Institut für Geographie und Geologie
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Robust risk assessment requires accurate flood intensity area mapping to allow for the identification of populations and elements at risk. However, available flood maps in West Africa lack spatial variability while global datasets have resolutions too coarse to be relevant for local scale risk assessment. Consequently, local disaster managers are forced to use traditional methods such as watermarks on buildings and media reports to identify flood hazard areas. In this study, remote sensing and Geographic Information System (GIS) techniques were combined with hydrological and statistical models to delineate the spatial limits of flood hazard zones in selected communities in Ghana, Burkina Faso and Benin. The approach involves estimating peak runoff concentrations at different elevations and then applying statistical methods to develop a Flood Hazard Index (FHI). Results show that about half of the study areas fall into high intensity flood zones. Empirical validation using statistical confusion matrix and the principles of Participatory GIS show that flood hazard areas could be mapped at an accuracy ranging from 77% to 81%. This was supported with local expert knowledge which accurately classified 79% of communities deemed to be highly susceptible to flood hazard. The results will assist disaster managers to reduce the risk to flood disasters at the community level where risk outcomes are first materialized.
River deltas belong to the most densely settled places on earth. Although they only account for 5% of the global land surface, over 550 million people live in deltas. These preferred livelihood locations, which feature flat terrain, fertile alluvial soils, access to fluvial and marine resources, a rich wetland biodiversity and other advantages are, however, threatened by numerous internal and external processes. Socio-economic development, urbanization, climate change induced sea level rise, as well as flood pulse changes due to upstream water diversion all lead to changes in these highly dynamic systems. A thorough understanding of a river delta's general setting and intra-annual as well as long-term dynamic is therefore crucial for an informed management of natural resources. Here, remote sensing can play a key role in analyzing and monitoring these vast areas at a global scale. The goal of this study is to demonstrate the potential of intra-annual time series analyses at dense temporal, but coarse spatial resolution for inundation characterization in five river deltas located in four different countries. Based on 250 m MODIS reflectance data we analyze inundation dynamics in four densely populated Asian river deltas-namely the Yellow River Delta (China), the Mekong Delta (Vietnam), the Irrawaddy Delta (Myanmar), and the Ganges-Brahmaputra (Bangladesh, India)-as well as one very contrasting delta: the nearly uninhabited polar Mackenzie Delta Region in northwestern Canada for the complete time span of one year (2013). A complex processing chain of water surface derivation on a daily basis allows the generation of intra-annual time series, which indicate inundation duration in each of the deltas. Our analyses depict distinct inundation patterns within each of the deltas, which can be attributed to processes such as overland flooding, irrigation agriculture, aquaculture, or snowmelt and thermokarst processes. Clear differences between mid-latitude, subtropical, and polar deltas are illustrated, and the advantages and limitations of the approach for inundation derivation are discussed.
Der Anteil älterer und alter Menschen an der Gesamtbevölkerung steigt kontinuierlich an. Diese Entwicklung wird sich auch in den kommenden Jahren fortsetzen. So werden 2050 rund 40 % der deutschen Bevölkerung 60 Jahre oder älter sein. Die Alterung der Bevölkerung wirkt sich auf nahezu alle Lebensbereiche aus und stellt damit Planer und Entscheider auf staatlicher wie auf privater Seite vor neue Herausforderungen. Dies betrifft auch die Frage, wie innerstädtische Einkaufsstandorte, und zwar traditionelle innerstädtische Einkaufsstraßen und innerstädtische Shopping Center, gestaltet werden müssen, um den Anforderungen und Bedürfnissen möglichst aller Altersgruppen und damit auch denjenigen der älteren und alten Konsumenten zu entsprechen.
Am Beispiel der Städte Erlangen, Koblenz und Zwickau wird in vorliegender Untersuchung der Frage nachgegangen, wie ältere und alte Menschen die verschiedenen innerstädtischen Einkaufsstandorte wahrnehmen und nutzen, welche Unterschiede diesbezüglich zu jüngeren Kundengruppen bestehen und welche Schlussfolgerungen sich daraus für eine zukunftsgerichtete Gestaltung der traditionellen Einkaufsstraßen und der innerstädtischen Shopping Center ableiten lassen. Für die Untersuchung kam ein breites methodisches Instrumentarium aus Zeitungsrecherchen, Kartierungen, qualitativen Beobachtungen, qualitativen Haushaltsbefragungen sowie quantitativen Passantenbefragungen zur Anwendung.
Die 15 deutschen UNESCO-Biosphärenreservate sollen als Modellregionen eine nachhaltige Entwicklung verwirklichen, wozu neben dem Schutz des Naturhaushaltes und der genetischen Ressourcen auch die sozio-ökonomische Entwicklung der Region zu gewährleisten ist. Als Zielgebiete touristischer Nachfrage stellt der Tourismus potentiell eine Entwicklungschance, und laut den deutschen MAB-Kriterien, ein relevantes Handlungsfeld für die Biosphärenreservats-Verwaltungen dar. Die vorliegende Arbeit behandelt aus zwei unterschiedlichen Perspektiven die Frage, inwieweit Tourismus zur nachhaltigen Regionalentwicklung in den deutschen Biosphärenreservaten beiträgt.
