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Diese Worte sollst du deinen Kindern einschärfen
No full textIn der vorliegenden Arbeit liegt der Fokus auf jungen russischsprachigen Jüdinnen und Juden, deren Eltern in den 90er Jahren des 20 Jahrhunderts nach Deutschland eingewandert sind. Im Rahmen dieser Studie wird der Bildungsweg dieser MigrantInnengruppe und deren Erfahrungen in Deutschland aus der biographischen Perspektive nachvollzogen. Der Fokus wird insbesondere auf die biographischen Lebenserfahrungen gelegt, d.h. die allgemeinen Lebensumstände, Hürden und Schwierigkeiten, die die jungen russischsprachigen Jüdinnen und Juden in Deutschland überwinden mussten, um auf ihrem Bildungsweg an ihr Ziel zu kommen. Des Weiteren werden die Rolle des sozialen Umfelds auf die Auswahl ihres Bildungsweges sowie ihre Zugehörigkeit und ihr Beitrag zur deutschen Gesellschaft beleuchtet. Ein weiteres Hauptaugenmerk dieser Arbeit liegt auf den gesellschaftlichen, politischen und familiären Rahmenbedingungen, die den BiographInnen den Zugang zum Bildungsweg ermöglichten.
Die in der Arbeit formulierten Forschungsfragen wurden mithilfe der interpretativen Sozialforschung, genauer, der fallrekonstruktiven Auswertung nach Gabriele Rosenthal beantwortet.
Über den biographischen Verlauf der Lebensgeschichte der jungen russischsprachigen Jüdinnen und Juden wurde deutlich, dass die BiographInnen in die säkulare Gesellschaft gehen müssen, um ihren Bildungsweg erfolgreich zu gestalten. Dort erfahren sie einen sehr starken Antisemitismus und sind diesem schutzlos ausgeliefert. Bei allen drei Interviewten wurde diese Erfahrung in der Schule gemacht, an einem Ort, an dem sie Schutz erfahren sollten. Diesen Anfeindungen begegneten sie auf unterschiedliche Weise und sie entwickelten verschiedene Handlungsstrategien. Einige BiographInnen setzen sich auf der intellektuellen Ebene bewusst damit auseinander, andere wiederum versuchen, nicht hinzuschauen und es zu ignorieren.
Des Weiteren wurde als Resultat der Untersuchung in einigen Fällen ein übereinstimmendes, in anderen ein nicht übereinstimmendes Passungsverhältnis zwischen elterlichen Vorstellungen und den Bildungswegen der jungen russischsprachigen Jüdinnen und Juden gefunden
Towards urban flood susceptibility mapping using data-driven models in Berlin, Germany
No full textIdentifying urban pluvial flood-prone areas is necessary but the application of two-dimensional hydrodynamic models is limited to small areas. Data-driven models have been showing their ability to map flood susceptibility but their application in urban pluvial flooding is still rare. A flood inventory (4333 flooded locations) and 11 factors which potentially indicate an increased hazard for pluvial flooding were used to implement convolutional neural network (CNN), artificial neural network (ANN), random forest (RF) and support vector machine (SVM) to: (1) Map flood susceptibility in Berlin at 30, 10, 5, and 2 m spatial resolutions. (2) Evaluate the trained models' transferability in space. (3) Estimate the most useful factors for flood susceptibility mapping. The models' performance was validated using the Kappa, and the area under the receiver operating characteristic curve (AUC). The results indicated that all models perform very well (minimum AUC = 0.87 for the testing dataset). The RF models outperformed all other models at all spatial resolutions and the RF model at 2 m spatial resolution was superior for the present flood inventory and predictor variables. The majority of the models had a moderate performance for predictions outside the training area based on Kappa evaluation (minimum AUC = 0.8). Aspect and altitude were the most influencing factors on the image-based and point-based models respectively. Data-driven models can be a reliable tool for urban pluvial flood susceptibility mapping wherever a reliable flood inventory is available
Identifikation von dynamischen Protein-Metabolit Komplexes in Saccharomyces cerevisiae unter Nutzung der Co-Fraktionierungs Massenspektrometrie
No full textCells are built from a variety of macromolecules and metabolites. Both, the proteome and the metabolome are highly dynamic and responsive to environmental cues and developmental processes. But it is not their bare numbers, but their interactions that enable life. The protein-protein (PPI) and protein-metabolite interactions (PMI) facilitate and regulate all aspects of cell biology, from metabolism to mitosis. Therefore, the study of PPIs and PMIs and their dynamics in a cell-wide context is of great scientific interest. In this dissertation, I aim to chart a map of the dynamic PPIs and PMIs across metabolic and cellular transitions. As a model system, I study the shift from the fermentative to the respiratory growth, known as the diauxic shift, in the budding yeast Saccharomyces cerevisiae. To do so, I am applying a co-fractionation mass spectrometry (CF-MS) based method, dubbed protein metabolite interactions using size separation (PROMIS). PROMIS, as well as comparable methods, will be discussed in detail in chapter 1.
