Reversal and amplification of zonal flows by boundary enforced thermal wind

Zonal flows in rapidly-rotating celestial objects such as the Sun, gas or ice giants form in a variety of surface patterns and amplitudes. Whereas the differential rotation on the Sun, Jupiter and Saturn features a super-rotating equatorial region, the ice giants, Neptune and Uranus harbour an equatorial jet slower than the planetary rotation. Global numerical models covering the optically thick, deep-reaching and rapidly rotating convective envelopes of gas giants reproduce successfully the prograde jet at the equator. In such models, convective columns shaped by the dominant Coriolis force typically exhibit a consistent prograde tilt. Hence angular momentum is pumped away from the rotation axis via Reynolds stresses. Those models are found to be strongly geostrophic, hence a modulation of the zonal flow structure along the axis of rotation, e.g. introduced by persistent latitudinal temperature gradients, seems of minor importance. Within our study we stimulate these thermal gradients and the resulting ageostrophic flows by applying an axisymmetric and equatorially symmetric outer boundary heat flux anomaly ($Y_{20}$) with variable amplitude and sign. Such a forcing pattern mimics the thermal effect of intense solar or stellar irradiation. Our results suggest that the ageostrophic flows are linearly amplified with the forcing amplitude $q^\star$ leading to a more pronounced dimple of the equatorial jet (alike Jupiter). The geostrophic flow contributions, however, are suppressed for weak $q^\star$, but inverted and re-amplified once $q^\star$ exceeds a critical value. The inverse geostrophic differential rotation is consistently maintained by now also inversely tilted columns and reminiscent of zonal flow profiles observed for the ice giants. Analysis of the main force balance and parameter studies further foster these results

Safety Control Synthesis with Input Limits: a Hybrid Approach

We introduce a hybrid (discrete--continuous) safety controller which enforces strict state and input constraints on a system---but only acts when necessary, preserving transparent operation of the original system within some safe region of the state space. We define this space using a Min-Quadratic Barrier function, which we construct along the equilibrium manifold using the Lyapunov functions which result from linear matrix inequality controller synthesis for locally valid uncertain linearizations. We also introduce the concept of a barrier pair, which makes it easy to extend the approach to include trajectory-based augmentations to the safe region, in the style of LQR-Trees. We demonstrate our controller and barrier pair synthesis method in simulation-based examples.Comment: 6 pages, 7 figures. Accepted for publication at the 2018 American Controls Conference. Copyright IEEE 201

Verstärken Liberalisierung und Deregulierung die räumlichen Disparitäten zwischen Stadt und Land? Eine Fallstudie zum Südtiroler Einzelhandel im Kontext der Liberalisierungsgesetze ab 2012

Bis 2012 war der Einzelhandel in der norditalienischen Provinz Südtirol durch eine umfassende sektorale Regulierung und eine strikte Raumordnungspolitik beeinflusst. Hiermit wurde die aus anderen Ländern bekannte enorme Flächenexpansion von Handelsbetrieben, v.a. auf der so genannten „Grünen Wiese“, stark eingedämmt. Im Zuge der Euro-Krise ab 2010 wurde von der damaligen italienischen Regierung unter Mario Monti ein großes Reformpaket zur Liberalisierung und Deregulierung vieler wirtschaftlicher Bereiche, darunter auch der Einzelhandel, verabschiedet. Im Jahr 2012 hat die Provinz Südtirol die staatlichen Vorgaben in Form eines Liberalisierungsgesetzes umgesetzt, in dem zahlreiche Vorgaben, u.a. im Hinblick auf Verkaufsflächenbeschränkungen in Wohn- und Gewerbegebieten, aufgehoben wurden. Einige frühere Bestimmungen wurden 2016 zwar wieder eingeführt, jedoch stellt sich die Frage, wie sich diese Erosion der wettbewerbs- und raumordnungspolitischen Kompetenzen der Provinz Südtirol auf den Einzelhandel und seine Standorte ausgewirkt hat. In dieser Untersuchung wurde daher zunächst geprüft, wie sich der gesamte Einzelhandel in Südtirol vor und nach der Reform entwickelt hat. Im zweiten Schritt wurde auf der kleinräumigen Ebene der 116 Gemeinden analysiert, ob vorher bzw. nachher eine regionale Konvergenz oder Divergenz (d.h. Angleichung oder Verstärkung räumlicher Disparitäten) im Hinblick auf die Ausstattung mit Einzelhandel stattgefunden hat. Tatsächlich ist ab 2012 ein deutliches Verkaufsflächenwachstum in der Provinz nachweisbar. Auf der Gemeindeebene zeigt sich, dass zwar im Zeitraum von 2002 bis 2011 eine Angleichung der Unterschiede in der Angebotsausstattung stattfand, dieser Trend jedoch ab 2012 umgekehrt wurde: Seit der Liberalisierung des Einzelhandels sind die Ausstattungsniveaus der Gemeinden umso stärker gewachsen, je besser sie vorher schon versorgt waren. Die räumlichen Disparitäten der Ausstattungsgrade im Einzelhandel haben zugenommen. Die Ergebnisse stützen die wesentlichen Aussagen der Standorttheorien des Einzelhandels, die zunehmende Disparitäten in Systemen von Angebotsstandorten voraussagen

