Snowpack runoff formation processes during rain-on-snow events

Rain-on-snow (ROS) events cause repeated flooding in many mountainous regions with a seasonal snow cover. The complex interaction of processes across spatial scales makes it difficult to accurately predict the effect of snow cover on runoff formation for an upcoming ROS event, often resulting in underestimating the flooding potential of a respective event. To improve predictability of such events, the present study aims to identify the dominant snowpack runoff formation processes at different spatial scales. Snow cover observations during natural ROS events and sprinkling experiments, as well as simulations of historical ROS events with the physics-based snow cover model SNOWPACK, lay the foundation for results presented in this thesis. The experimental work was a valuable way to gain hands-on experience of snow cover processes during ROS and collect data for model development and verification. The simulations of more than 1000 historical ROS events at station locations and 191 catchment-scale simulations, increased understanding of runoff formation processes for a variety of meteorological and snowpack conditions. Meteorological forcing and initial snowpack properties were found to determine the temporal dynamics, intensities, and cumulative amount of snowpack runoff. Processes within the snowpack were found to modulate meteorological forcing such that runoff intensities were attenuated for intense and short rain events, but amplified for longer rain events. Although rainfall generally dominated snowpack runoff, individual events did have a significant snowmelt contribution. The analysis of spatially distributed snowpack simulations allowed identification of conditions leading to excessive snowpack runoff for whole catchments. These conditions include: a large snow-covered fraction, spatially homogeneous snowpack properties, prolonged rainfall events, and a strong rise in air temperature over the course of the event. A combination of these factors increases the probability of snowpack runoff occurring synchronously within the catchment, which in turn favours higher overall runoff rates. For both individual station locations and entire catchments, events with excessive snowpack runoff were more common during autumn and late spring, whereas winter snowpack usually retained part of the rainfall. Lysimeter measurements during sprinkling experiments on cold and dry snowpack could not be reproduced in a satisfactory way using the two present water transport models in SNOWPACK. This was attributed to the formation of preferential flowpaths. To address this problem, a dual-domain water transport scheme accounting for preferential flow was implemented in SNOWPACK. The presented approach was validated using an extensive dataset, comprised of meteorological and snowpack measurements as well as snow lysimeter runoff data for more than 100 ROS events. Simulations of ROS on different initial snow cover conditions revealed that the new model was superior to existing approaches for conditions where field experiments found preferential flow to be prevalent. The research presented in this thesis uses systematic analyses to identify meteorological and snowpack conditions which augment snowpack runoff formation during ROS. It further highlights the importance of correct meteorological forecasting and using detailed snowpack modelling for assessing the flooding potential of ROS in snow-affected catchments

Funktionelle Charakterisierung der Kinasen IRAK1, TTK, SGK1, TBK1 und PRKDC im Pankreaskarzinom

Zusammenfassung Die Diagnose eines Pankreaskarzinoms ist auch heute noch aufgrund von seiner frühen Metastasierung, der späten Diagnosestellung und insuffizienter Therapieoptionen mit einer infausten Prognose vergesellschaftet. Daher ist es wichtig an neuen Therapieansätzen zu forschen. In dieser Arbeit wurden fünf verschiedene humane Kinasen, IRAK1, TTK, SGK1, TBK1 und PRKDC auf ihre Funktion und ihren Einfluss in Zellen des duktalen Adenokarzinom des Pankreas hin untersucht. Dabei wurde ein besonderer Wert auf karzinomspezifischen Eigenschaften wie verstärkte Proliferation, die Fähigkeit zu migrieren und Metastasen zu bilden, sowie die Hemmung der Apoptose gelegt. Ziel war es, eine Kinase zu finden, dessen Hemmung in der „targeted-therapy“ genutzt werden konnte. Während die Kinasen TBK1 und PRKDC keinen wünschenswerten Einfluss auf die Proliferation zeigten und somit verworfen wurden, führte eine Herunterregulation von SGK1 zu einem negativen Effekt auf sowohl maligne wie auch auf benigne Zelllinien. Da dies auch nicht das Ziel einer „targeted-therapy“ ist, wurde auch diese Kinase als Kandidat verworfen. Übrig blieben die Kinasen IRAK1 und TTK. Beide zeigten jeweils nach Herunterregulation eine Hemmung der Zellvitalität, wobei diese Hemmung nach Herunterregulation von TTK signifikant stärker ausfiel als unter Herunterregulation von IRAK1. Dass beide Kinasen für das Zellüberleben nötig zu sein scheinen, zeigte auch das Ergebnis des Apoptoseassays. Festzustellen ist jedoch, dass TTK in allen Versuchen, außer dem Migrationsassay, den größten Effekt aufwies. Folglich scheint die Kinase TTK sowohl in der Proliferation und der Hemmung der Apoptose, als auch in der Fähigkeit Metastasen zu bilden eine wichtige Rolle zu spielen. Dies macht TTK als Ziel einer „targeted-therapy“ gegen das duktale Adenokarzinom des Pankreas interessant und sollte daher weiter verfolgt werden

