381023 research outputs found
Sort by
How forest biodiversity affects human thermal stress mitigation and other health outcomes
No full textAlthough life-expectancies are rising, public health still faces a plethora of risk factors that vary in space and time. Across Europe and many other global regions, significant portions of populations are exposed to hazardous levels of heat and air pollutants, are malnourished and suffer from poor mental health. Urban environments aggravate many of these risks and some, especially heat, will worsen in the near future. To some extent, each of these can be mitigated by promoting different forms of contact with nature. So-called nature-based solutions can include anything from green roofs, flower meadows to (urban) forests, and have important ecological co-benefits. Expanding vegetated areas has been associated to improved mental wellbeing, reduced heat stress and even reduced premature mortality levels at the scale of cities. Whereas technological solutions such as air-conditioning or reflective surfaces address single risk factors, nature-based solutions are particularly compelling because they generate many benefits in parallel. Nature nevertheless presents risks as well, such as serving as sources of zoonotic and vector-borne diseases.
Yet, the vast differences among and within vegetation types often remain unaccounted for. For instance, low-stature vegetation such as grasslands offer expansive vistas that are conducive to mental restoration, whereas forests provide immersive environments with high air filtration capacity that shelter people from solar radiation. Within forest ecosystems, we also find large variability. Five decades of research on biodiversity’s impact on ecosystem functioning underscores the pivotal role of fine-tuned ecological characteristics in determining ecosystem services. Such characteristics can include species diversity, species composition and spatial structure. However, how this affects human health outcomes is largely unknown.
In this PhD thesis, we studied how forest ecological characteristics affect multiple human health outcomes, with a focus on thermal stress mitigation. Thermal stress was monitored using microclimate stations under both rural and urban settings, and compared with subjective experiences of forest microclimates. Findings were then integrated with datasets pertaining to other forest-health effects to unveil general trends and potential synergies or trade-offs among health outcomes.
In a first study (chapter 2), we aimed to discern the dominant drivers of forest buffering effects. We deployed a vast international network of microclimate stations recording air temperature, relative humidity, wind speed and grey globe temperature, used to calculate human temperature perception. Forest ecological characteristics were quantified using recognised forest inventory methods. We showed that forests have very considerable buffering capacities, reducing the occurrence of days with strong to extreme heat stress by 84%. Under those hot conditions, both young plantations and mature forests provided cooling of at least 10°C in terms of perceived temperature. Large variation between forests stemmed primarily from stand structural variables, followed by factors related to species composition. Tree diversity only had a probable indirect effect.
Building on insights gained from rural forests, a similar methodology was applied to urban environments, comparing treed locations, low-stature vegetation, and fully anthropogenic settings (chapter 3). Whereas building shade could provide relief against daytime heat and low-stature vegetation had moderate cooling effects, trees were disproportionately effective, cooling perceived temperatures by 5.5°C on average over the monitoring period and fostering lower temperatures both day and night. Locations with particularly high tree canopy cover (50% or more) remained coolest by far, emphasizing the need to secure a minimal urban canopy cover to safeguard urbanites against increasingly frequent and intense urban heat islands.
Recognising the influence of psycho-physiological factors on individuals’ perception of temperature, we conducted an experiment on subjective thermal comfort and mental wellbeing in peri-urban forests (chapter 4). Participants' thermal perceptions closely mirrored meteorological measurements as sampled in chapters 2-3. However, participants were almost three times as likely to feel cooler in forests compared to non-forest baseline conditions (i.e. partly paved locations with limited tree canopy cover) for the same perceived temperature, indicative of psychological mediation. Indeed, mental wellbeing of participants was also improved under forest environments, and associated positively to thermal comfort. In other words, forests improved thermal and mental wellbeing independently, but a synergistic effect enhanced wellbeing levels beyond what would be expected based on isolated observation.
