Interdisziplinäres

Institut für Umweltsystemforschung


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© J. Berlekamp

Forschungsgruppe
Angewandte Systemwissenschaft

Forschungsprofil

Die Forschungsgruppe Angewandte Systemwissenschaft befasst sich mit der Analyse, mathematischen Modellierung und Simulation von Umwelt- und Ökosystemen. Diese stehen vor gewaltigen Herausforderungen angesichts des globalen Wandels von Klima, Landnutzung und Wirtschaftsvernetzung sowie kontinuierlichen Zuwächsen in Schadstoffemissionen und Ressourcenverbrauch.

Die Komplexität dieser Prozesse erfordert interdisziplinäre Ansätze. Unsere Methoden vereinen Elemente aus der angewandten Mathematik, statistischen Physik, theoretischen Ökologie, Ökotoxikologie, Biogeochemie und Epidemiologie.

Die Forschungsarbeiten basieren auf einem formalen, mathematisch und naturwissenschaftlich untermauerten Systemgedanken. Das Verhalten komplexer Systeme kann verstanden werden als emergente Eigenschaft — also aus dem mikroskopischen Zusammenwirken, das zu neuen makroskopischen Phänomenen führt.

Aktuelle und fortlaufende Forschungsarbeiten

  • Regimewechsel (kritische Übergänge komplexer Systeme) und deren Frühwarn-Signale
  • Ökologischer Mindestwasserabfluss von Fließgewässern
  • Biologische Kontrolle und integriertes Schädlingsmanagement
  • Artenverbreitung und trophische Interaktionen in Flüssen und Bächen
  • Raumzeitliche Populationsmodelle in der Naturschutzforschung
  • Chaos-Kontrolle und Stabilisierung von Populationsfluktuationen
  • Ausbreitung von Wildtierkrankheiten

Gäste

  • Cecilia Berardo (Univ. Turin, Italien): April-September 2016
  • Martina Bulai (Univ. Turin, Italien): August-September 2016
  • Anthony Sun (Univ. Rennes, Frankreich): Januar-Juni 2016
  • Federico Roccati (MSc student, U. Turin, Italy): April-September 2015
  • Marta Paliaga (MSc student, U. Turin, Italy): April-September 2015

Ehemalige Mitarbeiter/-innen

  • Christian Ehling
  • Dr. Nils Kehrein
  • Vanessa Schakau
  • Dr. Mickaël Teixeira-Alves

Neuigkeiten aus der Forschungsgruppe

 
Gast: Prof. Ezio Venturino (Turin, Italien)

Im Oktober haben wir für eine Woche Prof. Dr. Ezio Venturino (Uni Turin) zu Gast.

Neuer Mitarbeiter: Dr. Matthew Adamson

Wir freuen uns, mit Dr. Matthew Adamson einen neuen Mitarbeiter in unseren Reihen willkommen zu heißen. Herr Dr. Adamson hat an der University of Leicester (Großbritannien) promoviert, einen Master in Mathematischer Biologie und einen Bachelor-Abschluss in Mathematik von der University of Warwick.

Forschungsaufenthalt in Kanada

Vanessa Schakau wird für fünf Wochen die University of Alberta in Edmonton (Kanada) besuchen. In der Arbeitsgruppe von Prof. Mark Lewis wird sie die Infektionsdynamik von Lachsparasiten modellieren.

Konferenz

Im August stellt Vanessa Schakau ihre Forschung auf der internationalen Konferenz "Mathematical Population Dynamics and Ecology" in Niteroi (Rio de Janeiro, Brasilien) vor. Dort wird auch Michael Bengfort, Doktorand in der AG Theoretische Systemwissenschaft über gemeinsame Arbeiten mit unserer Arbeitsgruppe vortragen.

Gäste aus Besançon, Köln und Oldenburg

Über den Juni verteilt haben wir drei Doktoranden zu Gast: Virgile Baudrot (Université de Franche-Comté, Besançon, Frankreich), Fanny Groll (Universität zu Köln) und Daniel Ritterskamp (Universität Oldenburg).

Besuch in der Außenstelle Grietherbusch

Vanessa Schakau und Prof. Dr. Frank Hilker besuchten die Außenstelle Grietherbusch des Zoologischen Institutes der Universität zu Köln. Dort waren sie Gäste von PD Dr. Jost Borcherding, Dr. Lisa Heermann und Dr. Maxim Teichert, mit denen sie die Modellierung von Fischegeln diskutierten, die jüngst im Niederrhein beobachtet wurden.