Rainwater propagation through snowpack during rain-on-snow sprinkling experiments under different snow conditions

The mechanisms of rainwater propagation and runoff generation during rain-on-snow (ROS) events are still insufficiently known. Understanding storage and transport of liquid water in natural snowpacks is crucial, especially for forecasting of natural hazards such as floods and wet snow avalanches. In this study, propagation of rainwater through snow was investigated by sprinkling experiments with deuterium-enriched water and applying an alternative hydrograph separation technique on samples collected from the snowpack runoff. This allowed us to quantify the contribution of rainwater, snowmelt and initial liquid water released from the snowpack. Four field experiments were carried out during winter 2015 in the vicinity of Davos, Switzerland. Blocks of natural snow were isolated from the surrounding snowpack to inhibit lateral exchange of water and were exposed to artificial rainfall using deuterium-enriched water. The experiments were composed of four 30 min periods of sprinkling, separated by three 30 min breaks. The snowpack runoff was continuously gauged and sampled periodically for the deuterium signature. At the onset of each experiment antecedent liquid water was first pushed out by the sprinkling water. Hydrographs showed four pronounced peaks corresponding to the four sprinkling bursts. The contribution of rainwater to snowpack runoff consistently increased over the course of the experiment but never exceeded 86 %. An experiment conducted on a non-ripe snowpack suggested the development of preferential flow paths that allowed rainwater to efficiently propagate through the snowpack limiting the time for mass exchange processes to take effect. In contrast, experiments conducted on ripe isothermal snowpack showed a slower response behaviour and resulted in a total runoff volume which consisted of less than 50 % of the rain input

Lindblad master equation approach to superconductivity in open quantum systems

We consider an open quantum Fermi-system which consists of a single degenerate level with pairing interactions embedded into a superconducting bath. The time evolution of the reduced density matrix for the system is given by Linblad master equation, where the dissipators describe exchange of Bogoliubov quasiparticles with the bath. We obtain fixed points of the time evolution equation for the covariance matrix and study their stability by analyzing full dynamics of the order parameter.Comment: 7 pages, 2 pdf figure

Métissage urbain. Industrie textile, FabLab et logements aux Charmilles, Genève

La production textile et vestimentaire, dont les coûts de réalisation et les impacts environnementaux sont largement méconnus en Occident, figure parmi les branches industrielles les plus critiques. Cette ignorance est soutenue par la désindustrialisation des centres-villes menant au ralentissement des échanges socio-économiques. Le cas de Genève illustre cette tendance de façon extrême. Toutefois, la transformation prévue d’un ancien site industriel aux Charmilles présente actuellement les atouts indispensables à l’introduction de ce secteur, dans le but d’en augmenter la visibilité et de dynamiser les interactions grâce à une nouvelle mixité urbaine. Puisque l’Etat de Genève impose au propriétaire d’ajouter 150 logements au bâtiment industriel envisagé, le projet propose de respecter cette demande tout en préservant une partie de l’existant. Les structures présentes offrent des espaces adaptés à la production textile ainsi qu’à un FabLab pour la création de vêtements dans un cadre éducatif lié à la HEAD. Des programmes complémentaires relient les entités industrielles et les logements. En réponse à la densité requise, les espaces publics sont créés pour encourager les rencontres des différents acteurs et offrir une vitrine sur la fabrication textile. Ainsi, en alliant diverses activités industrielles, manufacturières et des logements au sein d’un même projet, l’objectif est de relever le potentiel de métissage découlant de la nouvelle industrialisation du XXIe siècle

