Universiẗat, Diss., 2001--Heidelberg. / Erscheinungsjahr an der Haupttitelstelle: 2001.

Es gibt bereits viele Hinweise dafür, dass Seen sehr sensibel auf die anthropogen verursachte Klimaerwärmung reagiert haben. Bis jetzt haben sich die Studien der Klimafolgenforschung hauptsächlichst auf die Auswirkungen der Erwärmung im Winter und Frühling konzentriert. Über den Einfluss der Klimaerwärmung auf Seen in den gemäßigten Breiten im Sommer ist weniger bekannt. In der vorliegenden Doktorarbeit habe ich einige Faktoren, welche die Reaktion von Seen auf die Erwärmung im Sommer vermutlich stark mitbestimmt haben, untersucht. Der Schwerpunkt lag dabei auf klimatisch induzierten Auswirkungen auf die thermische Charakteristik und die Phänologie und Abundanz des Planktons eines flachen und polymiktischen Sees (Müggelsee, Berlin). Zuerst wurde der Einfluss der Klimaerwärmung auf die Phänologie und Abundanz des Planktons in verschiedenen Jahreszeiten untersucht. Das schnellwachsende Phyto- und Zooplankton (Daphnia) im Frühjahr hat sich vorwiegend synchron vorverschoben, wohingegen Veränderungen des Sommerzooplanktons deutlich artspezifisch und nicht synchron waren. Die Phänologie oder Abundanz einiger Sommercopepoden hat sich entsprechend der individuellen thermischen Anforderungen innerhalb bestimmter Entwicklungsstufen, wie zum Beispiel der Emergenz von der Diapause im Frühling, verändert. Die Studie unterstreicht, dass nicht nur der Grad der Erwärmung, sondern auch dessen Zeitpunkt innerhalb des Jahres von großer ökologischer Bedeutung ist. Um die Auswirkungen des Klimawandels auf die thermischen Eigenschaften des Sees zu erforschen, habe ich die Langzeitentwicklung der täglichen epilimnischen Temperaturextrema während des Sommers untersucht. Durch diese Studie wurde zum ersten Mal für Seen gezeigt, dass die täglichen epilimnischen Minima (Nacht) stärker angestiegen sind als die Maxima (Tag), wodurch sich der tägliche epilimnische Temperaturbereich deutlich verringert hat. Diese Tag-Nacht-Asymmetrie in der epilimnischen Temperatur wurde durch eine erhöhte Emission von Langwellenstrahlung aus der Atmosphäre während der Nacht verursacht. Dies unterstreicht, dass nicht nur Erhöhungen der Lufttemperatur, sondern auch Änderungen anderer meteorologischer Variablen wie der Windgeschwindigkeit, der Luftfeuchte und der Bewölkung eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der Seetemperatur im Hinblick auf weitere Klimaveränderungen spielen werden. Zudem wurde eine Kurzzeitanalyse zum Schichtungsverhalten des polymiktischen Sees durchgeführt, um die Häufigkeit und Dauer von Schichtungsereignissen und deren Einfluss auf den gelösten Sauerstoff, die gelösten Nährstoffe und das Phytoplankton zu untersuchen. Selbst während der längsten Schichtungsereignisse (Hitzewellen 2003 und 2006) unterschieden sich die Auswirkungen auf den See von denen, welche in flachen dimiktischen Seen während der kontinuierlichen Sommerschichtung auftreten. Die hypolimnische Temperatur war höher, was die Sauerstoffzehrung und die Akkumulation von gelösten Nährstoffen begünstigt hat. Die thermische Schichtung wird in Zukunft sehr wahrscheinlich zunehmen. Dies lässt darauf schließen, dass polymiktische Seen sehr anfällig gegenüber Änderungen im Hinblick auf projizierte Klimaveränderungen sein werden. Abschließend wurde eine Studie über Lang- und Kurzzeitveränderungen in der Entwicklung der planktischen Larven der Muschel Dreissena polymorpha durchgeführt, um den Einfluss der Veränderungen im thermischen und trophischen Regime des Sees zu analysieren. Die Klimaerwärmung und die Verringerung in der externen Nährstofffracht haben die Abundanz der Larven stark beeinflusst indem sie jeweils auf bestimmte Entwicklungsphasen dieser Art während der warmen Jahreszeiten gewirkt haben. Der Anstieg in der Abundanz und der Länge der Larven stand im Zusammenhang mit dem Rückgang der Nährstofffracht und der Veränderung der Phytoplanktonzusammensetzung. Die Hitzewellen in den Jahren 2003 und 2006 haben diesen positiven Effekt auf die Larvenabundanz jedoch durch ungünstige Sauerstoffkonzentrationen während der sehr langen Schichtung aufgehoben. Die Klimaerwärmung kann demzufolge entgegenwirkende Effekte in produktiven flachen Seen, in welchen die externe Nährstofffracht reduziert wurde, auslösen. Aus diesen Ergebnissen schließe ich, dass nicht nur die Art des Klimawandels und damit der Zeitpunkt der Erwärmung und das Auftreten von Extremen wie Hitzewellen, sondern auch standortspezifische Bedingungen wie Schichtungsverhalten und Trophiegrad entscheidende Faktoren sind, welche die Auswirkungen der Klimaerwärmung auf interne Seeprozesse im Sommer bestimmen. Somit sollte sich die weiterführende Klimafolgenforschung für Seen darauf konzentrieren, wie verschiedene Seetypen auf die komplexen Umweltveränderungen im Sommer reagieren, damit ein umfassenderes Verständnis über