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Lebenserhaltungsmaßnahme oder Zukunftsperspektive? : Niederdeutsch im Unterricht: Ein Bericht von einer Literaturwissenschaftlerin, die sich auf eine Veranstaltung für angehende Lehrer:innen verirrt hat
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Integrating soundscape assessments into landscape planning from the perspective of ecosystem services: concept, methodology, and application
No full textLand use conditions and needs are changing in different countries and regions. Emphasizing the value of nature to human beings and socio-economic development, the analysis and assessment of ecosystem service (ES) state and values as well as their changes are of imminent significance in this context, and therefore should be the main focuses in landscape planning and environmental impact studies. Cultural ecosystem services (CES), as an essential category of the relevant ES, are becoming increasingly important in contemporary societies, while facing the problem of their continued loss and poor substitutability. This makes CES a necessarily high priority in spatial planning. Natural soundscape characteristics provided by natural sounds in the ecosystems are an indispensable segment of CES, and unarguably one determinant of landscape aesthetic values and human nature-based experience. They are meaningful for the environmental quality and human well-being, and therefore, should be considered in landscape planning and environmental impact assessments.
To date, such natural soundscape characteristics are still being neglected in the planning system. Although landscape planning has long considered landscape aesthetics, the natural soundscape attributes have neither been seen as a portion of landscape aesthetic quality nor incorporated into environmental impact assessments. The disturbing noise is the solely acoustic aspect during the relevant assessment procedures. An applicable methodology is still missing for assessing natural soundscapes on the landscape or even higher scale within the context of landscape planning. Such flaws hinder capturing the offered and utilized natural soundscape values in ecosystems, and comprehensively projecting changes in the landscape aesthetic quality (incl., natural soundscape characteristics) caused by sound-related factors in landscapes. For instance, the deployment of wind turbines or traffic transformation would generate new noise that may impair the landscape aesthetic quality, especially the sound-related components, and thus decrease the capacity of recreational ecosystem services (RES) in the region.
Embedding soundscape concepts and evaluations into landscape planning from the perspective of ecosystem service assessments is useful for filling the mentioned gaps. Landscape planning incorporates the evaluation of all types of ESs and projects their possible changes, offering references to environmental impact assessments, and deducing objectives and measures for maintaining and restoring the landscape quality. The ES assessment at landscape or even higher levels is normally an essential step to understanding the ecosystem potential for offering the specific ES types in landscape planning. To achieve this, the user-independent assessment approach using the general public’s preferences for certain landscape characteristics is needed and effective. The intersubjective landscape preferences refer to a core of common landscape preferences that can be deduced from basic research concerning people’s perception and appreciation of landscapes and legal regulations (‘societal will’).
Such an assessment usually manifests as an under-complex model and is dependent on easily derived spatial information based on the Geographic Information System (GIS). It can effectively derive spatially explicit and comparable results of ES values and impairments under uncertainty, which can usefully inform the priorities of actions and define the domains of public participation. Thus, it is ideal that the natural soundscape assessment in landscape planning employs the user-independent methodology as an appropriate starting point. The user-independent assessment and modeling approach of natural soundscape capacity should consider the core of common soundscape preferences, which can be derived from previous studies on people’s perceptions and preferences for certain soundscape characteristics. This approach should be not only easily transferred and reproduced but also flexible to be modified, supplemented, and improved. Its results allow for spatial comparisons between different regions to inform plan-, decision-, or policy-making. The results can also be utilized to project the possible changes in the soundscape capacity caused by pressures, which influence the landscape aesthetic quality or recreational ecosystem services capacity eventually.
This thesis aims to incorporate soundscape concepts and evaluations into landscape planning based on the framework of ES assessment, by providing novel insight and approach to the assessments of natural soundscape characteristics and changes at planning- and policy-relevant levels. It focuses on the CES provided by natural soundscape characteristics, which is closely related to landscape aesthetic quality and recreational experience. It can also improve the consideration of the acoustic environmental features in landscape planning and impact assessments. Thus, the main objective of this thesis is achieved following three guiding objectives: (i) to synthesize existing knowledge and evidence that are applicable for deducing people’s general preferences for certain soundscape features, (ii) to develop a methodology for spatially assessing and mapping natural soundscape quality, and (iii) to explore the impacts of sound composition changes on the natural soundscape perception and its benefits to landscape aesthetic quality. The first aim lays the foundation of evaluation criteria and indicator systems for the assessment methodology and identifies which aspects are still insufficient. The second objective contributes to developing the prototype of a modeling methodology for landscape planning, using the user-independent approach with the findings from the first work. The third aim strives to provide empirical evidence to support the model application in detecting possible changes in soundscape and landscape in environmental impact assessments.
