scholarly journals Regionalisierung hydrologischer Modelle mit Function Space Optimization

Author(s):  
Moritz Feigl ◽  
Mathew Herrnegger ◽  
Robert Schweppe ◽  
Stephan Thober ◽  
Daniel Klotz ◽  
...  

ZusammenfassungDas Schätzen von räumlich verteilten Parametern hydrologischer Modelle ist ein bereits lang erforschtes und anspruchsvolles Problem. Parameter-Transferfunktionen, die einen funktionellen Zusammenhang zwischen Modellparametern und geophysikalischen Gebietseigenschaften herstellen, sind eine potenzielle Möglichkeit, Parameter ohne Kalibrierung zu schätzen. Function Space Optimization (FSO) ist eine symbolische Regressionsmethode, die automatisiert Transferfunktionen aus Daten schätzen kann. Sie basiert auf einem textgenerierenden neuronalen Netzwerk, das die Suche nach einer optimalen Funktion in ein kontinuierliches Optimierungsproblem umwandelt.In diesem Beitrag beschreiben wir die Funktionsweise von FSO und geben ein Beispiel der Anwendung mit dem mesoscale Hydrological Model (mHM). Ziel der Anwendung ist die Schätzung zweier Transferfunktionen für die Parameter KSat (gesättigte hydraulische Leitfähigkeit) und FieldCap (Feldkapazität). Dafür verwenden wir Daten 7 großer deutscher Einzugsgebieten über einen Zeitraum von 5 Jahren zum Schätzen der Transferfunktionen und weiterer numerischer Parameter. Die resultierenden Funktionen und Parameter werden ohne weitere Kalibrierung auf 222 Validierungsgebiete über eine Validierungsperiode von 35 Jahren angewendet. Mit der Anwendung in diesen „unbeobachteten“ Gebieten können wir die Übertragbarkeit und die zumindest regionale Gültigkeit der Transferfunktionen überprüfen.Die Ergebnisse zeigen, dass bei einer Anwendung in unbeobachteten Gebieten die Modellgüte in einem ähnlichen Wertebereich wie in den Trainingsgebieten liegt und somit weiterhin akzeptabel ist. Die Nash-Sutcliffe Efficiency (NSE) in den Trainingsgebieten über den Validierungszeitraum unterscheidet sich mit einem medianen Wert von 0,73 nicht nennenswert von dem der Validierungsgebiete mit einem medianen NSE von 0,65.Zusammengefasst haben Transferfunktionen das Potenzial, die Vorhersagefähigkeiten, Übertragbarkeit auf andere Gebiete sowie physikalische Interpretierbarkeit bestehender hydrologischer Modelle zu verbessern. Mit FSO wurde zum ersten Mal eine objektive, datengetriebene Methode entwickelt, mit der Transferfunktionen geschätzt werden können.

2020 ◽  
Author(s):  
Moritz Feigl ◽  
Stephan Thober ◽  
Mathew Herrnegger ◽  
Luis Samaniego ◽  
Karsten Schulz

<p>The estimation of parameters for spatially distributed rainfall runoff models is a long-studied, complex and ill-posed problem. Relating parameters of distributed hydrological models to geophysical properties of catchments could potentially solve some of the major difficulties connected to it.</p><p>One way to define this relationship is by the use of explicit equations called parameter transfer functions, which relate geophysical catchment properties to the model parameters. Computing parameter fields using transfer functions would result in spatially consistent parameter fields and the potential to extrapolate to other catchments. A further advantage is that the dimensionality of the parameter space is reduced because the transfer function parameters are applied to all computational units (i.e., grid cells). However, the structure and parameterization of transfer functions is often only implicitly assumed or needs to be derived by a laborious literature guided trial and error process.</p><p>For this reason we use Function Space Optimization (FSO), a symbolic regression approach which automatically estimates the structure and parameterization of transfer functions from catchment data. FSO transfers the search of the optimal function to a searchable continuous vector space. To create this space, a text generating neural network with a variational autoencoder (VAE) architecture is used. It is trained to map possible transfer functions and their distributions to a 6-dimensional space. After training, a continuous optimization is applied to search for the optimal transfer function in this function space. FSO was already tested in a virtual experiment using a parsimonious hydrological model, where its ability to solve the problem of transfer function estimation was shown.</p><p>Here, we further test FSO by applying it in a real world setting to the mesoscale hydrological model (mHM). mHM is a widely applied distributed hydological model, which uses transfer functions for all its parameters. For this study, we estimate transfer functions for the parameters porosity and field capacity, which both influence a range of hydrologic processes, e.g. infiltration and evapotranspiration. We compare the FSO estimated transfer functions with the already existing mHM transfer functions and examine their influence on the model performance.</p><p>In summary, we show the general applicability of FSO for distributed hydrological models and the advantages and capabilities of automatically defining parameter transfer functions.</p>


