This thesis deals with optimization of sound projectors, based on knowledge on the auditory perception. In sound projection it is desired that the lagging projected sound dominates the localization. One of the most limiting factors here is the leading direct sound, which, however, can only be reduced to a limited extent since the focusing capabilities of sound projectors are physically limited. In order to enable the perception-based optimization, it was therefore essential to gain an understanding of the perceptual role of the direct sound in achieving localization dominance of the projected sound, and which perception-based requirements for sound projection result from this role. A review of existing literature on the perception in scenarios with leading and lagging sound revealed that further insights into lag localization dominance were needed to this end. These insights were gained by conducting several psychoacoustic investigations in an anechoic chamber, reproducing the sounds via individual loudspeakers. Lag localization dominance seemed to be strongly influenced by the temporal characteristics of the playback signal. Afterwards, comprehensive perception-based requirements for sound projection were derived and their consequences for the design of sound projectors were discussed. On this basis, a method for the perception-based optimization was developed with the goal to reduce the influence of the direct sound on localization. This method was named localization masking. Localization masking is based on the additional generation of one or more sounds arriving earlier and from another direction than the direct sound at the position of the listener. An investigation under laboratory conditions, using cascaded lead-lag pairs representing the sounds involved, suggested that localization masking has the potential to achieve that goal. Localization masking enabled the initial lag, representing the projected sound, to dominate the localization up to a 7 dB higher level of the initial lead, representing the direct sound. Finally, localization masking was investigated under realistic conditions. Localization masking was applied to real sound projectors in a real room and proved to work. Localization masking enabled a given projector to be effectively used with a playback signal that requires stronger focusing capabilities. Furthermore, localization masking enabled a projector with less strong focusing capabilities to be effectively used with a given playback signal.

Durch den demografischen Wandel leben mehr diverse ältere Menschen in Städten. Es gibt jedoch keine Modelle, die das räumliche Verhalten von Älteren simulieren, obwohl sie einen geringen Aktionsradius haben und stärker von der umgebenden Infrastruktur abhängig sind. Gleichzeitig ist nicht erforscht, wie sich die Kombination von Variablen auf die Umzugsbereitschaft auswirkt und es sind keine Datensätze verfügbar, die genügend Informationen liefern. In dieser Arbeit wurde ein Workflow entwickelt, um die städtische Dynamik einer vielfältigen älteren Bevölkerung (>=65 Jahre) mit einem empirisch fundierten Agenten basierten Modell am Beispiel Berlins zu modellieren. Zunächst wurden eine Umfrage, Experteninterviews und eine Literaturrecherche durchgeführt, um Variablen abzuleiten, die zu einem Umzug führen. Zudem wurde ein Framework angepasst, um diverse Agenten abzuleiten. Die Bevölkerung wurde mit einer Clusteranalyse in Agententypologien (AT) mit gleichem Umzugsverhalten gruppiert. Die ATs wurden mit Erwartungen verglichen, die aus Literaturrecherche und Experteninterviews abgeleitet wurden. Danach wurden räumliche Informationen mit einer räumlichen Mikrosimulation hinzugefügt. Die Variablen Alter und Unterstützungsnetzwerk wurden als Gewichte für die Berechnung der Umzugswahrscheinlichkeit der einzelnen Agenten verwendet, da diese als die wichtigsten Faktoren für einen Umzug identifiziert wurden. Die Ergebnisse der Simulation wurden mit Daten verglichen. Außerdem wurden Veränderungen in der räumlichen Verteilung analysiert. Es zeigt sich, dass sich die ATs nicht räumlich segregieren und das resultierende Modell robust ist. Der Ansatz kann auf andere Städte übertragen werden, da er auf Daten beruht, die in anderen Regionen verfügbar sind. Zudem kann das Modell als Grundlage für detailliertere Agenten oder komplexere Verhaltensregeln dienen. Zusammengefasst liefert die Arbeit einen sehr guten Ansatz zur Modellierung einer vielfältigen Bevölkerung. / In the last years, more elderly with diverse backgrounds live in cities due to demographic changes. However, there exist no models which simulate the spatial behaviour of the elderly even though they have a smaller range of action and are more dependent on their surrounding infrastructure. At the same time, there is no research on how the combination of different variables affects their willingness to move and no datasets that provide sufficient information are available. This