To this end, the thesis first proposed a planning-oriented soundscape evaluation framework, which conceptually integrates soundscape knowledge into landscape planning based on a practical ecosystem service evaluation model. This framework inherently has the potential to be applied within the widely used Driving Forces, Pressures, State, Impacts, and Responses (DPSIR) model. It was then used to guide a systematic review of a vast amount of literature. This review synthesized applicable knowledge and evidence in terms of people’s common preferences for specific soundscape characteristics and a series of usable indicators. The synthesized existing evidence was sufficient to identify the general public’s perception and preferences of acoustic amenities and soundscape characteristics from nature, supporting the construction of the preliminary evaluation criteria. However, the explicit knowledge concerning the impacts of landscape changes, especially bird biodiversity and planning projects with possible noise issues, on the natural soundscape benefits remained largely unclear.
Subsequently, a user-independent modeling methodology for spatially explicit assessment of natural soundscape quality was developed and examined. This methodology provides a natural soundscape quality index (indicator-based model) constructed by adopting the findings of the first work and making necessary supplements. As a preliminary indicator-based model, this index currently includes the three prevalent natural sound types that are birdsong, water sound, and vegetation sound. It evaluates natural soundscape quality as a capacity provided by the ecosystem, but not necessarily the value presented at a certain moment. Accordingly, for quantifying the birdsong-related indicators, the model considers the occurrence and offered value of the birdsongs from all potential passerine bird species within the ecosystem. The evaluation criteria and results align with the public’s common soundscape perception and preferences. The developed model was then implemented in a case study area in Springe municipality, Germany, to spatially evaluate and map the natural soundscape capacity on a supralocal scale. The spatial data of habitat types was used to spatially locate the natural sound sources. The comparability and communicability were exhibited in the assessment results among different given areas. This natural soundscape quality index is easily transferable and repeatable and therefore can be applied at various planning and management scales, which allows the soundscape assessment to be implementable at the planning level.
The third core part of this thesis provides empirical evidence regarding the impact of different sound compositions on the public’s evaluations of soundscape and landscape qualities, helping to supplement the aspect of soundscape impact assessment of the literature-based evaluation in the developed model. This part also investigates the differences in people’s evaluations due to demographic characteristics. The results can contribute to the completeness of soundscape assessment methodology in landscape planning, by understanding the pressure-specific sensitivity of the state values of soundscapes and landscapes of the general public and specific user groups. They are also helpful to the projection of changes in the values of natural soundscapes and landscape aesthetic quality caused by certain factors, such as different types of birdsongs and noise issues, in landscape planning and environmental impact assessment. The limited influence of demographic characteristics on the evaluations can reflect the commonality of the public’s sensitivity to sound-related elements in the environment from a different angle. Still, the several identified differences in the evaluations among different user groups can also inform the preparation of public participation and proposed measures in planning and decision-making. More studies are still necessary in the future to provide empirical evidence for the relevant topics, which will comprise the foundation for deducing the public’s common values of the sensitivity to different pressures that may influence the states of soundscape and landscape.
