedlungstypen unterschiedlich restriktiv sind, eine deutlich höhere allokative Effizienz aufweisen. (4) Mit einer alleinigen ökonomischen Anreizsteuerung ist bei Informationsdefiziten des Regulierers in der Praxis nicht mit allokativen Effizienzvorteilen gegenüber Mindestabstandsregelungen zu rechnen. (5) Mit einem Instrumentenmix aus einem Rotmilanhorstmindestabstand und ökonomischen Anreizen zur Adressierung möglicher Belastungen für Anwohner*innen kann im Falle von Informationsdefiziten des Regulierers bei einer bestimmten Ausgestaltung ein allokativer Effizienzvorteil gegenüber den mono-instrumentellen Ansätzen erwartet werden.

Evaporation plays an important role in the water balance on a different spatial scale. However, its direct and indirect measurements are globally scarce and accurate estimations are a challenging task. Thus the correct process approximation in modelling of the terrestrial evaporation plays a crucial part. A physically based 1D lumped soil–plant–atmosphere model (BROOK90) is applied to study the role of parameter selection and meteorological input for modelled evaporation on the point scale. Then, with the integration of the model into global, regional and local frameworks, we made cross-combinations out of their parameterization and forcing schemes to show and analyse their roles in the estimations of the evaporation. Five sites with different land uses (grassland, cropland, deciduous broadleaf forest, two evergreen needleleaf forests) located in Saxony, Germany, were selected for the study. All tested combinations showed a good agreement with FLUXNET measurements (Kling–Gupta efficiency, KGE, values 0.35–0.80 for a daily scale). For most of the sites, the best results were found for the calibrated model with in situ meteorological input data, while the worst was observed for the global setup. The setups' performance in the vegetation period was much higher than for the winter period. Among the tested setups, the model parameterization showed higher spread in performance than meteorological forcings for fields and evergreen forests sites, while the opposite was noticed in deciduous forests. Analysis of the of evaporation components revealed that transpiration dominates (up to 65 %–75 %) in the vegetation period, while interception (in forests) and soil/snow evaporation (in fields) prevail in the winter months. Finally, it was found that different parameter sets impact model performance and redistribution of evaporation components throughout the whole year, while the influence of meteorological forcing was evident only in summer months.

This thesis analyses the highly structured and densely populated farmland surrounding Kakamega Forest (western Kenya) in a spatially-explicit manner. The interdisciplinary approach combines methodologies and technologies from different scientific disciplines: remote sensing with OBIA, GIS and spatially explicit modelling (geomatics and geographic science) with socio-economic as well as agro-economic considerations (human and social sciences) as well as cartographic science. Furthermore, the research is related to conservation biology (biological sciences). Based on an in-situ ground truthing and visual image interpretation, very high spatial resolution QuickBird satellite imagery covering 466 km² of farmland was analysed using the concept of object-based image analysis (OBIA). In an integrative workflow, statistical analysis and expert knowledge were combined to develop a sophisticated rule set. The classification result distinguishing 15 LULC classes was used alongside with temporally extrapolated and spatially re-distributed population data as well as socio-/agro-economic factors in order to create a spatially-explicit typology of the