research developed a workflow, to model the urban dynamics of a diverse elderly population (>=65 years) with an empirically grounded agent-based model for the example of Berlin. First, a survey was conducted, along with expert interviews and literature research, to derive variables and reasons that lead to relocation. Additionally, an existing framework was adapted to derive diverse agents. The population was grouped with a cluster analysis into agent typologies (AT) with the same basic relocation behaviour. The resulting artificial population was evaluated with expectations derived from literature research and expert interviews. Afterwards, spatial information was added with a spatial microsimulation. Because age and support networks were identified as the most important factors for relocation, these variables were included as weights for the calculation of the relocation probability of every individual agent. The simulation output was compared to real population data. Furthermore, changes in the spatial distribution were evaluated based on a segregation index. It is shown that ATs do not segregate themselves spatially and the resulting model is robust. The approach can be adapted to other cities because it is based on data which is available in other regions. Furthermore, the model can be a basis for more detailed agents or more complex behaviour rules. In the end, the thesis provides an approach to model a diverse population with its behaviour rules.

Um zu verstehen, wie das Gehirn von Säugetieren funktioniert, untersuchen wir wie neuronale Aktivität einerseits zu Kognition beträgt und andererseits komplexe Verhaltensweisen ermöglicht. Im Fokus dieser Doktorarbeit stehen dabei zwei Regionen der Großhirnrinde der Ratte: der parahippocampale Cortex und der motorische Cortex. Im ersten Teil haben wir neuronale Schaltkreise im parahippocampalen Cortex und in den oberen Schichten des enthorhinalen Cortex untersucht, während Ratten ihre Umgebung räumlich erkunden. Diese beiden Regionen tragen wesentlich zum Orientierungssinn bei. Dabei haben wir herausgefunden, dass anatomische Identität und Einbindung in den Microschaltkreis einerseits räumliche neuronale Signale, wie zum Beispiel der Aktivität von grid cells, border cells und head-direction cells, bestimmen. Andererseits tragen diese beiden Eigenschaften auch zur temporalen Präzision neuronaler Signale bei, wie zum Beispiel in Form von spike bursts, theta Modulation und phase precession. Im zweiten Teil dieser Doktorarbeit untersuchen wir die Aktivität von Neuronen im Vibrissen Motorcortex während komplexer Bewegungsabläufe der Schnurrhaare, die dem natürlichen Repertoire der Ratte entstammen: eigeninitiierte Bewegungen in freier Luft, Berührung von Artgenossen zur sozialen Interaktion und das Abtasten von Objekten. Dabei haben wir herausgefunden, dass neuronale Aktivität im Motorcortex während der Bewegung der Schnurrhaare unterdrückt ist, dass elektrische Microstimulation zum Rückzug der Schnurrhaare führt und, dass pharmakologische Blockade Bewegung der Schnurrhaare fördert. Um diese überraschende Beobachtung in einen breiteren Kontext zu integrieren, endet dieser Teil mit einer Bewertung der Literatur zu der bewegungsunterdrückenden Wirkung von Motorcortex Aktivität bei Nagetieren, Primaten und Menschen. / In order to understand how the mammalian brain works, we must investigate how neural activity contributes to cognition and generates complex behavioral output. In this thesis I present work, which focuses on two regions of the cerebral cortex of rats: parahippocampal cortex and motor cortex. In the first part of the thesis we investigate neural circuits in the parasubiculum and the superficial medial enthorhinal cortex, two structures that play a key role in spatial cognition. Briefly, we find that the in these regions, anatomical identity and microcircuit embedding is a major determinant of both spatial discharge patterns (such as the discharge patterns of grid cells, border cells and head-direction cells) and temporal coding features (such as spike bursts, theta-modulation and phase precession). In the second part of the thesis we investigate the activity of neurons in vibrissa motor cortex during complex motor behaviors, which play a vital role in rat ecology: self-initiated bouts of exploratory whisking in air, whisking to touch conspecifics during social interactions and whisking to palpate objects. Briefly, we find that neural activity decreases during whisking behaviors, that microstimulation leads to whisker retraction and that pharmacological blockade increases whisker movement. Thus, our observations collectively suggest that a primary role of vibrissa motor cortex activity is to suppress whisking behaviors. The second part of the thesis concludes with a literature review of motor suppressive effects of motor cortical activity across rodents, primates and humans to put this unexpected finding in a broader context.