Author(s):  
Neng-Yu Zhang ◽  
Bruce F. McEwen ◽  
Joachim Frank

Reconstructions of asymmetric objects computed by electron tomography are distorted due to the absence of information, usually in an angular range from 60 to 90°, which produces a “missing wedge” in Fourier space. These distortions often interfere with the interpretation of results and thus limit biological ultrastructural information which can be obtained. We have attempted to use the Method of Projections Onto Convex Sets (POCS) for restoring the missing information. In POCS, use is made of the fact that known constraints such as positivity, spatial boundedness or an upper energy bound define convex sets in function space. Enforcement of such constraints takes place by iterating a sequence of function-space projections, starting from the original reconstruction, onto the convex sets, until a function in the intersection of all sets is found. First applications of this technique in the field of electron microscopy have been promising.To test POCS on experimental data, we have artificially reduced the range of an existing projection set of a selectively stained Golgi apparatus from ±60° to ±50°, and computed the reconstruction from the reduced set (51 projections). The specimen was prepared from a bull frog spinal ganglion as described by Lindsey and Ellisman and imaged in the high-voltage electron microscope.


2005 ◽  
Vol 62 (4) ◽  
pp. 230-237 ◽  
Author(s):  
Renteria

Epidemiologische Studien zeigen eine Prävalenz von Missbrauchserfahrungen bei Mädchen zwischen 14 und 33%. Indizien für einen Missbrauch sind zwar im Einzelnen unspezifisch, bei gleichzeitigem Auftreten jedoch bedeutungsvoll: Somatische Indizien sind sexuell übertragbare Erkrankungen, Schwangerschaft, unerklärbare Blutungen, rezidivierende genitale Beschwerden. Psychosoziale nichtsexuelle Indikatoren sind neu aufgetretene Verhaltensschwierigkeiten, Ausreissen, Esstörungen etc; Psychosexuelle Indikatoren sind eine Hypersexualisation der Sprache und des Verhalten, ein gestörtes Körpergefühl und gestörte Geschlechstidentität. Als indirekt beweisende Befunde gelten neben alten Genital oder/und Analläsionen Einrisse des Hymens bis auf den Insertionssaum, die sich an tpyischer Stellle im hinteren Bereich der Kommissur finden. Die Abklärung und Betreuung von Kindern, bei denen Verdachtsmomente, aber keine sicheren Indizien bestehen, setzt eine hohe Kompetenz und eine multdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen Kindergynäkologen, Kinderpsychiatern, Kinderschutzgruppen und eventuell weiteren beteiligten Fachleuten voraus, um einerseits nicht ungerechtfertigt Familienstrukturen schwer zu belasten und damit den Kindern zu schaden, um andererseits aber auch sicherzustellen, dass die Opfer eine umfassende akute und langfristige medizinische und psychosoziale Betreuung erfahren.


2009 ◽  
Vol 66 (4) ◽  
pp. 231-240
Author(s):  
Heidi Abbuehl ◽  
Michael J. Zellweger ◽  
Andreas Hoffmann

Die Koronare Herzkrankheit kann sich akut oder chronisch-rezidivierend mit meist belastungsabhängigen pektanginösen Beschwerden oder Atemnot manifestieren. Die Unterscheidung zwischen stabiler und instabiler Verlaufsform ist prognostisch wichtig, instabile Patienten müssen wie ein akutes Koronarsyndrom stationär abgeklärt werden, bei stabiler Symptomatik kann die weitere Diagnostik mehrheitlich ambulant erfolgen. Differentialdiagnostisch kommen eine Vielzahl anderer kardialer und extrakardialer Ursachen für Thoraxbeschwerden in Frage. Wichtigste initiale diagnostische Schritte sind eine kardiovaskuläre Risikostratifizierung sowie der Nachweis einer Ischämie (bzw. Narbe, Nekrose) in Ruhe oder meist unter Belastung, allenfalls ergänzt durch eine bildgebende Methode. Die Beurteilung der Leistungsfähigkeit erfolgt anhand physiologischer Parameter (Watt, VO2max. bzw. MET, Distanz) mittels Ergometrie, Spiroergometrie oder 6-Minuten-Gehtest (z.B. bei Herzinsuffizienz). Für die Beurteilung der Arbeitsfähigkeit sind zusätzliche Faktoren ausschlaggebend.


