Using Multiple Air Models To Form A Superensemble

Determining the level of air pollution is a modern day necessity for government regulators and industrialized sources. Air dispersion models are often used to determine the concentration of a pollutant. However changing conditions and several assumptions made by the models limit their accuracy at various times. This research proposed combining four different air dispersion models (Gaussian Plume, Variable K Theory, Box, and AFTOX) into a superensemble. Since the superensemble is typically more accurate than its member models, the end result should be a more accurate prediction under any condition. In the interest of evaluating performance, the change in accuracy was measured through RMSE calculations and the change in precision was measured through calculating the Brier Score. It was found that in the prediction of 2 NO the superensemble produced average reduction of 58.2% (mean RMSE) and a 41.9% (Brier Score) from the other models. In 2 SO prediction, the superensemble produced average reductions of 49.3% (mean RMSE) and a 46.2% (Brier Score) from the lowest model

Antenna theory in resonating systems derived from fundamental electromagnetism

In der vorliegenden Arbeit werden Konzepte der Antennentheorie mit denen der Mikrowellentheorie verkn¨upft, um eine “Antennentheorie innerhalb resonierender Systeme” zu formulieren. Resonierende Systeme sind in diesem Zusammenhang als r¨aumliche Umgebungen definiert, innerhalb derer sich elektromagnetische Resonanzen (“stehende Wellen”) ausbilden k¨onnen. Eine Antennentheorie innerhalb resonierender Systeme bietet einen geeigneten Rahmen zur Modellierung innerer Probleme der elektromagnetischen Vertr¨aglichkeit. Diese Modellierung beinhaltet haupts¨ achlich die Untersuchung der Wechselwirkung von Antennen, wobei elektromagnetische St¨orquellen durch sendende Antennen und elektromagnetische St¨orsenken durch empfangende Antennen repr¨asentiert werden. Unsere Vorgehensweise orientiert sich an den folgenden drei Fragestellungen:1. Welche Gleichungen bestimmen das Verhalten von Antennen innerhalb resonierender Systeme (physikalische Modellbildung und mathematische Formulierung)?2. Welche mathematischen Methoden sind anzuwenden, um diese Gleichungen hinreichend genau und schnell auswerten zu k¨onnen (analytische und numerische L¨osungsverfahren)?3. Welche Schlussfolgerungen lassen sich aus den gewonnenen L¨osungen ziehen (physikalische Interpretation und technische Anwendung)?Um auf diese Fragestellungen ad¨aquat eingehen zu k¨onnen, ist die Kenntnis der grundlegenden Konzepte der klassischen Elektrodynamik unabdingbar. Diese Konzepte werden in Kapitel 1 vollst¨andig eingef¨uhrt und interpretiert. Die gew¨ahlte Darstellung ist als Kombination von Maxwellscher Axiomatik und eichtheoretischer Beschreibung origin¨ar. Eine wichtige Konsequenz ist die Identifikation der zwei komplement¨aren Arten von Singularit¨aten des elektromagnetischen Feldes, welche durch Coulomb-Singularit¨aten und elektromagnetische Resonanzen gegeben sind. Entsprechend lassen sich elektromagnetische Felder in Coulomb-Felder und Strahlungsfelder unterteilen. F¨ ur die in praktischen Anwendungen auftretenden elektromagnetischen Felder ist eine exakte Aufspaltung in diese beiden Feldanteile in der Regel nicht m¨oglich. Diese untrennbare Verkn¨upfung von Coulomb-Anteilen und Strahlungsanteilen ist der haupts¨ achliche Grund f¨ ur die bei der Formulierung und Anwendung einer Antennentheorie in resonierenden Systemen auftretenden Schwierigkeiten. &nbsp

Methoden der Netzwerkmodellierung von Transferfunktionen indirekter Blitzeffekte auf Grundlage numerischer Simulation in Zeit- und Frequenzbereich

