Moist turbulent Rayleigh-Benard convection with Neumann and Dirichlet boundary conditions

Turbulent Rayleigh-Benard convection with phase changes in an extended layer between two parallel impermeable planes is studied by means of three-dimensional direct numerical simulations for Rayleigh numbers between 10^4 and 1.5\times 10^7 and for Prandtl number Pr=0.7. Two different sets of boundary conditions of temperature and total water content are compared: imposed constant amplitudes which translate into Dirichlet boundary conditions for the scalar field fluctuations about the quiescent diffusive equilibrium and constant imposed flux boundary conditions that result in Neumann boundary conditions. Moist turbulent convection is in the conditionally unstable regime throughout this study for which unsaturated air parcels are stably and saturated air parcels unstably stratified. A direct comparison of both sets of boundary conditions with the same parameters requires to start the turbulence simulations out of differently saturated equilibrium states. Similar to dry Rayleigh-Benard convection the differences in the turbulent velocity fluctuations, the cloud cover and the convective buoyancy flux decrease across the layer with increasing Rayleigh number. At the highest Rayleigh numbers the system is found in a two-layer regime, a dry cloudless and stably stratified layer with low turbulence level below a fully saturated and cloudy turbulent one which equals classical Rayleigh-Benard convection layer. Both are separated by a strong inversion that gets increasingly narrower for growing Rayleigh number.Comment: 19 pages, 13 Postscript figures, Figures 10,11,12,13, in reduced qualit

Nutrient intake and nutrition status in vegetarians and vegans in comparison to omnivores - the nutritional evaluation (NuEva) study

In recent years, vegetarian and vegan diets became increasingly important as they are associated with beneficial health outcomes. Therefore, the NuEva study compares the impact of flexitarian, vegetarian, or vegan diets with omnivorous nutritional habits on nutrient intake and risk factors for non-communicable diseases. Methods A dietary protocol was kept over five days and blood and 24h urine samples were collected to examine the impact of dietary habits [omnivores, n = 65 (Median/Interquartile range: 33/17 yrs.), flexitarians, n = 70 (30/17 yrs.), ovo-lacto vegetarians, n = 65 (28/14 yrs.), vegans, n = 58 (25/10 yrs.)] on nutrient intake, nutrient concentrations in plasma, serum or 24h urine, body composition, and blood lipids. Results The increased exclusion of animal based foods in the diet (omnivores < flexitarians < vegetarians < vegans) is associated with a decreased intake of energy, saturated fat, cholesterol, disaccharides, and total sugar as well an increased intake of dietary fibers, beta carotene, vitamin E and K. The combined index of the B12 status (4cB12 score) in vegetarians (0.02/0.75) was lower compared to omnivores (0.34/0.58; p ≤ 0.05) and flexitarians (0.24/0.52; p ≤ 0.05). In omnivores vitamin A, vitamin E, ferritin, and the urinary excretion of selenium, iodine, and zinc were higher than in vegans ( p ≤ 0.05). In contrast, vegans had the highest concentrations of biotin, folate, and vitamin C. Flexitarians, vegetarians, and vegans had a lower body weight, BMI, and body fat percentage in comparison to omnivores ( p ≤ 0.05). In omnivores the concentrations on total cholesterol, total cholesterol/HDL cholesterol ratio, LDL cholesterol, LDL cholesterol/HDL cholesterol ratio, apolipoprotein B, and apolipoprotein B/ apolipoprotein A1 ratio were higher than in vegetarians and vegans ( p ≤ 0.05). Conclusion The NuEva study confirms the position of the Academy of Nutrition and Dietetics that adequately planned vegetarian diets are healthy, nutritionally adequate, and may provide health benefits in the prevention and treatment of non-communicable diseases. Nevertheless, critical nutrients were identified for all groups studied. This highlights the need to develop individual nutritional concepts to ensure an adequate nutrient intake

Nutrient Intake and Nutrition Status in Vegetarians and Vegans in Comparison to Omnivores - the Nutritional Evaluation (NuEva) Study