Data and understandings from chapter 2-4 were used to develop a large synthesis model that also included data from six other forest-health effects – covering physical and mental outcomes (chapter 5). Using Bayesian Belief Networking, we detected key forest ecological characteristics driving variation in all health outcomes. While canopy density and tree diversity emerged as key variables that can be targeted by management interventions, changes in canopy density can lead to trade-offs in health outcomes that prevent universally valid recommendations. For example, dense canopies may enhance the mitigation of heat and improve air quality, but may also lead to an increased risk of tick-borne Lyme disease and a reduce medicinal plant yield. In contrast, increasing tree diversity was less influential but provided more consistent beneficial effects.
Our findings imply careful consideration of unwanted trade-offs when managing a forest for single or multiple human health outcomes. Maximising a forest’s heat buffering capacity entails efforts to obtain tall and dense canopies to foster microclimates that are strongly decoupled from ambient conditions. Incidentally, this may improve the air pollution filtering capacity of the forest, but inadvertently also reduce the yield of medicinal plants and increase Lyme risk prevalence. Forest managers and policy makers may therefore want to rank public health challenges according to the specific local context. Such a ranking can be defined by asking three questions: Which public health challenges are of priority? What is the local environmental and societal context? How strong and consistent is the expected forest effect? We conclude by attempting to provide a generalised priority list for European forests and suggest that, under the average scenario, the three most relevant health outcomes for forest management are heat mitigation, air quality improvement and mental health benefits. The risk of Lyme disease and the provisioning of medicinal plants and edible mushrooms can nonetheless be of great importance under local circumstances.
In conclusion, our findings corroborate the considerable health benefits of forests in general and therefore support the expansion of tree canopies in rural and urban areas. However, acknowledging the nuanced variations within forests and the inherent trade-offs is imperative when considering silvicultural interventions aimed at specific health outcomes. Nonetheless, increasing tree diversity is a particularly compelling strategy because it generates health benefits without heightening risks while fostering overall forest biodiversity
Monitoring of photovoltaic systems and forecasting of power system imbalance using neural networks
No full textDe transitie naar hernieuwbare energie brengt meer uitdagingen met zich mee dan 'enkel' voldoende productie capaciteit bouwen. Deze thesis onderzoekt hoe we deze uitdagingen kunnen aanpakken met behulp van artificiële intelligentie. Specifiek stellen we methoden voor om fouten in zonnepanelen op een kost-efficiënte manier te detecteren en identificeren. Fouten in zonnepanelen, zoals slijtage aan bedrading en kortsluitingen, leiden tot energieverlies en kunnen zelfs brand veroorzaken. Toch worden de meeste zonnepaneel systemen, zoals die op je dak, niet gemonitord, voornamelijk omdat bestaande monitoring methoden dure sensoren gebruiken. Wij stellen voor om zonnepanelen te monitoren door hun productie te vergelijken met weersschattingen of met de productie van nabijgelegen zonnepaneel systemen. Deze informatie wordt verwerkt met neurale netwerken om accuraat fouten te identificeren zonder dure sensoren. Een tweede uitdaging waarop we ons focussen is het voorspellen van energie tekorten of overschotten in het Belgisch elektriciteitsnet. Door de opkomst van hernieuwbare energie, elektrische voertuigen, warmtepompen, etc. is het steeds moeilijker om elektriciteit productie en consumptie te balanceren. Een grote onbalans kan leiden tot instabiliteiten van het net en zelfs stroomuitval. Om dit aan te pakken, ontwikkelen we een neuraal netwerk om zo nauwkeurig mogelijk de Belgische onbalans te voorspellen, zodat deze tijdig gecompenseerd kan worden