Zum einen wird mittels einer Wertschöpfungsanalyse die touristische Nachfrage und dadurch ausgelöste regionalökonomische Effekte untersucht, was eine Erfassung der Besucher hinsichtlich Anzahl, Strukturen, Ausgabenniveaus, Aufenthaltsmerkmalen sowie Einstellungen umfasst. Zum anderen wird ermittelt, inwieweit die Biosphärenreservats-Verwaltungen die touristische Entwicklung auf regionaler Ebene im Sinne der nachhaltigen Regionalentwicklung mitgestalten. Basierend auf einer touristischen Typisierung der deutschen Biosphärenreservate werden hierzu sechs ausgewählte Biosphärenreservate (Pfälzerwald, Rhön, Schaalsee, Spreewald, Südost-Rügen, Vessertal-Thüringer Wald) eingehend untersucht.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Besucherzahlen zwischen 487.000 im Vessertal-Thüringer Wald und 6,4 Mio. in der Rhön schwanken. Insgesamt wird in den sechs Gebieten ein Bruttoumsatz von 908 Mio. € generiert, was einer Wertschöpfung von 474 Mio. € und 28.000 Einkommensäquivalenten entspricht. Der Wert relativiert sich, betrachtet man die Biosphärenreservatsbesucher im engeren Sinn, die für rund 7 % des Bruttoumsatzes bzw. 1.917 Einkommensäquivalente verantwortlich sind. Das Segment ist tendenziell schwach vertreten, jedoch empfänglich für die Ansätze der nachhaltigen Ausrichtung des Tourismus seitens der Biosphärenreservats-Verwaltung. Es präferiert z.B. traditionelle Kulturlandschaftsbilder, Bio-Labels und Regionalität bei Produkten und ist offen gegenüber Schutzbemühungen, was sich jedoch noch nicht im Ausgabeverhalten widerspiegelt.
Hier setzen die Verwaltungen der Biosphärenreservate im Tourismus an und werden auf Destinationsebene im Bereich der strategischen Planung, der Fördermittelakquise, der Generierung touristischer Angebote und Dienstleistungen, der Entwicklung von Regionalvermarktungs- und Partner-Initiativen sowie der Positionierung des Biosphärenreservates als Destination und Marke aktiv. Dennoch wird in allen Gebieten nahezu ausnahmslos die Integration des Biosphärenreservates als Akteur, Attraktion und Angebotsfamilie und verbindende Thematik auf Destinationsebene als verbesserungswürdig eingestuft. Im Rahmen der Arbeit können dafür relevante Faktoren abgeleitet werden, die somit Ansatzpunkte darstellen, den noch ausbaufähigen Beitrag des Tourismus zur nachhaltigen Regionalentwicklung in Biosphärenreservaten im Sinne tangibler und intangibler Effekte zu steigern.
Due to their negative water budget most recent semi-/arid regions are characterized by vast evaporates (salt lakes and salty soils). We recently identified those hyper-saline environments as additional sources for a multitude of volatile halogenated organohalogens (VOX). These compounds can affect the ozone layer of the stratosphere and play a key role in the production of aerosols. A remote sensing based analysis was performed in the Southern Aral Sea basin, providing information of major soil types as well as their extent and spatial and temporal evolution. VOX production has been determined in dry and moist soil samples after 24 h. Several C1- and C2 organohalogens have been found in hyper-saline topsoil profiles, including CH3Cl, CH3Br, CHBr3 and CHCl3. The range of organohalogens also includes trans-1,2-dichloroethene (DCE), which is reported here to be produced naturally for the first time. Using MODIS time series and supervised image classification a daily production rate for DCE has been calculated for the 15 000 km\(^2\) ranging research area in the southern Aralkum. The applied laboratory setup simulates a short-term change in climatic conditions, starting from dried-out saline soil that is instantly humidified during rain events or flooding. It describes the general VOX production potential, but allows only for a rough estimation of resulting emission loads. VOX emissions are expected to increase in the future since the area of salt affected soils is expanding due to the regressing Aral Sea. Opportunities, limits and requirements of satellite based rapid change detection and salt classification are discussed.
This study investigates a two component decomposition technique for HH/VV-polarized PolSAR (Polarimetric Synthetic Aperture Radar) data. The approach is a straight forward adaption of the Yamaguchi decomposition and decomposes the data into two scattering contributions: surface and double bounce under the assumption of a negligible vegetation scattering component in Tundra environments. The dependencies between the features of this two and the classical three component Yamaguchi decomposition were investigated for Radarsat-2 (quad) and TerraSAR-X (HH/VV) data for the Mackenzie Delta Region, Canada. In situ data on land cover were used to derive the scattering characteristics and to analyze the correlation among the PolSAR features. The double bounce and surface scattering features of the two and three component scattering model (derived from pseudo-HH/VV- and quad-polarized data) showed similar scattering characteristics and positively correlated-R2 values of 0.60 (double bounce) and 0.88 (surface scattering) were observed. The presence of volume scattering led to differences between the features and these were minimized for land cover classes of low vegetation height that showed little volume scattering contribution. In terms of separability, the quad-polarized Radarsat-2 data offered the best separation of the examined tundra land cover types and will be best suited for the classification. This is anticipated as it represents the largest feature space of all tested ones. However; the classes “wetland” and “bare ground” showed clear positions in the feature spaces of the C- and X-Band HH/VV-polarized data and an accurate classification of these land cover types is promising. Among the possible dual-polarization modes of Radarsat-2 the HH/VV was found to be the favorable mode for the characterization of the aforementioned tundra land cover classes due to the coherent acquisition and the preserved co-pol. phase. Contrary, HH/HV-polarized and VV/VH-polarized data were found to be best suited for the characterization of mixed and shrub dominated tundra.
