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Department Mathematik

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Dr. Nadja Ray

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Dr. Nadja Ray

PD Dr. Nadja Ray, Nachwuchsgruppenleiterin

Dr. Nadja Ray

Department Mathematik
Lehrstuhl für Angewandte Mathematik (Modellierung und Numerik) (N.N.)

Raum: Raum 04.336
Cauerstraße 11
91058 Erlangen
  • Telefon: +49 9131 85-67211
  • Faxnummer: +49 9131 85-67225
  • E-Mail: ray@math.fau.de

FAU-Nachwuchsgruppenleiterin (FAU-NGL)

Just available in English.

Education

  • 06/2016 – 07/2020: Habilitation in Applied Mathematics, Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg
  • 12/2008 – 05/2013: Dissertation in Applied Mathematics, Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg
  • 10/2002 – 03/2008: Diploma in mathematics with minor theoretical physics, Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg
  • 09/1993 – 06/2002: Abitur, Emmy-Norther-Gymnasium (grammar school), Erlangen

Work experience

  • 09/2022 – present: Professor for Geomatics and Geomathematics at MIDS, KU Eichstätt-Ingolstadt
    (https://www.ku.de/mids)
  • 2022 – present: Principle investigator DFG SPP 2089
  • 01/2022 – present: Principle investigator DAAD PPP Finland
  • 05/2021 – present: Private lecturer
  • 04/2020 – 08/2022: DFG temporary position for principal investigators
  • 01/2020 – present: Head of junior research group status (Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg)
  • 04/2018 – present: Principle investigator DFG RTG 2339
  • 01/2016 – 12/2017: Principle investigator DAAD PPP Norway
  • 10/2015 – present: Principle investigator DFG RU 2179
  • 10/2012 – 03/2018: Research associate at Chair of Applied Mathematics I, Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg
  • 10/2012 – 03/2017: DFG RTG 1773 coordinator at Chair of Computer Graphics, Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg
  • 04/2008 – 11/2008: Research associate at Chair of Applied Mathematics I, Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg

International experience

  • 05/2022: Hasselt/Belgium, host: Prof. Dr. Sorin Pop (1 week)
  • 10/2021: Bratislava/Slovakia, host: Prof. Dr. Peter Frolkovic (1 week)
  • 11/2019: Bratislava/Slovakia, host: Prof. Dr. Peter Frolkovic (1 week)
  • 03/2018: Hasselt/Belgium, host: Prof. Dr. Sorin Pop (1 week)
  • 11/2016: Bergen/Norway, host: Prof. Dr. Kundan Kumar (1 week)
  • 08/2016: Bergen/Norway, host: Prof. Dr. Kundan Kumar (1 week)
  • 03/2012: Bergen/Norway, host: Prof. Dr. Florin A. Radu (1 week)
  • 09/2010 – 10/2010: Eindhoven/The Netherlands, host: Dr. Adrian Muntean (4 weeks)
  • 02/2006 – 06/2006: Semester abroad, Florence, Italy (Erasmus)

Fellowships/Awards

  • 10/2021: Habilitation prize (Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg), award for outstanding habilitation
  • 10/2016 – 09/2017: Women’s prize of the faculty of natural sciences, Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (1/2 TVL E13 PhD position for 12 month)
  • 2014: Dr.-Körper-Preis 2014 (GAMM) for outstanding PhD thesis
  • 12/2011 – 09/2012: PhD scholarship, “Förderung der Chancengleichheit für Frauen in Forschung und Lehre”, Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg
  • 01/2009 – 09/2011: PhD scholarship, Studienstiftung des Deutschen Volkes
  • 12/2008 – 11/2011: PhD scholarship, Deutsche Telekom Stiftung
  • 02/2003 – 03/2008: Student scholarship, Studienstiftung des Deutschen Volkes

Just available in English.

Research interests

  • Multiscale modeling, upscaling, homogenization
  • Porous media applications including evolving microstructures
  • Soil microaggregates
  • Electrohydrodynamics

Veröffentlichungen

For recent research work and pdf files, please check also the preprint series.