Die Netzwerktheorie ist eine wirksame Methode, um die Struktur realer Systeme, z.B. des Klimasystems, zu beschreiben und zu klassifizieren. Der erste Teil dieser Arbeit nutzt diese Diskriminanzfähigkeit um die Ost- und Zentralpazifischen Phasen von El Niño und La Niña mittels eines Index basierend auf der Evaluation zeitlich entwickelnder Klimanetzwerke zu unterscheiden. Nach dem Studium der klimatischen Einflüsse dieser unterschiedenen Phasen verlegt die Arbeit ihren Schwerpunkt von der Klassifikation einzelner klimatischer Schichten auf den generelleren Fall interagierender Netzwerke. Hier repräsentieren die Teilnetzwerke entsprechende Variabilitäten in Ozean und Atmosphäre. Es zeigt sich, dass die Ozean-Atmosphären-Wechselwirkung einer hierarchischen Struktur folgt wobei makroskopische Netzwerkmaße einzelne Atmosphärenschichten bezüglich ihrer Wechselwirkung mit dem Ozean unterscheiden. Der zweite Teil dieser Arbeit untersucht den Einfluss der räumlichen Einbettung von Knoten auf topologische Netzwerkeigenschaften. Hierzu werden Nullmodelle eingeführt, welche zufällige Surrogate eines gegebenen Netzwerks erzeugen, sodass globale und lokale räumliche Eigenschaften erhalten bleiben. Diese Modelle erfassen die makroskopischen Eigenschaften der studierten Netzwerke besser als bisherige Standardmodelle zur Erzeugung von Zufallsnetzwerken. Abhängig von der Performanz der vorgeschlagenen Modelle können gegebene Netzwerke schlussendlich in verschiedene Klassen eingeteilt werden. Die Arbeit schließt mit einer Erweiterung der bisherigen Netzwerkklassifikatoren um eine zweidimensionale Metrik, welche Netzwerke auf Basis ihrer Komplexität unterscheidet. Es wird gezeigt, dass Netzwerke des gleichen Typs dazu neigen in individuellen Bereichen der resultierenden Komplexitäts-Entropie-Ebene zu liegen. Die eingeführte Methode ermöglicht auch die objektive Konstruktion von Klimanetzwerken indem Schwellwerte gewählt werden, die die statistische Komplexität maximieren. / Complex network theory provides a powerful tool to quantify and classify the structure of many real-world complex systems, including the climate system. In its first part, this work demonstrates the discriminative power of complex network theory to objectively classify Eastern and Central Pacific phases of El Niño and La Niña by proposing an index based on evolving climate networks. After an investigation of the climatic impacts of these discriminated flavors, this work moves from the classification of sets of single-layer networks to the more general study of interacting networks. Here, subnetworks represent oceanic and atmospheric variability. It is revealed that the ocean-to-atmosphere interaction in the Northern hemisphere follows a hierarchical structure and macroscopic network characteristics discriminate well different parts of the atmosphere with respect to their interaction with the ocean. The second part of this work assesses the effect of the nodes’ spatial embedding on the networks’ topological characteristics. A hierarchy of null models is proposed which generate random surrogates from a given network such that global and local statistics associated with the spatial embedding are preserved. The proposed models capture macroscopic properties of the studied spatial networks much better than standard random network models. Depending on the models’ actual performance networks can ultimately be categorized into different classes. This thesis closes with extending the zoo of network classifiers by a two-fold metric to discriminate different classes of networks based on assessing their complexity. Within this framework networks of the same category tend to cluster in distinct areas of the complexity-entropy plane. The proposed framework further allows to objectively construct climate networks such that the statistical network complexity is maximized.