The Sentinel-1 Satellite (S-1) of ESA's Copernicus Mission delivers freely available C-Band Synthetic Aperture Radar (SAR) data that are suited for interferometric applications (InSAR). The high geometric resolution of less than fifteen meter and the large coverage offered by the Interferometric Wide Swath mode (IW) point to new perspectives on the comprehension and understanding of surface changes, the quantification and monitoring of dynamic processes, especially in arid regions. The contribution shows the application of S-1 intensities and InSAR coherences in time series analysis for the delineation of changes related to fluvial morphodynamics in Damghan, Iran. The investigations were carried out for the period from April to October 2015 and exhibit the potential of the S-1 data for the identification of surface disturbances, mass movements and fluvial channel activity in the surroundings of the Damghan Playa. The Amplitude Change Detection highlighted extensive material movement and accumulation - up to sizes of more than 4,000 m in width - in the east of the Playa via changes in intensity. Further, the Coherence Change Detection technique was capable to indicate small-scale channel activity of the drainage system that was neither recognizable in the S-1 intensity nor the multispectral Landsat-8 data. The run off caused a decorrelation of the SAR signals and a drop in coherence. Seen from a morphodynamic point of view, the results indicated a highly dynamic system and complex tempo-spatial patterns were observed that will be subject of future analysis. Additionally, the study revealed the necessity to collect independent reference data on fluvial activity in order to train and adjust the change detector.
Der demographische Wandel stellt in den meisten entwickelten Ländern einen externen Treiber dar, der die Entwicklung in und um Nationalparke in Zukunft maßgeblich mitbestimmen wird. Die Alterung der Besucher, die in den nächsten beiden Jahrzehnten die dominante Komponente des demographischen Wandels in Deutschland darstellen dürfte, erfordert von Seiten der Nationalparke eine Anpassung ihrer Besuchermanagementaktivitäten auch im Bereich der Infrastruktur. Hierfür muss jedoch zunächst grundlegendes Wissen über die Altersabhängigkeit raumzeitlichen Verhaltens vorhanden sein. Die zentrale forschungsleitende Frage der vorliegenden Arbeit ist in diesem Kontext angesiedelt und versucht herauszuarbeiten, in welcher Art auftretende Alterseffekte bei der körperlichen Leistungsfähigkeit sowohl die Tourenoptionen im Raum als auch das tatsächliche raumzeitliche Verhalten beeinflussen. Als Untersuchungsgebiet wurde mit dem Nationalpark Berchtesgaden der einzige alpine Nationalpark Deutschlands gewählt. Dieser besitzt aufgrund seiner Topographie ein breites Spektrum an Tourenmöglichkeiten mit unterschiedlichsten Anforderungen an die körperliche Leistungsfähigkeit. Aufbauend auf den theoretischen Erklärungszugängen der Time-Geography und des Constraints-Konzeptes der Freizeitforschung wurde zur Beantwortung der Forschungsfragen ein Methodenmix aus standardisierter Befragung und GPS-Logging zur Aufnahme des Tourenwahlverhaltens eingesetzt. Die gewonnenen Trajektorien wurden mit weiteren Informationen zur Ausstattung des Raumes versehen, um eine detailliertere Beschreibung des raumzeitlichen Verhaltens zu ermöglichen.
Die Analysen zeigen, dass im Nationalpark Berchtesgaden vier Aktivitätstypen mit abweichendem raumzeitlichem Verhalten unterschieden werden können. Nur eine Minderheit von ca. einem Drittel der Besucher wählt dabei Touren, die mit größerer körperlicher Anstrengung verbunden sind. Die restlichen Besucher wandern nur halbtags oder kürzer im Gebiet und überwinden dabei nur wenige Höhenmeter. Im Altersverlauf konnten klare Brüche im raumzeitlichen Verhalten identifiziert werden. So verliert der Aktivitätstypus des Bergsteigers, der sich durch die Begehung alpiner Wege mit Absturzgefahr auszeichnet, bereits ab einem Alter von 50 Jahren stark an Bedeutung. Ab 60 Jahren steigt der Anteil sehr kurzer Touren sprunghaft. Ursachen dieser Veränderungen liegen primär in der Wahrnehmung von eingeschränkter körperlicher Leistungsfähigkeit, sowie einer veränderten Motivationsstruktur.
Diese abweichenden Muster raumzeitlichen Verhaltens sind jedoch auch das Resultat divergierender Tourenoptionen. So konnte gezeigt werden, dass ältere Besucher aufgrund der niedrigen Fortbewegungsgeschwindigkeit nur einen geringeren Anteil der Wege im Nationalpark innerhalb eines bestimmten Zeitbudgets erreichen können.