This thesis advances the knowledge of the soundscape assessment targeted at landscape planning and environmental impact studies, which opens up an avenue particularly for planning-oriented soundscape studies, and fills the missing dimension within the realm of landscape aesthetic assessment. The core work of this thesis proposes a novel insight for understanding soundscape components in the framework of ecosystem service evaluation, develops a user-independent methodology for being able to spatially assess natural soundscape quality at the planning level, and provides empirical evidence for supplementing the knowledge of soundscape sensitivity to specific pressures to complete relevant environmental impact assessments. The study results can provide useful information and added value for policy-, plan-, and decision-making in terms of supporting the measures or responses to changes in soundscapes and landscapes, communicating soundscape values trade-offs between different planning goals and options, and facilitating public participation in soundscape issues. Overall, the work of this thesis has laid a good start and guidance for integrating soundscape assessments into landscape planning and environmental impact studies from concept to application.Die Landnutzungsbedingungen und -bedürfnisse ändern sich in verschiedenen Ländern und Regionen. In Anbetracht des Wertes der Natur für den Menschen und die sozioökonomische Entwicklung sind die Analyse und Bewertung des Zustands und der Werte von Ökosystemleistungen (ÖSL) sowie deren Veränderungen in diesem Zusammenhang von unmittelbarer Bedeutung und sollten daher in der Landschaftsplanung und bei Umweltverträglichkeitsstudien im Mittelpunkt stehen. Kulturelle Ökosystemleistungen (KÖSL), als eine wesentliche Kategorie der relevanten ÖSL, gewinnen in den heutigen Gesellschaften zunehmend an Bedeutung, während sie gleichzeitig mit dem Problem ihres anhaltenden Verlustes und ihrer geringen Substituierbarkeit konfrontiert sind. Dies macht die KÖSL zwangsläufig zu einer hohen Priorität in der Raumplanung. Natürliche Geräuschkulissen, die durch natürliche Klänge in den Ökosystemen erzeugt werden, sind ein unverzichtbares Segment von KÖSL und unbestreitbar eine Determinante der ästhetischen Werte der Landschaft und der menschlichen Naturerfahrung. Sie sind bedeutsam für die Umweltqualität und das menschliche Wohlbefinden und sollten daher bei der Landschaftsplanung und bei Umweltverträglichkeitsprüfungen berücksichtigt werden.
Bis heute werden solche natürlichen Soundscape-Charakteristika im Planungssystem vernachlässigt. Obwohl die Landschaftsplanung seit langem die Landschaftsästhetik berücksichtigt, wurden die natürlichen Soundscape-Attribute weder als Teil der landschaftsästhetischen Qualität gesehen noch in die Umweltverträglichkeitsprüfung einbezogen. Der störende Lärm ist der einzige akustische Aspekt bei den entsprechenden Bewertungsverfahren. Es fehlt eine anwendbare Methodik zur Bewertung der natürlichen Soundscape auf der Ebene der Landschaft oder sogar auf einer höheren Ebene im Rahmen der Landschaftsplanung. Diese Mängel verhindern, dass die angebotenen und genutzten natürlichen Soundscape-Werte in Ökosystemen erfasst und Veränderungen der landschaftsästhetischen Qualität (inkl. natürlicher Soundscape-Charakteristika), die durch schallbedingte Faktoren in Landschaften verursacht werden, umfassend projiziert werden können. So würde beispielsweise die Errichtung von Windkraftanlagen oder die Umgestaltung des Verkehrs neue Geräusche erzeugen, die die landschaftsästhetische Qualität, insbesondere die schallbezogenen Komponenten, beeinträchtigen und somit die Kapazität der Erholungsökosystemleistungen (EÖSL) in der Region verringern können.
Die Einbettung von Soundscape-Konzepten und -Bewertungen in die Landschaftsplanung aus der Perspektive der Bewertung von Ökosystemleistungen ist nützlich, um die genannten Wissenslücken zu schließen. Die Landschaftsplanung umfasst die Bewertung aller Arten von ÖSL und projiziert deren mögliche Veränderungen, bietet Bezüge zu Umweltverträglichkeitsprüfungen und leitet Ziele und Maßnahmen zur Erhaltung und Wiederherstellung der Landschaftsqualität ab. Die ÖSL-Bewertung auf landschaftlicher oder sogar höherer Ebene ist in der Regel ein wesentlicher Schritt zum Verständnis des Ökosystempotenzials für das Angebot der spezifischen ÖSL-Typen in der Landschaftsplanung. Um dies zu erreichen, ist ein nutzerunabhängiger Bewertungsansatz, der die Präferenzen der Öffentlichkeit für bestimmte Landschaftsmerkmale nutzt, erforderlich und wirksam. Die intersubjektiven Landschaftspräferenzen beziehen sich auf einen Kern gemeinsamer Landschaftspräferenzen, die sich aus der Grundlagenforschung über die Wahrnehmung und Wertschätzung von Landschaften und gesetzlichen Regelungen durch die Menschen ableiten lassen („gesellschaftlicher Wille“).