Since PROMIS was developed originally for Arabidopsis thaliana, in chapter 2, I will describe the adaptation of PROMIS to S. cerevisiae. Here, the obtained results demonstrated a wealth of protein-metabolite interactions, and experimentally validated 225 previously predicted PMIs. Applying orthogonal, targeted approaches to validate the interactions of a proteogenic dipeptide, Ser-Leu, five novel protein-interactors were found. One of those proteins, phosphoglycerate kinase, is inhibited by Ser-Leu, placing the dipeptide at the regulation of glycolysis.
In chapter 3, I am presenting PROMISed, a novel web-tool designed for the analysis of PROMIS- and other CF-MS-datasets. Starting with raw fractionation profiles, PROMISed enables data pre-processing, profile deconvolution, scores differences in fractionation profiles between experimental conditions, and ultimately charts interaction networks. PROMISed comes with a user-friendly graphic interface, and thus enables the routine analysis of CF-MS data by non-computational biologists.
Finally, in chapter 4, I applied PROMIS in combination with the isothermal shift assay to the diauxic shift in S. cerevisiae to study changes in the PPI and PMI landscape across this metabolic transition. I found a major rewiring of protein-protein-metabolite complexes, exemplified by the disassembly of the proteasome in the respiratory phase, the loss of interaction of an enzyme involved in amino acid biosynthesis and its cofactor, as well as phase and structure specific interactions between dipeptides and enzymes of central carbon metabolism.
In chapter 5, I am summarizing the presented results, and discuss a strategy to unravel the potential patterns of dipeptide accumulation and binding specificities. Lastly, I recapitulate recently postulated guidelines for CF-MS experiments, and give an outlook of protein interaction studies in the near future.Die Zelle besteht aus einer Vielzahl von großen und kleinen Molekülen, und sowohl das Proteom als auch das Metabolom passen sich dynamisch den vorherrschenden Umweltbedingungen oder zellulären Anforderungen an. Allerdings ist es nicht die bloße Menge an biologischen Molekülen, sondern deren Interaktionen miteinander, die das Leben erst ermöglichen. Protein-Protein (PPI) und Protein-Metabolit Interaktionen (PMI) vollbringen und regulieren alle Aspekte der Zelle, vom Stoffwechsel bis zur Mitose. Die Studie dieser Interaktionen ist daher von fundamentalem wissenschaftlichem Interesse. In dieser Dissertation strebe ich an, eine Karte der Protein-Protein und Protein-Metabolit Interaktionen zu zeichnen, die den Übergang vom fermentativen zum respiratioschen Stoffwechsel in der Hefe Saccharomyces cerevisiae umfasst. Zu diesem Zweck nutze ich PROMIS (egl. protein metabolite interactions using size separation), eine auf der co-Fraktionierungs Massensprektrometrie (CF-MS) aufbauende Methode. PROMIS, und ähnliche Methoden zur Untersuchung von Protein-Interkationen, werden ausgiebig in Kapitel 1 vorgestellt.
Da PROMIS ursprünglich für die Modellpflanze Arabadopsis thaliana entwickelt wurde, beschreibe ich in Kapitel 2 zunächst die erste Anwendung der Methode in S. cerevisiae. Die Ergebnisse stellen eine Fülle an Protein-Metabolit Interaktionen dar, und 225 zuvor prognostizierte Interaktionen wurden das erste Mal experimentell beschrieben. Mit Hilfe orthogonaler Methoden wurde außerdem eine inhibitorische Interaktion zwischen dem proteinogenen Dipeptid Ser-Leu und einem Enzym der Glykolyse gefunden.
In Kapitel 3 präsentiere ich PROMISed, eine neue Web-Anwendung zur Auswertung von Daten von PROMIS oder anderen CF-MS Experimente. PROMISed kann genutzt werden um in rohen Fraktionierungs-Profile lokale Maxima zu finden, aus denen ein Interaktions-Netzwerk basierend auf Korrelationen erstellt wird. Außerdem kann die Anwendung Unterschiede in den Profilen zwischen verschiedenen experimentellen Bedingungen bewerten. PROMISed umfasst eine benutzerfreundliche grafische Oberfläche und bedarf daher keiner Programmierkenntnisse zur Nutzung.