Wird die Verteilung der Aktivitätstypen unter der Annahme eines ausschließlich wirkenden Alterseffektes in die Zukunft übertragen, bedeutet dies eine Steigerung der Besucherkonzentration in der Managementzone des Nationalparks und eine Bedeutungszunahme von stationären Aktivitäten.
Cropping Intensity in the Aral Sea Basin and Its Dependency from the Runoff Formation 2000–2012
(2016)
This study is aimed at a better understanding of how upstream runoff formation affected the cropping intensity (CI: number of harvests) in the Aral Sea Basin (ASB) between 2000 and 2012. MODIS 250 m NDVI time series and knowledge-based pixel masking that included settlement layers and topography features enabled to map the irrigated cropland extent (iCE). Random forest models supported the classification of cropland vegetation phenology (CVP: winter/summer crops, double cropping, etc.). CI and the percentage of fallow cropland (PF) were derived from CVP. Spearman’s rho was selected for assessing the statistical relation of CI and PF to runoff formation in the Amu Darya and Syr Darya catchments per hydrological year. Validation in 12 reference sites using multi-annual Landsat-7 ETM+ images revealed an average overall accuracy of 0.85 for the iCE maps. MODIS maps overestimated that based on Landsat by an average factor of ~1.15 (MODIS iCE/Landsat iCE). Exceptional overestimations occurred in case of inaccurate settlement layers. The CVP and CI maps achieved overall accuracies of 0.91 and 0.96, respectively. The Amu Darya catchment disclosed significant positive (negative) relations between upstream runoff with CI (PF) and a high pressure on the river water resources in 2000–2012. Along the Syr Darya, reduced dependencies could be observed, which is potentially linked to the high number of water constructions in that catchment. Intensified double cropping after drought years occurred in Uzbekistan. However, a 10 km × 10 km grid of Spearman’s rho (CI and PF vs. upstream runoff) emphasized locations at different CI levels that are directly affected by runoff fluctuations in both river systems. The resulting maps may thus be supportive on the way to achieve long-term sustainability of crop production and to simultaneously protect the severely threatened environment in the ASB. The gained knowledge can be further used for investigating climatic impacts of irrigation in the region.
This study analyzed the spatiotemporal pattern of settlement expansion in Abuja, Nigeria, one of West Africa’s fastest developing cities, using geoinformation and ancillary datasets. Three epochs of Land-use Land-cover (LULC) maps for 1986, 2001 and 2014 were derived from Landsat images using support vector machines (SVM). Accuracy assessment (AA) of the LULC maps based on the pixel count resulted in overall accuracy of 82%, 92% and 92%, while the AA derived from the error adjusted area (EAA) method stood at 69%, 91% and 91% for 1986, 2001 and 2014, respectively. Two major techniques for detecting changes in the LULC epochs involved the use of binary maps as well as a post-classification comparison approach. Quantitative spatiotemporal analysis was conducted to detect LULC changes with specific focus on the settlement development pattern of Abuja, the federal capital city (FCC) of Nigeria. Logical transitions to the urban category were modelled for predicting future scenarios for the year 2050 using the embedded land change modeler (LCM) in the IDRISI package. Based on the EAA, the result showed that urban areas increased by more than 11% between 1986 and 2001. In contrast, this value rose to 17% between 2001 and 2014. The LCM model projected LULC changes that showed a growing trend in settlement expansion, which might take over allotted spaces for green areas and agricultural land if stringent development policies and enforcement measures are not implemented. In conclusion, integrating geospatial technologies with ancillary datasets offered improved understanding of how urbanization processes such as increased imperviousness of such a magnitude could influence the urban microclimate through the alteration of natural land surface temperature. Urban expansion could also lead to increased surface runoff as well as changes in drainage geography leading to urban floods.
Schutzgebiete und insbesondere Nationalparke haben nach den Richtlinien der IUCN ein Doppelmandat bzw. eine doppelte Funktion: Sie sollen zum einen Räume für Natur- und Artenschutz und zum anderen für Erholung, Umweltbildung und Tourismus bieten und durch letztgenanntes zur Stärkung der Regionalökonomie beitragen. Um diesen Spagat zu meistern, sollten sich Schutzgebiete bzw. deren Verwaltungen und kooperierende Destinationsmarketingorganisationen darüber im Klaren sein, welche Besuchersegmente bzw. Tourismusprodukte im Schutzgebiet anzutreffen sind, bzw. angeboten werden und welchen Einfluss diese auf die Erfüllung des Doppelmandates haben. Die deduktiv entworfene Product-based Typology for Nature-based Tourism von ARNEGGER et al. (2010) bietet hierfür einen zweidimensionalen Analyserahmen, der die Angebots- und Nachfrageperspektive auf den Tourismus und dessen Produkte vereint und bisher noch nicht empirisch angewendet wurde, was das vorrangige Ziel dieser Studie ist.
Hierfür wurde von Theorien und empirischen Studien aus dem Kontext von Natur- und Ökotourismus eine Operationalisierung der Typologie abgeleitet, die am Beispiel des Nationalparks Berchtesgaden eingesetzt wurde. Dabei wurden zwei Ansätze verfolgt, eine angebotsseitige und eine nachfrageseitige Abgrenzung von Tourismusprodukten. Zur empirischen Erfassung von Tourismusprodukten wurde eine umfassende Besucherbefragung in der Sommersaison 2014 durchgeführt, bei der Informationen von rund 1.400 Besuchern des Nationalparks gesammelt werden konnten.