Größere Discounter, kleinere Verbrauchermärkte und Onlineshops: Welche Rolle spielen die aktuellen Trends im Lebensmitteleinzelhandel für die Nahversorgung im ländlichen Raum?

In den letzten Jahren sind im deutschen Lebensmitteleinzelhandel mehrere Entwicklungen hinsichtlich der Betriebsformen- und Standortstruktur festzustellen: Bestehende Discounterfilialen werden erweitert und neue Filialen werden mit Verkaufsflächengrößen weit oberhalb der in Deutschland geltenden planerischen Grenze des großflächigen Einzelhandels eröffnet; Discounter werden daher auch immer häufiger Gegenstand von Verträglichkeitsbeurteilungen in Planungsverfahren. Gleichzeitig sinkt die Marktbedeutung von großen Verbrauchermärkten bzw. SB-Warenhäusern und mehrere Supermarktketten bzw. -kooperativen treiben ein kleinflächiges Citymarkt-Konzept voran. Während Amazon und Rewe in ausgewählten Großstadtregionen einen Online-Lieferdienst für Lebensmittel aufgebaut haben, erweitern etablierte Supermarktketten ihr stationäres Angebot um einen online-gestützten Abholservice (Click and collect). Anhand eines regionalen Fallbeispiels aus dem ländlichen Raum (Südniedersachsen) untersucht dieser Beitrag, inwiefern diese Entwicklungen – konvergierende Marktgrößen und Cross-Channel-Einbindung im LEH – mit dem tatsächlichen Einkaufsverhalten der Bevölkerung in Einklang zu bringen sind. Denn die planerischen Ideale zielen auf eine intakte Nahversorgung ab, die in erster Linie als gute Erreichbarkeit übersetzt wird. Sprechen also „große“ Discounter oder Supermärkte mit einem Onlineshop überhaupt die Verbraucher an? Und: Relativieren diese Entwicklungen die hohe Relevanz, die der Erreichbarkeit in Nahversorgungsfragen zugesprochen wird? Konkret wird daher untersucht, welche Rolle die (betriebsformenspezifische) Verkaufsflächengröße und die Click-and-collect-Option – unter Berücksichtigung der Erreichbarkeit – für die Einkaufsstättenwahl im LEH spielen. Hierzu wird ein quantitatives Modell der Einkaufsstättenwahl aufgestellt und die Einflüsse anhand von empirischen Echtdaten zum Einkaufsverhalten überprüft. Interessanterweise zeigt sich, dass das Angebot eines online-gestützten Abholservices (bisher) keinerlei Effekt auf die Einkaufsentscheidungen der Kunden hat. Es lässt sich allerdings belegen, dass Verkaufsflächenerweiterungen bei Discountern die Kundenzuflüsse erhöhen, wobei dieser Effekt stärker ist als bei allen anderen Betriebsformen. Als wichtigste Determinante des Einkaufsverhaltens im LEH zeigt sich jedoch wieder einmal die Erreichbarkeit der Anbieter. Die Ergebnisse leisten einen Beitrag zu der Frage, wie Neuansiedlungen und Erweiterungen von LM-Märkten in Planungsverfahren ggf. differenzierter beurteilt werden können