Effects of video-based nutrition and health education on nutrition, health, and uptake of health services by women during pregnancy and the first six months postpartum in the Dirashe district of Southern Ethiopia
No full textImproving genetic diversity within hardy geranium species
No full textVarious techniques such as interspecific hybridization, polyploidization, and introduction of pRi genes were used to increase genetic diversity in hardy geraniums, a valuable garden plant. The study included analyses of chromosome numbers, genome sizes, and genetic distances of collected plants. Hypotheses about cross-compatibility based on parental differences were formulated and then evaluated using a logistic regression model. This model confirmed the significant effect of parental genetic differences on hybridization success. Interspecific hybridization showed intermediate characteristics in the offspring, producing cultivars different from the parent plants. Polyploidy induction experiments on selected cultivars showed morphological differences and improved traits in polyploidized plants. Agrobacterium rhizogenes was used to induce hairy roots in several hardy geranium genotypes, but successful shoot regeneration remained a challenge. Only one cultivar was able to induce shoots from hairy roots, resulting in the development of several Ri lines with different morphological characteristics. In conclusion, hybridization success in hardy geraniums is related to parental genetic distance, while embryo rescue helps in distant combinations. Polyploidization is possible but varies between cultivars. Induction of hairy roots is achievable, but shoot regeneration remains difficult. Overcoming these challenges could improve hardy geranium variation and breeding programs
Unifying attribution-based explanation methods in machine learning
No full textEen belangrijk probleem binnen het onderzoeksveld van Machine Learning (ML) is het zogenaamde "black box-probleem": de modellen die door ML-algoritmes gegenereerd worden, zijn in veel gevallen te complex voor domeinexperts om te interpreteren. Vandaag de dag wordt er dan ook enorm veel onderzoek verricht naar technieken om verklaringen te genereren voor predicties van ML-modellen. Dit leidt ons naar een nieuw probleem: welke methode is de beste in een gegeven situatie? Het onderzoek in deze thesis kan verdeeld worden in drie delen. In het eerste deel voer ik een benchmark-studie uit, waarbij een aantal methoden voor het genereren van verklaringen vergeleken worden met behulp van verschillende kwaliteitsmetrieken. In het tweede deel ontwerp ik een verenigend kader om een groot aantal bestaande methoden onder dezelfde wiskundige noemer te plaatsen. Dit kader kan gebruikt worden om meer inzicht te krijgen in de eigenschappen van en verschillen tussen verschillende methodes. In het derde en laatste deel van deze thesis gebruik ik dit verenigend kader om nieuwe, snellere benaderingsalgoritmen te ontwikkelen voor bestaande verklaringsmethoden. Persoonlijk geloof ik dat verder onderzoek naar theoretische eigenschappen van verklaringsmethoden in de nabije toekomst tot nog veel meer vooruitgang kan leiden in dit onderzoeksveld
From the tropics to the temperate zone : a comprehensive exploration of thermoregulation in small passerines
No full textKennishiaten over de capaciteiten van organismen om hun ecofysiologische kenmerken aan te passen, beperken het potentieel van ecofysiologie bij het voorspellen van impacten van global change op de biodiversiteit. In deze scriptie test ik daarom hypothesen over hoe kleine zangvogels reageren op diverse klimaatomstandigheden. Als studieobjecten gebruik ik twee veelvoorkomende vogelsoorten: een tropische soort (Sint-Helenafazantjes, Estrilda astrild) en een soort uit gematigde streken (Koolmezen, Parus major). Mijn onderzoek toont aan dat beide soorten de capaciteit hebben om zich aan te passen aan verschillende temperaturen, voornamelijk door aanpassingen aan zowel hun basale als maximale metabolische snelheden. Tropische soorten zijn geëvolueerd in warme, stabiele klimaten en worden daarom verondersteld slechts een beperkte capaciteit te hebben voor ecofysiologische