Aus Sicht der Nachfrager wurden sechs Produkt-Cluster identifiziert, die sich bezüglich Reiseaktivitäten und Motiven unterscheiden. Das mit der höchsten Naturaffinität ist das Produkt-Cluster der „Naturbildungsurlauber“ bzw. der „Ökotouristen“. Auf der anderen Seite des Spektrums stehen die „Passiven Erholungsurlauber“ mit einer geringen Nationalparkaffinität. Des Weiteren wurden spezifische Tourismusprodukte aus der Angebotsperspektive, wie Exkursionen der Nationalparkverwaltung oder mehrtägige geführte Wanderungen von spezialisierten Nischenreiseveranstaltern, identifiziert.
Nach der empirischen Abgrenzung der Produkte wurden diese dahingehend überprüft, ob sie sich bezüglich ökonomischer und ökologischer Indikatoren unterscheiden, um zu eruieren, inwieweit die Segmente aus Sicht einer nachhaltigen Regionalentwicklung bzw. aus Sicht des Doppelmandats zu beurteilen sind. Auch hier schneiden etwa die Naturbildungsurlauber relativ gut ab, da sie Muster von structured ecotourism aufweisen und sich durch eine hohe Naturaffinität, positive Einstellungen zu nachhaltigem Tourismus und relativ hohe Reiseausgaben auszeichnen. Bei drei Clustern zeigt sich ein gewisser trade-off: Während die Bergsteiger aus ökologischer jedoch nicht aus ökonomischer Perspektive interessant sind, ist dies bei den allgemeinen Vergnügungs- und Naturerlebnisurlaubern und den passiven Erholungsurlaubern genau umgekehrt.
Basierend auf den Ergebnissen werden mögliche Adaptionen der Typologie diskutiert und darauf aufbauend ein Analyserahmen für eine „Typologie für Nachhaltige Park-Tourismus Produkte“ erarbeitet. Zudem werden theoretische und erste praktische Implikationen für das Management von Schutzgebiets-Destinationen diskutiert, um unter Berücksichtigung der trade-offs das Produktportfolio weiterzuentwickeln, das eine Destination auf den Pfad des sogenannten enlightened mass tourism bringen kann.
The 2007 flood in the Sahel: causes, characteristics and its presentation in the media and FEWS NET
(2012)
During the rainy season in 2007, reports about exceptional rains and floodings in the Sahel were published in the media, especially in August and September. Institutions and organizations like the World Food Programme (WFP) and FEWS NET put the events on the agenda and released alerts and requested help. The partly controversial picture was that most of the Sahel faced a crisis caused by widespread floodings. Our study shows that the rainy season in 2007 was exceptional with regard to rainfall amount and return periods. In many areas the event had a return period between 1 and 50 yr with high spatial heterogeneity, with the exception of the Upper Volta basin, which yielded return periods of up to 1200 yr. Despite the strong rainfall, the interpretation of satellite images show that the floods were mainly confined to lakes and river beds. However, the study also proves the difficulties in assessing the meteorological processes and the demarcation of flooded areas in satellite images without ground truthing. These facts and the somewhat vague and controversial reports in the media and FEWS NET demonstrate that it is crucial to thoroughly analyze such events at a regional and local scale involving the local population.
Objective: The objective of this study was to investigate the applicability of microanalytical methods with high spatial resolution to the characterization of the composition and corrosion behavior of two bracket systems.
Material and methods: The surfaces of six nickel-free brackets and six nickel-containing brackets were examined for signs of corrosion and qualitative surface analysis using an electron probe microanalyzer (EPMA), prior to bonding to patient's tooth surfaces and four months after clinical use. The surfaces were characterized qualitatively by secondary electron (SE) images and back scattered electron (BSE) images in both compositional and topographical mode. Qualitative and quantitative wavelength-dispersive analyses were performed for different elements, and by utilizing qualitative analysis the relative concentration of selected elements was mapped two-dimensionally. The absolute concentration of the elements was determined in specially prepared brackets by quantitative analysis using pure element standards for calibration and calculating correction-factors (ZAF).
Results: Clear differences were observed between the different bracket types. The nickel-containing stainless steel brackets consist of two separate pieces joined by a brazing alloy. Compositional analysis revealed two different alloy compositions, and reaction zones on both sides of the brazing alloy. The nickel-free bracket was a single piece with only slight variation in element concentration, but had a significantly rougher surface. After clinical use, no corrosive phenomena were detectable with the methods applied. Traces of intraoral wear at the contact areas between the bracket slot and the arch wire were verified. Conclusion: Electron probe microanalysis is a valuable tool for the characterization of element distribution and quantitative analysis for corrosion studies.