farmland and to model scenarios of rural livelihoods. The farmland typology distinguishes ten types of farmland: 3 sugarcane types (covering 48% of the area), 3 tea types (30%), 2 transitional types (15%), 1 steep terrain type (2%), and 1 central type (5%). The scenarios consider different developments of possible future yields and prices for the main agricultural products sugarcane, tea, and maize. Out of all farmland types, the ‘marginal sugarcane type’ is best prepared to cope with future problems. Besides a comparably low population density, a high share of land under cultivation of food crops coupled with a moderate cultivation of cash crops is characteristic for this type. As part of the research conducted, several novel methodologies were introduced. These include a new conceptual framework for categorizing parameter optimization studies, the area fitness rate (AFR) as a novel discrepancy measure, the technique of ‘classification-based nearest neighbour classification’ for classes which are difficult to separate from others, and a novel approach for accessing the accuracy of OBIA classifications. Finally, this thesis makes a number of recommendations and elaborates promising starting points for further scientific research. / Die vorliegende Arbeit untersucht räumlich-expliziten das stark strukturierte und dicht besiedelte Agrarland um den Kakamega Wald (Westkenia). Dabei kombiniert der interdisziplinäre Ansatz Methoden und Technologien verschiedener Wissenschaftsbereiche: die Fernerkundung mit der objekt-basierten Bildanalyse (OBIA), GIS und die räumlich-explizite Modellierung (Geoinformatik und Geographie) mit sozio- und agro-ökonomische Aspekten (Human- und Sozialwissenschaft) sowie der Kartographie. Zudem steht die Arbeit in Bezug zum Schutz der biologischen Vielfalt (Biologie). Ausgehend von einer Referenzdatenerfassung vor Ort und einer visuellen Bildinterpretation wurden räumlich sehr hochauflösende QuickBird-Satellitenbilddaten, die 466 km² des Agrarlandes abdecken, mit Hilfe von OBIA ausgewertet. In einem integrativen Ansatz wurden dabei statistische Verfahren und Expertenwissen kombiniert, um einen ausgefeilten Regelsatz zur Klassifizierung zu erzeugen. Das Klassifizierungsergebnis unterscheidet 15 Klassen der Landnutzung bzw. -bedeckung; zusammen mit zeitlich extrapolierten und räumlich neu verteilten Bevölkerungsdaten sowie sozio- und agro-ökonomischen Faktoren ermöglichte es, eine räumlich-explizite Typologie des Agrarlandes zu erstellen und Szenarien zum ländlichen Auskommen zu modellieren. Die Agrarlandtypologie unterscheidet zehn Landtypen: 3 Zuckerrohr-dominierte Typen (48% des Gebietes), 3 Tee-dominierte Typen (30%), 2 Übergangstypen (15%), 1 Typ steilen Geländes (2%) und 1 zentralen Typ (5%). Die Szenarien betrachten mögliche zukünftige Entwicklungen der Erträge und Preise der Hauptanbauarten Zuckerrohr, Tee und Mais. Von allen Agrarlandtypen ist der „marginal Zuckerrohr-dominierte Typ“ am besten gerüstet, um zukünftigen Problemen zu begegnen. Bezeichnend für diesen Typ sind – neben einer vergleichsweise geringen Bevölkerungsdichte – ein hoher Anteil an Nahrungsmittelanbau zusammen mit einem gemäßigten Anbau von exportorientierten Agrarprodukten. Als Teil der Forschungsarbeit werden verschiedene neuartige Methoden vorgestellt, u.a. ein neuer konzeptioneller Rahmen für das Kategorisieren von Studien zur Parameteroptimierung, die „area fitness rate“ (AFR) als neue Messgröße für Flächendiskrepanzen, die klassifikations-basierte Nächster-Nachbar Klassifizierung sowie ein Ansatz zum Bestimmen der Güte von OBIA-Klassifizierungen. Schließlich gibt die Arbeit eine Reihe von Empfehlungen und bietet vielversprechende Ausgangspunkte für weiterführende wissenschaftliche Forschungen.