Eine solche Bewertung erfolgt in der Regel als unterkomplexes Modell und hängt von leicht ableitbaren räumlichen Informationen auf der Grundlage des Geoinformationssystems (GIS) ab. Sie kann effektiv räumlich explizite und vergleichbare Ergebnisse von ÖSL-Werten und Beeinträchtigungen unter Unsicherheit ableiten, die die Prioritäten von Maßnahmen und die Bereiche der Öffentlichkeitsbeteiligung sinnvoll bestimmen können. Daher ist es ideal, dass die Bewertung der natürlichen Soundscape in der Landschaftsplanung die nutzerunabhängige Methodik als geeigneten Ausgangspunkt nutzt. Der nutzerunabhängige Bewertungs- und Modellierungsansatz für die Kapazität der natürlichen Soundscape sollte den Kern der allgemeinen Soundscape-Präferenzen berücksichtigen, die aus früheren Studien über die Wahrnehmung und die Präferenzen der Menschen für bestimmte Soundscape-Merkmale abgeleitet werden können. Dieser Ansatz sollte nicht nur leicht übertragbar und reproduzierbar sein, sondern auch flexibel modifiziert, ergänzt und verbessert werden können. Seine Ergebnisse ermöglichen räumliche Vergleiche zwischen verschiedenen Regionen, um Planungs-, Entscheidungs- und Politikgestaltungsprozesse zu unterstützen. Die Ergebnisse können auch genutzt werden, um mögliche Veränderungen der Soundscape zu prognostizieren, die durch Belastungen verursacht werden, welche die landschaftsästhetische Qualität oder die Erholungsfunktion des Ökosystems beeinflussen.
Diese Arbeit zielt darauf ab, Soundscape-Konzepte und -Bewertungen in die Landschaftsplanung auf der Grundlage des Rahmens der ES-Bewertung einzubeziehen, indem sie neue Einblicke und Ansätze für die Bewertung natürlicher Soundscape-Merkmale und -Veränderungen auf planungs- und politikrelevanter Ebene liefert. Der Schwerpunkt liegt dabei auf dem KÖSL, das durch die Merkmale der natürlichen Soundscape bereitgestellt wird und eng mit der ästhetischen Qualität der Landschaft und dem Erholungserlebnis verbunden ist. Sie kann auch die Berücksichtigung der akustischen Umweltmerkmale in der Landschaftsplanung und bei Folgenabschätzungen verbessern. Das Hauptziel dieser Arbeit wird daher durch drei Leitziele erreicht: (i) Zusammenfassung des vorhandenen Wissens und der Erkenntnisse, die für die Ableitung der allgemeinen Präferenzen der Menschen für bestimmte Merkmale der Soundscape geeignet sind, (ii) Entwicklung einer Methodik für die räumliche Bewertung und Kartierung der Qualität der natürlichen Soundscape und (iii) Erforschung der Auswirkungen von Änderungen der Geräuschzusammensetzung auf die Wahrnehmung der natürlichen Soundscape und deren Nutzen für die ästhetische Qualität der Landschaft. Das erste Ziel legt die Grundlage für die Bewertungskriterien und Indikatorensysteme für die Bewertungsmethodik und zeigt auf, welche Aspekte noch unzureichend sind. Das zweite Ziel trägt zur Entwicklung des Prototyps einer Modellierungsmethodik für die Landschaftsplanung bei, wobei der nutzerunabhängige Ansatz mit den Erkenntnissen aus der ersten Arbeit verwendet wird. Das dritte Ziel besteht darin, empirische Evidenz zu liefern, um die Anwendung des Modells bei der Erkennung möglicher Veränderungen der Soundscape und der Landschaft in Umweltverträglichkeitsprüfungen zu unterstützen.