Advancing land degradation in the irrigated areas of Central Asia hinders sustainable development of this predominantly agricultural region. To support decisions on mitigating cropland degradation, this study combines linear trend analysis and spatial logistic regression modeling to expose a land degradation trend in the Khorezm region, Uzbekistan, and to analyze the causes. Time series of the 250-m MODIS NDVI, summed over the growing seasons of 2000–2010, were used to derive areas with an apparent negative vegetation trend; this was interpreted as an indicator of land degradation. About one third (161,000 ha) of the region’s area experienced negative trends of different magnitude. The vegetation decline was particularly evident on the low-fertility lands bordering on the natural sandy desert, suggesting that these areas should be prioritized in mitigation planning. The results of logistic modeling indicate that the spatial pattern of the observed trend is mainly associated with the level of the groundwater table (odds = 330 %), land-use intensity (odds = 103 %), low soil quality (odds = 49 %), slope (odds = 29 %), and salinity of the groundwater (odds = 26 %). Areas, threatened by land degradation, were mapped by fitting the estimated model parameters to available data. The elaborated approach, combining remote-sensing and GIS, can form the basis for developing a common tool for monitoring land degradation trends in irrigated croplands of Central Asia.
Diese Arbeit widmet sich detaillierten stratigraphischen und paläopedologischen Studien an Löss-Paläoboden Sequenzen (LPS) im kontinentalen Nordosten Österreichs, im Lee der Böhmischen Masse relativ zur Westwindzone. Neben methodischen Erkenntnissen ergeben sich allgemeine Schlussfolgerungen über die Klima- und Landschaftsentwicklung während der letzten Million Jahre.
Die untersuchten Aufschlüsse liegen in der Region um Krems (Krems-Schießstätte, Paudorf, Stiefern) und in Stillfried. Einige sind weithin bekannt als ehemalige Typuslokalitäten der Quartärstratigraphie, aber nach fundamentalen Revisionen in den 1970er Jahren schwand das Interesse an diesen merklich. Die LPS befinden sich in Hanglage, so sind polygenetische Einheiten und Erosionslücken üblich. Als Archive einer komplexen geomorphologischen Entwicklung sind sie nicht geeignet für die Anwendung üblicher paläoklimatischer Proxies.
Um die Entstehung der untersuchten LPS zu verstehen, wurde ein multimethodischer Ansatz entwickelt, der detaillierte Untersuchungen von der Landschafts- bis auf die Mikroebene umfasst. Innovativ ist die Verwendung quantitativer Farbmessungen in hoher Auflösung zum Zwecke einer standardisierten Klassifikation von Profileinheiten. Detaillierte mikromorphologische Untersuchungen sind Basis für die Rekonstruktion des Wechselspiels aus äolischer Sedimentation, Pedogenese und Hangprozessen.
Die Korrelation der LPS basiert auf mehreren geochronologischen Ankerpunkten und ist zugleich Hinweis auf tiefgreifende morphologische Veränderungen in der Region Krems während des Pleistozäns. Im chronologischen Rahmen ergeben sich unter Anwendung des Konzepts der klimaphytomorphen Böden qualitative paläoklimatische Schlussfolgerungen:
Kräftig verwitterte Bodenhorizonte sind polygenetisch und nicht das Resultat feuchterer Klimabedingungen während dezidierter Entwicklungsphasen. Die Kontinentalität des Untersuchungsgebiets blieb währenden der letzten Million Jahre weitgehend bestehen, teils mit erhöhtem mediterranem Einfluss. Eine Dominanz atlantischer Feuchte beschränkt(e) sich auf die Regionen westlich der Böhmischen Masse. Die Paläoklimate des Untersuchungs-gebiets waren eher vergleichbar mit jenen des Pannonischen Beckens, obgleich die untersuchten Sequenzen keinen Hinweis auf den dort vermuteten Gradienten zunehmender Aridität zeigen. Interessant sind ferner zahlreiche gebleichte Horizonte innerhalb der Lösssedimente, die als Reste von Tundragleyen interpretiert werden. Diese sind im Löss des Pannonischen Becken nicht nachweisbar. Hieraus wird ein mitteleuropäischer Charakter kaltzeitlichen Klimas innerhalb des untersuchten Zeitrahmens gefolgert.
Massenbewegungen zählen zu den am häufigsten auftretenden Naturgefahren in Deutschland. Dabei wird die von instabilen Hängen ausgehende Gefährdung speziell in den Regionen der Mittelgebirge regelmäßig unterschätzt. In Bezug auf die Verbreitung von Massenbewegungen in Mittelgebirgen stellt das süddeutsche Schichtstufenland einen besonderen Schwerpunkt dar.
Die Disposition der Schichtstufenhänge beruht dabei in erster Linie auf einer Wechsellagerung wasserdurchlässiger und wasserstauender geologischer Schichten. Zu Hanginstabilitäten kommt es bevorzugt in Verbindung mit synthetischem Schichtfallen, steilen Hängen und erhöhten Niederschlägen. Rezente Massenbewegungen treten verstärkt in alten Rutsch- und/oder Hangschuttgebieten auf, da sich dort unkonsolidierte Rutschmassen leicht remobilisieren lassen.
Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, ein fundiertes Verständnis über Ursachen, Ablauf, Ausprägung und Prozesse von charakteristischen Massenbewegungen sowie dem aktuellen Aufbau der damit verbundenen Schichtstufenhänge in Nordbayern zu erlangen, um daraus grundlegende Einschätzungen zur Stabilität der Rutschgebiete treffen zu können. Neben den rutschungsrelevanten geologischen Schichten sind in diesem Zusammenhang insbesondere der Aufbau, die Eigenschaften und Charakteristika der Rutschmassen von besonderer Wichtigkeit, da besonders die bodenmechanischen und bodenphysikalischen Eigenschaften einen entscheidenden Faktor in Bezug auf die Hangstabilität darstellen. Entsprechend steht die umfassende Analyse dieser Sedimente im Fokus der Studien.