2018 ◽  
Vol 75 (4) ◽  
pp. 199-207
Author(s):  
Raphaël Tamò ◽  
Marianne Rohrbach ◽  
Matthias Baumgartner ◽  
Felix Beuschlein ◽  
Albina Nowak

Zusammenfassung. Lysosomale Speicherkrankheiten (LSK) sind eine Gruppe von über 50 hereditären Erkrankungen, welche durch eine gestörte lysosomale Funktion charakterisiert sind. Das Lysosom fungiert als Recyclinganlage der Zelle. Der Grossteil der LSK wird durch einen Mangel an sauren Hydrolasen ausgelöst. Der gestörte Metabolismus führt dann zur Akkumulation komplexer Moleküle. Die klassische Einteilung der LSK orientiert sich an diesen Hauptspeichermolekülen und unterscheidet Sphingolipidosen (Glykosphingolipide), Mukopolysaccharidosen (Glykosaminoglykane) und Oligosaccharidosen (Oligosaccharide, Glykoproteine) (In Klammern jeweils das Hauptspeichermolekül). Die moderne Einteilung weitet den Begriff auf alle Erkrankungen aus, welche einen Defekt einer Komponente zeigen, die für die normale Funktion des Lysosoms nötig ist. Dies können lysosomale Membranproteine, Aktivatorproteine, Transportproteine oder nicht-lysosomale Proteine sein. Mit einer gemeinsamen Inzidenz von etwa 16 Fällen pro 100’000 Lebendgeburten sind die LSK insgesamt seltene Erkrankungen. Ergebnisse aus Screening-Untersuchungen deuten jedoch darauf hin, dass die Inzidenz unter Lebendgeburten unterschätzt wird. Die häufigsten LSK sind die beiden Sphingolipidosen Morbus Gaucher und Morbus Fabry. Die Gemeinsamkeiten der LSK bezüglich ihrer Symptomatik sind die systemischen Manifestationen und die häufige zerebrale Beteiligung. Die Ausprägung der Symptome ist innerhalb der Erkrankungen sehr unterschiedlich. Die pathophysiologischen Prozesse sind vielfältig und nicht durch blosse Überladung und konsekutiven Untergang der Zelle bedingt. Therapeutisch sind verschiedene Angriffspunkte vorhanden: die Substitution der Enzyme mittels Enzymersatztherapie, die Gentherapie oder hämatopoetischen Stammzelltransplantation, die Stabilisierung der defekten Enzyme durch pharmakologische Chaperone sowie die Verringerung der Substrate durch Substratreduktionstherapie.


2012 ◽  
Vol 69 (3) ◽  
pp. 173-181 ◽  
Author(s):  
René Rizzoli
Keyword(s):  

Das primäre Ziel der Behandlung der postmenopausalen Osteoporose ist die Reduktion des Frakturrisikos. Bisphosphonate sind eine seit langem etablierte Therapie der ersten Wahl der Osteoporose, und einige dieser Moleküle haben den eindeutigen Beweis einer signifikanten Reduktion des Osteoporose-bedingten Frakturrisikos erbracht. Alendronat, Risedronat, Ibandronat und Zoledronat gewährleisten allesamt einen Schutz gegen Frakturen bei Patientinnen mit postmenopausaler Osteoporose. Diese vier Wirkstoffe haben alle bewiesen wirksam gegen vertebrale Frakturen zu schützen, wobei nur Zoledronat und Risedronat den Nachweis einer signifikanten Reduktion des Risikos für nicht-vertebrale Frakturen in Endpunktstudien erbracht haben. Zudem reduzieren Alendronat, Risedronat und Zoledronat erwiesenermaßen das Hüftfrakturrisiko. Ibandronat und Zoledronat haben die nachhaltigere Wirkung gegen Frakturen. Bisphosphonate wurde mit einer Reihe von Nebenwirkungen assoziiert, mit einem gut dokumentierten Einhergehen von gastrointestinalen Nebenwirkungen mit der oralen Einnahme und von Akute-Phase-Reaktionen mit der intravenösen Verabreichung.