Die Technologie der Computer Erweiterten Realität (engl.: Computer Augmented Reality, CAR) ermöglicht die Anreicherung der Sinneswahrnehmung des Menschen mit computergenerierten Informationen. Diese situationsangepassten Informationen unterstützen den Benutzer bei der Ausführung seiner Handlungen in der Realität. Durch den Einsatz dieser Technologie im industriellen Bereich wird eine Steigerung der Qualität und Effizienz von Industrieprozessen erwartet. Die vorliegende Arbeit untersucht den CAR-Einsatz zur Unterstützung von Tätigkeiten im Bereich technischer Instandhaltung. Am Institut für Prozess- und Produktionsleittechnik der Technischen Universität Clausthal wurde der Prototyp eines CAR-basierten Informations- und Dokumentationssystems für die Instandhaltung entwickelt. Er stellt eine alternative, praxistaugliche und kostengünstige Systemlösung dar, verglichen mit traditionellen CAR-Systemen, deren industrieller Einsatz durch technische, ergonomische und kostenbedingte Probleme nach wie vor erschwert wird. In einer Reihe von Benutzertests wurde die Gebrauchstauglichkeit dieses Prototyps zur Unterstützung von Instandhaltungstätigkeiten durch die Bereitstellung CAR-basierter Bedienungsanleitungen evaluiert. Des Weiteren wurde der Einfluss der speziellen interaktiven Eigenschaften des virtuell erweiterten Umgebungsbildes dieses Prototyps auf die räumliche Orientierung des Benutzers in einer größeren, unbekannten Umgebung untersucht. Die Ergebnisse sprechen deutlich für eine Eignung des Systems. Neben zeitlichen Einsparungen sind insbesondere reduzierte Fehlerzahlen und eine erleichterte räumliche Orientierung in größeren, komplex aufgebauten sowie in nicht oder wenig bekannten Umgebungen zu nennen. Durch die Möglichkeit, Objekte einer Anlage eindeutig zu identifizieren, wird letztlich die Arbeitssicherheit erhöht. / The technology of Computer Augmented Reality (CAR) enriches the perception of a person with computer-generated information. This virtual information supports the user when acting in the real environment. Increased quality and efficiency of industrial processes are expected by applying this technology. This thesis examines the potentials of CAR for supporting activities in industrial maintenance. At Clausthal University of Technology the prototype of a system for information and documentation in maintenance was developed. Compared to traditional CAR-systems with their technical, ergonomic and financial problems it is an alternative solution that can easily be used in industrial environments. In various tests the usability of this prototype for giving operating instructions was evaluated. Also, the influence of this prototype’s interactive augmented live-video on the spatial orientation was examined. The results clearly speak for the suitability of this system. It reduces execution time and error rates. Allowing exact identification of objects in complex or unknown environments it increases the operational safety.