den Einfluss von anthropogen verursachten Veränderungen auf Seen der gemäßigten Breiten erreicht wird. / There is already strong evidence that temperate lakes have been highly vulnerable to human induced climate warming during the last century. Hitherto climate impact studies have mainly focussed on the impacts of the recent long-term warming in winter and spring and little is known on the influence of climate warming on temperate lakes in summer. In the present thesis, I studied some aspects, which may have been strongly involved in determining the response of a lake to climate warming in summer. Thereby I have focussed on climate induced impacts on the thermal characteristics and the phenology and abundance of summer plankton in a shallow polymictic lake (Müggelsee, Germany). First, the influence of climate warming on the phenology and abundance of the lake plankton was investigated across seasons. Fast-growing spring phytoplankton and zooplankton (Daphnia) advanced largely synchronously, whereas long-term changes in the phenology of slow-growing summer zooplankton were clearly species-specific and not synchronised. The phenology and/or abundance of several summer copepod species changed according to their individual thermal requirements at decisive developmental stages such as emergence from diapause in spring. The study emphasises that not only the degree of warming, but also its timing within the annual cycle is of great ecological importance. To analyse the impact of climate change on the thermal characteristics of the lake, I examined the long-term development of the daily epilimnetic temperature extrema during summer. The study demonstrated for the first time for lakes that the daily epilimnetic minima (during nighttime) have increased more rapidly than the daily epilimnetic maxima (during daytime), resulting in a distinct decrease in the daily epilimnetic temperature range. This day-night asymmetry in epilimnetic temperature was likely caused by an increased nighttime emission of long-wave radiation from the atmosphere. This underlines that not only increases in air temperature, but also changes in other meteorological variables such as wind speed, relative humidity and cloud cover may play an important role in determining the lake temperature with respect to further climate change. Furthermore, a short-term analysis on the mixing regime of the polymictic lake was conducted to examine the frequency and duration of stratification events and their impacts on dissolved oxygen, dissolved nutrients and summer phytoplankton. Even during the longest stratification events (heatwaves in 2003 and 2006) the thermal characteristics of the lake differed from those typically found in shallow dimictic lakes, which exhibit a continuous stratification during summer. Particularly, hypolimnetic temperatures were higher, favouring the depletion of oxygen and the accumulation of dissolved nutrient in the hypolimnion. Thermal stratification will be very likely amplified in the future, thus, I conclude that polymictic lakes will be very vulnerable to alterations in the thermal regime with respect to projections of further climate change during summer. Finally, a long-term case study on the long and short-term changes in the development of the planktonic larvae of the freshwater mussel Dreissena polymorpha was performed to analyse the impacts of simultaneous changes in the thermal and in the trophic regime of the lake. Both the climate warming and the decrease in external nutrient load were important in determining the abundance of the pelagic larvae by affecting different features of the life-history of this species throughout the warm season. The long-term increase in the abundance and length of larvae was related to the decrease in external nutrient loading and the change in phytoplankton composition. However, the recent heatwaves in 2003 and 2006 have offset this positive effect on larval abundance, due to unfavourable low oxygen concentrations that had resulted from extremely long stratification events, mimicking the effects of nutrient enrichment. Climate warming may thus induce counteracting effects in productive shallow lakes that underwent lake restoration through a decrease in external nutrient loading. I conclude that not only the nature of climate change and thus the timing of climate warming throughout the seasons and the occurrence of climatic extremes as heatwaves, but also site-specific lake conditions as the thermal mixing regime and the trophic state are crucial factors governing the impacts of climate warming on internal lake processes during summer. Consequently, further climate impact research on lake functioning should focus on how the different lake types respond to the complex environmental forcing in summer, to allow for a comprehensive understanding of human induced environmental changes in lakes.