Der Blitzschutz von Systemen mit elektrischer und elektronischer Ausrüstung ist geprägt von prinzipiell gut verstandenen und etablierten Schutzkonzepten [HWZ05]. In bestimmten Hochtechnologiebereichen, und hier ist speziell die Luftfahrtindustrie anzuführen, ist der Blitzschutz jedoch in den letzten Jahren wieder verstärkt in den Fokus von Entwicklung und Forschung gerückt. Dies ist maßgeblich mit der Einführung von Kohlefaserverbundstoffen verknüpft, welche vormals metallische Komponenten ersetzen. Mit dieser Ersetzung gehen mechanische und wartungstechnische Vorteile einher, aus elektrotechnischer Sicht folgen aus der Verwendung von Kohlefaserverbundstoffen aber verschlechterte Eigenschaften der Elektromagnetischen Verträglichkeit und des Blitzschutzes aufgrund verringerter elektrischer Leitfähigkeit. Innerhalb des Blitzschutzes wird zwischen direkten und indirekten Blitzeffekten unterschieden. Direkte Blitzeffekte beziehen sich auf direkte Wirkungen des Blitzstromes auf ein zu schützendes System und beinhalten thermische und mechanische Wirkungen [HWZ05]. Um kohlefaserbasierte Komponenten an blitzstromgefährdeten Positionen zu schützen, werden daher häufig metallische Schichten, etwa in Form von Kupfernetzen, in das Kohlefasermaterial einlaminiert. Dieser Schutz vor direkten Blitzeffekten wird im Folgenden nicht weiter betrachtet. Indirekte Blitzeffekte beziehen sich auf feldgebundene Wirkungen. Modelliert wird hier üblicherweise ein Blitzstrom als Störquelle, der entweder über das zu schützende System fließt oder einen elektromagnetischen Puls auslöst, und eine an einer Störsenke definierte Störspannung. Blitzströme und dadurch induzierte Störspannungen sind über elektromagnetische Feldwirkungen verknüpft und ihre Verhältnisse definieren Transferfunktionen indirekter Blitzeffekte, deren numerische Bestimmung im Folgenden beschrieben wird. Dazu geeignete Vorgehensweisen sind prinzipiell bekannt [ADG08], doch treten in der Praxis oftmals numerische Schwierigkeiten auf, die durch die vergleichsweise lange Dauer und dem damit verbundenen niederfrequenten Spektrum der Blitzanregung begründet sind. Im Folgenden dieses Beitrages werden Leitlinien formuliert, um mit bestehenden numerischen Feldberechnungsverfahren die für die EMV relevanten Transferfunktionen indirekter Blitzeffekte berechnen zu können. Dazu werden zunächst in Abschnitt 2 die diesen Berechnungen innewohnenden Schwierigkeiten erläutert und eine analytische Lösung zur Impedanzberechnung von streifenförmigen Leitern als Benchmarktest für numerische Feldberechnungsprogramme vorgeschlagen [GH13]. Darauf aufbauend wird in Abschnitt 3 die Makromodellierung von Blitztransferfunktionen beschrieben und weiterhin ein adaptives Verfahren skizziert [DPD09, AG11], welches die Berechnungsdauer von Zeitbereichsverfahren durch die Wahl geeigneter Anregungsverfahren deutlich verkürzen kann

UNIVERSELLER ZUSAMMENHANG: WIE DAS ELEKTROMAGNETISCHE FELD DIE WELT VERBINDET

Die heutzutage bekannten vier fundamentalen Wechselwirkungen teilen eine faszinierende Eigenschaft: Sie ermöglichen es, Veränderungen von physikalischen Objekten zu beschreiben. Ohne Wechselwirkungen ist eine solche Beschreibung nicht möglich. Wechselwirkungen werden daher auch Zusammenhänge genannt, denn sie übertragen innerhalb von Raum und Zeit die Information über Veränderungen von Punkt zu Punkt. Dieser Sachverhalt wird am Beispiel der elektromagnetischen Wechselwirkung verdeutlicht

ON NON-RIEMANNIAN PARALLEL TRANSPORT IN REGGE CALCULUS

We discuss the possibility of incorporating non-Riemannian parallel transport into Regge calculus. It is shown that every Regge lattice is locally equivalent to a space of constant curvature. Therefore well known-concepts of differential geometry imply the definition of an arbitrary linear affine connection on a Regge lattice.Comment: 12 pages, Plain-TEX, two figures (available from the author

Transiente Analyse von nichtlinear beladenen metallischen Gehäusen in Zeit- und Frequenzbereich