Raum- und standortökonomische Optimierungsmodelle in Open-Source-Umgebungen – Implementation und Anwendungsmöglichkeiten im Kontext der Einzelhandels- und Versorgungsforschung

Bei raum- und standortökonomischen Problemen können Optimierungsalgorithmen eingesetzt werden, z.B. zur Anpassung von Modellen an Echtdaten oder zur Optimierung von Standortstrukturen. Im Kontext von Handels- und Dienstleistungsstandorten steht hierbei das räumliche Nachfragerverhalten im Vordergrund. Mit dem in der Handelsforschung populären Marktgebietsmodell von Huff ist es möglich, räumliche Kunden- bzw. Kaufkraftströme anhand der Attraktivität und Erreichbarkeit von Standorten abzuschätzen. Einsatzbereiche des Modells sind u.a. die betriebliche Standortplanung und die Verträglichkeitsbeurteilung von Einzelhandelsansiedlungen in der Raumordnung. Um die Aussagekraft des Modells zu erhöhen, sollte es allerdings anhand von Echtdaten an die Realität angepasst werden, was besonders problematisch ist, wenn nur Gesamtumsätze von Standorten (und nicht etwa Kundenbefragungen) vorliegen. Um in diesem Fall eine gute Modellanpassung zu erreichen, wurde ein Optimierungsalgorithmus entwickelt, der die Modellvariable der Standortattraktivitäten iterativ an die realen Daten anpasst. Wie an einem Beispiel aus dem Einzelhandel gezeigt wird, ist hiermit eine sehr gute Anpassung des Huff-Modells zu erreichen. Der Algorithmus wurde dahingehend weiterentwickelt, auch normative Aussagen zu einer optimalen Standortgröße treffen zu können. Ausgehend von Randbedingungen zur Mindestnachfrage und Erreichbarkeit von Anbietern lässt sich hiermit die Verteilung von Einrichtungen in einem Standortsystem optimieren, was am Beispiel der kleinräumigen Arztversorgung demonstriert wird. Das Huff-Modell sowie die Optimierungsalgorithmen wurden in der freien Programmiersprache R umgesetzt und in einem R-Erweiterungspaket veröffentlicht

Spatial Shopping Behavior in a Multi-Channel Environment: A Discrete Choice Model Approach

Spatial impacts of online shopping are discussed frequently in retail geography. Here, online shopping is mostly regarded as a central driver of competition for physical retailing and its locations, such as town centers or malls. Due to its high popularity, cross-channel shopping is sometimes considered to be a support for physical retailing. However, traditional retail location theory does not consider shopping channels other than in-store shopping. Furthermore, although online shopping is far too important to be neglected in examining consumer spatial shopping behavior, there is an obvious lack in the previous literature towards incorporating multi- and cross-channel shopping into store choice models. The present study aims to identify the main drivers of store choice on the basis that both in-store and online shopping alternatives are available, as well as the opportunity for cross-channel shopping. Taking into account previous literature on both physical store choice and multi-channel shopping, hypotheses on the impact of different shopping transaction costs (such as travel time, delivery charges, or uncertainty with respect to the stores' assortment) were derived. Based on a representative consumer survey, real past shopping decisions in three retail sectors (groceries, consumer electronics [CE], and furniture) were collected. The econometric analysis of empirical store choices was performed using a nested logit model which includes both physical and online stores. The results confirm several assumptions of classical retail location theory as well as previous findings from single-firm studies and stated choice experiments on multi-channel shopping behavior. Travel time to physical stores reduces consumer utility and store choice probability, respectively. Consumer sensitivity towards travel time decreases with decreasing purchase frequency of the desired goods. Delivery charges also decrease the likelihood of choosing a store. The impact of cross-channel integration on store choice (assuming the reduction of consumer transaction costs) is considerably lower than expected and differs between retail sectors. While furniture retailers profit from enabling cross-channel shopping, there is no such competitive advantage found for grocery and CE retailers. The positive effect of assortment on condition of diminishing marginal utility is confirmed for grocery stores and CE stores, but not for furniture stores. From a theoretical perspective, this study shows that multi- and cross-channel shopping behavior does not contradict the main thoughts of classical retail location theory. From a practical perspective, the study is a contribution as store choice models play a significant role in both business location planning and governmental land use planning

