08 Fakultät Mathematik und Physik
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Item Open Access Implications of modeling seasonal differences in the extremal dependence of rainfall maxima(2022) Jurado, Oscar E.; Oesting, Marco; Rust, Henning W.For modeling extreme rainfall, the widely used Brown-Resnick max-stable model extends the concept of the variogram to suit block maxima, allowing the explicit modeling of the extremal dependence shown by the spatial data. This extremal dependence stems from the geometrical characteristics of the observed rainfall, which is associated with different meteorological processes and is usually considered to be constant when designing the model for a study. However, depending on the region, this dependence can change throughout the year, as the prevailing meteorological conditions that drive the rainfall generation process change with the season. Therefore, this study analyzes the impact of the seasonal change in extremal dependence for the modeling of annual block maxima in the Berlin-Brandenburg region. For this study, two seasons were considered as proxies for different dominant meteorological conditions: summer for convective rainfall and winter for frontal/stratiform rainfall. Using maxima from both seasons, we compared the skill of a linear model with spatial covariates (that assumed spatial independence) with the skill of a Brown-Resnick max-stable model. This comparison showed a considerable difference between seasons, with the isotropic Brown-Resnick model showing considerable loss of skill for the winter maxima. We conclude that the assumptions commonly made when using the Brown-Resnick model are appropriate for modeling summer (i.e., convective) events, but further work should be done for modeling other types of precipitation regimes.Item Open Access Diffusion in amorphen Vorstufen von Si-(B-)C-N-Keramiken und verwandten Materialien(2002) Voß, Lars-Thilo; Frank, Werner (Prof. Dr.)Die vorliegende Arbeit leistet einen Beitrag zur Aufklärung der Selbst- und Fremddiffusion in amorphen, kovalent gebundenen Materialien. Hierzu wurden mit Hilfe von Radiotracer-Verfahren Diffusionsuntersuchungen an a-C, an zwei amorphen Siliziumnitriden, a-Si3N4 und a-Si4N3, sowie an a-Si29B9C41N21 durchgeführt. Radiotracer-Experimente zur Messung der Selbstdiffusion in amorphen, kovalent gebundenen Materialien waren bisher aus zwei Gründen äußerst schwierig: i) Die meisten dieser Materialien, z.B. die amorphen Elementhalbleiter a-Si und a-Ge, kristallisieren, bevor messbare Selbstdiffusion einsetzt. ii) Amorphe, kovalent gebundene Materialien bestehen vorwiegend aus Elementen, deren Radioisotope für konventionelle Radiotracer-Experimente ungeeignet sind, da deren Halbwertszeiten, t1/2, entweder extrem lang [z.B. bei 14C (t1/2 = 5736 a)] oder sehr kurz [z.B. bei 11C (t1/2 = 20,38 min) oder 31Si (t1/2 = 2,6 h)] sind. Sog. Precursor-Keramiken sind in den letzten Jahren aufgrund ihrer hohen thermischen Beständigkeit und ihrer hervorragenden mechanischen Eigenschaften in den Mittelpunkt des Interesses gerückt. Sie basieren auf den Elementen Silizium, Kohlenstoff und Stickstoff und werden durch Pyrolyse präkeramischer Verbindungen hergestellt. Bei ihrem Herstellungsprozess durchlaufen sie amorphe Zwischenzustände, die bis zu hohen Temperaturen (1400-1600°C) thermisch stabil sind. Dadurch ist bei a-Si-(B-)C-N-Keramiken der Temperaturbereich, der für Selbstdiffusionsuntersuchungen unterhalb ihrer Kristallisationstemperatur zur Verfügung steht, sehr groß. Sie bilden somit ein ideales Materialsystem, um Selbstdiffusionsuntersuchungen an amorphen, kovalent gebundenen Materialien durchzuführen. Diffusionsuntersuchungen mittels konventioneller Radiotracer-Verfahren erfolgen in folgenden Schritten: (i) Aufbringen der Radiotracer-Atome auf die Probenoberfläche, (ii) Diffusionstemperung der Probe, (iii) Schichtenteilung der Probe, (iv) Messung der Radioaktivität der Schichten. Dabei sind nur Radioisotope sinnvoll einsetzbar, deren Halbwertszeit größer als etwa 1 d ist. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit ist es gelungen, eine Anlage zur Messung der Diffusion von kurzlebigen Radioisotopen mit Halbwertszeiten zwischen 10 min und 1 d - z.B. 11C und 31Si - derart weiter zu entwickeln, dass mit ihr Diffusionsmessungen systematisch und zuverlässig durchgeführt werden können. Das neue Verfahren beruht darauf, dass die Schritte (i) bis (iii) in einer einzigen transportablen Anlage durchgeführt werden. On-line- und In-situ-Diffusionsexperimente wurden mit dem neuen Verfahren am Isotope Separator On-line Device (ISOLDE) des Europäischen Kernforschungszentrums (CERN) in Genf und am On-Line Ion Guide Isotope Separator (IGISOL) der Universität Jyväskylä in Finnland durchgeführt. Fremddiffusionsuntersuchungen wurden im Rahmen dieser Arbeit mittels konventioneller Radiotracer-Verfahren durchgeführt. Zum einen wurde 71Ge (t1/2 = 11,2 d) verwendet, das am Massenseparator der Universität Bonn sowie an ISOLDE erhältlich ist. 71Ge wurde als Radioisotop gewählt, da es - wie Si - ein Element der vierten Hauptgruppe des Periodensystems ist und in Analogie zu kristallinen Halbleitern erwartet wurde, dass es in amorphen, kovalent gebundenen Materialien über einen indirekten Mechanismus diffundiert, der dem Si-Diffusionsmechanismus ähnelt. Diese Vermutung sollte durch einen direkten Vergleich der 31Si- mit der 71Ge-Diffusion in a-Si29B9C41N21 untermauert werden. Zum anderen wurde das nur an ISOLDE erhältliche Radioisotop 195Au (t1/2 = 186 d) zu Fremddiffusionsuntersuchungen verwendet, von dem aus früheren Diffusionsuntersuchungen an amorphen Elementhalbleitern und a-Si28C36N36 bekannt war, dass es ein Kandidat für direkte Diffusion in amorphen, kovalent gebundenen Materialien ist.