Quantitative Strukturanalyse
Die technischen Möglichkeiten für die zerstörungsfreie Messung der heterogenen Struktur terrestrischer Systeme wachsen ständig. Von kleinskaligen tomographischen Verfahren (Röntgen, NMR) über geophysikalische Methoden bis Remote Sensing.
Eine wissenschaftliche Herausforderung ist die quantitative Beschreibung der beobachtbaren Komplexität in Form einer überschaubaren Zahl von relevanten Größen. Dies ist Vorausetzung für die Kopplung von strukturellen und funktionellen Eigenschaften.
Wir arbeiten an skaleninvarianten Methoden, die auf Strukturen in unterschiedlichen Raumdimensionen anwendbar sind. Sie basieren auf einer integralen Beschreibung der Strukturoberflächen (Minkowskifunktionale, s. Abbildung oben) gekoppelt mit Methoden der mathematischen Morphologie. Dies erlaubt eine umfassende Strukturbeschreibung einschließlich Größenverteilung, räumliche Verteilung und räumliche Konnektivität. Anwendungsbeispiele mit verschieder Dimensionalität sind 3D Porenstrukturen in Böden oder die Verteilung von Landschaftselementen in großen Einzugsgebieten (s. Abbildung).
Diese Methoden sind essenziell für die Modellierung räumlicher Heterogenitäten und für die Bewertung ihrer Wirkung vor allem auf physikalische und biologische Prozesse in terrestrischen Systemen.
Verteilung von Savanne in einem
Einzugsgebiet (Landsat, Bildhöhe 75km)
Bio-Poren in einer Terra Fusca
(Röntgen-CT, Bildhöhe 0.5m)
Ausgewählte Publikationen:
Schlüter, S.,Weller, U., and Vogel, H.-J., 2011: Soil structure development including
seasonal dynamics in a long-term fertilization experiment, J. Plant Nutr. Soil Sci.,
doi: 10.1002/jpln.201000103.
Vogel, H.-J., Weller, U., and Schlüter, S. 2010: Quantification of soil structure based
on Minkowski functions, Computers & Geosciences, 36, 1236-1245, doi: 10.1016/j.cageo.2010.03.007
Schlüter, S., Weller, U., and Vogel, H.-J., 2010: Thresholding of X-ray microtomography
images of soil using gradient masks, Computers & Geosciences, 36, 1246-1251,
doi: 10.1016/j.cageo.2010.02.007
Vogel, H.-J., Tölke, J., Schulz, V. P., Krafczyk, M., and Roth, K. 2005: Comparison of a Lattice-Boltzmann model, a full-morphology model, and a pore network model for determining capillary pressure-saturation relationships, Vadoze Zone Journal, 4, 380-388
Vogel, H.-J., Hoffmann, H., and Roth, K. 2005a: Dynamics of crack formation in clay: Experiments and morphological quantification. Geoderma, 125, 203-211.
Vogel, H.-J. 2002: Topological characterization of porous media. In: Morphology and Condensed Matter - Physics and Geometry of Spatially Complex Systems. Mecke, K., and Stoyan, D. (eds.), Lecture Notes in Physics, 600, 75-92.
Vogel, H.-J., Cousin, I. and Roth, K., 2002: Quantification of pore structure and gas diffusion as a function of scale. Europ. J. Soil Sci., 53, 465-473.
Kontakt:
Prof. Dr. Hans-Jörg Vogel, Dr. Ulrich Weller