Diss. Univ. Uppsala, 2008.

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Rekonstruktion von Klima in historischen Zeiten im tropischen Ostafrika. Nach einer Übersicht über die heutigen klimatischen Bedingungen der Tropen und den Besonderheiten des ostafrikanischen Klimas, werden die Möglichkeiten der Klimarekonstruktion anhand von Seesedimenten diskutiert. Es zeigt sich, dass die hoch gelegenen Seen des Zentralen Keniarifts, als Teil des Ostafrikanischen Grabensystems, besonders geeignete Klimaarchive darstellen, da sie sensibel auf klimatische Veränderungen reagieren. Veränderungen der Seechemie, wie sie in den Sedimenten aufgezeichnet werden, eignen sich um die natürlichen Schwankungen in der Quartären Klimageschichte Ostafrikas nachzuzeichnen. Basierend auf der guten 40Ar/39Ar- und 14C-Datierbarkeit der Seesedimente wird eine Chronologie der paläoökologischen Bedingungen anhand von Diatomeenvergesellschaftungen restauriert. Dabei zeigen sich für die Seen Nakuru, Elmenteita und Naivasha kurzfristige Transgression/ Regressions-Zyklen im Intervall von ca. 11.000 Jahren während des letzten (ca. 12.000 bis 6.000 J.v.H.) und vorletzten Interglazials (ca. 140.000 bis 60.000 J.v.H.). Zusätzlich kann ein allgemeiner, langfristiger Trend der Seeentwicklung von großen Frischwasserseen hin zu stärker salinen Gewässern innerhalb der letzen 1 Mio. Jahre festgestellt werden. Mittels Transferfunktionen und einem hydro-klimatischen Modellansatz können die restaurierten limnologischen Bedingungen als klimatische Schwankungen des Einzugsgebietes interpretiert werden. Wenngleich auch der zusätzliche Einfluss von tektonischen Veränderungen auf das Seeeinzugsgebiet und das Gewicht veränderter Grundwasserströme abgewogen werden, zeigt sich, dass allein geringfügig erhöhte Niederschlagswerte von ca. 30±10 % zu dramatischen Seespiegelanstiegen im Zentralen Keniarift führen. Aufgrund der etablierten hydrrologisch-klimatischen Wechselwirkungen werden Rückschlüsse auf die natürliche Variabilität des ostafrikanischen Klimas gezogen. Zudem wird die Sensitivität der Keniarift-Seen in Bezug auf die Stärke der äquatorialen Insolation und hinsichtilch variabler Oberflächenwassertemperaturen des Indischen Ozeans bewertet. / In this work, an approach of paleoclimate reconstruction for tropical East Africa is presented. After giving a short summary of modern climate conditions in the tropics and the East African climate peculiarity, the potential of reconstructing climate from paleolake sediments is discussed. As demonstrated, the hydrologic sensitivity of high-elevated closed-basin lakes in the Central Kenya Rift yields valuable guaranties for the establishment of long-term climate records. Temporal fluctuations of the limnological characteristics saved in the lake sediments are used to define variations in the Quaternary climate history. Based on diatom analyses in radiocarbon- and 40Ar/39Ar-dated sediments, a chronology of paleoecologic fluctuations is developed for the Central Kenya Rift -lakes Nakuru, Elmenteita and Naivasha. At least during the penultimate interglacial (around 140 to 60 kyr BP) and during the last interglacial (around 12 to 4 kyr BP), these lakes experienced several transgression-regression cycles on time intervals of about 11,000 years. Additionally, a long-term trend of lake evolution is found suggesting the general succession from deep freshwater lakes towards more saline waters during the last million years. Using ecologic transfer functions and a simple lake-balance model, the observed paleohydrologic fluctuations are linked to potential precipitation-evaporation changes in the lake basins. Though also tectonic influences on the drainage pattern and the effect of varied seepage are investigated, it can be shown that already a small increase in precipitation of about 30±10 % may have affected the hydrologic budget of the intra-rift lakes within the reconstructed range. The findings of this study help to assess the natural climate variability of East Africa. They furthermore reflect the sensitivity of the Central Kenya Rift -lakes to fluctuations of large-scale climate parameters, such as solar radiation and sea-surface temperatures of the Indian Ocean.