Gast: Eduardo Liz

Prof. Dr. Eduardo Liz von der Universität Vigo (Spanien) besucht unsere Forschungsgruppe vom 10.-17. Mai 2015. Am 12.5. hält er ein Forschungsseminar. Wir freuen uns auf die Zusammenarbeit, den Vortrag und spannende Diskussionen.

Willkommen: Marta Paliaga und Federico Roccati

Die Arbeitsgruppe Angewandte Systemwissenschaft freut sich, mit Marta Paliaga und Federico Roccati zwei MSc-Studierende aus Turin zu begrüßen. Frau Paliaga und Herr Roccati werden in Osnabrück schreiben ihre Masterarbeit, die gemeinsam von Prof. Dr. Hilker auf deutscher Seite und von Prof. Dr. Venturino auf italienischer Seite betreut und jeweils von einem Erasmus+-Stipendium gefördert wird.

Kolloquium in Köln

Im April 2015 hielt Prof. Dr. Frank Hilker einen Vortrag im Ökologischen Kolloquium der Universität zu Köln und besuchte die Arbeitsgruppe in Allgemeiner Ökologie von Prof. Dr. Hartmut Arndt.

Kooperation mit Turin (Italien)

Im April 2015 besuchte Prof. Dr. Frank Hilker den Fachbereich Mathematik der Universität Turin, um sich über gemeinsame Aktivitäten in der Lehre und Betreuung von Projekt- und Masterarbeiten auszutauschen. Kontaktperson in Turin ist Prof. Dr. Ezio Venturino.

Forschungskooperation in Vigo (Spanien)

Im März 2015 reist Prof. Dr. Frank Hilker für eine Forschungskooperation mit Prof. Dr. Eduardo Liz an die Universität Vigo in Galizien (Spanien). Die gemeinsamen Arbeiten werden durch das Projekt «Qualitative Theorie und Anwendungen von funktionalen Differential- und Differenzengleichungen» unterstützt.

European Society for Mathematical and Theoretical Biology (ESMTB)

Prof. Dr. Frank Hilker wurde in den Vorstand der Europäischen Gesellschaft für Mathematische und Theoretische Biologie gewählt. Auf der konstituierenden Vorstandssitzung in Wien wurde er zum Schatzmeister berufen.

Gast: Hans Joachim Poethke

Am 21.1.2015 hält Prof. Dr. Hans Joachim Poethke einen Vortrag im Systemwissenschaftlichen Kolloquium und wird in dieser Woche die Arbeitsgruppe Angewandte Systemwissenschaft besuchen. Wir freuen uns auf den Besuch und viele spannende Diskussionen!

Antrittsvorlesung

Am Mittwoch, 10.12.2014, finden die Antrittsvorlesungen von Prof. Dr. Stefanie Engel und Prof. Dr. Frank Hilker statt. Die Veranstaltung beginnt um 16:15 Uhr im Hörsaal 66/E33.

Neue Mitarbeiterin: Vanessa Schakau

Wir freuen uns, Frau Vanessa Schakau als neue wissenschaftliche Mitarbeiterin in unserer Gruppe zu begrüßen. In ihrem Dissertationsprojekt wird sie sich mit der Modellierung von Infektionskrankheiten in Fließgewässern beschäftigen. Frau Schakau hat zuvor an der Universität Oldenburg einen MSc in Marinen Umweltwissenschaften (Schwerpunkt Umweltmodellierung) sowie einen BSc in Umweltwissenschaften erworben.

Für Schüler/-innen

Am Hochschulinformationstag (20.11.2014) stellt die Arbeitsgruppe das Fach Systemwissenschaft, den Studium und die Berufsaussichten vor. Prof. Dr. Frank Hilker informiert über die beiden Bachelor-Studiengänge «BSc Angewandte Systemwissenschaft» und «2-Fächer-Bachelor Umweltsystemwissenschaft». Herr Christian Ehling und Dr. Jörg Klasmeier bieten ein Computerlabor zu Zellulären Automaten an.

Ehemaligentreffen

Beim Ehemaligentreffen des Fachbereichs Mathematik/Informatik am 15.11.2014 stellte Prof. Dr. Frank Hilker einen Teil seines Arbeitsgebietes vor. Er hielt einen Vortrag über «Chaos in der Ökologie: Wie „kontrollierbar” sind Extinktionen und Schädlingsausbrüche?». Im anschließenden Quiz-Duell stellte sich Prof. i.R. Dr. Michael Matthies zusammen mit Kollegen aus der Mathematik und Informatik den Absolventen/-innen und konnte vor allem mit seinen Geschichts- und Geographie-Kenntnissen überzeugen.