In Kapitel 4 benutze ich schließlich PROMIS und ItSA (engl. isothermal shift assay) um PPI und PMI während des Übergangs vom fermentativen zum respiratorischen Stoffwechsel in Hefe zu untersuchen. Hier beschreibe ich eine zellweite Umbildung der Protein-Metabolit-Komplexe, bespielhaft beschrieben anhand des Auseinanderfallens des Proteasoms im respiratorischen Stoffwechsel, des Verlustes der Interaktion zwischen einem Enzym des Aminosäure Stoffwechsels mit seinem Cofaktor und spezifischen Interaktionen zwischen Dipeptiden und Enzymen des zentralen Stoffwechsels.
In Kapitel 5 fasse ich die gefundenen Ergebnisse zusammen und stelle eine Strategie zur Untersuchung der Spezifität sowohl der Bildung als auch der Protein-Interaktionen von Dipeptiden vor. Zu aller letzt rekapituliere ich Richtlinien für CF-MS Experimente und gebe einen Ausblick auf die nahe Zukunft der Studien der Protein-Interkationen
Early word segmentation in monolingual and bilingual infants
No full textDie vorgelegte Dissertation befasst sich mit der frühen Wortsegmentierung im monolingualen und bilingualen Spracherwerb. Die Wortsegmentierung stellt eine der wesentlichen Herausforderungen für Säuglinge im Spracherwerb dar, da gesprochene Sprache kontinuierlich ist und Wortgrenzen nicht zuverlässig durch akustische Pausen markiert werden. Zahlreiche Studien konnten für mehrere Sprachen zeigen, dass sich Segmentierungsfähigkeiten von monolingualen Säuglingen zwischen dem 6. und 12. Lebensmonat herausbilden (z. B. Englisch: Jusczyk, Houston & Newsome, 1999; Französisch: Nazzi, Mersad, Sundara, Iakimova & Polka, 2014; Deutsch: Höhle & Weissenborn, 2003; Bartels, Darcy & Höhle, 2009). Frühe Wortsegmentierungsfähigkeiten sind sprachspezifisch (Polka & Sundara, 2012). Crosslinguistische Studien zeigten, dass eine sprachübergreifende Segmentierung für einsprachig aufwachsende Säuglinge nur erfolgreich bewältigt wird, wenn die nicht-native Sprache rhythmische Eigenschaften mit ihrer Muttersprache teilt (Houston, Jusczyk, Kuijpers, Coolen & Cutler, 2000; Höhle, 2002; Polka & Sundara, 2012).
In vier Studien dieser Dissertation wurden mit behavioralen (Headturn Preference Paradigma) und elektrophysiologischen Untersuchungen (Elektroenzephalografie) monolingual Deutsch aufwachsende und bilingual Deutsch-Französisch aufwachsende Säuglinge im Alter von 9 Monaten untersucht. Dabei wurde der Frage nachgegangen, ob monolingual Deutsch aufwachsende Säuglinge im Alter von 9 Monaten in der Lage sind, ihre Muttersprache Deutsch und die rhythmisch unähnliche Sprache Französisch zu segmentieren. Mit anderen Worten: Können monolinguale Säuglinge im Alter von 9 Monaten ihre Segmentierungsprozeduren modifizieren bzw. von ihrer bevorzugten Segmentierung abweichen, um auch nicht-muttersprachlichen Input erfolgreich zu segmentieren?
Bezogen auf die bilingualen Sprachlerner wurde der Frage nachgegangen, ob zweisprachig aufwachsende Säuglinge vergleichbare Segmentierungsfähigkeiten wie monolingual aufwachsende Säuglinge aufweisen und ob sich zudem ein Einfluss der Sprachdominanz auf die Entwicklung der Wortsegmentierungsfähigkeiten in einer bilingualen Population zeigt.
Durch die gewählten Methoden konnten sowohl Verhaltenskorrelate als auch elektrophysiologische Korrelate zur Beantwortung der Fragestellungen herangezogen werden. Darüber hinaus ermöglichte das EEG durch ereigniskorrelierte Potenziale (EKPs) einen Einblick in Lern- und Verarbeitungsprozesse, die mit Verhaltensmethoden nicht erfassbar waren.