This work documents the development and application of a new model for simulating mass transport and turnover in rivers and shallow lakes. The simulation tool called 'TRAM' is intended to complement mesoscale eco-hydrological catchment models in studies on river basin management. TRAM aims at describing the water quality of individual water bodies, using problem- and scale-adequate approaches for representing their hydrological and ecological characteristics. The need for such flexible water quality analysis and prediction tools is expected to further increase during the implementation of the European Water Framework Directive (WFD) as well as in the context of climate change research. The developed simulation tool consists of a transport and a reaction module with the latter being highly flexible with respect to the description of turnover processes in the aquatic environment. Therefore, simulation approaches of different complexity can easily be tested and model formulations can be chosen in consideration of the problem at hand, knowledge of process functioning, and data availability. Consequently, TRAM is suitable for both heavily simplified engineering applications as well as scientific ecosystem studies involving a large number of state variables, interactions, and boundary conditions. TRAM can easily be linked to catchment models off-line and it requires the use of external hydrodynamic simulation software. Parametrization of the model and visualization of simulation results are facilitated by the use of geographical information systems as well as specific pre- and post-processors. TRAM has been developed within the research project 'Management Options for the Havel River Basin' funded by the German Ministry of Education and Research. The project focused on the analysis of different options for reducing the nutrient load of surface waters. It was intended to support the implementation of the WFD in the lowland catchment of the Havel River located in North-East Germany. Within the above-mentioned study TRAM was applied with two goals in mind. In a first step, the model was used for identifying the magnitude as well as spatial and temporal patterns of nitrogen retention and sediment phosphorus release in a 100~km stretch of the highly eutrophic Lower Havel River. From the system analysis, strongly simplified conceptual approaches for modeling N-retention and P-remobilization in the studied river-lake system were obtained. In a second step, the impact of reduced external nutrient loading on the nitrogen and phosphorus concentrations of the Havel River was simulated (scenario analysis) taking into account internal retention/release. The boundary conditions for the scenario analysis such as runoff and nutrient emissions from river basins were computed by project partners using the catchment models SWIM and ArcEGMO-Urban. Based on the output of TRAM, the considered options of emission control could finally be evaluated using a site-specific assessment scale which is compatible with the requirements of the WFD. Uncertainties in the model predictions were also examined. According to simulation results, the target of the WFD -- with respect to total phosphorus concentrations in the Lower Havel River -- could be achieved in the medium-term, if the full potential for reducing point and non-point emissions was tapped. Furthermore, model results suggest that internal phosphorus loading will ease off noticeably until 2015 due to a declining pool of sedimentary mobile phosphate. Mass balance calculations revealed that the lakes of the Lower Havel River are an important nitrogen sink. This natural retention effect contributes significantly