Die wichtigste Frage der Raumwirtschaftstheorie lautet: Welches sind die Ursachen für die Entstehung, den Bestand und die Wandlungen räumlicher Wirtschaftsstrukturen? Zu den markantesten Strukturen gehören zweifellos Agglomerationen, die nicht auf natürliche Ursachen zurückgeführt werden können. Die Neue Ökonomische Geographie gibt eine Antwort auf die Frage nach den Gründen ihrer Existenz aus einem mikroökonomischen Totalmodell, das unterschiedliche Regionen und Produktionssektoren, heterogene Güter und unterschiedliche Transportkosten berücksichtigt. Das vorliegende Buch verfolgt drei Ziele: Zunächst wird dieses neue Paradigma in einen dogmenhistorischen Zusammenhang mit der traditionellen Raumwirtschaftstheorie und Handelstheorie gestellt. Ferner wird das Basismodell des Ansatzes ausführlich beschrieben und danach kritisch diskutiert. Schließlich werden einige Erweiterungsmöglichkeiten aufgezeigt, die in der Lage sind, einige zuvor genannte Kritikpunkte bezüglich des Grundmodells aufzuheben. / The most important question of regional economics is: What are the reasons for the existence, the growth, and the changes of regional economic structures? Without any doubt, agglomerations which are not based on natural sources belong to the most significant regional structures. The New Economic Geography gives answers - based on a microeconomic total model with different regions and industrial sectors, with heterogeneous goods and different transport costs - to the questions with regard to the reasons of the existence of agglomerations. This book pursues three objectives: First of all, the new paradigm is connected with the historical background of the traditional regional economics and trade theory. Furthermore, the basic model is described in detail and then discussed from a critical point of view. Finally, some possible extensions are introduced, which make it possible to eliminate some criticized elements of the basic model.

Current climate warming is affecting arctic regions at a faster rate than the rest of the world. This has profound effects on permafrost that underlies most of the arctic land area. Permafrost thawing can lead to the liberation of considerable amounts of greenhouse gases as well as to significant changes in the geomorphology, hydrology, and ecology of the corresponding landscapes, which may in turn act as a positive feedback to the climate system. Vast areas of the east Siberian lowlands, which are underlain by permafrost of the Yedoma-type Ice Complex, are particularly sensitive to climate warming because of the high ice content of these permafrost deposits. Thermokarst and thermal erosion are two major types of permafrost degradation in periglacial landscapes. The associated landforms are prominent indicators of climate-induced environmental variations on the regional scale. Thermokarst lakes and basins (alasses) as well as thermo-erosional valleys are widely distributed in the coastal lowlands adjacent to the Laptev Sea. This thesis investigates the spatial distribution and morphometric properties of these degradational features to reconstruct their evolutionary conditions during the Holocene and to deduce information on the potential impact of future permafrost degradation under the projected climate warming. The methodological approach is a combination of remote sensing, geoinformation, and field investigations, which integrates analyses on local to regional spatial scales. Thermokarst and thermal erosion have affected the study region to a great extent. In the Ice Complex area of the Lena River Delta, thermokarst basins cover a much larger area than do present thermokarst lakes on Yedoma uplands (20.0 and 2.2 %, respectively), which indicates that the conditions for large-area thermokarst development were more suitable in the past. This is supported by the reconstruction of the development of an individual alas in the Lena River Delta, which reveals a prolonged phase of high thermokarst activity since the Pleistocene/Holocene transition that created a large and deep basin. After the drainage of the