Die Ergebnisse zeigen, dass monolingual Deutsch aufwachsende Säuglinge im Alter von 9 Monaten sowohl ihre Muttersprache als auch die nicht-native Sprache Französisch erfolgreich segmentieren. Die Fähigkeit zur Segmentierung der nicht-nativen Sprache Französisch wird jedoch beeinflusst von der Muttersprache: monolinguale Säuglinge, die mit Französisch zuerst getestet wurden, segmentierten sowohl das Französische als auch das im Anschluss präsentierte deutsche Sprachmaterial. Monolinguale Säuglinge die zuerst mit Deutsch und anschließend mit Französisch getestet wurden, segmentierten die deutschen Stimuli, jedoch nicht das französische Sprachmaterial.
Bilingual Deutsch-Französisch aufwachsende Säuglinge segmentieren im Alter von 9 Monaten beide Muttersprachen erfolgreich. Die Ergebnisse deuten zudem auf einen Einfluss der Sprachdominanz auf die Wortsegmentierungsfähigkeiten von zweisprachig aufwachsenden Säuglingen. Die balancierten Bilingualen segmentieren beide Muttersprachen erfolgreich, die unbalancierten Bilingualen zeigen nur für die jeweils dominante Sprache eine erfolgreiche Segmentierung.
Zusammenfassend liefert diese Arbeit erstmals Evidenz für eine erfolgreiche sprachübergreifende Segmentierung in prosodisch differenten Sprachen unterschiedlicher Rhythmusklassen in einer monolingualen Population. Darüber hinaus liefern die Studien dieser Arbeit Evidenz dafür, dass bilingual aufwachsende Säuglinge bezogen auf die Wortsegmentierungsfähigkeiten eine vergleichbare Entwicklung wie einsprachig aufwachsende Sprachlerner zeigen. Dieses Ergebnis erweitert die Datenlage bisheriger Studien, die für verschiedene Entwicklungsschritte im Spracherwerb keine Verzögerung, sondern eine zu monolingual aufwachsenden Säuglingen vergleichbare Entwicklung innerhalb einer bilingualen Population nachweisen konnten (Sprachdiskrimination: Byers-Heinlein, Burns & Werker, 2010; Bosch & Sebastian-Galles, 1997; Phonemdiskrimination: Albareda-Castellot, Pons & Sebastián-Gallés, 2011; Wahrnehmung rhythmischer Eigenschaften: Bijeljac-Babic, Höhle & Nazzi, 2016).This dissertation studies early word segmentation in monolingual and bilingual language acquisition. Word segmentation is one of the main challenges for infants in language acquisition, since spoken language is continuous and word boundaries are not reliably marked by acoustic pauses. Numerous studies have shown for several languages that segmentation abilities of monolingual infants emerge between 6 and 12 months of age (e.g., English: Jusczyk, Houston & Newsome, 1999; French: Nazzi, Mersad, Sundara, Iakimova & Polka, 2014; German: Höhle & Weissenborn, 2003; Bartels, Darcy & Höhle, 2009). Early word segmentation abilities are language-specific (Polka & Sundara, 2012). Studies showed that cross-linguistic word segmentation for monolingual infants is only successfully mastered when the non-native language shares rhythmic features with their native language (Houston, Jusczyk, Kuijpers, Coolen & Cutler, 2000; Höhle, 2002; Polka & Sundara, 2012).
Using behavioral (Headturn Preference Paradigm) and electrophysiological methods (electroencephalography) 9-month-old infants growing up either monolingual (German) or bilingual (German and French) were tested on their word segmentation abilities. The study investigated whether German-monolingual infants are able to segment their native language German and the rhythmically different language French. In other words, can monolingual infants at 9 months modify their segmentation procedures or switch from their preferred segmentation to successfully segment non-native input?
With respect to bilingual language learners, it was investigated whether infants growing up bilingually show comparable segmentation abilities to monolingual infants and whether, in addition, an influence of language dominance on the development of word segmentation abilities is evident in a bilingual population.
The methods used allowed both behavioral and electrophysiological correlates to be used to answer the questions. In addition, the EEG provided insights into learning and cognitive processes through event-related potentials (ERPs) that were not accessible by behavioral methods.
Results show that monolingual-German infants successfully segmented both their native language and the non-native language French at 9 months of age. However, the ability to segment the non-native language French is influenced by the native language: monolingual infants tested with French first segmented both the French and the German language material presented afterwards, whereas monolingual infants tested with German first and French second segmented the German stimuli but not the French.
Bilingual German-French infants successfully segmented both native languages at 9 months of age. The results also suggest an influence of language dominance on the word segmentation abilities of infants growing up bilingually. Balanced bilinguals successfully segmented both native languages, whereas unbalanced bilinguals showed successful segmentation only for the dominant language.
