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Historically, the expansion of soy plantations has been a major driver of land-use/cover change (LUCC) in Brazil. While a series of recent public actions and supply-chain commitments reportedly curbed the replacement of forests by soy, the expansion of the agricultural commodity still poses a considerable threat to the Amazonian and Cerrado biomes. Identification of areas under high risk of soy expansion is thus paramount to assist conservation efforts in the region. We mapped the areas suitable for undergoing transition to soy plantations in the Legal Amazon with a machine-learning approach adopted from the ecological modeling literature. Simulated soy expansion for the year 2014 exhibited favorable validation scores compared to other LUCC models. We then used our model to simulate how potential future infrastructure improvements would affect the 2014 probabilities of soy occurrence in the region. In addition to the 2.3 Mha of planted soy in the Legal Amazon in 2014, our model identified another 14.7 Mha with high probability of soy conversion in the region given the infrastructure conditions at that time. Out of those, pastures and forests represented 9.8 and 0.4 Mha, respectively. Under the new infrastructure scenarios simulated, the Legal Amazonian area under high risk of soy conversion increased by up to 2.1 Mha (14.6%). These changes led to up to 11.4 and 51.4% increases in the high-risk of conversion areas of pastures and forests, respectively. If conversion occurs in the identified high-risk areas, at least 4.8 Pg of CO2 could be released into the atmosphere, a value that represents 10 times the total CO2 emissions of Brazil in 2014. Our results highlight the importance of targeting conservation policies and enforcement actions, including the Soy Moratorium, to mitigate future forest cover loss associated with infrastructure improvements in the region.
Die Abstrahlung von internen Schwerewellen in atmosphärischen Strahlströmen und Temperaturfronten trägt vermutlich mit einem signifikanten Beitrag zum gesamten Schwerewellenspektrum bei. Das physikalische Verständnis der dabei ablaufenden Prozesse ist derzeit allerdings noch zu gering ausgeprägt, um eine adäquate mathematische Darstellung für operationelle Wetter- und Klimamodelle zu entwickeln. In dieser Arbeit wird der Mechanismus dieser Schwerewellenquelle in numerischen Simulationen des differenziell geheizten rotierenden Annulusexperiments erforscht. Dieses Experiment besitzt eine im Vergleich zur Atmosphäre deutlich verringerte Anzahl an Freiheitsgraden und eignet sich besonders gut zum Studium der Dynamik der mittleren Breiten. Analoge Untersuchungen werden in einem äquivalenten kartesischen Modellsystem vorgenommen, in dem periodische Bedingungen in den beiden horizontalen Raumrichtungen vorliegen.
Im Gegensatz zur Annuluskonfiguration, in der nachweislich auch eine Schwerwellenabstrahlung an den Zylinderwänden erfolgt, kommt in dieser Konfiguration nur die interne Dynamik als Schwerewellenquelle in Frage. Die nichtlinearen Simulationen beider Modellkonfigurationen zeigen eine großskalige barokline Wellenstruktur, die ein atmosphärenähnliches Jet-Front System beinhaltet. Darin eingelagert werden vier voneinander isolierte Schwerewellenpakete in der Annuluskonfiguration sowie zwei Schwerewellenpakete im doppeltperiodischen Modellsystem charakterisiert. Um den zugrundeliegenden Quellmechanismus zu untersuchen, erfolgt eine Aufspaltung der Zustandsvariablen in einen balancierten und einen unbalancierten Anteil, wobei erstgenannter das geostrophische und hydrostatische Gleichgewicht erfüllt und letztgenannter das Schwerewellensignal enthält. Die Strömungsaufspaltung bildet die Grundlage für die Entwicklung eines tangential-linearen Modells für den unbalancierten Strömungsanteil. Hierbei wird eine systematische Umformulierung der dynamischen Grundgleichungen hinsichtlich der Wechselwirkung beider Strömungsanteile vollzogen. Insbesondere wird der rein balancierte Antrieb der unbalancierten Strömung freigelegt, um dessen Einfluss auf die Schwerewellenaktivität zu quantifizieren. Die anschließenden tangential-linearen Simulationen zeigen, dass drei der vier Schwerewellenpakete in der Annuluskonfiguration in der internen Strömung generiert werden. Ein verbleibendes Wellenpaket entsteht an der inneren Zylinderwand, ehe es in das innere Modellvolumen propagiert. Darüber hinaus wird deutlich, dass der rein balancierte interne Antrieb der Schwerewellen einen signifikanten Beitrag zur Schwerewellengenerierung leistet. Im doppeltperiodischen Modellsystem gibt es eine nahezu perfekte Übereinstimmung zwischen den unbalancierten Strömungsmustern in den tangential-linearen und den nichtlinearen Simulationen. Auch dort nimmt der balancierte Antrieb eine zentrale Rolle bei der Schwerewellenabstrahlung ein. Die abschließende Gegenüberstellung verschiedener, voneinander unabhängiger Gleichgewichtskonzepte macht deutlich, dass die balancierte Strömung der führenden Ordnung in der Rossbyzahl bereits eine erstaunliche Übereinstimmung mit der vollen Strömung liefert. Zudem erbringt die Anwendung einer Lagrange'schen Filtermethode den Nachweis, dass die Vertikalbewegungen und die horizontalen Divergenzsignale in der Annuluskonfiguration fast ausschließlich auf die Schwerewellenaktivität zurückzuführen sind.