primary thermokarst lake during the mid-Holocene, permafrost aggradation and degradation have occurred in parallel and in shorter alternating stages within the alas, resulting in a complex thermokarst landscape. Though more dynamic than during the first phase, late Holocene thermokarst activity in the alas was not capable of degrading large portions of Pleistocene Ice Complex deposits and substantially altering the Yedoma relief. Further thermokarst development in existing alasses is restricted to thin layers of Holocene ice-rich alas sediments, because the Ice Complex deposits underneath the large primary thermokarst lakes have thawed completely and the underlying deposits are ice-poor fluvial sands. Thermokarst processes on undisturbed Yedoma uplands have the highest impact on the alteration of Ice Complex deposits, but will be limited to smaller areal extents in the future because of the reduced availability of large undisturbed upland surfaces with poor drainage. On Kurungnakh Island in the central Lena River Delta, the area of Yedoma uplands available for future thermokarst development amounts to only 33.7 %. The increasing proximity of newly developing thermokarst lakes on Yedoma uplands to existing degradational features and other topographic lows decreases the possibility for thermokarst lakes to reach large sizes before drainage occurs. Drainage of thermokarst lakes due to thermal erosion is common in the study region, but thermo-erosional valleys also provide water to thermokarst lakes and alasses. Besides these direct hydrological interactions between thermokarst and thermal erosion on the local scale, an interdependence between both processes exists on the regional scale. A regional analysis of extensive networks of thermo-erosional valleys in three lowland regions of the Laptev Sea with a total study area of 5,800 km² found that these features are more common in areas with higher slopes and relief gradients, whereas thermokarst development is more pronounced in flat lowlands with lower relief gradients. The combined results of this thesis highlight the need for comprehensive analyses of both, thermokarst and thermal erosion, in order to assess past and future impacts and feedbacks of the degradation of ice-rich permafrost on hydrology and climate of a certain region. / Die gegenwärtige Klimaerwärmung wirkt sich auf arktische Regionen stärker aus als auf andere Gebiete der Erde. Das hat weitreichende Konsequenzen für Permafrost, der weite Teile der terrestrischen Arktis unterlagert. Das Tauen von Permafrost kann zur Freisetzung erheblicher Mengen an Treibhausgasen sowie zu gravierenden Änderungen in der Geomorphologie, Hydrologie und Ökologie betroffener Landschaften führen, was wiederum als positive Rückkopplung auf das Klimasystem wirken kann. Ausgedehnte Gebiete der ostsibirischen Tiefländer, die mit Permafrost des Yedoma Eiskomplex unterlagert sind, gelten aufgrund des hohen Eisgehalts dieser Permafrostablagerungen als besonders empfindlich gegenüber Klimaerwärmungen. Thermokarst und Thermoerosion sind zwei Hauptformen der Permafrostdegradation in periglazialen Landschaften. Die zugehörigen Landschaftsformen sind auf der regionalen Skala bedeutende Indikatoren klimainduzierter Umweltvariationen. Thermokarstseen und senken (Alasse) sowie Thermoerosionstäler sind in den Küstentiefländern der Laptewsee weit verbreitet. Die vorliegende Dissertation untersucht die räumliche Verbreitung und die morphometrischen Eigenschaften dieser Degradationsformen mit dem Ziel, ihre Entwicklungsbedingungen während des Holozäns zu rekonstruieren und Hinweise auf potenzielle Auswirkungen zukünftiger Permafrostdegradation im Zuge der erwarteten Klimaerwärmung abzuleiten. Der methodische Ansatz ist eine Kombination aus Fernerkundungs-, Geoinformations- und Geländeuntersuchungen, die Analysen auf lokalen bis regionalen räumlichen Skalen integriert. Thermokarst und Thermoerosion haben die Untersuchungsregion tiefgreifend geprägt. Im Eiskomplexgebiet des Lena-Deltas nehmen Thermokarstsenken eine weitaus größere Fläche ein als Thermokarstseen