In sum, this work provides the first evidence for successful cross-linguistic segmentation in prosodically distinct languages of different rhythm classes in a monolingual population. Furthermore, the studies in this thesis provide evidence that bilingual infants show similar development to monolingual language learners in terms of word segmentation abilities. This finding extends the data of previous studies within a bilingual population that found no delay for various developmental steps in language acquisition, but rather comparable development to monolingual infants (speech discrimination: Byers-Heinlein, Burns & Werker, 2010; Bosch & Sebastian-Galles, 1997; phoneme discrimination: Albareda-Castellot, Pons & Sebastián-Gallés, 2011; perception of rhythmic properties: Bijeljac-Babic, Cave & Nazzi, 2016)
Entdecken von Datenmodellen aus Ereignisprotokollen
No full textIn the last two decades, process mining has developed from a niche
discipline to a significant research area with considerable impact on academia and industry. Process mining enables organisations to identify the running business processes from historical execution data. The first requirement of any process mining technique is an event log, an artifact that represents concrete business process executions in the form of sequence of events. These logs can be extracted from the organization's information systems and are used by process experts to retrieve deep insights from the organization's running processes. Considering the events pertaining to such logs, the process models can be automatically discovered and enhanced or annotated with performance-related information. Besides behavioral information, event logs contain domain specific data, albeit implicitly. However, such data are usually overlooked and, thus, not utilized to their full potential.
Within the process mining area, we address in this thesis the research gap of discovering, from event logs, the contextual information that cannot be captured by applying existing process mining techniques. Within this research gap, we identify four key problems and tackle them by looking at an event log from different angles. First, we address the problem of deriving an event log in the absence of a proper database access and domain knowledge. The second problem is related to the under-utilization of the implicit domain knowledge present in an event log that can increase the understandability of the discovered process model. Next, there is a lack of a holistic representation of the historical data manipulation at the process model level of abstraction. Last but not least, each process model presumes to be independent of other process models when discovered from an event log, thus, ignoring possible data dependencies between processes within an organization.
For each of the problems mentioned above, this thesis proposes a dedicated method. The first method provides a solution to extract an event log only from the transactions performed on the database that are stored in the form of redo logs. The second method deals with discovering the underlying data model that is implicitly embedded in the event log, thus, complementing the discovered process model with important domain knowledge information. The third method captures, on the process model level, how the data affects the running process instances. Lastly, the fourth method is about the discovery of the relations between business processes (i.e., how they exchange data) from a set of event logs and explicitly representing such complex interdependencies in a business process architecture.
All the methods introduced in this thesis are implemented as a prototype and their feasibility is proven by being applied on real-life event logs.In den letzten zwei Jahrzehnten hat sich Process Mining von einer Nischendisziplin zu einem bedeutenden Forschungsgebiet mit erheblichen Auswirkungen auf Wissenschaft und Industrie entwickelt. Process Mining ermöglicht es Unternehmen, die laufenden Geschäftsprozesse anhand historischer Ausführungsdaten zu identifizieren. Die erste Voraussetzung für jede Process-Mining-Technik ist ein Ereignisprotokoll (Event Log), ein Artefakt, das konkrete Geschäftsprozessausführungen in Form einer Abfolge von Ereignissen darstellt. Diese Protokolle (Logs) können aus den Informationssystemen der Unternehmen extrahiert werden und ermöglichen es Prozessexperten, tiefe Einblicke in die laufenden Unternehmensprozesse zu gewinnen. Unter Berücksichtigung der Abfolge der Ereignisse in diesen Protokollen (Logs) können Prozessmodelle automatisch entdeckt und mit leistungsbezogenen Informationen erweitert werden. Neben verhaltensbezogenen Informationen enthalten Ereignisprotokolle (Event Logs) auch domänenspezifische Daten, wenn auch nur implizit. Solche Daten werden jedoch in der Regel nicht in vollem Umfang genutzt. Diese Arbeit befasst sich
im Bereich Process Mining mit der Forschungslücke der Extraktion von Kontextinformationen aus Ereignisprotokollen (Event Logs), die von bestehenden Process Mining-Techniken nicht erfasst werden.
