Parametrization of relative humidity- and wavelength-dependent optical properties of mixed Saharan dust and marine aerosol

Aerosol particles interact with sunlight through scattering and absorption and have therefore a direct radiative effect. Hygroscopic aerosol particles take up water and are able to grow in size below 100% relative humidity, which involves the change of optical properties and the direct radiative effect. The change of aerosol optical properties for aerosol mixtures under humidification is presently not well understood, especially for the largest particle sources worldwide. The present PhD-thesis quantifies wavelength- and humidity-dependent aerosol optical properties for a mixture of Saharan mineral dust and marine aerosol. For quantification, an aerosol model was developed, which based on in-situ measurements of microphysical and optical properties at Cape Verde. With this model, aerosol optical properties were calculated from the dry state up to 90% relative humidity. To validate the model, a measure of the total extenuated light from particles under ambient conditions was used. Finally, the humidity dependence of aerosol optical properties for marine aerosol, Saharan dust aerosol, and a mixture of both species was described by two empirical equations. With the wavelength of the incident visible solar radiation, relative humidity, and dry dust volume fraction, the humidity dependence of optical properties can be calculated from tabulated values. To calculate radiative effects, aerosol optical properties were used as input parameters for global circulation models including radiative transfer. Due to the complexity of aerosol related processes, they have been treated implicitly, meaning in parameterized form. For modelling purposes, the present PhD-thesis provides a solution to include humidity effects of aerosol optical properties.Aerosolpartikel wechselwirken durch Streu- und Absorptionsprozesse mit der einfallenden Sonnenstrahlung und haben somit einen direkten Strahlungseffekt. Bei relativen Feuchten bis 100% können Aerosolpartikel aufquellen und somit ihre Größe ändern. Im Zuge des Aufquellens, ändern sich die optischen Eigenschaften und somit auch der direkte Strahlungseffekt der Aerosolpartikel. Speziell für Mischungen von verschiedenen Aerosolspezies ist die Änderung der optischen Eigenschaften des Aerosols durch Feuchte Einfuss noch nicht ausreichend verstanden. Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist daher die Quantifizierung der wellenlängen- und feuchteabhängigen optischen Eigenschaften einer Mischung von Saharastaub- und marinen Aerosol. Die zur Quantifizierung notwendigen Daten wurden im Rahmen einer Feldmessung von mikrophysikalischen- und optischen Aerosol-Eigenschaften auf den Kapverdischen Inseln gesammelt. Auf Grundlage dieser Messungen wurde ein Aerosol-Modell entwickelt. Dieses Modell wurde daraufhin verwendet, um Berechnungen von optischen Aerosol-Eigenschaften bei relativen Feuchten bis 90% durchzuführen. Eine Messung der Lichtschwächung durch Aerosolpartikel unter Umgebungsbedingungen wurde verwandt, um das Modell bei Umgebungsfeuchten zu validieren. Die Wellenlängen- und Feuchteabhängigkeit der optischen Eigenschaften des Aerosols wurde parametrisiert und konnte anhand von zwei Parametergleichungen bestimmt werden. Unter Benutzung von tabellierten Werten und der Wellenlänge des einfallenden sichtbaren Sonnenlichtes, der relativen Feuchte, sowie der Staubvolumenfraktion, kann die Feuchteabhängigkeit von wichtigen Aerosol-optischen Eigenschaften für Saharastaub, marinen Aerosol und einer Mischung aus beiden Komponenten bestimmt werden. Globale Zirkulationsmodelle, die auch eine Berechnung von Strahlungseffekten durch Aerosolpartikel beinhalten, nutzen Aerosol-optische Eigenschaften als Eingabeparameter. Durch zunehmende Komplexitiät zur Beschreibung von Wechselwirkungen in der Atmosphäre, sind einfache Parametrisierungen unabdingbar. Die vorliegende Arbeit liefert daher einen wichtigen Beitrag für die Modellierung von Strahlungseffekten durch Aerosolpartikel und somit zum Verständnis des Strahlungshaushaltes der Erde

Further development and application of polycrystalline metal whiskers

High strength metal whiskers have a larger versatile field of application than monocrystalline whiskers. Although polycrystalline metal whiskers can be used for composites, preferably by extrusion in thermoplastics or by infiltration of resins or metals into whisker networks, the chief application at present may be the production and various use of whisker networks. Such networks can be produced up to high degrees of porosity and besides high mechanical strength, they have high inside surfaces and high electric conductivity. There are for instance, applications concerning construction of electrodes for batteries and fuel cells, catalysts and also new heat-exchanger material, capable of preparing fuel oil and gasoline in order to assist a high-efficiency combustion. The technical application of polycrystalline metal whiskers require their modification as well as the construction of a pilot production unit