Die Arbeiten betrachten dabei drei Hänge im fränkischen Schichtstufenland, an denen in der jüngeren Vergangenheit Massenbewegungen auftraten. Ein weiteres zentrales Auswahlkriterium war die Lage der Gebiete in den Schichtstufen der Fränkischen Alb und der westlich vorgelagerten Keuperstufe, wobei hinsichtlich Typ und Verbreitung möglichst charakteristische Massenbewegungen für die jeweilige Region ausgewählt wurden. Bei Ebermannstadt stand demnach die sog. Werkkalkstufe der Weißjura-Kalke im Fokus, nahe Wüstendorf die Sandsteine des Braunjura und bei Gailnau an der Frankenhöhe die Sandsteine des mittleren (Gips-) Keupers.
Die Untersuchungen der Rutschungen und ihrer Sedimentcharakteristika erfolgte anhand eines speziell konzipierten Multimethodenansatzes mit zahlreichen, multiskaligen Gelände- und Laboranalysen. Neben klassischen, geomorphologischen Kartierungen an der Oberfläche wurden die sedimentologisch-morphologischen Verhältnisse des oberflächennahen Untergrundes in der Vertikalen durch geophysikalische Sondierungen analysiert. Eine Einschätzung der hydrologischen Verhältnisse der Rutschmassen erfolgte auf Basis von Messdaten aus Bodenfeuchtemonitoringsystemen, die an allen Untersuchungsstandorten installiert wurden. Für die bodenphysikalischen und -mechanischen Eigenschaften der Sedimente wurden Korngrößen, Konsistenzgrenzen, Plastizität, Gefüge und Lagerungsdichte untersucht und durch Tonmineralanalysen ergänzt. Die mikromorphologische Analyse von Dünnschliffen aus Rutschungssedimenten und den darin enthaltenen Deformationsstrukturen erweiterten den Gesamtansatz, ermöglichten neuartige Einblicke in die innere Architektur von Rutschmassen und erlaubten die Rekonstruktion von Bewegungsabläufen.
Durch die Arbeiten konnten an den Standorten Ebermannstadt und Gailnau komplexe, vielschichtige Massenbewegungen nachgewiesen werden. In der Rutschung bei Wüstendorf wurden nahezu ausschließlich unkonsolidierte Sedimente feinerer Korngrößen in einem Fließprozess verlagert. Primär erfolgte bei allen Rutschungen nachweislich die Remobilisierung alter Hangsedimente, wobei darüber hinaus auch stets bisher stabile Areale mit in die Bewegung einbezogen wurden.
Der sedimentologische Aufbau der Rutschmassen ist speziell im Falle großer und komplexer Rutschungen mitunter extrem heterogen. Im Zuge der Arbeiten konnten interne Makrostrukturen der Sedimentablagerungen, wie beispielsweise Rotationsflächen oder die Lage von Schollen detektiert werden. Trotz geophysikalisch und visuell auffälliger Beimischungen von Grobschutt, entfallen die größten Mengenanteile aber stets auf die veränderlich feste Feinmaterialfraktion. Im Rahmen der mikromorphologischen Untersuchungen der Sedimentdünnschliffe konnten auch in diesen Sedimenten zahlreiche Deformationsstrukturen nachgewiesen werden.
Die Arbeit unterstreicht insgesamt die Bedeutung dieser bindigen Bestandteile für die (Re)Mobilisierung von Sedimentablagerungen. Die Stabilität des Feinmaterials steht dabei in engem Zusammenhang mit der hydraulischen Leitfähigkeit und dem Eintrag von Wasser, welches zu wechselnden Steifigkeiten der Sedimente führt. Im Falle erhöhter Bodenwassergehalte konnte eine Plastifizierung der Feinkornfraktion ermittelt werden. Kommt es zu einer starken Durchnässung des Untergrundes, führt dies zu einer Plastifizierung der tonigen Lagen und einer entsprechenden Reduktion der Scherfestigkeit, was letztlich zum Auslösen von Massenbewegungen führt. Neben den geologisch-sedimentologischen Voraussetzungen impliziert dies auch eine hohe Bedeutung der Niederschlagscharakteristika in Bezug auf das Auslösen rezenter Massenbewegungen.
Die Bodenwassergehalte unterliegen im Jahresverlauf einer deutlichen saisonalen Variabilität. Während der Sommermonate wurden einheitlich niedrige Feuchtigkeitswerte im oberflächennahen Untergrund verzeichnet, was in erster Linie auf den Einfluss der Vegetation zurückzuführen ist. Auch sommerliche Starkregenereignisse besitzen unter diesen Bedingungen lediglich eine reduzierte Wirkung auf die Durchfeuchtung des Bodens. Demgegenüber erfolgt während der kalten Jahreszeit ein signifikanter Anstieg der Bodenwassergehalte. Neben den Regenfällen kommt vor allem der Schneeschmelze eine essentielle Bedeutung zu, da sie für eine zusätzliche und anhaltende Durchfeuchtung der Schichten besonders im Spätwinter bzw. Frühjahr sorgt. Entsprechend besteht vor allem während der Monate Februar bis April eine erhöhte Disposition für Rutschungen in Nordbayern. Im Hinblick auf die Niederschlagssummen gingen den Rutschungen in den Untersuchungsgebieten zwar keine besonders extremen Ereignisse, aber durchaus deutlich überdurchschnittliche Niederschlagssummen voraus, weshalb unter Berücksichtigung der im Zuge des Klimawandels ansteigenden Winterniederschläge von einer generell verstärkten Rutschungsaktivität auszugehen ist.
