Phase Oscillator Networks with Nonlocal Higher-Order Interactions: Twisted States, Stability and Bifurcations

The Kuramoto model provides a prototypical framework to synchronization phenomena in interacting particle systems. Apart from full phase synchrony where all oscillators behave identically, identical Kuramoto oscillators with ring-like nonlocal coupling can exhibit more elaborate patterns such as uniformly twisted states. It was discovered by Wiley, Strogatz and Girvan in 2006 that the stability of these twisted states depends on the coupling range of each oscillator. In this paper, we analyze twisted states and their bifurcations in the infinite particle limit of ring-like nonlocal coupling. We not only consider traditional pairwise interactions as in the Kuramoto model but also demonstrate the effects of higher-order nonpairwise interactions, which arise naturally in phase reductions. We elucidate how pairwise and nonpairwise interactions affect the stability of the twisted states, compute bifurcating branches, and show that higher-order interactions can stabilize twisted states that are unstable if the coupling is only pairwise.Comment: 36 pages, 7 figure

Participative Foresight for Smarter Cities: From Vision-Seeds to the Development of Scenarios

Recently, the smart city concepts have gained increasing importance in current energy and city planning. Various smart city projects which have been realized show that a systemic, integrative approach is crucial. However, in the projects the delineation of boundaries for integrative planning and the realization of systemic local solutions are challenging as the prevailing conventional planning tools and routines are limited. They usually propose top-down and short-term approaches with limited interactions with the stakeholders and limited interdisciplinary research (in particular involving areas of sociology). To tackle these challenges, a Swiss-Russian cooperation aims to enhance the existing planning routines by developing and testing systemic tools for multi-level stakeholder participation processes as well as for future-oriented thinking in city development. For this purpose, two Swiss and two Russian cities were selected, namely Winterthur, Zurich, Moscow and Kazan. These cities will be examined from the smart cities perspective with current and future applications at different implementation levels. Ideas and instruments will be developed to support their ongoing or planned smart city projects at district or city level by introducing participative and long term perspectives. In a series of workshops, participants’ visions, goals and interests will be elicited, compared with each other and contrasted with available data applying participative foresight methods and group model building techniques. Tools such as a GIS and a system dynamics simulation model will be developed to support the planning process, allow the integration of data and serve as a test-bed for proposed solutions. The systemic intervention and participation techniques will be continuously monitored and systematically evaluated. Moreover, a stakeholder-based scenario development process will be applied to envision future developments towards a smarter city and to distil roadmaps for the most desirable scenarios. Selected city processes in Switzerland and Russia among them Winterthur and Zurich, Moscow and Kazan which are all closely linked to the Smart City concept, will be supported by tailored vision-building, scenario development, system thinking techniques and simulation tools. In a first step, the prevalent situation concerning planning processes and instruments in the participating cities will be addressed with a specific focus on smart city objectives and current ongoing projects (e.g. stakeholder involvement, integrating smart energy concepts such as smart housing, smart grids, micro hubs in ongoing city and district planning and implementation processes). Moreover, we will analyse which planning processes and instruments are actually used to steer future energy provision and city development in participative and integrated manners, such as the interdepartemental management teams in the city of Winterthur spreading vision-seeds to come up with a variety of smart city scenarios

Die Energienachfrage steuern : Handlungsempfehlungen zur Nutzung von Smart-Meter-Daten

Mit digitalen Stromzählern – smart meter – können Stromkund(inn)en zu energieeffizientem Verhalten motiviert werden. Mit Expert(inn)en aus Forschung und Praxis hat die saguf-Arbeitsgruppe Energiezukunft Handlungsempfehlungen zur Nutzung von Smart-Meter-Daten sowie zum optimierten Stromverbrauch erarbeitet