Riesz networks: scale invariant neural networks in a single forward pass

Scale invariance of an algorithm refers to its ability to treat objects equally independently of their size. For neural networks, scale invariance is typically achieved by data augmentation. However, when presented with a scale far outside the range covered by the training set, neural networks may fail to generalize. Here, we introduce the Riesz network, a novel scale invariant neural network. Instead of standard 2d or 3d convolutions for combining spatial information, the Riesz network is based on the Riesz transform which is a scale equivariant operation. As a consequence, this network naturally generalizes to unseen or even arbitrary scales in a single forward pass. As an application example, we consider detecting and segmenting cracks in tomographic images of concrete. In this context, 'scale' refers to the crack thickness which may vary strongly even within the same sample. To prove its scale invariance, the Riesz network is trained on one fixed crack width. We then validate its performance in segmenting simulated and real tomographic images featuring a wide range of crack widths. An additional experiment is carried out on the MNIST Large Scale data set

Differences in Research Literacy in Educational Science Depending on Study Program and University

[EN] The ability to purposefully access, reflect on, and use evidence from educational research (Educational Research Literacy, ERL) are key competencies of future professionals in educational practice. Based on the conceptual framework presented in this paper, a test instrument was developed to assess ERL, consisting of the competence facets Information Literacy, Statistical Literacy, and Evidence-based Reasoning. This contribution aims to delve deeper into the question of whether Educational Science students differ in their overall ERL proficiency depending on their study program and university. This comparison is based on a large-scale study of 1,213 Educational Science students (Teacher Training and Educational Studies) at six German universities in the winter semester of 2012/13 and in the summer semester of 2013. The results indicate that students seem to profit from their studies at the different universities. Moreover, the ERL competence facets differentiate to some extent between universities and degree programs, which can serve as the starting point for curricular quality development measures. Subsequently, the results are critically discussed, and the desiderata for future research are stated, e.g., the identification of predictors that cause the reported differences.Groß Ophoff, J.; Schladitz, S.; Wirtz, M. (2017). Differences in Research Literacy in Educational Science Depending on Study Program and University. En Proceedings of the 3rd International Conference on Higher Education Advances. Editorial Universitat Politècnica de València. 1193-1202. https://doi.org/10.4995/HEAD17.2017.55561193120

Die Bedeutungen von Walen im späten Meiji-Japan: Gleichzeitigkeit und Konflikte

auf der Grundlage des Vortrags vom 11.05.201

Protokoll zum Vortrag: Lars Schladitz (Erfurt): »Die Gleichzeitigkeit des Ungleichzeitigen: Umweltwahrnehmung im Zeitalter des ›modernen‹ Walfangs in Japan«

Preprin

Torsionstragverhalten von textilbetonverstärkten Stahlbetonbauteilen

In den letzten 15 Jahren wurde vorrangig im Rahmen eines Sonderforschungsbereiches an der Technischen Universität Dresden die Verstärkung bestehender Stahlbetonkonstruktionen mit Textilbeton erforscht. Untersuchungen des Textilbetons, welcher aus einem Feinbeton und einer textilen Bewehrung besteht, erfolgten u. a. in Bezug auf seine Wirkung als Biege-, Querkraft- und Normalkraftverstärkung. Die vorliegende Arbeit befasst sich nach Kenntnis des Aufstellers erstmals mit dem Torsionstragverhalten von textilbetonverstärkten Stahlbetonbauteilen. Sie soll somit einen Einstieg in die Thematik schaffen und einen grundlegenden Beitrag für die Forschung sowie die Anwendung des Textilbetons in der Praxis leisten. In einem Überblick zum Stand des Wissens werden Möglichkeiten der Verstärkung sowie allgemeine Eigenschaften der verwendeten Bau- und Verbundstoffe vorgestellt. Des Weiteren erfolgt eine Erläuterung der bereits von anderen Wissenschaftlern durchgeführten experimentellen und theoretischen Untersuchungen zum Torsionstragverhalten von Stahlbetonbauteilen. Für die eigenen experimentellen Untersuchungen war aufgrund der Erkenntnisse aus dem Stand des Wissens zunächst ein neuer Versuchsstand zu entwickeln. Dessen Konstruktion ermöglicht es, reine Torsionsbelastungen in die Probekörper einzuleiten und ist gleichzeitig so flexibel, dass er für die Untersuchung verschiedener Probekörperquerschnitte genutzt werden kann. Nach der Darstellung des neuen Versuchsstandes werden die Ergebnisse der 67 durchgeführten Versuche präsentiert. Diese beinhalten u. a. grundlegende Zusammenhänge zwischen dem Torsionstragverhalten und der Menge, der Anordnung und dem Material der Verstärkung sowie der Bauteilgeometrie aber auch des Zusammenwirkens der textilen Bewehrung mit der Stahlbewehrung. Ein wesentliches Ergebnis der theoretischen Untersuchungen ist ein Ingenieurmodell zur Bestimmung der Torsionstragfähigkeit (Bruchmoment) der verstärkten Stahlbetonbauteile. Für dieses Modell werden – wie im Stahlbetonbau – Stabwerke verwendet, in welche die Geometrie der Bauteile und die Eigenschaften der Baustoffe einfließen. Weiterhin wurde ein erster handhabbarer Berechnungsansatz zur Abschätzung des Rissmomentes erarbeitet. Die dafür angestellten Überlegungen zum Zusammenwirken des Altbetonkerns und der Feinbetonummantelung sowie der rissunterdrückenden Wirkung der textilen Bewehrung sind ausführlich zusammengefasst. Zur Abschätzung der Verformungen im Zustand I und II werden Ansätze aus dem Stahlbetonbau überarbeitet, so dass sie auch bei verstärkten Stahlbetonbauteilen Anwendung finden können. In dem abschießend aufgestellten Bemessungsvorschlag fließen der Stand des Wissens sowie die Erkenntnisse aus den experimentellen und theoretischen Untersuchungen zusammen. In der Zusammenfassung und dem Ausblick wird verdeutlicht, dass mit dieser Arbeit nicht nur ein Einstieg in das Thema Torsionsverstärkung mit Textilbeton geschaffen wurde, sondern mit den Ergebnissen bereits ein begrenzter Einsatz in der Baupraxis denkbar ist. Die im Rahmen der vorliegenden Arbeit aufgezeigten offenen Fragestellungen sollten jedoch im Rahmen fortführender vertiefender Forschungsarbeiten ausführlich untersucht werden