Gast: Dr. Ivo Siekmann (U. Melbourne, Australien)

Dr. Siekmann (vom Fachbereich Ingenieuwissenschaft der Universität Melbourne) besuchte das Institut am 13.10. und hielt einen Vortrag über "The Tyranny of the Masses - Population dynamics of individual-based models".

Neue Veröffentlichung

"Plankton blooms and patchiness generated by heterogeneous physical environments", angenommen in Ecological Complexity, zusammen mit Michael Bengfort und Horst Malchow (FG Theoretische Systemwissenschaft) und Ulrike Feudel (Uni Oldenburg).

Gast: Prof. Dr. Daniel Franco (UNED, Madrid, Spanien)

Professor Franco ist vom Fachbereich Angewandte Mathematik der UNED, einer Fernuniversität. Mit über 260.000 Studentinnen und Studenten ist sie Spaniens größte und Europas zweitgrößte Universität.

Neue Veröffentlichung

"A mathematical biologist's guide to absolute and convective instability", erschienen im Bulletin of Mathematical Biology.

Gast: Prof. Dr. Thomas Hillen (U. Alberta, Canada)

Professor Hillen besucht am 24.4. das Institut für Umweltsystemforschung und wird ein Forschungsseminar über die mathematische Modellierung von Tumorwachstum halten. Dabei wird er auf Analogien zu Ökosystemen eingehen. Professor Hillen ist Professor für Mathematik an der Universität von Alberta in Edmonton, Kanada.

Workshop: Ökologische Risikobewertung von Chemikalien

In der Risikobewertung von Chemikalien spielen die möglichen Auswirkungen auf einzelne Lebewesen und deren Organe eine große Rolle. Der Einfluss von Schadstoffen auf Populationen, ökologische Lebensgemeinschaften oder ganze Ökosysteme ist jedoch häufig völlig unbekannt. Ein Workshop am NIMBioS (National Institute of Mathematical and Biological Synthesis) widmete sich nun dieser Frage und wie Modellierung die einzelnen Ebenen verbinden kann. Prof. Dr. Frank Hilker nahm daran teil und arbeitete anschließend mit Kollegen von der University of Tennessee in Knoxville an einer gemeinsamen Forschungsarbeit.

Veröffentlichung: Kopplung von Hydrodynamik und Populationsdynamik in Fließgewässermodellen

Viele Organismen, die in Fließgewässern wir Flüssen und Bächen leben, sind auf zeitliche Variationen im Wasserdurchfluss angewiesen. Die Kopplung zwischen der Fließgewässerhydraulik und den Auswirkungen auf Populationsebene sind jedoch noch wenig verstanden und in Modellen unterentwickelt. Ein neuartiges bio-physikalisches Hybrid-Modell verknüpft nun die Populations- mit der Hydrodynamik.

Dies wurde gemeinsam von Frank Hilker mit Yu Jin (Lincoln-Nebraska, USA), Mark Lewis und Peter Steffler (Alberta, Kanada) entwickelt. Die Arbeit mit dem Titel "Seasonal invasion dynamics in a heterogeneous river with fluctuating flows" wird in der Fachzeitschrift Bulletin of Mathematical Biology erscheinen.

Workshop: Simulation in den Umwelt- und Geowissenschaften

Die Forschungsgruppe nahm mit drei Personen (Dr. Jörg Klasmeier, Dr. Jürgen Berlekamp und Prof. Dr. Frank Hilker) an der Tagung  "Simulation in den Umwelt- und Geowissenschaften" teil. Dr. Jörg Klasmeier hielt einen Vortrag über "Georeferenzierte Simulation von Arzneimitteln in Gewässereinzugsgebieten als Unterstützung für Risikomanagement" (gemeinsame Arbeit mit Nils Kehrein und Jürgen Berlekamp). Der Workshop der Arbeitsgemeinschaft Simulation (ASIM) fand statt in der Hochschule Osnabrück und wurde von Prof. Dimitris Maretis und Prof. Jochen Wittmann (HTW Berlin) organisiert. 

"Zurück in Osnabrück"

Seit Kurzem ist Frank Hilker als Professor für Angewandte Systemwissenschaft am Institut für Umweltsystemforschung und am Fachbereich Mathematik/Informatik. Zuvor war er Assistant Professor an der University of Bath (England) sowie als Postdoktorand und Forschungsstipendiat an der University of Alberta (Kanada), der Universität Lissabon und dem Gulbenkian-Institut (Portugal) tätig. Mehr lesen