2018 ◽  
Vol 75 (2) ◽  
pp. 112-116
Author(s):  
Friedemann Nauck

Zusammenfassung. Bei der Entscheidungsfindung am Lebensende sind die medizinische und ärztliche Indikation sowie der Wille des Patienten und seine Zustimmung zu einer Behandlung entscheidend. Darüber hinaus spielen die eigenen kulturellen und religiösen Überzeugungen der Ärztin / des Arztes eine Rolle, derer man sich als Behandler bewusst sein muss. In der Behandlung am Lebensende stellen palliativmedizinische Basiskenntnisse sowie die Einbeziehung palliativmedizinischer Experten eine sinnvolle Ergänzung dar. Dies gilt besonders in Behandlungssituationen, in denen eine Therapiezieländerung hin zum palliativmedizinischen Behandlungsziel erwogen wird oder bereits als notwendig erachtet wurde. Aber auch in Behandlungssituationen bei Patienten, die sich noch nicht in der letzten Lebensphase befinden, kann die Integration palliativmedizinischen Fachwissens, z. B. bei der Symptomkontrolle, Wundbehandlung, Kommunikation mit Angehörigen oder in Fragen der psychosozialen Begleitung, sinnvoll sein. Im Idealfall wird das Behandlungsziel auch für das Lebensende gemeinsam mit dem Kranken erarbeitet. Entscheidungen bedeuten immer auch Urteilsbildung, Respektierung individueller Werte, Begleitung und die Bereitschaft, Verantwortung zu übernehmen – auch dafür, dass man im Einzelfall ggf. eine falsche Entscheidung getroffen hat. Patientenautonomie und zunehmende Patientenkompetenz sind eine Aufforderung an Ärzte, medizinische und ethische Entscheidungen am Lebensende kritisch zu reflektieren sowie sich mit empirischen und normativen Aspekten der Indikationsstellung auseinanderzusetzen.


2018 ◽  
Vol 75 (7) ◽  
pp. 420-424
Author(s):  
Smaila Mulic ◽  
Timo Kahles ◽  
Krassen Nedeltchev

Zusammenfassung. Der Schlaganfall gehört zu den häufigsten Erkrankungen und ist die häufigste Ursache von bleibenden Behinderungen im Erwachsenenalter. Grundzüge der Sekundärprophylaxe des Schlaganfalls sind eine medikamentöse Therapie, Optimierung der modifizierbaren Risikofaktoren, die Revaskularisation einer symptomatischen Karotisstenosen sowie der Verschluss eines Persistierenden Foramen Ovale (bei Patienten unter 60 Jahren mit kryptogenem Schlaganfall).


2016 ◽  
Vol 73 (9) ◽  
pp. 533-537
Author(s):  
Eliane Angst ◽  
Thomas Malinka

Zusammenfassung. Die chronisch rezidivierenden Entzündungsschübe führen zu einem progredienten fibrotischen Umbau des Pankreasgewebes. Leitsymptom sind Schmerzen! Mögliche Folgen sind Gangstrikturen, Pankreassteine, Pseudozysten, entzündliche Schwellung (Pseudotumor) des Pankreaskopfes und Hypertrophie der vegetativen Nerven. Ziel der Therapie ist, Symptome zu lindern und Komplikationen zu behandeln. Die konservative Therapie umfasst die Schmerztherapie nach WHO-Stufenschema, Ernährung, Enzym-Substitution und die Supplementierung fettlöslicher Vitamine. Dank Fortschritten der endoskopisch interventionellen Möglichkeiten werden viele Patienten nicht primär vom Chirurgen gesehen. Ein frühes interdisziplinäres Therapiekonzept ist aber entscheidend, denn trotz häufiger endoskopischer Re-Interventionen benötigt eine Mehrheit der Patienten eine chirurgische Therapie. Endoskopische Therapien kommen bei nicht operablen Patienten und als primäre Therapie von alleinigen Gangstenosen und Pseudozysten in Frage. Chirurgische Therapien sind eine gute Option bei Nicht-Ansprechen der endoskopischen Therapien nach spätestens einem Jahr, Gallengangs- und Duodenalstenosen, infizierten Pseudozysten mit soliden Anteilen, Pseudotumoren, Tumorverdacht und obstruierenden Verkalkungen im Pankreaskopf.


2013 ◽  
Vol 70 (5) ◽  
pp. 296-303
Author(s):  
Patricia Hirt-Minkowski ◽  
Felix Burkhalter ◽  
Michael Dickenmann

Der Nachweis einer Proteinurie ist ein häufiger Zufallsbefund im Urinteststreifen. Die klinische Bedeutung reicht von einer harmlosen Ursache bis zum Ausdruck einer schweren Nierenerkrankung. Deshalb ist bei Nachweis einer Proteinurie mittels Testreifenuntersuchung eine weiterführende Abklärung notwendig. Dabei empfiehlt sich ein systematisches Vorgehen mit Quantifizierung der Proteinurie mittels Albumin/Kreatinin-Quotienten im Spoturin. Zudem lassen sich mit einer systematischen Untersuchung verschiedene Formen der Proteinurie abgrenzen (glomerulär vs tubulär vs „Überlastung“). Im Kontext mit der Klinik sind eine Beurteilung des Urinsedimentes, die Bestimmung der Nierenfunktion und eine Sonographie der Nieren und ableitenden Harnwege sinnvoll. Patienten mit ungeklärter persistierender Proteinurie und Patienten mit einer ausgeprägten Proteinurie (≥ 1 g pro Tag) müssen einem Nephrologen zugewiesen werden.


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