3D-Charakterisierung der Graphitmorphologie mit Hilfe der FIB-Nanotomographie

Wie aus vielen früheren Arbeiten bekannt ist, spielt die Graphitmorphologie eine entscheidende Rolle für die mechanischen und physikalischen Eigenschaften des Gusseisens. Deswegen ist die korrekte Beschreibung der Graphitform von großer Bedeutung für die Entwicklung einer automatischen und reproduzierbaren Klassifizierungsmethode [1]. Dies sollte auch für das Verständnis der Phänomene, die auf der Grenzfläche zwischen Matrix und Graphitausscheidungen auftreten und die Makroeigenschaften beeinflussen, relevant sein. Die Charakterisierung der komplexen Graphitform in Gusseisen wurde bisher im Allgemeinen auf die 2D-Schliffebene beschränkt. Tomographische Untersuchungen sollen die charakteristischen Gefügekennwerte aus dem Volumen direkt liefern. Die klassische Röntgentomographie erreicht allerdings nicht das nötige Auflösungsvermögen [2]. Die Untersuchungen dieser Arbeit erfolgten in der DualBeamTM Workstation Strata 235 (FEI Company). Die dreidimensionale Struktur wurde mittels 3D-Serienschnittmethode untersucht. Dazu erfolgte die Präparation mit dem fokussierten Ionenstrahl (FIB) und die Abbildung mittels Sekundärelektronen (REM). Daran schloss sich die 3D-Rekonstruktion von allen Serienschnitten mit Hilfe der 3D-Software AmiraTM an. Die Untersuchung der gefügecharakteristischen Kenngrößen in 3D erfolgte mit Hilfe des Softwaresystems MAVI. Die FIB-Nanotomographie [3] bietet erweiterte Möglichkeiten der Erforschung des 3D-Gefügeaufbaus auf einer Skala bis zu wenigen Nanometern und erlaubt es dadurch, die Korrelationen zwischen gefügecharakteristischen Parametern auch für komplexe und unregelmäßige Teilchenmorphologien zu bestimmen. [1] Velichko, A., Mücklich, F., Practical Metallography 43,2006, 192-207 [2] Sánchez, S.A., Narciso, J., Rodríguez-Reinoso, F., Bernard, D., Watson, I.G., Lee, P.D., Dashwood, R.J., Advanced Engineering Materials, 8, 2006, 491-495 [3] Holzer, L., Indutnyi, F., Gasser, PH., Münch, B., Wegmann, M., J. Microsoc. 216, 2004, 84-95

Whaling, Science, and Trans-Maritime Networks, 1910–1914

This paper addresses whale research by American naturalist Roy Chapman Andrews during and after his expeditions to whaling stations of the Tōyō Hogei company in Japan and Korea. Research literature about Japanese whaling has identified numerous flows of knowledge, personnel, and technology such as ships and harpoon guns from Europe to Japan, suggesting a unidirectional flow in which the Japanese received and adopted Western technology. At the same time, the history of maritime research has, until now, focused mainly on the workings of researchers and various organizations, often neglecting the roles of more subtle yet determining factors in the production of knowledge, such as tools or the subject of study. This investigation of Andrews’ research offers a new perspective on transcultural flows in whaling during the Meiji era by revealing the complexity of global entanglements and showing flows as being multidirectional. It also offers a multi-perspective approach towards writing a history of whale research by incorporating not only the scientist and his multinational aides at the whaling station, but also the less obvious influences on whale research such as the scientist’s tools, (Japanese) colonial subjects at the whaling station, and the interdependencies with the maritime environment including the whales themselves. This study shows why the establishment of modern whaling made the Japanese waters an attractive area of research for Western naturalists. A close reading of the historical traces—correspondence, photographs, and published sources—shows that this research did not only rely on professional naturalists, but also on numerous other actors who influenced each other within a complex network that also involved implicit and explicit cultural hierarchies