Innerhalb dieser Forschungslücke identifizieren wir vier Schlüsselprobleme, bei denen wir die Ereignisprotokolle (Event Logs) aus verschiedenen Perspektiven betrachten. Zunächst befassen wir uns mit dem Problem der Erfassung eines Ereignisprotokolls (Event Logs) ohne hinreichenden Datenbankzugang. Das zweite Problem ist die unzureichende Nutzung des in Ereignisprotokollen (Event Logs) enthaltenen Domänenwissens, das zum besseren Verständnis der generierten Prozessmodelle beitragen kann. Außerdem mangelt es an einer ganzheitlichen Darstellung der historischen Datenmanipulation auf Prozessmodellebene. Nicht zuletzt werden Prozessmodelle häufig unabhängig
von anderen Prozessmodellen betrachtet, wenn sie aus Ereignisprotokollen (Event Logs) ermittelt wurden. Dadurch können mögliche Datenabhängigkeiten zwischen Prozessen innerhalb einer Organisation übersehen werden.
Für jedes der oben genannten Probleme schlägt diese Arbeit eine eigene Methode vor. Die erste Methode ermöglicht es, ein Ereignisprotokoll (Event Log) ausschließlich anhand der Historie der auf einer Datenbank durchgeführten Transaktionen zu extrahieren, die in Form von Redo-Logs gespeichert ist. Die zweite Methode befasst sich mit der Entdeckung des
zugrundeliegenden Datenmodells, das implizit in dem jeweiligen Ereignisprotokoll (Event Log) eingebettet ist, und ergänzt so mit das entdeckte Prozessmodell mit wichtigen, domänenspezifischen Informationen. Bei der dritten Methode wird auf der Ebene des Prozess-
modells erfasst, wie sich die Daten auf die laufenden Prozessinstanzen auswirken. Die vierte Methode befasst sich schließlich mit der Entdeckung der Beziehungen zwischen Geschäftsprozessen (d.h. deren Datenaustausch) auf Basis der jeweiligen Ereignisprotokolle (Event Logs), sowie mit der expliziten Darstellung solcher komplexen Abhängigkeiten in einer Geschäftsprozessarchitektur.
Alle in dieser Arbeit vorgestellten Methoden sind als Prototyp implementiert und ihre Anwendbarkeit wird anhand ihrer Anwendung auf reale Ereignisprotokolle (Event Logs) nachgewiesen
Tamara Or, Heimat im Exil: Eine hebräische Diasporakultur in Berlin 1897 – 1933 (Göttingen: Wallstein, 2020), 431 S., 42,00 €
No full textTowards unifying approaches in exposure modelling for scenario-based multi-hazard risk assessments
No full textThis cumulative thesis presents a stepwise investigation of the exposure modelling process for risk assessment due to natural hazards while highlighting its, to date, not much-discussed importance and associated uncertainties. Although “exposure” refers to a very broad concept of everything (and everyone) that is susceptible to damage, in this thesis it is narrowed down to the modelling of large-area residential building stocks. Classical building exposure models for risk applications have been constructed fully relying on unverified expert elicitation over data sources (e.g., outdated census datasets), and hence have been implicitly assumed to be static in time and in space. Moreover, their spatial representation has also typically been simplified by geographically aggregating the inferred composition onto coarse administrative units whose boundaries do not always capture the spatial variability of the hazard intensities required for accurate risk assessments. These two shortcomings and the related epistemic uncertainties embedded within exposure models are tackled in the first three chapters of the thesis. The exposure composition of large-area residential building stocks is studied on the scope of scenario-based earthquake loss models. Then, the proposal of optimal spatial aggregation areas of exposure models for various hazard-related vulnerabilities is presented, focusing on ground-shaking and tsunami risks. Subsequently, once the experience is gained in the study of the composition and spatial aggregation of exposure for various hazards, this thesis moves towards a multi-hazard context while addressing cumulative damage and losses due to consecutive hazard scenarios. This is achieved by proposing a novel method to account for the pre-existing damage descriptions on building portfolios as a key input to account for scenario-based multi-risk assessment. Finally, this thesis shows how the integration of the aforementioned elements can be used in risk communication practices. This is done through a modular architecture based on the exploration of quantitative risk scenarios that are contrasted with social risk perceptions of the directly exposed communities to natural hazards.