Social life cycle assessment : specific approach and case study for Switzerland

This article proposes a specific social life cycle assessment (S-LCA) approach, to be applied in a case study on energy production in Switzerland. The aim of the present study is to describe the social conditions along the global supply chains and to compare them with the social situation in Switzerland. Therefore, a specific S-LCA methodology was developed that combines a relevance analysis with a performance reference point (PRP) assessment. The relevance analysis is carried out to identify the most relevant unit processes and S-LCA indicators and the Swiss PRPs (SPRPs) are designed to compare the social issues along the value chain to the situation in Switzerland. The methodology was applied to two life cycle stages of the copper supply chain (resource extraction and wire production), relevant for the production of renewable energy technologies, where it was found that the most critical step is mining in the Democratic Republic of the Congo (DRC) due to the artisanal way of mining. The proposed methodology offers a comprehensive overview for the analysis of supply chains and the comparison of different life cycle phases. Nevertheless, the methodology can result in a very coarse resolution with low validity. However, if the data and the results are treated transparently, they provide meaningful information about the social conditions along the supply chain

Smart Cities in Theorie und Praxis : Szenarien, Strategien und Umsetzungsbeispiele

Städte bereiten sich vermehrt auf die Herausforderungen der Zukunft vor. Schon heute lassen sich Trends und Entwicklungen erkennen, die dazu führen werden, bisherige Stadtkonzepte grundlegend zu überdenken und zukünftige Lösungen anders zu entwickeln. Zu diesen Trends zählen unter anderem die zunehmende Urbanisierung, der wachsende Ressourcenverbrauch, die postulierte Energiewende sowie die damit verbundenen Veränderungen in der Mobilität. Hinzu kommen neue Möglichkeiten durch die zunehmende Digitalisierung sowie das wachsende Bedürfnis der Bürger, an Planungs- und Entwicklungsprozessen ihres Lebensraumes teilzuhaben. Das Entwicklungskonzept «Smart City» liefert – durch die intelligente Vernetzung der städtischen Handlungsbereiche und den Einbezug aller relevanten Akteure – Lösungsansätze, um den Herausforderungen urbaner Zentren zu begegnen, die Lebensqualität der Bewohnerinnen und Bewohner einer Stadt zu erhöhen und gleichzeitig den Energie- und Ressourcenverbrauch zu reduzieren. Durch die vorhandene Infrastruktur und die enge Beziehung zu Wirtschaft und Bevölkerung haben Städte die Möglichkeit, entsprechende Rahmenbedingungen zu schaffen sowie in Pilotprojekten und Living Labs zukünftige Lösungsansätze zu testen. Eine rechtzeitige Planung und Umsetzung des Smart-City-Konzepts wird wichtig für eine Stadt sein, um zukünftige Herausforderungen erfolgreich bewältigen zu können. Obwohl sich viele (Schweizer) Städte mit den Zielen einer «Smart City» identifizieren können, erfolgt die Umsetzung bisher erst in wenigen Städten und häufig nur im Rahmen von einzelnen Pilotprojekten. Gründe hierfür sind u.a. fehlende Kenntnisse und Erfahrungen über das Zusammenspiel der verschiedenen städtischen Handlungsbereiche, über anstehende Herausforderungen einer Stadt sowie ein (noch) fehlender Handlungsdruck wie in Megacities. Szenarienentwicklungen können Abhilfe verschaffen bei der Transformation von Städten, indem sie Prozesse anstossen und neue Perspektiven eröffnen beim Übergang zu einer Smart City. Zudem können Szenarien durch ihren ganzheitlichen, integrativen Charakter eine Basis für Leitbilder, Strategien und Massnahmenpläne darstellen. Im vorliegenden zweiten Working Paper zu Smart Cities werden zunächst verschiedene Smart-City-Szenarienansätze vorgestellt. Dabei wird der Frage nachgegangen, wie Szenarienentwicklungen den städtischen Transformationsprozess hin zu einer Smart City unterstützen können. Anschliessend wird ein Überblick über bestehende Smart-City-Aktivitäten in der Praxis gegeben: Die Analyse dreier internationaler Städte mit langjährigen Smart-City-Erfahrungen und deren Vergleich mit den Smart-City-Aktivitäten in Schweizer Städten soll Aufschluss geben, wo (Schweizer) Städte heute bei der Umsetzung des Smart-City-Konzepts stehen. Im dritten Teil werden die Erkenntnisse aus Wissenschaft und Praxis zusammengeführt, um den Transformationsprozess hin zu einer Smart City erfolgreich gestalten und damit die Umsetzung der Energiestrategie 2050 unterstützen zu können. Zusammenfassend ist festzustellen, dass die untersuchten Schweizer Städte zurzeit dabei sind, Pilotprojekte abzuschliessen und entsprechende Massnahmen (Strategie- und Organisationsentwicklung, Aufbau von Testumgebungen zur Erprobung von weiteren Smart-City-Aktivitäten) zu ergreifen, um auf dem Weg zu einer Smart City voranzukommen. Eine enge Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft und Praxis wird allgemein als wünschenswert erachtet. Allen untersuchten internationalen Städten ist gemeinsam, dass sie grossen Wert auf eine integrative und partizipative Vorgehensweise legen. In den Schlussfolgerungen werden Empfehlungen für die Wissenschaft und die Praxis gegeben. Zudem wird auf weiteren Forschungs- und Handlungsbedarf hingewiesen