This thesis analyses the highly structured and densely populated farmland surrounding Kakamega Forest (western Kenya) in a spatially-explicit manner. The interdisciplinary approach combines methodologies and technologies from different scientific disciplines: remote sensing with OBIA, GIS and spatially explicit modelling (geomatics and geographic science) with socio-economic as well as agro-economic considerations (human and social sciences) as well as cartographic science. Furthermore, the research is related to conservation biology (biological sciences). Based on an in-situ ground truthing and visual image interpretation, very high spatial resolution QuickBird satellite imagery covering 466 km² of farmland was analysed using the concept of object-based image analysis (OBIA). In an integrative workflow, statistical analysis and expert knowledge were combined to develop a sophisticated rule set. The classification result distinguishing 15 LULC classes was used alongside with temporally extrapolated and spatially re-distributed population data as well as socio-/agro-economic factors in order to create a spatially-explicit typology of the farmland and to model scenarios of rural livelihoods. The farmland typology distinguishes ten types of farmland: 3 sugarcane types (covering 48% of the area), 3 tea types (30%), 2 transitional types (15%), 1 steep terrain type (2%), and 1 central type (5%). The scenarios consider different developments of possible future yields and prices for the main agricultural products sugarcane, tea, and maize. Out of all farmland types, the ‘marginal sugarcane type’ is best prepared to cope with future problems. Besides a comparably low population density, a high share of land under cultivation of food crops coupled with a moderate cultivation of cash crops is characteristic for this type. As part of the research conducted, several novel methodologies were introduced. These include a new conceptual framework for categorizing parameter optimization studies, the area fitness rate (AFR) as a novel discrepancy measure, the technique of ‘classification-based nearest neighbour classification’ for classes which are difficult to separate from others, and a novel approach for accessing the accuracy of OBIA classifications. Finally, this thesis makes a number of recommendations and elaborates promising starting points for further scientific research.:1. Introduction 2. Geodata and reference data 3. Object-based image analysis (OBIA) 4. Optimization of segmentation parameters 5. Feature selection and threshold determination 6. OBIA classification: rule set development and realisation 7. Classification results 8. Spatial farmland typology 9. Spatially explicit planning scenarios of rural livelihoods 10. Discussion / Die vorliegende Arbeit untersucht räumlich-expliziten das stark strukturierte und dicht besiedelte Agrarland um den Kakamega Wald (Westkenia). Dabei kombiniert der interdisziplinäre Ansatz Methoden und Technologien verschiedener Wissenschaftsbereiche: die Fernerkundung mit der objekt-basierten Bildanalyse (OBIA), GIS und die räumlich-explizite Modellierung (Geoinformatik und Geographie) mit sozio- und agro-ökonomische Aspekten (Human- und Sozialwissenschaft) sowie der Kartographie. Zudem steht die Arbeit in Bezug zum Schutz der biologischen Vielfalt (Biologie). Ausgehend von einer Referenzdatenerfassung vor Ort und einer visuellen Bildinterpretation wurden räumlich sehr hochauflösende QuickBird-Satellitenbilddaten, die 466 km² des Agrarlandes abdecken, mit Hilfe von OBIA ausgewertet. In einem integrativen Ansatz wurden dabei statistische Verfahren und Expertenwissen kombiniert, um einen ausgefeilten Regelsatz zur Klassifizierung zu erzeugen. Das Klassifizierungsergebnis unterscheidet 15 Klassen der Landnutzung bzw. -bedeckung; zusammen mit zeitlich extrapolierten und räumlich neu verteilten Bevölkerungsdaten sowie sozio- und agro-ökonomischen Faktoren ermöglichte es, eine räumlich-explizite Typologie des Agrarlandes zu erstellen und Szenarien zum ländlichen Auskommen zu modellieren. Die Agrarlandtypologie unterscheidet zehn Landtypen: 3 Zuckerrohr-dominierte Typen (48% des Gebietes), 3 Tee-dominierte Typen (30%), 2 Übergangstypen (15%), 1 Typ steilen Geländes (2%) und 1 zentralen Typ (5%). Die Szenarien betrachten mögliche zukünftige Entwicklungen der Erträge und Preise der Hauptanbauarten Zuckerrohr, Tee und Mais. Von allen Agrarlandtypen ist der „marginal Zuckerrohr-dominierte Typ“ am besten gerüstet, um zukünftigen Problemen zu begegnen. Bezeichnend für diesen Typ sind – neben einer vergleichsweise geringen Bevölkerungsdichte – ein hoher Anteil an Nahrungsmittelanbau zusammen mit einem gemäßigten Anbau von exportorientierten