  • Bänsch E., Doß M., Gräser C., Ray N.:
    Well-posedness of an evaporation model for a spherical droplet exposed to an air flow
    In: Interfaces and Free Boundaries 27 (2025), S. 91-121
    ISSN: 1463-9963
    DOI: 10.4171/IFB/524
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  • Gärttner S., Knabner P., Ray N.:
    Local existence of strong solutions to micro-macro models for reactive transport in evolving porous media
    In: European Journal of Applied Mathematics 35 (2024), S. 127-154
    ISSN: 0956-7925
    DOI: 10.1017/S095679252300013X
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  • Doß M., Ray N., Bänsch E.:
    Modeling and simulation of single droplet drying in an acoustic levitator
    In: Drying Technology 41 (2023), S. 2088-2104
    ISSN: 0737-3937
    DOI: 10.1080/07373937.2023.2218162
    BibTeX: Download
  • Gärttner S., Alpak FO., Meier A., Ray N., Frank F.:
    Correction to: Estimating permeability of 3D micro-CT images by physics-informed CNNs based on DNS (Computational Geosciences, (2023), 10.1007/s10596-022-10184-0)
    In: Computational Geosciences (2023)
    ISSN: 1420-0597
    DOI: 10.1007/s10596-023-10196-4
    BibTeX: Download
  • Gärttner S., Alpak FO., Meier A., Ray N., Frank F.:
    Estimating permeability of 3D micro-CT images by physics-informed CNNs based on DNS
    In: Computational Geosciences (2023)
    ISSN: 1420-0597
    DOI: 10.1007/s10596-022-10184-0
    URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s10596-022-10184-0
    BibTeX: Download
  • Gärttner S., Frank F., Woller F., Meier A., Ray N.:
    Estimating relative diffusion from 3D micro-CT images using CNNs
    In: Artificial Intelligence in Geosciences 4 (2023), S. 199-208
    ISSN: 2666-5441
    DOI: 10.1016/j.aiig.2023.11.001
    BibTeX: Download
  • Rötzer M., Prechtel A., Ray N.:
    Pore scale modeling of the mutual influence of roots and soil aggregation in the rhizosphere
    In: Frontiers in Soil Science 3 (2023), Art.Nr.: 1155889
    ISSN: 2673-8619
    DOI: 10.3389/fsoil.2023.1155889
    BibTeX: Download

  • Gärttner S., Frolkovič P., Knabner P., Ray N.:
    Efficiency of micro-macro models for reactive two-mineral systems
    In: Multiscale Modeling & Simulation 20 (2022), S. 433-461
    ISSN: 1540-3459
    DOI: 10.1137/20M1380648
    BibTeX: Download
  • Kelm M., Gärttner S., Bringedal C., Flemisch B., Knabner P., Ray N.:
    Comparison study of phase-field and level-set method for three-phase systems including two minerals
    In: Computational Geosciences 26 (2022), S. 545 - 570
    ISSN: 1420-0597
    DOI: 10.1007/s10596-022-10142-w
    BibTeX: Download
  • Ray N., Schulz R.:
    Existence and uniqueness of solutions to a flow and transport problem with degenerating coefficients
    In: European Journal of Applied Mathematics (2022)
    ISSN: 0956-7925
    DOI: 10.1017/S0956792522000018
    BibTeX: Download
  • Zech S., Ray N., Schulz R.:
    Numerical investigations of degenerate equations for fluid flow and reactive transport in clogging porous media
    In: Journal of Mathematical Analysis and Applications 515 (2022), Art.Nr.: 126384
    ISSN: 0022-247X
    DOI: 10.1016/j.jmaa.2022.126384
    BibTeX: Download
  • Zech S., Ritschel T., Ray N., Totsche KU., Prechtel A.:
    How water connectivity and substrate supply shape the turnover of organic matter – Insights from simulations at the scale of microaggregates
    In: Geoderma 405 (2022), Art.Nr.: 115394
    ISSN: 0016-7061
    DOI: 10.1016/j.geoderma.2021.115394
    BibTeX: Download
  • Zech S., Schweizer SA., Bucka FB., Ray N., Kögel-Knabner I., Prechtel A.:
    Explicit spatial modeling at the pore scale unravels the interplay of soil organic carbon storage and structure dynamics
    In: Global Change Biology (2022)
    ISSN: 1354-1013
    DOI: 10.1111/gcb.16230
    BibTeX: Download