The overarching goal of the thesis was to create a holistic predictive framework, a vegetation model, by improving the representations of and interactions between the biosphere, hydrosphere, atmosphere and pedosphere. Vegetation models rep- resent a crucial component of Earth system model since the properties of the land surface, via interactions with the atmosphere, can have extremely large climatic effect. Yet, there remains great uncertainty associated with the dynamics of the vegetated land surface. Various vegetation models have been critiqued for numerous reasons including overly simplistic representations of vegetation, prescribed vegetation, poor representations of diversity, inaccurate representations of competition, non-transparent model calibration, and poor responses to drought. The purpose of the creation of this "next generation" model was to address deficiencies common to current vegetation modelling paradigms.
The representation of the biosphere within this framework was improved via two separate development axes. First, ecological realism was improved by integrating concepts from community assembly theory, co-existence theory, and evolutionary theory. Explicitly, rather than defining teleonomic rules to define plant behaviour the process of natural selection is modelled. By modelling the pro- cess of natural selection and its affect on relative fitness, myriad "rules" which continually adapt to biotic and abiotic conditions "come out" as a consequence of the modelled dynamics rather than being "put in". In aDGVM2 (adaptive Dynamic Global Vegetation model 2) communities of plants and their trait values evolve through time, this evolution is constrained by trade-offs between traits. Poorly performing individuals are more likely to die and produce fewer copies of themselves, this results in a filtering of trait values. Further, the community and species’ trait values can evolve through successive generations via reproduction, mutation and crossover which we approximate by using a genetic optimisation algorithm. Thus, a plant community consisting of individuals and species with potentially novel and diverse trait values is assembled iteratively through time.
We tested the assertion that improved integration of concepts from community assembly, evolutionary, and co-existence theory could address limitations of DGVMs in Chapter 2. We demonstrated that such an approach does indeed allow diverse communities of plants to emerge from the modelling framework. We showed that the position of the emergent communities in trait space differed along abiotic gradients and that, in simulations where reproductive isolation was simulated, communities emerged which were composed of multiple co-existing clusters in trait-space. Simulated trait values of co-existing strategies emerging from aDGVM2 were often multimodal, indicative of the emergence of multiple life- history strategies.
Second, to successfully model how natural selection forms a community requires accurate representation of how resource availability affects fitness. In the majority of dynamic global vegetation models (DGVMs) there is no real representation of plant hydraulics with plant water availability being calculated as a simple function of relative soil moisture content and root fractions across a number of soil layers. Worryingly, a number vegetation models appear to under represent the magnitude of these observed responses to drought. This was deficiency was ad- dressed in Chapter 3 by designing a simplified version of the cohesion tension theory of sapwood ascent where elements determining plant conductances are considered in series and implementing a set of trait trade-offs which influence a plant’s hydraulic strategy whereby hydraulic safety trades-off against xylem and leaf conductivity.
Interactions between the biosphere, pedosphere, and hydrosphere can also potentially mediate water resource availability and thus fitness. In the majority of DGVMs the volume of soil explored and explorable by plant roots in fixed glob- ally and usually constrained to a depth not greater than 3m. However, we know that soils can have a strong effect on vegetation distributions, that soil depth is not constant globally, and that plants root to variable depths.
In Chapter 4 I explored interactions between soil depth, plant rooting and the emergent properties of communities and highlighted the importance of considering interactions between the biosphere, hydrosphere, pedosphere, and fire. Here I demonstrated that, in addition to fire and precipitation, edaphic constraints on the volume of soil explorable by plant roots (e.g. by shallow soils, lateritic layers, anoxic conditions due to water logging, toxicity resulting from heavy metal concentrations) can affect the process of plant community assembly, alter the mean values of multiple traits in communities, and the trait diversity of communities.
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Frankfurt ist Knotenpunkt globaler Güter-, Finanz-, Wissens- und Migrationsbewegungen. Die Arbeitsmärkte und -verhältnisse in der Stadt sind Ausdruck einer globalen Verwobenheit, die diskursiv oft mit dem Label der ›Global City‹ markiert wird. In einer Zeit, in der Arbeit als Feld der Produktion und Reproduktion weitreichenden Transformationsprozessen ausgesetzt ist, in der das sogenannte Normalarbeitsverhältnis zunehmend erodiert, in der Arbeitsverhältnisse oft räumlich, sozial und zeitlich entgrenzt und flexibilisiert sind und in der gut bezahlte Jobs und schlecht- bezahlte, teils prekarisierte Formen der Beschäftigung koexistieren – zum Teil im gleichen Betrieb –, muss es Aufgabe wirtschaftsgeographischer Forschung sein, die Lebenswelten von Arbeitenden in einer räumlichen Perspektive zu beleuchten. Genau dies will der vorliegende Band tun. Er versammelt engagierte, theoretisch gesättigte und empirisch geerdete Beiträge von Studierenden des Instituts für Humangeographie, die einen kritischen Blick auf die Formen, Praktiken, Beziehungen und gesellschaftliche Einbettung von Arbeit in unterschiedlichen Branchen in der ›Global City‹ Frankfurt werfen.