auf Yedoma-Hochflächen (20,0 bzw. 2,2 %), was darauf hin deutet, dass die Bedingungen für die Entwicklung von großflächigem Thermokarst in der Vergangenheit wesentlich günstiger waren als heute. Die Rekonstruktion der Entwicklung eines einzelnen Alas im Lena-Delta belegt eine andauernde Phase hoher Thermokarstaktivität seit dem Übergang vom Pleistozän zum Holozän, die zur Entstehung einer großen und tiefen Senke führte. Nach der Drainage des primären Thermokarstsees im mittleren Holozän erfolgten Permafrostaggradation und degradation parallel und in kürzeren abwechselnden Etappen innerhalb des Alas und führten zu einer komplexen Thermokarstlandschaft. Trotzdem die spätholozäne Thermokarstentwicklung im Alas dynamischer ablief als die erste Entwicklungsphase, resultierte sie nicht in der Degradation großer Teile pleistozäner Eiskomplexablagerungen und einer wesentlichen Veränderung des Yedoma-Reliefs. Weitere Thermokarstentwicklung in bestehenden Alassen ist begrenzt auf geringmächtige Lagen holozäner eisreicher Alas-Sedimente, da die Eiskomplexablagerungen unter den großen primären Thermokarstseen vollständig getaut waren und die unterlagernden Sedimente aus eisarmen, fluvialen Sanden bestehen. Thermokarstprozesse auf ungestörten Yedoma-Hochflächen wirken am stärksten verändernd auf Eiskomplexablagerungen, werden aber in Zukunft auf geringere Ausmaße begrenzt sein, da die Verfügbarkeit großer ungestörter, schwach drainierter Yedoma-Hochflächen abnimmt. Auf der Insel Kurungnakh im zentralen Lena-Delta beträgt der für zukünftige Thermokarstentwicklung verfügbare Anteil an Yedoma-Hochflächen nur 33,7 %. Die zunehmende Nähe von sich entwickelnden Thermokarstseen auf Yedoma-Hochflächen zu bestehenden Degradationsstrukturen und anderen negativen Reliefformen verringert die Möglichkeit der Thermokarstseen, große Ausmaße zu erreichen bevor sie drainieren. Die Drainage von Thermokarstseen durch Thermoerosion ist in der Untersuchungsregion weit verbreitet, aber Thermoerosionstäler versorgen Thermokarstseen und –senken auch mit Wasser. Neben diesen direkten hydrologischen Wechselwirkungen zwischen Thermokarst und Thermoerosion auf der lokalen Ebene existiert auch eine Interdependenz zwischen beiden Prozessen auf der regionalen Ebene. Eine regionale Analyse weitreichender Netze von Thermoerosionstälern in drei Tieflandgebieten der Laptewsee mit einer Fläche von insgesamt 5800 km² zeigte, dass diese Formen häufiger in Gebieten mit höheren Geländeneigungen und Reliefgradienten auftreten, während Thermokarstentwicklung stärker in flachen Tiefländern mit geringeren Reliefgradienten ausgeprägt ist. Die kombinierten Ergebnisse dieser Dissertation zeigen die Notwendigkeit von umfassenden Analysen beider Prozesse und Landschaftsformen, Thermokarst und Thermoerosion, im Hinblick auf die Abschätzung vergangener und zukünftiger Auswirkungen der Degradation eisreichen Permafrosts auf Hydrologie und Klima der betrachteten Region und deren Rückkopplungen.

Gegenstand der Arbeit ist die Untersuchung der Anwendbarkeit stochastisch-deterministischer Modelle für die räumliche und zeitliche Vorhersage der Ozonkonzentrationen in Sachsen. Zu diesem Zweck werden die Messwerte des sächsischen Landesmessnetzes von 1995 bis 1999 einer eingehenden statistischen Analyse (deskriptive Analyse, geostatistische Analyse, Zeitreihenanalyse) unterzogen. Bei diesen Analysen werden Repräsentativitätsunterschiede der einzelnen Stationen (städtisch/ländlich) deutlich, die bei Verwendung aller Daten zu einem sehr hohen Nuggeteffekt führen. Um ein realistischeres Bild des Nuggeteffektes zu erhalten, wurde die jeweils am stärksten verkehrsbeeinflusste Station in derselben Stadt aus der Variogrammberechnung ausgeschlossen. Durch die Forschungsarbeit wird gezeigt, dass die Ozonwerte auch nach der Eliminierung räumlicher und zeitlicher Trends eine ausreichende räumliche Autokorrelation besitzen. Schließlich werden geostatistische und zeitreihenanalytische Modelle für die räumliche und zeitliche Vorhersage der sächsischen Ozondaten entwickelt und ihre Genauigkeit überprüft.