IntroductionIn recent years, vegetarian and vegan diets became increasingly important as they are associated with beneficial health outcomes. Therefore, the NuEva study compares the impact of flexitarian, vegetarian, or vegan diets with omnivorous nutritional habits on nutrient intake and risk factors for non-communicable diseases.MethodsA dietary protocol was kept over five days and blood and 24h urine samples were collected to examine the impact of dietary habits [omnivores, n = 65 (Median/Interquartile range: 33/17 yrs.), flexitarians, n = 70 (30/17 yrs.), ovo-lacto vegetarians, n = 65 (28/14 yrs.), vegans, n = 58 (25/10 yrs.)] on nutrient intake, nutrient concentrations in plasma, serum or 24h urine, body composition, and blood lipids.ResultsThe increased exclusion of animal based foods in the diet (omnivores &lt; flexitarians &lt; vegetarians &lt; vegans) is associated with a decreased intake of energy, saturated fat, cholesterol, disaccharides, and total sugar as well an increased intake of dietary fibers, beta carotene, vitamin E and K. The combined index of the B12 status (4cB12 score) in vegetarians (0.02/0.75) was lower compared to omnivores (0.34/0.58; p ≤ 0.05) and flexitarians (0.24/0.52; p ≤ 0.05). In omnivores vitamin A, vitamin E, ferritin, and the urinary excretion of selenium, iodine, and zinc were higher than in vegans (p ≤ 0.05). In contrast, vegans had the highest concentrations of biotin, folate, and vitamin C. Flexitarians, vegetarians, and vegans had a lower body weight, BMI, and body fat percentage in comparison to omnivores (p ≤ 0.05). In omnivores the concentrations on total cholesterol, total cholesterol/HDL cholesterol ratio, LDL cholesterol, LDL cholesterol/HDL cholesterol ratio, apolipoprotein B, and apolipoprotein B/ apolipoprotein A1 ratio were higher than in vegetarians and vegans (p ≤ 0.05).ConclusionThe NuEva study confirms the position of the Academy of Nutrition and Dietetics that adequately planned vegetarian diets are healthy, nutritionally adequate, and may provide health benefits in the prevention and treatment of non-communicable diseases. Nevertheless, critical nutrients were identified for all groups studied. This highlights the need to develop individual nutritional concepts to ensure an adequate nutrient intake

Nachgefragt: 28 Antworten zum Stand des Wissens rund um Öko-Landbau und Bio-Lebensmittel

„Ist Bio denn wirklich gesünder?“ – Dies ist nur eine der vielen Fragen, die immer wieder gestellt werden, wenn es um ökologischen Landbau und Bio-Lebensmittel geht. Und: Sie werden mit dem wachsenden Bio-Markt und der zunehmenden Beliebtheit seiner Produkte immer häufiger, immer kritischer und nach wie vor oftmals vorurteilsbeladen und polemisch gestellt. Dieser Argumentationsleitfaden will die Diskussion versachlichen. Auf dem Stand des Wissens stellt er die Vorzüglichkeit der ökologischen Lebensmittelwirtschaft sachlich, fundiert und übersichtlich dar und benennt ebenso Bereiche, bei denen noch Defizite und somit Handlungsbedarf bestehen. Damit werden Fragestellungen aufgegriffen, die in der gesellschaftlichen Auseinandersetzung um die biologische Lebensmittelwirtschaft immer wieder zu Diskussionen und Auseinandersetzungen führen. Die ersten drei Auflagen des Argumentationsleitfadens erfreuten sich größter Beliebtheit, und unsere Erwartung, mit ihm mehrere Zielgruppen anzusprechen, wurde voll erfüllt: Auszubildende auf Höfen und in Fachhandelsgeschäften, Mitarbeiter in Bio-Unternehmen, Lehrer, Verbandsvertreter, Politiker und Journalisten waren die Abnehmer der über 15.000 Exemplare, die bislang vertrieben wurden. In Händen halten Sie jetzt die vierte, vollständig neu bearbeitete Auflage. Alle Kapitel wurden aktualisiert, d.h. sie nehmen Bezug auf die aktuelle Rechtslage und die neuesten wissenschaftlichen Erkenntnisse. Einige Artikel wurden vollständig überarbeitet. Neue Fragen haben wir aufgegriffen, wie die nach der Klimawirkung, der Ökobilanz von Bio-Produkten oder dem Anbau von Energiepflanzen auf Bio-Betrieben. Die 28 Fragen zu den Themenfeldern Grundlagen, Erzeugung, Verarbeitung, Vermarktung, Qualität, Umweltwirkungen sowie ökologische Lebensmittelwirtschaft und Gesellschaft werden so beantwortet, dass die wichtigsten Gesichtspunkte zu der jeweiligen Frage „auf einen Blick“ in einer logischen Argumentationskette zur Verfügung stehen. In einem Vorspann ist die Quintessenz zusammengefasst. Quellenverweise ermöglichen es, einzelne Sachverhalte zu vertiefen. Unser großer Dank geht an die Autoren, die mit ihrem Expertenwissen für die hohe Qualität des Leitfadens stehen, an den wissenschaftlichen Beirat, der sich auch bei der Neuauflage engagiert für die Perfektionierung des Vorhabens einsetzte, an die Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE) und das Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV), die das Projekt finanzierten, und an Joyce Moewius und Stephanie Gutbrod, die das Projekt unermüdlich vorantrieben und zu dem werden ließen, was Sie nun in Händen halten