Zu diesem Zweck wurde in dieser Arbeit zunächst ein planungsorientierter Rahmen für die Bewertung von Klanglandschaften vorgeschlagen, der das Wissen über Klanglandschaften konzeptionell in die Landschaftsplanung integriert und auf einem praktischen Modell zur Bewertung von Ökosystemleistungen basiert. Dieser Rahmen hat das Potenzial, innerhalb des weit verbreiteten Modells Driving Forces, Pressures, State, Impacts, and Responses (DPSIR) angewendet zu werden. Es wurde dann als Grundlage für eine systematische Überprüfung einer großen Menge an Literatur verwendet. Diese Überprüfung fasste anwendbares Wissen und Beweise in Bezug auf die allgemeinen Präferenzen der Menschen für bestimmte Merkmale der Soundscape und eine Reihe von brauchbaren Indikatoren zusammen. Die zusammengetragenen Erkenntnisse reichten aus, um die Wahrnehmung und die Präferenzen der Allgemeinheit in Bezug auf akustische Annehmlichkeiten und Merkmale der Soundscape in der Natur zu ermitteln, was die Erstellung der vorläufigen Bewertungskriterien unterstützte. Das explizite Wissen über die Auswirkungen von Landschaftsveränderungen, insbesondere der Artenvielfalt von Vögeln und von Planungsprojekten mit möglichen Lärmproblemen, auf den Nutzen der natürlichen Klanglandschaft blieb jedoch weitgehend unklar.
Anschließend wurde eine nutzerunabhängige Modellierungsmethodik zur räumlich expliziten Bewertung der Naturraumqualität entwickelt und untersucht. Diese Methodik liefert einen Index für die natürliche Soundscape-Qualität (indikatorbasiertes Modell), der durch Übernahme der Ergebnisse der ersten Arbeit und durch notwendige Ergänzungen erstellt wurde. Als vorläufiges indikatorbasiertes Modell umfasst dieser Index derzeit die drei vorherrschenden Naturgeräusche, nämlich Vogelstimmen, Wassergeräusche und vegetationsbezogene Soundscape. Er bewertet die Qualität der natürlichen Soundscape als eine vom Ökosystem bereitgestellte Kapazität, aber nicht notwendigerweise den zu einem bestimmten Zeitpunkt vorhandenen Wert. Dementsprechend berücksichtigt das Modell zur Quantifizierung der vogelstimmenbezogenen Indikatoren das Auftreten und den angebotenen Wert der Vogelstimmen aller potenziellen Sperlingsvogelarten innerhalb des Ökosystems. Die Bewertungskriterien und -ergebnisse stimmen mit der allgemeinen Wahrnehmung und den Präferenzen der Öffentlichkeit in Bezug auf die Klanglandschaft überein. Das entwickelte Modell wurde dann in einem Fallstudiengebiet in der Stadt Springe, Deutschland, implementiert, um die Kapazität der natürlichen Soundscape auf einer überlokalen Skala zu bewerten und zu kartieren. Die räumlichen Daten der Lebensraumtypen wurden zur räumlichen Verortung der natürlichen Schallquellen verwendet. Die Vergleichbarkeit und Übertragbarkeit der Bewertungsergebnisse zwischen verschiedenen Gebieten wurde nachgewiesen. Dieser Index für die Qualität der natürlichen Soundscape ist leicht übertragbar und wiederholbar und kann daher auf verschiedenen Planungs- und Managementebenen angewandt werden, wodurch die Soundscape-Bewertung auf der Planungsebene umgesetzt werden kann.
Der dritte Kernteil dieser Arbeit liefert empirische Belege für die Auswirkungen verschiedener Klangkompositionen auf die Bewertung der Soundscape- und Landschaftsqualitäten durch die Öffentlichkeit und trägt dazu bei, den Aspekt der Bewertung der Soundscape-Wirkung der literaturbasierten Bewertung in dem entwickelten Modell zu ergänzen. In diesem Teil werden auch die Untersch
The electrical modelling of machine elements
No full textDie Vorhersagbarkeit der elektrischen Eigenschaften von Maschinenelementen ist für die Zuverlässigkeit moderner elektrifizierter Antriebsstränge entscheidend. Trotz bestehendem Wissen gibt es noch erhebliche Lücken in der elektrischen Modellierung, um die komplexen Zusammenhänge zwischen mechanischen und elektrischen Belastungen zu verstehen. Diese Arbeit zielt darauf ab, einfache analytische Methoden zur Bestimmung der elektrischen Eigenschaften von Maschinenelementen zu entwickeln.