to the efforts aimed at reducing the river's nitrogen load. If a sustainable improvement of the river system's water quality is to be achieved, enhanced measures to further reduce the immissions of both phosphorus and nitrogen are required. / Die vorliegende Arbeit dokumentiert Konzept und Anwendung eines Modells zur Simulation von Stofftransport und -umsatz in Flüssen und Flachseen. Das Simulationswerkzeug TRAM wurde als Ergänzung zu mesoskaligen Wasser- und Stoffhaushaltsmodellen konzipiert, um die Beschaffenheit einzelner Wasserkörper auf dieser räumlichen Skala in adequater Weise abbilden zu können. Dieser Aufgabenstellung kommt im Zuge der Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) besondere Bedeutung zu. Das entwickelte Simulationsmodell TRAM setzt sich aus einem Transport- und einem Reaktionsmodell zusammen. Letzteres zeichnet sich durch eine hohe Flexibilität hinsichtlich der Beschreibung gewässerinterner Stoffumsatzprozesse aus. Es können mit geringem Aufwand unterschiedlich komplexe Ansätze der Prozessbeschreibung getestet und die - je nach Problemstellung, Systemverständnis und Datenverfügbarkeit - angemessene Modellformulierung gewählt werden. TRAM eignet sich somit gleichermaßen für stark vereinfachende Ingenieur-Anwendungen wie für wissenschaftliche Analysen, die komplexe aquatische Ökosystemmodelle mit einer Vielzahl an Zustandsvariablen, Interaktionen und Randbedingungen erfordern. Weitere Charakteristika von TRAM sind die Koppelbarkeit mit öko-hydrologischen Einzugsgebietsmodellen sowie einem hydrodynamischen Modell, die Unterstützung von Modellparametrisierung und Visualisierungen durch Geografische Informationssysteme (GIS) und ein klar strukturiertes Daten-Management. TRAM wurde im Rahmen des BMBF-geförderten Forschungsprojekts 'Bewirtschaftungsmöglichkeiten im Einzugsgebiet der Havel' entwickelt. Gegenstand dieses Projektes war die Analyse von Handlungsoptionen zur Verminderung von Nährstoffeinträgen in die Oberflächengewässer des Havel-Einzugsgebiets als Beitrag zur Erreichung der Ziele der WRRL. Mit dem Einsatz von TRAM wurden zwei Zielstellungen verfolgt: In einem ersten Schritt wurden Bedeutung und Muster der gewässerinternen Stickstoff-Retention sowie der Phosphor-Freisetzung aus See-Sedimenten quantifiziert (Systemanalyse). Auf dieser Basis konnten vereinfachte, konzeptionelle Ansätze zur Beschreibung von N-Retention und P-Remobilisierung abgeleitet werden. In einem zweiten Schritt wurden, unter Nutzung dieser Ansätze, die Auswirkungen verringerter externer Nährstoffeinträge auf gewässerinterne N- und P-Konzentrationen simuliert (Szenario-Analysen) und die Unsicherheiten der Modellrechnungen untersucht. Als Randbedingungen für die Szenario-Analysen dienten Simulationsergebnisse der öko-hydrologischen Einzugsgebietsmodelle SWIM und ArcEGMO, welche durch Projektpartner zur Verfügung gestellt wurden. Die mittels TRAM berechneten Nährstoffkonzentrationen bildeten schließlich die Grundlage für eine Evaluierung der Handlungsoptionen anhand einer gewässertypspezifischen, WRRL-konformen Bewertungsskala. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass die Zielvorgabe der WRRL bezüglich Gesamt-Phosphor im Falle der Unteren Havel mittelfristig erreicht werden kann, wenn das Potential zur Senkung der Einträge aus punktförmigen und diffusen Quellen voll ausgeschöpft wird. Weiterhin kann im Zeitraum bis 2015 bereits mit einem merklichen Nachlassen der internen Phosphat-Freisetzung aufgrund einer Aushagerung der Sedimente gerechnet werden. Mit Hilfe von Massenbilanzierungen ließ sich zeigen, dass die Havelseen eine bedeutende Stickstoff-Senke darstellen. Dieser natürliche Retentionseffekt unterstützt wesentlich die Bemühungen zur Verminderung der Stickstoff-Belastung. Im Sinne einer nachhaltigen Verbesserung der Wassergüte der Unteren Havel erscheinen verstärkte Anstrengungen zur weiteren Reduzierung sowohl der Phosphor- als auch der Stickstoff-Emissionen geboten.