  • Frolkovič P., Gajdošová N., Gärttner S., Ray N.:
    Voronoi implicit interface method for geometry evolution of two minerals with applications in reactive porous media
    ALGORITMY 2020 Conference on Scientific Computing (Vysoke Tatry, Podbanske, 10-09-2020 - 15-09-2020)
    In: Vydavateľstvo SPEKTRUM (Hrsg.): Proceedings of the conference ALGORITMY 2020 2020
    URL: http://www.iam.fmph.uniba.sk/amuc/ojs/index.php/algoritmy/article/view/1566
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  • Gärttner S., Frolkovič P., Knabner P., Ray N.:
    Efficiency and Accuracy of Micro-Macro Models for Mineral Dissolution
    In: Water Resources Research 56 (2020), Art.Nr.: e2020WR027585
    ISSN: 0043-1397
    DOI: 10.1029/2020WR027585
    BibTeX: Download
  • Zech S., Dultz S., Guggenberger G., Prechtel A., Ray N.:
    Microaggregation of goethite and illite evaluated by mechanistic modeling
    In: Applied Clay Science 198 (2020), Art.Nr.: 105845
    ISSN: 0169-1317
    DOI: 10.1016/j.clay.2020.105845
    BibTeX: Download

  • Ray N., Oberlander J., Frolkovic P.:
    Numerical investigation of a fully coupled micro-macro model for mineral dissolution and precipitation
    In: Computational Geosciences (2019)
    ISSN: 1420-0597
    DOI: 10.1007/s10596-019-09876-x
    BibTeX: Download
  • Ray N., Schulz R.:
    Derivation of an effective dispersion model for electro-osmotic flow involving free boundaries in a thin strip
    In: Journal of Engineering Mathematics (2019)
    ISSN: 0022-0833
    DOI: 10.1007/s10665-019-10024-8
    BibTeX: Download
  • Rupp A., Guhra T., Meier A., Prechtel A., Ritschel T., Ray N., Totsche KU.:
    Application of a cellular automaton method to model the structure formation in soils under saturated conditions: A mechanistic approach
    In: Frontiers in Environmental Science 7 (2019)
    ISSN: 2296-665X
    DOI: 10.3389/fenvs.2019.00170
    URL: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fenvs.2019.00170/abstract
    BibTeX: Download
  • Schulz R., Ray N., Zech S., Rupp A., Knabner P.:
    Beyond Kozeny-Carman: Predicting the Permeability in Porous Media
    In: Transport in Porous Media (2019)
    ISSN: 0169-3913
    DOI: 10.1007/s11242-019-01321-y
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  • Ray N., Rupp A., Schulz R., Knabner P.:
    Old and New Approaches Predicting the Diffusion in Porous Media
    In: Transport in Porous Media 124 (2018), S. 803-824
    ISSN: 0169-3913
    DOI: 10.1007/s11242-018-1099-x
    URL: https://www1.am.uni-erlangen.de/research/publications/Jahr_2018/2018_RayRuppSchulzKn_OldAndNewApproachesPredictingTheDiffInPM
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  • Rupp A., Totsche KU., Prechtel A., Ray N.:
    Discrete-Continuum Multiphase Model for Structure Formation in Soils Including Electrostatic Effects
    In: Frontiers in Environmental Science 6 (2018), Art.Nr.: 96
    ISSN: 2296-665X
    DOI: 10.3389/fenvs.2018.00096
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  • Totsche KU., Amelung W., Gerzabek MH., Guggenberger G., Klumpp E., Knief C., Lehndorff E., Mikutta R., Peth S., Prechtel A., Ray N., Kögel-Knabner I.:
    Microaggregates in Soils
    In: Journal of Plant Nutrition and Soil Science 181 (2018), S. 104-136
    ISSN: 1436-8730
    DOI: 10.1002/jpln.201600451
    URL: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/jpln.201600451/full
    BibTeX: Download