Zusätzlich ist der Einfluss des Stromdurchgangs auf die Gebrauchsdauer der Wälz\-lager unbekannt und wird anhand verschiedener experimenteller Untersuchungen im Rahmen der Arbeit umfassend untersucht. Hybridlager, modifiziert mit unterschiedlicher Anzahl an Stahlwälzkörpern, geben Aufschluss über Vorschädigungen und Stromdurchgangseffekte. Versuche mit einzelnen Stahlwälzkörpern verdeutlichen den Einfluss von Lastzonen und Schmierfilmdicke auf den Stromdurchgang. Die mikroskopische Analyse beschädigter Laufbahnen zeigen Mechanismen wie verdampfte Krater, die die Oberflächenrauhigkeit verändern. Lebensdauertests, die unterschiedliche Versagensmechanismen im Vergleich zur klassischen Wälzermüdung aufzeigen, liefern wichtige Erkenntnisse über die Folgen elektrischer Beanspruchung. Weibull-Analysen zeigen unterschiedliche experimentelle Lebensdauern und unterstreichen den Einfluss elektrischer Vorbeanspruchung auf die Zuverlässigkeit von Lagern.
Parallel dazu werden Modelle zur Bestimmung der elektrischen Eigenschaften von Wälzlagern und Zahnrädern entwickelt. Ein von der Schmierfilmhöhe abhängiger Korrekturfaktor, der durch umfangreiche Experimente validiert wurde, erhöht die Genauigkeit der Berechnung der elektrischen Kapazität. Dieser bisher als konstant angenommene Faktor ist entscheidend für die Auslegung eines elektrischen Antriebsstrangs. Modelle, die im Rahmen der Arbeit ursprünglich für Punktkontakte entwickelt wurden, werden erfolgreich auf Linienkontakte erweitert. Diese sind auf Laufbahn-Rollen-Kontakte in Zylinder- und Kegelrollenlagern anwendbar, wobei auch eine erste Anpassung an transiente Bedingungen in Zahnradkontakten erfolgt.
Diese Fortschritte ermöglichen genauere Abschätzungen der Lagerkapazität und tragen dazu bei, kritische Bedingungen und elektrische Belastungen in elektrischen Antriebssträngen besser vorherzusagen. Die Modelle verbessern auch die Impedanzberechnung und ermöglichen somit präzisere Vorhersagen des resistiven Anteils des EHD Kontakts hervorgerufen durch den Schmierstoff.The predictability of the electrical properties of machine elements is crucial for the reliability of modern electrified powertrains. Despite existing knowledge, there are significant gaps in electrical modeling to understand the complex relationships between mechanical and electrical loads. This work aims to develop simple analytical methods for determining the electrical properties of machine elements.
Additionally, the impact of current passage on the service life of rolling bearings is unknown and is comprehensively investigated through various experimental studies in this work. By modifying hybrid bearings with different numbers of steel rolling elements, insights have been gained into pre-damages and the effects of current passage. Experiments focusing on single steel rolling elements have highlighted the impact of loaded zones and lubricant film thickness on current passage, revealing breakdowns and arcing phenomena. Microscopic analysis of damaged raceways has identified mechanisms such as vaporized craters that alter surface roughness. Service life tests have uncovered failure mechanisms distinct from classical rolling contact fatigue, providing crucial insights into the consequences of electrical damage. Weibull analysis has revealed varied experimental life spans, underscoring the significant influence of electrical damage on bearing reliability.
In parallel, models have been developed to determine the electrical properties of rolling bearings and gears. A simulation-based film thickness-dependent correction factor, validated through comprehensive experiments, has enhanced the accuracy of calculating electrical capacitance. This factor, previously assumed constant, is critical for the design of electric drive trains. Models initially developed for point contacts have been successfully extended to line contacts, applicable to raceway-roller contacts in cylindrical and tapered roller bearings, with an initial adaptation to transient conditions in gear contacts.