Numerische Untersuchung flacher Cumulus Konvektion

Atmosphaerische Konvektion ist ein sehr aktives Forschungsfeld mit vielen Richtungen, etwa Messtechnik, Laborexperimente und numerische Simulationen. Ein Grossteil dieser Simulationen sind sogennante Large-Eddy-Simulationen, bei denen nur die grossskaligen Stroemungsstrukturen aufgeloest werden und kleinere Strukturen der Turbulenz modelliert sind. Jedoch spielen genau diese kleineren Strukturen eine wichtige Rolle fuer das Verstaendnis physikalischer Prozesse innerhalb von Wolken. Deshalb werden in dieser Arbeit bevorzugt direkte numerische Simulationen durchgefuehrt, die alle turbulenten Laengenskalen aufloesen. Die hoehere Aufloesung geht aber auf Kosten der physikalischen Komplexitaet und der erreichbaren Turbulenzstaerke. Die Arbeit beginnt mit einer kurzen Einfuehrung in die Gebiete thermische und atmosphaerische Konvektion. Besondere Beachtung erhaelt dabei das komplexe Zusammenspiel zwischen turbulenter Stroemung und physikalischer Prozesse auf sehr kleinen Groessenskalen. Auch wie Wolken auf das Klima der Erde einwirken wird diskutiert. Anschliessend wird das Modell fuer feuchte Rayleigh-Benard Konvektion vorgestellt.Im Hauptteil der Dissertation werden Resultate der numerischen und analytischen Untersuchungen praesentiert. Zu Beginn liegt der Fokus auf dem Uebergang zur Turbulenz. Einige Eigenschaften dieses Uebergangs sind Aehnlich derer einfacher Scherstroemungen. Folglich koennen Methoden, die fuer die Untersuchung des Turbulenzuebergangs solcher Stroemungen entwickelt wurden, in abgwandelter Form hier genutzt werden. Im weiteren werden Ergebnisse direkter numerischer Simulationen diskutiert. Geometrische Eigenschaften der simulierten Wolken sowie der Einfluss der thermischen Randbedingungen sind Inhalt der folgenden Abschnitte. Ueber die ganze Arbeit hinweg werden die Resultate mit Erkenntnissen aus trockener Rayleigh-Benard und atmosphaerischer Konvektion verglichen.Das Hauptaugenmerk der Arbeit liegt auf der Erforschung des Effekts latenter Waermefreisetzung auf atmosphaerische konvektive Prozesse, ohne Beruecksichtigung anderer relevanter Prozesse, wie zum Beispiel Niederschlag.Atmospheric convection is a matter of ongoing research, either in terms of measurement techniques, laboratory experiments or numerical simulations. Usually the numerical computations are performed using large eddy simulations -- where only large scale flow structures are resolved and the effect of small scale flow structures on turbulent motion is modelled using subgrid scale models. However, it is well-known that the small scale flow structures play an important role in understanding the physics of shallow cumulus convection. Therefore, in the thesis, direct numerical simulations are performed -- where all the turbulent length scales are resolved. This naturally limits the work to moderate turbulence and a reduced physical complexity. In this thesis, the simulations are performed using a simplified model for moist convection.The thesis opens with a brief introduction to thermal and atmospheric convection. Light is shed on the complex interaction between cloud physics and fluid turbulence. Furthermore, the larger picture of the influence of clouds on the Earth's climate is also discussed. After that, the moist Rayleigh-Benard convection model is introduced.In the main part of the thesis the results of computer experiments and analytical investigations are presented and analyzed. First, focus is placed upon the onset of convection and the transition to turbulence. The onset of moist convection is found to share some properties with the transition in simple shear flows, techniques developed for the investigation of shear flows are adopted to the current problem. Results of direct numerical simulations are presented afterwards. Geometric properties and the influence of the thermal boundary conditions are investigated in the last sections. Throughout this work the results are compared with those from the case of dry Rayleigh-Benard convection and other investigations of atmospheric convection.The quintessence of this work is to clarify how latent heating affects atmospheric convection, in absence of further relevant effects, such as precipitation

Response of rat alveolar type II cells and human lung tumor cells towards oxidative stress induced by hydrogen peroxide and paraquat,”Toxicology

Abstract The expression of MDR1b coding mRNA is increased in alveolar type II cells from juvenile rat lung in culture. Hydrogen peroxide and paraquat-induced further upregulation supporting that oxidative stress mediated mechanisms are involved in the regulation of MDR1b in rat lung. The expression rates of mRNA for catalase, Cu/Zn-superoxide dismutase (Cu/Zn-SOD) and Mn-superoxide dismutase (Mn-SOD) remains constant during culture and were not modulated by hydrogen peroxide or paraquat. Thus, antioxidative enzymes in primary A II cells from rat lung are not regulated by reactive oxygen species dependent mechanisms. Primary A II cells were substantially more sensitive towards paraquat-induced cytotoxicity and lipid peroxidation than the permanent human lung tumor cell lines H322 and H358. A 100 M hydrogen peroxide for 2 h induces substantial DNA damage which is not paralleled by an increased rate of lipid peroxidation. The expression rate of mRNA coding for catalase and Mn-SOD was not changed and almost the same is true for the activity of catalase and Cu/Zn-SOD. Only 50 M paraquat induced a significant decrease in catalase activity and an increase in Cu/Zn-SOD activity