  • Ray N., Rupp A., Prechtel A.:
    Discrete-continuum multiscale model for transport, biomass development and solid restructuring in porous media
    In: Advances in Water Resources 107 (2017), S. 393-404
    ISSN: 0309-1708
    DOI: 10.1016/j.advwatres.2017.04.001
    BibTeX: Download

  • Schulz R., Ray N., Frank F., Mahato H., Knabner P.:
    Strong solvability up to clogging of an effective diffusion-precipitation model in an evolving porous medium
    In: European Journal of Applied Mathematics (2016), S. 1-29
    ISSN: 0956-7925
    DOI: 10.1017/S0956792516000164
    URL: https://www1.am.uni-erlangen.de/research/publications/Jahr_2016/2016_SchulzRayFrankMahatoKn_StrongSolvUpToCloggingInAnEvolvingPM
    BibTeX: Download

  • Ray N., Elbinger T., Knabner P.:
    Upscaling the flow and transport in an evolving porous medium with general interaction potentials
    In: SIAM Journal on Applied Mathematics 75 (2015), S. 2170-2192
    ISSN: 0036-1399
    DOI: 10.1137/140990292
    URL: https://www1.am.uni-erlangen.de/research/publications/Jahr_2015/2015_RayElbingerKn_UpscalingFlowTransInAnEvolvingPMWithGeneralInterPotentials
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  • Ray N.:
    Colloidal transport in porous media - modeling and analysis (Dissertation, 2013)
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  • Ray N., van Noorden T., Radu AF., Friess W., Knabner P.:
    Drug release from collagen matrices including an evolving microstructure
    In: ZAMM - Zeitschrift für angewandte Mathematik und Mechanik 93 (2013), S. 811-822
    ISSN: 0044-2267
    DOI: 10.1002/zamm.201200196
    URL: https://www1.am.uni-erlangen.de/research/publications/Jahr_2013/2013_RayNoordenRaduFriessKn_DrugReleaseFromCollMatIncludAnEvolvingMicrostruct
    BibTeX: Download

  • Herz M., Ray N., Knabner P.:
    Existence and uniqueness of a global weak solution of a Darcy-Nernst-Planck-Poisson system
    In: GAMM-Mitteilungen 35 (2012), S. 191-208
    ISSN: 0936-7195
    DOI: 10.1002/gamm.201210013
    URL: https://www1.am.uni-erlangen.de/research/publications/Jahr_2012/2012_HerzRayKn_ExistAndUniqueOfGlobWeakSolutionDarcyNernPlanPoissSystem
    BibTeX: Download
  • Ray N., Muntean A., Knabner P.:
    Rigorous homogenization of a Stokes-Nernst-Planck-Poisson system
    In: Journal of Mathematical Analysis and Applications 390 (2012), S. 374-393
    ISSN: 0022-247X
    DOI: 10.1016/j.jmaa.2012.01.052
    URL: https://www1.am.uni-erlangen.de/research/publications/Jahr_2012/2012_RayMunteanKn_RigHomoOfStokesNernstPlanckPoissSystem
    BibTeX: Download
  • Ray N., van Noorden T., Frank F., Knabner P.:
    Multiscale Modeling of Colloid and Fluid Dynamics in Porous Media Including an Evolving Microstructure
    In: Transport in Porous Media 95 (2012), S. 669-696
    ISSN: 0169-3913
    DOI: 10.1007/s11242-012-0068-z
    URL: https://www1.am.uni-erlangen.de/research/publications/Jahr_2012/2012_RayNoordenFrankKn_MultiscaleModelOfColloidAndFluidDynInPMinclAnEvolvMicrostr
    BibTeX: Download