In Chapter 1, a Bayesian approach is proposed to update the prior assumptions on such composition (i.e., proportions per building typology). This is achieved by integrating high-quality real observations and then capturing the intrinsic probabilistic nature of the exposure model. Such observations are accounted as real evidence from both: field inspections (Chapter 2) and freely available data sources to update existing (but outdated) exposure models (Chapter 3). In these two chapters, earthquake scenarios with parametrised ground motion fields were transversally used to investigate the role of such epistemic uncertainties related to the exposure composition through sensitivity analyses. Parametrised scenarios of seismic ground shaking were the hazard input utilised to study the physical vulnerability of building portfolios. The second issue that was investigated, which refers to the spatial aggregation of building exposure models, was investigated within two decoupled vulnerability contexts: due to seismic ground shaking through the integration of remote sensing techniques (Chapter 3); and within a multi-hazard context by integrating the occurrence of associated tsunamis (Chapter 4). Therein, a careful selection of the spatial aggregation entities while pursuing computational efficiency and accuracy in the risk estimates due to such independent hazard scenarios (i.e., earthquake and tsunami) are discussed. Therefore, in this thesis, the physical vulnerability of large-area building portfolios due to tsunamis is considered through two main frames: considering and disregarding the interaction at the vulnerability level, through consecutive and decoupled hazard scenarios respectively, which were then contrasted.
Contrary to Chapter 4, where no cumulative damages are addressed, in Chapter 5, data and approaches, which were already generated in former sections, are integrated with a novel modular method to ultimately study the likely interactions at the vulnerability level on building portfolios. This is tested by evaluating cumulative damages and losses after earthquakes with increasing magnitude followed by their respective tsunamis. Such a novel method is grounded on the possibility of re-using existing fragility models within a probabilistic framework. The same approach is followed in Chapter 6 to forecast the likely cumulative damages to be experienced by a building stock located in a volcanic multi-hazard setting (ash-fall and lahars). In that section, special focus was made on the manner the forecasted loss metrics are communicated to locally exposed communities. Co-existing quantitative scientific approaches (i.e., comprehensive exposure models; explorative risk scenarios involving single and multiple hazards) and semi-qualitative social risk perception (i.e., level of understanding that the exposed communities have about their own risk) were jointly considered. Such an integration ultimately allowed this thesis to also contribute to enhancing preparedness, science divulgation at the local level as well as technology transfer initiatives.
Finally, a synthesis of this thesis along with some perspectives for improvement and future work are presented.Diese kumulative Diplomarbeit stellt eine schrittweise Untersuchung des Expositionsmodellierungsprozesses für die Risikobewertung durch Naturgefahren dar und weist auf seine bisher wenig diskutierte Bedeutung und die damit verbundenen Unsicherheiten hin. Obwohl sich „Exposition“ auf einen sehr weiten Begriff von allem (und jedem) bezieht, der für Schäden anfällig ist, wird er in dieser Arbeit auf die Modellierung von großräumigen Wohngebäudebeständen eingeengt. Klassische Gebäudeexpositionsmodelle für Risikoanwendungen wurden vollständig auf der Grundlage unbestätigter Expertenerhebungen über Datenquellen (z. B. veraltete Volkszählungsdatensätze) erstellt und wurden daher implizit als zeitlich und räumlich statisch angenommen. Darüber hinaus wurde ihre räumliche Darstellung typischerweise auch vereinfacht, indem die abgeleitete Zusammensetzung geografisch auf grobe Verwaltungseinheiten aggregiert wurde, deren Grenzen nicht immer die räumliche Variabilität der Gefahrenintensitäten erfassen, die für genaue Risikobewertungen erforderlich sind. Diese beiden Mängel und die damit verbundenen epistemischen Unsicherheiten, die in Expositionsmodellen eingebettet sind, werden in den ersten drei Kapiteln der Dissertation verfolgt. Die Exposure-Zusammensetzung von großflächigen Wohngebäudebeständen wird im Rahmen szenariobasierter Erdbebenschadenmodelle untersucht. Anschließend wird der Vorschlag optimaler räumlicher Aggregationsbereiche von Expositionsmodellen für verschiedene gefahrenbezogene Anfälligkeiten präsentiert, wobei der Schwerpunkt auf Bodenerschütterungs- und Tsunami-Risiken liegt. Anschließend, sobald die Erfahrung in der Untersuchung der Zusammensetzung und räumlichen Aggregation der Exposition für verschiedene Gefahren gesammelt wurde, bewegt sich diese Arbeit in Richtung eines Kontextes mit mehreren Gefahren, während sie sich mit kumulativen Schäden und Verlusten aufgrund aufeinanderfolgender Gefahrenszenarien befasst. Dies wird erreicht, indem eine neuartige Methode vorgeschlagen wird, um die bereits bestehenden Schadensbeschreibungen an Gebäudeportfolios als Schlüsseleingabe für die Berücksichtigung einer szenariobasierten Multi-Risiko-Bewertung zu berücksichtigen. Abschließend zeigt diese Arbeit, wie die Integration der oben genannten Elemente in der Risikokommunikation genutzt werden kann. Dies erfolgt durch eine modulare Architektur, die auf der Untersuchung quantitativer Risikoszenarien basiert, die mit der sozialen Risikowahrnehmung der direkt von Naturgefahren betroffenen Gemeinschaften kontrastiert werden.
