Head-Spine Finite Element Computer Model on a Work-Station

In this project, the head-cervical spine finite element computer model has been modified and made portable on the Apollo work-station. The program was developed to aid the researcher in analyzing the simulated behavior of the human spine. The modifications in the computer program have been made in order to utilize the finite element code for continuation of further research

Analysis of FTLE fields

Die Berechnung des FTLE (finite-time Lyapunov exponent) bietet die Möglichkeit, die Separation von Partikeln in Strömungen zu visualisieren. Dies bedeutet nicht die Trajektorie des einzelnen, masselosen Partikels darzustellen, sondern zu ermitteln, ob eine Teilchengruppe innerhalb eines Betrachtungszeitraumes nahe beieinander bleibt (geringe Separation) oder sich voneinander entfernt (starke Separation). Um diese Separation der Teilchen darzustellen wird zuerst ein Startpunkt vorgegeben. An diesem wird begonnen, die Positionsänderung der Teilchen über einen Zeitraum zu verfolgen. Statt nun nur den Endzustand zu betrachten wird in dieser Arbeit die Veränderung der Werte über den kompletten Integrationszeitraum betrachtet. Hierbei kann zwischen Teilchen unterschieden werden, die sich über den kompletten Zeitraum immer weiter entfernen - andere nähern sich nach einer gewissen Zeit einander wieder an. Diese Phänomene können nur bei Betrachtung über den kompletten Betrachtungszeitraum erkannt werden. In einem einzelnen FTLE-Bild, bei welchem lediglich die Separation der Teilchen zum Endzeitpunkt betrachtet wird, liegt diese Information nicht vor. Teilchen, die sich zuerst entfernen und dann wieder annähern, treten zum Beispiel beim Umströmen von Hindernissen auf. Ebenfalls können solche Effekte in Wirbeln beobachtet werden. Bei Wirbeln können sogar wiederkehrende, periodische Muster im Verlauf des FTLE-Wertes erkannt werden, die Periodendauer gibt Aufschluss über die Drehgeschwindigkeit des Wirbels. Die Analyse des FTLE-Werteverlaufes ist somit ein interessantes Instrument, um noch mehr Informationen über ein Strömungsfeld zu erhalten. In dieser Arbeit werden die zeitlichen Vorgänge in zweidimensionalen FTLE-Feldern untersucht. Hierzu wird eine Programm entworfen, mit welchem die FTLE-Werte der Strömungsdaten angezeigt werden können. Innerhalb gewählter Bildbereiche können Diagramme über die (zeitlichen) Veränderungen der Werte generiert werden. Ebenfalls werden auf Basis dieser Kurvenverläufe Operationen wie Clustering oder Detektion sinkender beziehungsweise steigender Kurven durchgeführt. Um eine für die Durchführung der Arbeiten angenehme Berechnungsgeschwindigkeit zu erreichen werden Berechnungen auf der Grafikkarte durchgeführt. Für die Validierung des entwickelten Algorithmus wurden Datensätze erzeugt

Humusmonitoring in NRW - Ergebnisse der ersten Jahre

Seit 2009 werden in NRW an 45 ackerbaulich genutzten Untersuchungsflächen jährlich Bodenproben entnommen. Jeweils 15 Flächen liegen in den drei unterschiedlichen Landschaftsräumen Westfälische Bucht, Niederrheinisches Tiefland, Rheinische Bucht. Beprobt wird der Ap-Horizont und der darunter liegende Boden bis 60cm Tiefe. Ziel ist die Erfassung und Charakterisierung des Kohlenstoffgehaltes und -vorrates sowie deren Veränderungen mit der Zeit. Die Ergebnisse zeigen, dass die Corg-Gehalte im Ap und Unterboden des  Niederrheinischen Tieflandes und der Rheinischen Bucht sehr ähnlich sind. Abweichend von den dortigen (Pseudogley)-(Para)Braunerden aus Löss zeigen die Gley-Podsole aus Flugsand in der Westfälischen Bucht meist deutlich höhere Corg-Gehalte. Als möglicher Grund für die höheren Corg-Gehalte sind sowohl Auswirkungen der Flächenbewirtschaftung, Podsol-typische Anreicherungen als auch der (ehemalige) Einfluss des Grundwassers wahrscheinlich. Nach einer Laufzeit von sieben Jahren (2009-2016) lassen sich aktuell keine statistisch abgesicherten flächenhaften Trends des Corg-Gehaltes, weder im Ap noch im Unterboden, erkennen

Erfassung und Bewertung der Schwermetallverteilung in Auenoberböden von Ruhr und Wupper

Auf Grund erheblicher räumlicher Heterogenität von stofflichen Bodenbelastungen in Auenböden ist eine flächenhafte Prognose der Schadstoffverteilung in Oberböden, wie sie mit den Methoden der digitalen Bodenbelastungskarten in Nordrhein-Westfalen zur Verfügung steht, in diesen Bereichen bisher nicht befriedigend oder nur mit sehr hohem Aufwand möglich. Es ist notwendig, Methoden zu entwickeln, mit denen die räumliche Verteilung und die Höhe der Schadstoffbelastung in Böden der Überschwemmungsgebiete besser prognostiziert werden können. Die Entwicklung und erste Ergebnisse einer solchen Methode werden vorgestellt. Es zeigt sich, dass die Belastungen in Auenböden über die Höhenlage im Verhältnis zum angrenzenden Fließgewässer zu unterscheiden und abzugrenzen sind

Multivariate nicht-lineare Bestimmung von Einflußgrößen und Trends in den bundesweiten Daten der Bodendauerbeobachtung

Die Bundesländer erheben im Programm der Boden-Dauerbeobachtung auf 794 Monitoringflächen (BDF) seit Anfang der neunziger Jahre zahlreiche Parameter der Bodenfestphase. Dieser bundesweite Datenbestand der BDF wurde mit dem Ziel der Identifikation von räumlichen Mustern und zeitlichen Trends erstmalig multivariat ausgewertet. Als Analysemethode wurde eine Kombination aus der Selbst- Organisierende Karte (Typ der Künstlichen Neuronalen Netzwerke) und dem Sammons Mapping verwendet. Verschiedene räumliche Besonderheiten und zeitliche Trends konnten identifiziert werden. Eine Unterscheidung von bundesweit (z.B. Ausgangssubstrat der Bodenbildung) und regional/lokal relevanter Einflüsse (Deposition, Einzelstandorte) ist möglich

Methoden-Code für die Boden-Dauerbeobachtung und bodenschutzrelevante Datenauswertungen

Für langfristig angelegte Messprogramme ist eine systematische und nachvollziehbare Dokumentation der Untersuchungsmethoden unerlässlich. In der Boden- Dauerbeobachtung (BDF) soll künftig ein „Methoden-Code“ eingesetzt werden, der gemeinsam mit Messnetzbetreiben, Bodenwissenschaftlern und Chemikern entwickelt wurde. Der Methoden-Code ist eine Leitlinie zur einheitlichen Dokumentation aller Arbeitsschritte von der Probenahme über Transport, Lagerung und Probenvorbehandlung bis hin zum analytischen Messverfahren. Codiert werden Angaben, die für die Vergleichbarkeit von Messwerten wichtig sind. Aufgebaut wurde auf einem Code, der in der zweiten Bodenzustandserhebung im Wald (BZE II) eingesetzt wird (vgl. Handbuch Forstliche Analytik, BMELV 2007). Der BDF-Methoden-Code wurde mit Mitteln aus dem Umweltforschungsplan des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit im Rahmen des F+E-Vorhabens FKZ 3707 71 203 im Auftrag des Umweltbundesamtes entwickelt