These advancements have facilitated more accurate estimations of bearing capacitance, improving the anticipation of critical conditions and electrical stresses in electric drives. The models also improve impedance calculations, enabling more precise predictions of the resistive component of the EHL contact caused by the lubricant
Towards an Hydraulically Actuated Extruder for Bioprinting
Get PDFThe peer-reviewed abstract can be found on page 99 in this collection: https://doi.org/10.1515/bmte-2023-2001
The poster was presented on the conference but not published by the conference
A calculus of operators associated with canonical transformations of R^{2n}\{0}
Get PDFAufbauend auf der von Helffer in [Hel84] entwickelten Theorie der operateurs Fourier-integraux globalement elliptiques konsturieren wir ein Kalkül von Operatoren, welche den 1-homogenen Diffeomorphismen des punktierten euklidischen Raumes R2n \{0}, die zusätzlich die symplektische Struktur erhalten, zugeordnet sind. Die Erweiterung dieser Theorie auf lokal definierte Operatoren und die Konstruktion derer Phasenfunktionen werden anschließend genutzt, um ein Resultat über die ordnungserhaltenden Automorphismen der Algebra der Shubin-Pseudodifferentialoperatoren zu beweisen, ähnlich eines Resultats von Duistermaat-Singer in [DS76]In this thesis, a calculus of operators associated with 1-homogeneous diffeomor-
phisms preserving the standard symplectic structure of the punctured Euclidean
space R2n \ {0} is developed, based on the theory of op´erateurs Fourier-integraux
globalement elliptiques portrayed by Helffer in [Hel84]. The extension of this cal-
culus to locally defined operators and the construction of their phase functions is
then used to prove a result concerning the order-preserving automorphisms of the
algebra of classical Shubin pseudodifferential operators analogous to the result of
Duistermaat-Singer appearing in [DS76]
Micromechanical behavior of the apple fruit cuticle investigated by Brillouin light scattering microscopy
Get PDFThe cuticle is a polymeric membrane covering all plant aerial organs of primary origin. It regulates water loss and defends against environmental stressors and pathogens. Despite its significance, understanding of the micro-mechanical properties of the cuticle (cuticular membrane; CM) remains limited. In this study, non-invasive Brillouin light scattering (BLS) spectroscopy was applied to probe the micro-mechanics of native CM, dewaxed CM (DCM), and isolated cutin matrix (CU) of mature apple fruit. The BLS signal arises from the photon interaction with thermally induced pressure waves and allows for imaging with mechanical contrast. The derived loss tangent showed significant differences with wax extraction from the CM and further with carbohydrate extraction from the DCM, consistent with tensile test results. Spatial heterogeneity between anticlinal and periclinal regions was observed by BLS microscopy of CM and DCM, but not in CU. The key conclusions are: (1) BLS is sensitive to micro-mechanical variations, particularly the strain-stiffening effect of the cutin framework, offering insights into the CM’s micro-mechanical behavior and underlying chemical structures; (2) CM and DCM exhibit spatial micro-mechanical heterogeneity between periclinal and anticlinal regions
TRIZ-Inspired Framework for Identifying Future Quantum Computing Use Cases In Very Early Development Stages: Formulating Generic Application Types
Get PDFQuantum computing (QC) holds transformative potential across industries, promising exponential performance improvements in specific applications. However, identifying future QC use cases remains challenging due to its relative immaturity and inherent complexity. Building upon our previous work where we introduced a TRIZ-inspired framework for systematically identifying future applications, this paper contextualizes the framework for QC by defining generic solution types. We conduct a systematic literature review, identifying 46 QC use cases across four archetypes: optimization, simulation, artificial intelligence (AI) , and cryptography. By examining the constituent elements of each use case task, the application object and the goal, we develop a comprehensive framework for their analysis. Our findings reveal that application objects can be classified by nature (material, technical, social) and scale (elementary object, system, network), leading to the identification of 15 generic application types for QC. For example, in technical networks, QC can optimize resource allocation or predict the dynamic behavior of system components, while in material systems, it can accelerate the development of new materials. Artificial intelligence applications are identified as cross-sectional use cases applicable across various domains. By formulating these generic application types, our framework offers a structured approach for organizations to identify potential QC applications relevant to their specific contexts, following the logic of TRIZ
In Strawberries, Calcium Uptake and Water Soaking Are Negatively Related