REAT: A Regional Economic Analysis Toolbox for R

Methods of regional economic analysis are widely used in regional and urban economics as well as in economic geography. This paper introduces the REAT (Regional Economic Analysis Toolbox) package for the programming environment R, which provides a collection of mathematical regional analysis methods in a user-friendly way. The focus is on the identification of regional inequality, beta and sigma convergence, measurement of agglomerations, point-based measures of clustering and accessibility as well as regional growth. The theoretical basics of the applications are briefly introduced, while the usage of the most important functions is presented and explained using real data

Flatten the Curve! Modeling SARS-CoV-2/COVID-19 Growth in Germany at the County Level

Since the emerging of the "novel coronavirus" SARS-CoV-2 and the corresponding respiratory disease COVID-19, the virus has spread all over the world. Being one of the most affected countries in Europe, in March 2020, Germany established several nonpharmaceutical interventions to contain the virus spread, including the closure of schools and child day care facilities (March 16-18, 2020) as well as a full "lockdown" with forced social distancing and closures of "nonessential" services (March 23, 2020). The present study attempts to analyze whether these governmental interventions had an impact on the declared aim of "flattening the curve", referring to the epidemic curve of new infections. This analysis is conducted from a regional perspective. On the level of the 412 German counties, logistic growth models were estimated based on daily infections (estimated from reported cases), aiming at determining the regional growth rate of infections and the point of inflection where infection rates begin to decrease and the curve flattens. All German counties exceeded the peak of new infections between the beginning of March and the middle of April. In a large majority of German counties, the epidemic curve has flattened before the "lockdown" was established. In a minority of counties, the peak was already exceeded before school closures. The growth rates of infections vary spatially depending on the time the virus emerged. Counties belonging to states which established an additional curfew show no significant improvement with respect to growth rates and mortality. Furthermore, mortality varies strongly across German counties, which can be attributed to infections of people belonging to the "risk group", especially residents of retirement homes. The decline of infections in absence of the "lockdown" measures could be explained by 1) earlier governmental interventions (e.g., cancellation of mass events, domestic quarantine), 2) voluntary behavior changes (e.g., physical distancing and hygiene), 3) seasonality of the virus, and 4) a rising but undiscovered level of immunity within the population. The results raise the question whether formal contact bans and curfews really contribute to curve flattening within a pandemic

A Micro-Econometric Store Choice Model Incorporating Multi- and Omni-Channel Shopping: The Case of Furniture Retailing in Germany

Online retailing and multi-/omni-channel shopping are gaining in importance. However, there is a significant lack of research focused on incorporating online shopping into models of spatial shopping behavior. The present study aims (1) to construct a store choice model which includes both physical and online stores as well as the opportunity for omni-channel shopping, and (2) to identify the main drivers of spatial shopping behavior given the availability of both channels. Based on a representative survey, this study employs a revealed-preference approach toward store choice and expenditures in furniture retailing. The statistical analysis is performed using a hurdle model approach, with the expenditures of individual consumers at (online or physical) furniture stores serving as the dependent variable. Results show that channel choice (online vs. offline) is mainly influenced by psychographic characteristics, place of residence, and age of the consumers. Store choice and expenditures are primarily explained by store features such as assortment size, omni-channel integration, and accessibility. This study demonstrates that e-shopping can be integrated into a store choice model and that both the modeling approach and the subsequent findings are of significance for retail companies and spatial planning