Im Niedertemperaturplasma einer Stickstoff-Hochfrequenzgasentladung werden mit Hilfe der plasmadiagnostischen Methoden LIF und OES räumliche Konzentrationsprofile der N2-Triplett-Zustände A, B und C in verschiedenen Schwingungsniveaus studiert. Dabei wird die Druckabhängigkeit im Bereich 30 bis 100 Pa und die Abhängigkeit von der Brennspannung bis 250 V untersucht. Die deutlich unterschiedlichen räumlichen Verteilungen der verschiedenen Spezies werden mit Hilfe einer Modellierung beschrieben, die sowohl Elektronenstoßanregung in der Plasmarandschicht als auch Diffusion, Stoßabregung, Kaskadenprozesse sowie Deaktivierung durch Wandstöße berücksichtigt. Dabei zeigt sich, daß vor allem Wandstöße für die räumliche Verteilung der langlebigen Spezies A(v=0,1) von zentraler Bedeutung sind. Die kurzlebigen C und B finden sich hingegen hauptsächlich in der Plasmarandschicht. Durch die Kombination der LIF mit Rayleighstreulichtexperimenten werden absolute Teilchendichten der drei Triplett-Zustände bestimmt.

In dieser Dissertation werden erstmals Kenntnisse über ökologische Felder von Einzelbäumen mit Methoden der räumlichen Optimierung kombiniert, um ein Werkzeug zu schaffen, mit dem Empfehlungen für die Strukturierung von Beständen erarbeiten werden können. Dabei waren drei unterschiedliche waldbauliche Problemstellungen Ausgangspunkt der Arbeit. Die ausführliche Beschreibung der Probleme führte zur Ableitung eines allgemeinen Optimierungsproblems, das nach optimalen Stammverteilungsplänen bzgl. verschiedener, waldbaulicher Zielsetzungen sucht. Der erster Schwerpunkt war die mathematische Herleitung der Zielgrößen. Hierbei wurde die Idee der Einzelbaumeffekte und das Konzept der ökologischen Felder verwendet, um die Zielgrößen aus den Einzelbaumeffekten zu entwickeln. Der zweite Schwerpunkt umfasste die Suche nach einem geeigneten Optimierungsmodell, mit dem die Horizontalstruktur eines Bestandes basierend auf weitreichenden, stetigen Einzelbaumeffekten räumlich optimiert werden konnte. Der gegebene Überblick zum Stand der Forschung bzgl. der räumlichen Optimierung in der Forstwissenschaft zeigte auf, dass nur Teilaspekte des allgemeinen Optimierungsproblems bisher modelliert worden sind. Von den vier daraufhin neu entwickelten Optimierungsmodellen wurden ein kontinuierliches und ein diskretes Modells nach der Auswertung der Eigenschaften weiterverwendet. Die Bewertung von verschiedenen, vorgestellten Nachbarschaftsdefinitionen und Varianten von lokalen Suchverfahren, Meta- und Hybridheuristiken führte zur Verwendung von k-opt für das diskrete Optimierungsmodell, von Compass Search für das kontinuierliche Optimierungsmodell und von Threshold Accepting und Iterated Local Search für beide Modelle. Für alle drei Optimierungsprobleme wurden jeweils zwei Tests je Algorithmus mit einer in C++ implementierten Optimierungssoftware durchgeführt. Beim ersten Test sollten in kurzer Zeit wiederholt gute Lösungen berechnet werden, während im zweiten Test wesentlich mehr Funktionswertberechnungen zur Verfügung standen, um eine sehr gute Lösung zu erhalten. Die Auswertung der Testrechnungen zeigte, dass das diskrete Optimierungsmodell dem kontinuierlichen Modell außer bei einem geringen Bestockungsgrad des Bestandes vorzuziehen ist. Die Zielfunktionsdefinitionen hatten wesentlichen Einfluss auf die Lösungen, vor allem bei gegenläufigen Zielen. Sehr gute Lösungen wiesen dabei charakteristische Verteilungsschemata der Baumpositionen auf, die nur durch eine Optimierung und nicht durch das wiederholte, zufällige Verteilen von Bäumen gefunden werden konnten. Für das diskrete Modell lieferte Threshold Accepting vor 2-opt und Iterated Local Search fast immer die besten Ergebnisse. 4-opt war immer deutlich schlechter als die anderen Algorithmen. Threshold Accepting berechnete sowohl sehr schnell gute Lösungen und als auch die besten Lösungen, wenn eine intensive Suche mit sehr vielen Funktionswertberechnungen möglich war.