Changes in the Activity and Selectivity of Herbicides by Selective Fluorine Substitution, Taking Bentranil and Classic® Analogues as Examples

The introduction of fluorine atoms into 2-phenyl-4H-3,1-benzoxazin-4-one (bentranil) led to sweeping changes in its herbicidal properties in some cases, and 5-fluoro-2-phenyl-4H-3,1-benzoxazin-4-one ('fluorobentranil') was found to be the most active compound. It can be prepared from 2-amino-6-fluoro-benzoic acid or by direct halogen exchange of 5-chloro-2-phenyl-4H-3,1-benzoxazin-4-one. The latter reaction was investigated on a pilot scale, including a high-temperature (350 °C) potassium fluoride halogen exchange without solvent. When sulfolane was used as a solvent, a side reaction at 220 °C – partial decomposition to a diphenylether – could be prevented by addition of a small amount of a radical scavenger. Other intermediates with a pseudohalogen substitution were obtained by side-chain chlorination of suitable methylsulfanyl benzoic acid precursors and halogen exchange. 'Fluorobentranil' shows good broad-leaf activity and selectivity on rice, cereals and maize. In a second case study, the fluoro-substituted anthranilic acids mentioned above were also found to be appropriate for synthesizing herbicidal sulfonylurea (SU) compounds via Meerwein reaction of their aniline function. Methyl 2-[({[(4chloro-6-methoxy-2-pyrimidinyl)-amino]carbonyl}amino)sulfonyl]-6-fluorobenzoate is an example of a SU that is compatible with maize, whereas the unsubstituted Classic® analogue is not selective

Funktionelle Charakterisierung der Kinasen IRAK1, TTK, SGK1, TBK1 und PRKDC im Pankreaskarzinom

Zusammenfassung Die Diagnose eines Pankreaskarzinoms ist auch heute noch aufgrund von seiner frühen Metastasierung, der späten Diagnosestellung und insuffizienter Therapieoptionen mit einer infausten Prognose vergesellschaftet. Daher ist es wichtig an neuen Therapieansätzen zu forschen. In dieser Arbeit wurden fünf verschiedene humane Kinasen, IRAK1, TTK, SGK1, TBK1 und PRKDC auf ihre Funktion und ihren Einfluss in Zellen des duktalen Adenokarzinom des Pankreas hin untersucht. Dabei wurde ein besonderer Wert auf karzinomspezifischen Eigenschaften wie verstärkte Proliferation, die Fähigkeit zu migrieren und Metastasen zu bilden, sowie die Hemmung der Apoptose gelegt. Ziel war es, eine Kinase zu finden, dessen Hemmung in der „targeted-therapy“ genutzt werden konnte. Während die Kinasen TBK1 und PRKDC keinen wünschenswerten Einfluss auf die Proliferation zeigten und somit verworfen wurden, führte eine Herunterregulation von SGK1 zu einem negativen Effekt auf sowohl maligne wie auch auf benigne Zelllinien. Da dies auch nicht das Ziel einer „targeted-therapy“ ist, wurde auch diese Kinase als Kandidat verworfen. Übrig blieben die Kinasen IRAK1 und TTK. Beide zeigten jeweils nach Herunterregulation eine Hemmung der Zellvitalität, wobei diese Hemmung nach Herunterregulation von TTK signifikant stärker ausfiel als unter Herunterregulation von IRAK1. Dass beide Kinasen für das Zellüberleben nötig zu sein scheinen, zeigte auch das Ergebnis des Apoptoseassays. Festzustellen ist jedoch, dass TTK in allen Versuchen, außer dem Migrationsassay, den größten Effekt aufwies. Folglich scheint die Kinase TTK sowohl in der Proliferation und der Hemmung der Apoptose, als auch in der Fähigkeit Metastasen zu bilden eine wichtige Rolle zu spielen. Dies macht TTK als Ziel einer „targeted-therapy“ gegen das duktale Adenokarzinom des Pankreas interessant und sollte daher weiter verfolgt werden