In Kapitel 1 wird ein bayesianischer Ansatz vorgeschlagen, um die früheren Annahmen zu einer solchen Zusammensetzung (d. h. Anteile pro Gebäudetypologie) zu aktualisieren. Dies wird erreicht, indem hochwertige reale Beobachtungen integriert und dann die intrinsische Wahrscheinlichkeitsnatur des Expositionsmodells erfasst wird. Solche Beobachtungen werden sowohl aus Feldbegehungen (Kapitel 2) als auch aus frei verfügbaren Datenquellen zur Aktualisierung bestehender (aber veralteter) Expositionsmodelle (Kapitel 3) als echte Beweise gewertet. In diesen beiden Kapiteln wurden Erdbebenszenarien mit parametrisierten Bodenbewegungsfeldern transversal verwendet, um die Rolle solcher epistemischen Unsicherheiten in Bezug auf die Expositionszusammensetzung durch Sensitivitätsanalysen zu untersuchen. Parametrisierte Szenarien seismischer Bodenerschütterungen waren der Gefahreneingang, der verwendet wurde, um die physische Anfälligkeit von Gebäudeportfolios zu untersuchen. Das zweite untersuchte Problem, das sich auf die räumliche Aggregation von Gebäudeexpositionsmodellen bezieht, wurde in zwei entkoppelten Vulnerabilitätskontexten untersucht: durch seismische Bodenerschütterungen durch die Integration von Fernerkundungstechniken (Kapitel 3); und innerhalb eines Multi-Hazard-Kontextes durch Einbeziehung des Auftretens assoziierter Tsunamis (Kapitel 4). Darin wird eine sorgfältige Auswahl der räumlichen Aggregationseinheiten bei gleichzeitigem Streben nach Recheneffizienz und Genauigkeit bei den Risikoschätzungen aufgrund solcher unabhängiger Gefahrenszenarien (d. h. Erdbeben und Tsunami) diskutiert. Daher wird in dieser Arbeit die physische Vulnerabilität von großen Gebäudeportfolios durch Tsunamis durch zwei Hauptrahmen betrachtet: Berücksichtigung und Nichtberücksichtigung der Wechselwirkung auf der Vulnerabilitätsebene, durch aufeinanderfolgende bzw. entkoppelte Gefahrenszenarien, die dann gegenübergestellt wurden.
Im Gegensatz zu Kapitel 4, wo keine kumulativen Schäden angesprochen werden, werden in Kapitel 5 Daten und Ansätze, die bereits in früheren Abschnitten generiert wurden, mit einer neuartigen modularen Methode integriert, um letztendlich die wahrscheinlichen Wechselwirkungen auf der Schwachstellenebene beim Aufbau von Portfolios zu untersuchen. Dies wird getestet, indem kumulative Schäden und Verluste nach Erdbeben mit zunehmender Magnitude gefolgt von den jeweiligen Tsunamis bewertet werden. Eine solche neuartige Methode basiert auf der Möglichkeit, bestehende Fragilitätsmodelle innerhalb eines probabilistischen Rahmens wiederzuverwenden. Derselbe Ansatz wird in Kapitel 6 verfolgt, um die wahrscheinlichen kumulativen Schäden zu prognostizieren, denen ein Gebäudebestand ausgesetzt sein wird, der sich in einer vulkanischen Umgebung mit mehreren Gefahren (Aschefall und Lahare) befindet. In diesem Abschnitt wurde besonderes Augenmerk auf die Art und Weise gelegt, wie die prognostizierten Verlustmetriken an lokal exponierte Gemeinden kommuniziert werden. Koexistierende quantitative wissenschaftliche Ansätze (d. h. umfassende Expositionsmodelle; explorative Risikoszenarien mit Einzel- und Mehrfachgefahren) und semiqualitative soziale Risikowahrnehmung (d. h. Grad des Verständnisses, das die exponierten Gemeinschaften über ihr eigenes Risiko haben) wurden gemeinsam berücksichtigt. Eine solche Integration ermöglichte es dieser Arbeit schließlich auch, zur Verbesserung der Bereitschaft, der wissenschaftlichen Verbreitung auf lokaler Ebene sowie zu Technologietransferinitiativen beizutragen.
Abschließend wird eine Zusammenfassung dieser These zusammen mit einigen Perspektiven für Verbesserungen und zukünftige Arbeiten präsentiert