Der Einbau von elektronischen Systemen innerhalb von Metallgehäusen ist bezüglich der EMV mit Vor- und Nachteilen behaftet. Ein offensichtlicher Vorteil sind die Schirmwirkungen von Metallgehäusen, welche umschlossene elektronische Systeme vor externen elektromagnetischen Störfeldern schützen können. Andererseits können Metallgehäuse aber auch als Resonatoren wirken, so dass umschlossene elektronische Systeme möglichen Resonanzeffekten ausgesetzt sind. Das Testen der Störfestigkeit von Systemen im Resonanzbereich hat daher innerhalb der EMV schon immer eine überragende Rolle gespielt. Dabei ist es zunächst natürlich, entsprechende Tests im Frequenzbereich durchzuführen und Transferfunktionen im Frequenzbereich zu bestimmen, um dominante Resonanzeffekte identifizieren zu können. Für lineare Systeme kann auf Basis der Fourieranalyse durch Störfestigkeitstests im Zeitbereich die gleiche Information erhalten werden, zumindest prinzipiell. Praktische Erwägungen, wie etwa die Notwendigkeit hoher Leistungsdichten bei bestimmten Frequenzen oder das Abbilden realer Störbeeinflussungen, mögen dann den Ausschlag für entweder Frequenzoder Zeitbereichsmessverfahren geben. Die Durchführung und Interpretation von Störfestigkeitstests im Resonanzbereich verkompliziert sich beträchtlich, wenn nichtlineare elektromagnetische Effekte auftreten und in die Analyse miteinbezogen werden müssen. Anregungen, die einem eingeschwungenen Zustand entsprechen und im Frequenzbereich durch eine oder gegebenenfalls auch mehrere singuläre Frequenzen gekennzeichnet sind, generieren dann beispielsweise weitere Frequenzanteile, die sich als Konversionsprodukte klassifizieren lassen. Wird der eingeschwungene Zustand auf beliebige zeitliche Anregungen mit transienten Anteilen erweitert, treten weitere Phänomene auf, die durch nichtlineare Dynamiken zu beschreiben sind und über standardisierte Modellierungen der EMV hinausgehen. Dahingehend liegt der Schwerpunkt dieses Beitrags in der transienten Analyse von nichtlinear beladenen metallischen Gehäusen, die als Resonatoren wirken. Mit Hilfe von Zeitund Frequenzbereichsverfahren werden Phänomene erfasst und analysiert, die durch die Einkopplung transienter elektromagnetischer Felder hervorgerufen werden. Analytische Betrachtungen zu erwartenden Effekten können aus [1] entnommen werden. Für den Fall des eingeschwungenen Zustands sind weitere Untersuchungen auf sowohl analytischer als auch messtechnischer Basis durchgeführt worden, siehe hierzu beispielsweise [2, 3] und die darin zitierte Literatur. Für den transienten Fall sind ähnlich umfassende analytische und messtechnische Beschreibungen wünschenswert. Der Fokus dieses Beitrages liegt auf der Bereitstellung geeigneter messtechnischer Umgebungen. Zu Beginn wird im nächsten Abschnitt zunächst ein generisches metallisches Gehäuse mit einer speziellen nichtlinearen Beladung vorgestellt. Es werden Messergebnisse an dieser Konfiguration gezeigt, bei denen im eingeschwungenen Zustand in deutlicher Weise nichtlineare Phänomene als Systemantwort zu einer Zweiton-Anregung nachgewiesen werden können. Die Konfiguration wird anschließend im transienten Fall betrachtet, wobei zur Anregung ein genäherter doppelt-exponentieller Puls verwendet wird. Nichtlineare Effekte werden für diesen Fall sowohl im Zeitals auch im Frequenzbereich identifiziert

Modellierung elektrischer und magnetischer Felder von Energieversorgungsleitungen über realem Grund mittels des verallgemeinerten Spiegelprinzips

Bei der Auslegung von Energieversorgungsleitungen sind zum Schutz der Bevölkerung Grenzwerte bezüglich der von den Leitungen hervorgerufenen niederfrequenten elektrischen und magnetischen Felder zu berücksichtigen [1, 2]. Zur Modellierung und Berechnung dieser Felder genügen üblicherweise quasistationäre und elektrostatische Methoden [3]: Bei bekannten Strömen und bekannter Leitergeometrie folgen die magnetischen Felder aus dem Ampèreschen Gesetz. Die elektrischen Felder ergeben sich bei vorgegebenen Leiterspannungen aus dem Invertieren einer Kapazitätsmatrix. Im konkreten Anwendungsfall tritt jedoch das Problem auf, dass bestimmte Eingabeparameter, und hier sind in erster Linie Materialparameter des Bodens zu nennen, gar nicht genau bekannt sind. Um den Einfluss dieser Unsicherheit abzuschätzen, kann das verallgemeinerte Spiegelprinzip angewendet werden [4]. Im Vergleich zum üblichen Spiegelprinzip, welches eine ideal leitfähige Spiegelebene voraussetzt, erlaubt das verallgemeinerte Spiegelprinzip auf Basis der Sommerfeld-Integrale die Miteinbeziehung einer endlich leitfähigen Erde. Weiterhin kann der Durchhang der Leitungen durch analytische Abschätzungen berücksichtigt werden [5]. Als Resultat lassen sich auch mit elementaren Formeln die von Energieversorgungsleitungen ausgehenden magnetischen und elektrischen Felder berechnen und entsprechende Standortanalysen durchführen

Numerische Simulation der Schirmwirkung von mehrlagigen, anisotrop leitfähigen Materialien

Es wurde ein Verfahren vorgestellt, welches es ermöglicht, ein Material aus mehreren Lagen von anisotrop leitfähigen Schichten mit der Momentenmethode numerisch zu modellieren. Dieses Verfahren kann unter anderem dazu eingesetzt werden, um die elektromagnetischen Felder in der Umgebung von Carbonfaser-Kompositwerkstoffe (CFK)-Strukturen zu simulieren. Weiterhin wurde eine Beispielanordnung betrachtet, um das vorgestellte Verfahren zu validieren und um einige prinzipielle Aussagen treffen zu können. Wie zu erwarten, führt eine Verringerung der Schichtdicke oder der Leitfähigkeit zu einer Verschlechterung der Schirmwirkung. Um einen möglichst guten Schirm aus CFK herzustellen, sollte die Orientierung der Fasern der verschiedenen Schichten so gewählt werden, dass eine möglichst isotrope Schirmwirkung entsteht. Ansonsten wäre die erzielte Schirmwirkung sehr stark von der Polarisation des einfallenden Feldes abhängig. Für ein Material aus mehreren Schichten mit unterschiedlicher Faser-Orientierung besteht Grund zu der Annahme, dass sich das Verbundmaterial in einem breiten Frequenzbereich durch eine effektive, isotrope Leitfähigkeit beschreiben lässt