  • Frank F., Ray N., Knabner P.:
    Numerical investigation of homogenized Stokes-Nernst-Planck-Poisson systems
    In: Computing and Visualization in Science 14 (2011), S. 385-400
    ISSN: 1432-9360
    DOI: 10.1007/s00791-013-0189-0
    URL: https://www1.am.uni-erlangen.de/research/publications/Jahr_2011/2011_FrankRayKn_NumericalInvestiOfHomogeStokNernPlanPoissSystmes
    BibTeX: Download
  • Knabner P., Ray N., Radu AF.:
    Drug release from collagen matrices and transport phenomena in porous media including an evolving microstructure
    11th Conference on Mathematical Methods in Science and Engineering (Alicante)
    In: Proceedings of the 11th International Conference on Mathematical Methods in Science and Engineering 2011
    URL: https://www1.am.uni-erlangen.de/research/publications/Jahr_2011/2011_KnRayRadu_DrugReleaseFromCollagMatrTranspPhenomInPMIncludAnEvolvMicrostruct
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  • Ray N., Eck C., Muntean A., Knabner P.:
    Variable Choices of Scaling in the Homogenization of a Nernst-Planck-Poisson Problem
    In: The Preprint-Series of the Institute of Applied Mathematics 344 (2011), S. 1-32
    ISSN: 1435-5833
    URL: https://www1.am.uni-erlangen.de/research/publications/Jahr_2011/2011_RayEckMunteanKn_VarChoiOfScalInTheHomogeniOfNernstPlanPoiProblem
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  • Ray N.:
    Asymptotic of a phase field model for phase transitions including convection (Diplomarbeit, 2008)
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Projekte

  • P25: Mehrskalenmodellierung mit veränderlicher Mikrostruktur: Ein Ansatz zur Emergenz in der Rhizosphäre mit effektiven Bodenfunktionen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 01-11-2022 - 31-10-2025
    Mittelgeber: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)
    Abstract

    Die systematische Untersuchung des Zusammenspiels von Transformationsprozessen in der Rhizosphäre mit Fokus auf Mucilage und Wurzelhaare und deren Kopplungen zur Bodenstruktur, Geochemie,  Mikrobiologie und zu hochskalierten Bodenfunktionen wird zur zentralen Frage des PP beitragen, wie Resilienz aus selbstorganisierter raum-zeitlicher Musterbildung in der Rhizosphäre entsteht. Mechanistische, mathematische Modelle in Form von kombinierten zellulären Automaten und PDE/ODE-Systemen auf der
    Mikroskala bieten die Möglichkeit, Skalen durch Homogenisierungstechniken zu überbrücken.

    H1: Die Entwicklung der Selbstorganisation in der Rhizosphäre in Verbindung mit den raumzeitlichen
    Mustern von Nährstoffen, Wasser und Biomasse kann mit der realisierten Erweiterung des Simulationswerkzeugs nun untersucht werden.

    H2: Der Zusammenhang zwischen Bodenstrukturbildung, Habitatbedingungen - auch beeinflusst durch
    die Produktion und den Abbau von Schleimstoffen - und den mikrobiellen Gemeinschaften.