aanpassingen. Mijn onderzoek wijst echter uit dat tropische Sint-Helenafazanten hun energieverbruik verminderen bij koudere temperaturen. Dergelijke energiebesparende mechanismen kunnen bijdragen aan hun succes als invasieve soort, onder andere in Europa. Koolmezen in koudere gebieden blijken zoals verwacht in staat te zijn meer warmte te produceren vanwege hun aanzienlijk hogere maximale metabolische snelheden. In tegenstelling tot de verwachtingen was er echter geen sterk verband tussen de basale en maximale metabolische snelheid, zowel voor koolmezen als voor Sint-Helenafazanten. Meer onderzoek is daarom nodig om de precieze mechanismen te begrijpen die bepalen hoe vogels hun energiehuishouding reguleren
Hydrogeological modelling of the saltwater intrusions in the Southern Central Region of Vietnam under changing scenarios : the case of Luy River catchment
No full textDit proefschrift onderzoekt de grondwatervoorraden in het stroomgebied van de rivier de Luy in Binh Thuan, Vietnam. De grondwateraanvulling werd geschat met behulp van de bodemvochtbalans en grondwaterstandfluctuatie. De chemische samenstelling van grondwatermonsters werd geëvalueerd, waarbij aanwijzingen voor verversing en verzilting werden gevonden. Deze indicatoren omvatten kationuitwisseling, chlorideconcentratie, ionische delta, variatie in waterfacies en geochemische modellering. Volgens de gegevens overheerst de verversing in de watervoerende lagen. Het zoutgehalte in de diepere watervoerende lagen neemt toe tijdens het droge seizoen door onvoldoende aanvulling en overexploitatie. Het zoutgehalte verandert snel en de zoutwaterintrusie vindt dieper en verder landinwaarts plaats dan werd aangenomen. Er is een nieuw conceptueel raamwerk ontwikkeld om verzilting in het onderzoeksgebied te verklaren aan de hand van deze nieuwe ontdekkingen.
Het conceptuele model is vervolgens numeriek getest om te zien hoe de eigenschappen van de aquifer de zoet- en zoutwaterverdeling in de loop van de tijd beïnvloeden. De resultaten ondersteunen het idee van paleo-grondwater in het bestudeerde gebied. Ook werd bevestigd dat het hydrochemische conceptuele model en het geofysische onderzoek overeenkomen met het meest realistische zoutwaterdistributiepatroon.
Duurzaam grondwaterbeheer werd geëvalueerd door alle bevindingen te combineren met scenario's voor zeespiegelstijging en klimaatverandering in de grondwatermodellering, om een beeld te krijgen van de verdeling van zout water in de aquifers in de komende 50 jaar. De resultaten suggereren dat zout water van nature in de aquifers aanwezig zal blijven en dat de aanwezigheid ervan zal toenemen door grondwateronttrekking. Het duinsysteem heeft een aanzienlijke zoetwatercapaciteit en zou in de toekomst als zoetwaterreservoir kunnen dienen
Fresh submarine groundwater discharge in the Belgian coastal area
No full textGrondwater is in kustgebieden zeer complex en dynamisch aangezien zoet en zout water met elkaar in contact komen en onderhevig zijn aan de getijden. Het zoute zeewater kan binnendringen in het land, wat ervoor kan zorgen dat de kwaliteit van het drinkbare grondwater verminderd, gelukkig kan de aanwezigheid van brede strandduinen dit verhinderen aangezien hieronder een zoetwaterbubbel aanwezig is die een natuurlijke barrière vormt. Omgekeerd kan het zoetere grondwater richting de zee worden getransporteerd, dit is ook belangrijk aangezien vervuilende - en voedingstoffen op die manier in de kustwateren terecht kunnen komen.
Onderzoek naar zoete grondwater uitstroming werd nog nooit eerder gedaan in de Belgische kustzone. Om het strand en de kustnabije wateren te onderzoeken is een unieke aanpak nodig, met gebruik van elektrische en elektromagnetische technieken kan zoet van zout water onderscheiden worden. Uit de metingen blijkt dat de locatie waar het zoete grondwater uitstroomt sterk varieert langsheen de Belgische kust. Verschillende factoren hebben hierop een invloed, zoals onder andere de breedte van de duinen, de eigenschappen van de ondergrond en oppomping van het grondwater (voor consumptie). Deze studie legt de basis voor een beter begrip van de link tussen de watervoerende lagen op het land en de Noordzee