Get PDFWater soaking is a common disorder of field-grown strawberries, and its incidence can be severe. Calcium (Ca) sprays reduce susceptibility to water soaking. Vascular import of Ca to developing strawberry fruit decreases during development as a result of progressive xylem dysfunction. Calcium sprays can raise Ca levels in late-stage strawberry fruit. The objective of this study was to quantify Ca uptake through the fruit skin. Submerging fruit in calcium chloride (CaCl2) solutions increased both the mass of Ca per fruit and the mass of Ca per fruit dry mass. There was no effect of CaCl2 solution concentration on fruit water uptake. Fruit mass increases exponentially during development. When in a CaCl2 solution, water soaking was increased, but less severely, rather than when in pure water. Fruit Ca content and fruit size were related positively, but the Ca/dry mass ratio was independent of fruit size. Both were consistently higher for fruit incubated in CaCl2 than for control fruit incubated in water. There was no preferential Ca uptake through the calyx or through the abscission scars from petals or stamens. Both fruit Ca content and the fruit Ca/dry mass ratio were related positively to fruit CaCl2 concentration and were increased by incubation in solutions of Ca salts. There was no effect of temperature on fruit Ca content or the Ca/dry mass ratio. At all temperatures, fruit incubated in CaCl2 had greater Ca contents and Ca/dry mass ratios than fruit incubated in water. Inducing microcracking in the cuticle had no significant effect on the water uptake rate, on the Ca content, or on the Ca/dry mass ratio. Across all experiments, Ca content and the Ca/dry mass ratio correlated negatively with water soaking. In summary, Ca is taken up from a Ca salt solution in contact with the fruit skin, and fruit Ca content and susceptibility to water soaking are related negatively
Development of a GIS-based register of biogas plant sites in Lower Saxony, Germany: a foundation for identifying P2G potential
Get PDFBackground: Although Germany’s biogas capacity accounts for almost 7% of its installed worldwide capacity, the expansion of biogas plants has stagnated owing to the expiry of Germany’s Renewable Energy Sources Act Erneuerbare–Energien–Gesetz (EEG) subsidies for existing biogas plants. Indeed, without alternative concepts such as power-to-gas (P2G) ensuring their continuing operation, many existing biogas plants must close down to ensure their continuous operation. A detailed spatial register of biogas plant sites must be developed to evaluate the potential for further operation (and thereby promote Germany’s sustainable energy transition). In particular, Lower Saxony, a German federal state, was hit hardest by the expiry of subsidies, as there is a lack of spatially high-resolution information to identify which biogas plants have P2G potential as an end-of-subsidy strategy. This study discusses the development of a geographic information system-based register for these plants. Methods: A register was developed using geographic information system (GIS). Spatial data on existing biogas plants in Lower Saxony were selected from the Digital Landscape Model (DLM) data, with additional information coming inter alia from the Marktstammdatenregister, the Germany-wide core energy market data register. The data were merged into a single register for Lower Saxony, and aerial photographs were used to validate the biogas plant site. Results: A total of 1704 biogas plant sites were identified throughout Lower Saxony. Spatially resolved plant information on production capacity suggests that three quarters are suitable for inclusion in a methanization concept. Because plants at 85% of the sites will no longer be subsidised by 2035, end-of-subsidy strategies will soon become relevant. Conclusions: The GIS-based analysis is a reliable and low-error method for identifying biogas plant sites in Lower Saxony. Almost all plants were included in the registry. The greatest advantages over existing registers and at the same time the unique characteristics of our register were the exact spatial localisation of the plants and the highly up-to-date nature of the data. The register enables the initial (spatial) identification, characterisation, and analysis of potential sites for P2G end-of-subsidy strategies. Overall, the register has significant potential as an advisory basis
On the influence of cross-sectional deformations on the aerodynamic performance of wind turbine rotor blades
Get PDFThe aerodynamic performance of a wind turbine rotor blade depends on the geometry of the airfoils used. The airfoil shape can be affected by elastic deformations of the blade during operation due to structural loads. This paper provides an initial estimation of the extent to which cross-sectional deformations influence the aerodynamic loads on the rotor. The IEA 15 MW reference wind turbine model is used for this study. A constant wind field at rated wind speed is applied as an operational load test case. The resulting loads are calculated by an aero-servo-elastic simulation of the turbine. The loads are applied to a three-dimensional (3D) finite shell element model of the rotor blade, which serves to calculate the cross-sectional deformations. For the individual cross-sections in the deformed configuration, the new lift and drag coefficients are calculated. These are then included in the aero-servo-elastic simulation, and the obtained results are compared with those of the initial simulation that is based on the undeformed cross-sections. The cross-sectional deformations consist of a change in the chord length and the geometry of the trailing edge panels and depend on the azimuth position of the blade. The change in the airfoil geometries results in altered aerodynamic characteristics and therefore a deviation of the blade root bending moments, the maximum change of which is −1.4 % in the in-plane direction and +0.71 % in the out-of-plane direction. These results show that cross-sectional deformations have a minor influence on the internal loads of rotor blades in normal operation