Agrarprodukten. Als Teil der Forschungsarbeit werden verschiedene neuartige Methoden vorgestellt, u.a. ein neuer konzeptioneller Rahmen für das Kategorisieren von Studien zur Parameteroptimierung, die „area fitness rate“ (AFR) als neue Messgröße für Flächendiskrepanzen, die klassifikations-basierte Nächster-Nachbar Klassifizierung sowie ein Ansatz zum Bestimmen der Güte von OBIA-Klassifizierungen. Schließlich gibt die Arbeit eine Reihe von Empfehlungen und bietet vielversprechende Ausgangspunkte für weiterführende wissenschaftliche Forschungen.:1. Introduction 2. Geodata and reference data 3. Object-based image analysis (OBIA) 4. Optimization of segmentation parameters 5. Feature selection and threshold determination 6. OBIA classification: rule set development and realisation 7. Classification results 8. Spatial farmland typology 9. Spatially explicit planning scenarios of rural livelihoods 10. Discussion

Der Klimawandel hat weitreichende Folgen auf die Gesundheit der Menschen. Insbesondere Übertragungskrankheiten wie Dengue bekommen global gesehen eine zunehmende Bedeutung. Über die raumzeitliche Verteilung und das Umwelt-Dengue Risiko ist bisher wenig bekannt. Das Hauptziel dieser Dissertation war es daher, die Ätiologie von Dengue in einem hoch endemischen Gebiet besser zu verstehen. Es wurden räumliche Muster des Krankheitsauftretens untersucht, die anschließend in einer Umwelt-Risiko Analyse mit örtlichen Wetterdaten und Landnutzungsinformationen in Zusammenhang gebracht wurden. Zunächst wurde ein raumzeitlicher Ansatz durchgeführt, um herauszufinden, in wie weit Analysen, die verschiedene Aggregationsebenen miteinander kombinieren, zu neuen Erkenntnissen von raumzeitlichen Mustern von Dengue beitragen können. Anschließend wurde ein auf nicht-lineare zeitliche Einflüsse kontrolliertes, Poisson-generalisiertes additives Regressionsmodell genutzt, um herauszufinden, welchen Einfluss Wetterparameter auf die Verbreitung von Dengue haben. Schließlich wurden Boosted regression trees verwendet, um auf nicht-lineare Zusammenhänge und Interaktionen zwischen einzelnen Landnutzungsfaktoren und Dengue zu kontrollieren und um eine Risikokarte zu erstellen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass mehr als eine geographische Ebene notwendig ist, um Krankheitscluster zu bestätigen. Minimaltemperatur, Regenmenge, und Windgeschwindigkeit waren mit der Verbreitung von Dengue im Untersuchungsgebiet assoziiert. Räumliche Dengue-Muster konnten durch Siedlungen, Wasser, gemischte Landwirtschaftsflächen, offene Flächen und stillgelegte Grünflächen erklärt werden. Dengue-Risiko ist auf der Ergebniskarte des Studiengebietes ersichtlich. Diese Dissertation liefert sowohl wertvolle Informationen für die Gesundheitspolitik in Malaysia als auch wichtige Herangehensweisen für die Entwicklung von Dengue-Kontrollmechanismen in und über die Untersuchungsregion hinaus. / Global changes to our earth system have impacts on human health; specifically vector-borne diseases such as dengue are of epidemiological importance. Dengue is a global disease burden. Little is known about the spatio-temporal distribution and environmental risk association of dengue disease. The main goal of this dissertation was to improve understanding of the etiology of dengue disease in a highly endemic region by focusing on, initially, vulnerability mapping of the disease occurrences and, next, environmental risk assessment between disease clusters and both weather and land use. First, a Spatio-temporal scan statistics approach was used to assess to what extent analyses that combine sub-district and address level data contribute to new insights into spatio-temporal dengue disease patterns to better inform health interventions. Second, a Poisson generalized additive model was used to assess the weather effects on dengue disease accounting for non-linear temporal effects. Third, a Boosted regression trees approach was used to account for nonlinearities and interactions between the land use factors and dengue disease and to generate a risk map. Results suggested that more than one geographical level was needed to confirm the disease clusters. Minimum temperature, rainfall and wind speed, were associated with the dengue cases in the study area. Spatial patterns of dengue cases could be explained by land use types, including human settlements, water bodies, mixed horticulture land, open land and neglected grassland. The predicted risk map depicted dengue risk in the study area. This dissertation provided compelling approaches that are highly valuable for dengue vector control policy advice; applicability is not confined to Malaysia but is transferable to other studies in similar settings.