Parallax is integral to the conception of movement in modern architectural space. This research examines the role of architectural parallax in creating dynamic spaces that champion the primacy of perception to reinforce a conceptual narrative. The study is contextualized in the cinematic context of Miami Beach to understand the dynamic quality of its public spaces. An analysis of these spaces studies the role of parallax in reinforcing the city???s scopophiliac meta-narrative of Seeing and being Seen. A final design project is situated within the shifting sociocultural context of Miami Beach today as it strives to reinvent itself into a cultural destination for the high Arts. The chosen site is a historically significant site that has remained as a municipal parking lot for over 70 years, and may not be developed for commercial purposes. The design proposes Collins Cultural Center that draws from the exhibitionist Beach culture of the city and fuses it with the high Arts culture. The aim is to use parallax as an architectural strategy to create a dynamic space for cultural production and exchange. Reframing the cultural imagination of residents and visitors fuels Miami Beach???s momentum towards becoming a future cultural destination for the Arts.

The increase in patients presenting to the emergency department (ED) for primary care poses a serious safety issue in the care that can be provided. In a care area that is overcrowded, physicians, nurses, ancillary department staff, and other care team members may have a difficult time delivering care. Poorly managed flow in the ED leads to overcrowding, and patients with life-threatening illnesses are less likely to be transitioned to designated specialized areas in a safe and efficient manner. The practice-focused question was whether processes to improve the flow of patients entering the ED decreased the number of patients leaving without being seen, decreased time from the time entering the ED to hospital admission, improved the average length of stay, and increased patient satisfaction. The plan-do-check-act methodology was used to address this quality improvement project. Results of the project demonstrated a decrease in the number of patients leaving without being seen, a decrease in the time entering the ED to hospital admission, a decrease in average length of stay, and an increase in patient satisfaction. This project provided positive social change to the patients, families, organization, and community by improving the ED processes to ensure patient needs were addressed as rapidly as possible.

The primary objective of this study was to survey the usefulness of the 4-H members' project manual according to the opinions of members, parents, and adult leaders in Cache County, State of Utah. Two USU Extension Agents, 140 4-H members, 119 parents, and 30 leaders cooperated in this survey. A separate questionnaire accompanied by a cover letter by the Extension Agents and a letter of explanation by the author was sent to each person in the three categories mentioned. Questionnaires were mailed to 200 4-H male members, 190 parents and 46 adult leaders. Evaluation of the usefulness of the manuals was made in three age groups: 9-12 years old, 13-16 years old, and 17-19 years old. It was generally agreed by member, parent, and leader respondents that the age group 9-12 years old made the most use of the manuals. About 56 percent of the members indicated that a project could not be done without the manual; nearly 50 percent of the parents indicated that their children could not do a project without the manual; and slightly more than half of the leaders indicated that they could not conduct a satisfactory project without members having manuals. About four-fifths of all parents expressed their willingness to pay a minimal fee for their children to obtain manuals while three-fifths of the leaders thought that the parents would be willing to pay a minimal fee for manuals for their children.

In this work, we produce several prediction models for aspects of hospital emergency departments. Firstly, we demonstrate the use of a recurrent neural network to predict the rate of patient arrival at a hospital emergency department. The prediction is made on a per hour basis using date, time, calendar, and weather information. Then, we present our comparison of two prediction systems on the task of replicating the human decisions of patient admittance in a typical American emergency department. Again, a recurrent neural network (RNN) was trained to learn the task of selecting the next patient from the waiting room/queue to be admitted for treatment. Lastly, we present our attempt to produce a regression model that can predict the likelihood that a given patient will leave after waiting a specific amount of time in the emergency department’s waiting-room/queue. Such a model could be used to optimize the patient’s waiting-room/queue of an ED to minimize the likelihood of patients leaving without receiving care.

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