    H3: Die Größe der Rhizosphäre wird durch die radiale Ausdehnung der Strukturbildung bestimmt, die durch
    die Wurzelaktivität/Morphologie gesteuert wird. Wir wollen insbesondere das Zusammenspiel von Bodenstruktur (Porosität), Wurzelexudaten und für die Pflanze relevanten Transporteigenschaften untersuchen. Damit adressieren wir die Schwerpunkte Aggregatbildung/Bodenstruktur mit
    Porenskalenmodellierung und Wasserfluss/Mucilage, und insbesondere die Forschungsfragen der Phase 2:

    III. Wie interagieren Kohlenstofffluss und Struktur (mit P19, P22)?

    V. Welche Relevanz hat Mucilage für das System Boden-Pflanze in Bezug auf Trockenheitsresilienz; trotz des mechanistischen Verständnisses auf der Mikroskala - Beweise für Relevanz auf der Systemskala, System Pflanze-Boden fehlen noch (mit P4,P5,P23,P24)

    VI. Was ist die mechanistische Funktion von Wurzelhaaren - Quantifizierung der Aufrechterhaltung der hydraulischen Kontinuität, der Auswirkung auf die Nährstoffaufnahme und der Ausdehnung von Verarmungszonen (mit P7,P4). In enger Zusammenarbeit mit den experimentellen Partnern evaluieren wir das Zusammenspiel der Mechanismen in konkreten SPP Settings und werden dabei auch auf die von P21
    identifizierten raum-zeitlichen Muster aus hochauflösender korrelativer Bildgebung Bezug nehmen. Die notwendige Grundlage für 3D-Simulationen werden parallelisierte, effiziente Algorithmen und
    Machine Learning sein, um das Upscaling von Bodenfunktionen systematisch zu untersuchen. Das Simulationswerkzeug liefert seinen Wert durch die Fähigkeit, Einflussfaktoren und Mechanismen durch
    Abstraktion relevanter Prozesse zu veranschaulichen, zu vergleichen und aufzudecken. Es soll nicht die Datenkurven der Experimente "nachzeichnen", sondern neue Erkenntnisse durch die separate
    Analyse, aber auch die Untersuchung des Zusammenspiels mehrerer Prozesse in einer integrativen Simulation gewinnen. Damit soll es eine Wissenslücke schließen, die Experimente allein derzeit nicht
    füllen können.

    →Mehr Informationen
  • DG Methoden und Parameterschätzer für Mikrostrukturmodelle in porösen Medien

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 01-01-2022 - 31-12-2023
    Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)
    →Mehr Informationen
  • DAAD Projektbezogener Personenaustausch mit Finnland

    DG Methoden und Parameterschätzer für Mikrostrukturmodelle in porösen Medien

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 01-01-2022 - 31-12-2023
    Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)
    →Mehr Informationen
  • Mechanistische, integrative Mehrskalenmodellierung der Umwandlung von Bodenmikroaggregaten

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: MAD Soil - Microaggregates: Formation and turnover of the structural building blocks of soils
    Laufzeit: 01-04-2020 - 31-08-2024
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Abstract
    In diesem Projekt soll ein mechanistisches Modell entwickelt, sowie analytisch und numerisch untersucht werden, das die Entstehung, Stabilität und Umsetzung von Bodenmikroaggregaten umfassend beschreibt. Im Gegensatz zu bereits existierenden konzeptionellen Aggregierungsmodellen und Kompartmentmodellen zur Kohlenstoffumsetzung und Aggregierung, zielen wir in der Modellierung auf spezifische Transformationsprozesse der Bodenmikroaggregate ab, die zunächst in den anderen Teilprojekten experimentell identifiziert werden. Da wir an einer verbesserten mechanistischen, qualitativen und auch quantitativen Beschreibung der Aggregierung interessiert sind, formulieren wir die aus den Experimenten gewonnenen Einsichten als gewöhnliche Differentialgleichungen (GDGl), partielle Differentialgleichungen (PDGl) und möglicherweise algebraische Gleichungen (AGl). Dazu integrieren wir Informationen über Prozesse, die auf unterschiedlichen räumlichen Skalen erhalten wurden, sowie räumliche Heterogenität und Variabilität in unser Modell. Die gesamte Modellierung erfolgt rigoros und deterministisch und die Modellierungskonzepte beruhen auf Kontinuumsmechanik und beschränken sich nicht auf heuristische Ratenfunktionen. Ausgehend vom Porenskalenmodell wenden wir Mehrskalentechniken an, um ein umfassendes mathematisches Modell auf der Makroskala zu erhalten (bottom up). Wir ziehen insbesondere das Wechselspiel von Geochemie und Mikrobiologie sowie den Zusammenhang zu Bodenfunktionen mit ein. Das resultierende GDGl/PDGl System und komplexe Mikro-makro Probleme können nicht mit Standardsoftware gelöst werden. Die Anzahl der Spezies, die Nichtlinearitäten der Prozesse und die Heterogenität des Mediums führen zu hohem Rechenaufwand, der hochgenaue und effiziente Diskretisierungstechniken und Lösungsverfahren erfordert. Darüber hinaus sollen anspruchsvolle numerische Mehrskalenmethoden angewandt werden. Dennoch kann es nicht das Ziel unserer Simulationen sein, die Realität detailgetreu nachzubilden. Vielmehr zielen wir darauf ab, Einflussfaktoren und Prozessmechanismen darzustellen, zu vergleichen und aufzudecken, indem wir relevante Prozesse abstrahieren.
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  • Mechanistische, integrative Mehrskalenmodellierung der Umwandlung von Bodenmikroaggregaten