caGrid-Enabled caBIGTM Silver Level Compatible Head and Neck Cancer Tissue Database System

There are huge amounts of biomedical data generated by research labs in each cancer institution. The data are stored in various formats and accessed through numerous interfaces. It is very difficult to exchange and integrate the data among different cancer institutions, even among different research labs within the same institution, in order to discover useful biomedical knowledge for the healthcare community. In this paper, we present the design and implementation of a caGrid-enabled caBIGTM silver level compatible head and neck cancer tissue database system. The system is implemented using a set of open source software and tools developed by the NCI, such as the caCORE SDK and caGrid. The head and neck cancer tissue database system has four interfaces: Web-based, Java API, XML utility, and Web service. The system has been shown to provide robust and programmatically accessible biomedical information services that syntactically and semantically interoperate with other resources

Towards a methodical framework for comprehensively assessing forest multifunctionality

Funded by Deutsche Forschungsgemeinschaft. Grant Number: DFG FOR 891/1-3 National Natural Science Foundation of China. Grant Numbers: 30710103907, 30930005, 31170457, 31210103910 Swiss National Science Foundation (SNSF) Sino-German Centre for Research Promotion in Beijing. Grant Number: GZ 986Peer reviewedPublisher PD

Umsetzung der Energiestrategie 2050 - Band II : Neue Ansätze für Staat und Wirtschaft

In diesem, dem zweiten Band von "Energy Governance" befassen sich die Autoren aus vielfältiger Perspektive mit zahlreichen Fragen zur Umsetzung der Energiestrategie 2050. Sie identifizieren jene Fälle von Solaranlagen, bei denen der Ersatz einer Baubewilligung zu Rechtsunsicherheit führt. Sie untersuchen die Wirkung moderner Finanzberichterstattung auf die Politik der kantonalen Beteiligungen an Energieversorgungsunternehmen in einer Marktumgebung tiefer Strompreis. Analysiert wird weiter die staatliche Förderung der erneuerbaren Stromproduktion im Hinblick auf ihre Wirkung. Eine kritische Analyse der "Smart City"-Projekte in der Schweiz und in den Nachbarländern Deutschland und Österreich führt zu Empfehlungen, wie solche Projekte effizienter geplant und umgesetzt werden können. Auch die Beziehung öffentlicher Organisationen zu ihrer "Stakeholder-Umwelt" wird behandelt

The 10m AEI prototype facility A brief overview

The AEI 10 m prototype interferometer facility is currently being constructed at the Albert Einstein Institute in Hannover, Germany. It aims to perform experiments for future gravitational wave detectors using advanced techniques. Seismically isolated benches are planned to be interferometrically interconnected and stabilized, forming a low-noise testbed inside a 100 m^3 ultra-high vacuum system. A well-stabilized high power laser will perform differential position readout of 100 g test masses in a 10 m suspended arm-cavity enhanced Michelson interferometer at the crossover of measurement (shot) noise and backaction (quantum radiation pressure) noise, the so-called Standard Quantum Limit (SQL). Such a sensitivity enables experiments in the highly topical field of macroscopic quantum mechanics. In this article we introduce the experimental facility and describe the methods employed, technical details of subsystems will be covered in future papers