Vergleiche mit den Daten aus zahlreichen Übersichtskartierungen von Rutschungen aus den fränkischen Schichtstufengebieten verdeutlichen, dass die ermittelten Ergebnisse auf eine Vielzahl der verzeichneten Rutschungen übertragbar sind.
The 2010 eruption of Eyjafjallajokull volcano was characterized by pulsating activity. Discrete ash bursts merged at higher altitude and formed a sustained quasi-continuous eruption column. High-resolution near-field videos were recorded on 8-10 May, during the second explosive phase of the eruption, and supplemented by contemporary aerial observations. In the observed period, pulses occurred at intervals of 0.8 to 23.4 s (average, 4.2 s). On the basis of video analysis, the pulse volume and the velocity of the reversely buoyant jets that initiated each pulse were determined. The expansion history of jets was tracked until the pulses reached the height of transition from a negatively buoyant jet to a convective buoyant plume about 100 m above the vent. Based on the assumption that the density of the gas-solid mixture making up the pulse approximates that of the surrounding air at the level of transition from the jet to the plume, a mass flux ranging between 2.2 and 3.5 . 10\(^4\) kg/s was calculated. This mass eruption rate is in good agreement with results obtained with simple models relating plume height with mass discharge at the vent. Our findings indicate that near-field measurements of eruption source parameters in a pulsating eruption may prove to be an effective monitoring tool. A comparison of the observed pulses with those generated in calibrated large-scale experiments reveals very similar characteristics and suggests that the analysis of near-field sensors could in the future help to constrain the triggering mechanism of explosive eruptions.
Cu- and Mn-bearing tourmalines from Brazil and Mozambique were characterised chemically (EMPA and LA-ICP-MS) and by X-ray single-crystal structure refinement. All these samples are rich in Al, Li and F (fluor-elbaite) and contain significant amounts of CuO (up to ~1.8 wt%) and MnO (up to ~3.5 wt%). Structurally investigated samples show a pronounced positive correlation between the <Y-O> distances and the (Li + Mn\(^{2+}\) + Cu + Fe\(^{2+}\)) content (apfu) at this site with R\(^2\) = 0.90. An excellent negative correlation exists between the <Y-O> distances and the Al\(_2\)O\(_3\) content (R\(^2\) = 0.94). The samples at each locality generally show a strong negative correlation between the X-site vacancies and the (MnO + FeO) content. The Mn content in these tourmalines depends on the availability of Mn, on the formation temperature, as well as on stereochemical constraints. Because of a very weak correlation between MnO and CuO we believe that the Cu content in tourmaline is essentially dependent on the availability of Cu and on stereochemical constraints.
Rice is the most important food crop in Asia, and the timely mapping and monitoring of paddy rice fields subsequently emerged as an important task in the context of food security and modelling of greenhouse gas emissions. Rice growth has a distinct influence on Synthetic Aperture Radar (SAR) backscatter images, and time-series analysis of C-band images has been successfully employed to map rice fields. The poor data availability on regional scales is a major drawback of this method. We devised an approach to classify paddy rice with the use of all available Envisat ASAR WSM (Advanced Synthetic Aperture Radar Wide Swath Mode) data for our study area, the Mekong Delta in Vietnam. We used regression-based incidence angle normalization and temporal averaging to combine acquisitions from multiple tracks and years. A crop phenology-based classifier has been applied to this time series to detect single-, double- and triple-cropped rice areas (one to three harvests per year), as well as dates and lengths of growing seasons. Our classification has an overall accuracy of 85.3% and a kappa coefficient of 0.74 compared to a reference dataset and correlates highly with official rice area statistics at the provincial level (R-2 of 0.98). SAR-based time-series analysis allows accurate mapping and monitoring of rice areas even under adverse atmospheric conditions.
An Overview of the Regional Experiments for Land-atmosphere Exchanges 2012 (REFLEX 2012) Campaign
(2015)
The REFLEX 2012 campaign was initiated as part of a training course on the organization of an airborne campaign to support advancement of the understanding of land-atmosphere interaction processes. This article describes the campaign, its objectives and observations, remote as well as in situ. The observations took place at the experimental Las Tiesas farm in an agricultural area in the south of Spain. During the period of ten days, measurements were made to capture the main processes controlling the local and regional land-atmosphere exchanges. Apart from multi-temporal, multi-directional and multi-spatial space-borne and airborne observations, measurements of the local meteorology, energy fluxes, soil temperature profiles, soil moisture profiles, surface temperature, canopy structure as well as leaf-level measurements were carried out. Additional thermo-dynamical monitoring took place at selected sites. After presenting the different types of measurements, some examples are given to illustrate the potential of the observations made.