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 01-11-2019 - 31-10-2022
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
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  • Grenzflächen, komplexe Strukturen und singuläre Limiten in der Kontinuumsmechanik

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)

    Laufzeit: 01-04-2018 - 30-09-2022
    Mittelgeber: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
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  • Mechanistische Modellierung der Formation und Konsolidierung von Mikroaggregaten in Böden

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: DFG RU 2179 “MAD Soil - Microaggregates: Formation and turnover of the structural building blocks of soils”
    Laufzeit: 01-01-2016 - 31-12-2019
    Mittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
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  • DAAD Projektbezogener Personenaustausch mit Norwegen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 01-01-2016 - 31-12-2017
    Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)
    Abstract

    Homogenisierung reaktiven Transports in variablen Mikrostrukturen

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  • P25: Mehrskalenmodellierung mit veränderlicher Mikrostruktur: Ein Ansatz zur Emergenz in der Rhizosphäre mit effektiven Bodenfunktionen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 01-11-2022 - 31-10-2025
    Mittelgeber: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)
    Abstract

    Die systematische Untersuchung des Zusammenspiels von Transformationsprozessen in der Rhizosphäre mit Fokus auf Mucilage und Wurzelhaare und deren Kopplungen zur Bodenstruktur, Geochemie,  Mikrobiologie und zu hochskalierten Bodenfunktionen wird zur zentralen Frage des PP beitragen, wie Resilienz aus selbstorganisierter raum-zeitlicher Musterbildung in der Rhizosphäre entsteht. Mechanistische, mathematische Modelle in Form von kombinierten zellulären Automaten und PDE/ODE-Systemen auf der
    Mikroskala bieten die Möglichkeit, Skalen durch Homogenisierungstechniken zu überbrücken.

    H1: Die Entwicklung der Selbstorganisation in der Rhizosphäre in Verbindung mit den raumzeitlichen
    Mustern von Nährstoffen, Wasser und Biomasse kann mit der realisierten Erweiterung des Simulationswerkzeugs nun untersucht werden.

    H2: Der Zusammenhang zwischen Bodenstrukturbildung, Habitatbedingungen - auch beeinflusst durch
    die Produktion und den Abbau von Schleimstoffen - und den mikrobiellen Gemeinschaften.

    H3: Die Größe der Rhizosphäre wird durch die radiale Ausdehnung der Strukturbildung bestimmt, die durch
    die Wurzelaktivität/Morphologie gesteuert wird. Wir wollen insbesondere das Zusammenspiel von Bodenstruktur (Porosität), Wurzelexudaten und für die Pflanze relevanten Transporteigenschaften untersuchen. Damit adressieren wir die Schwerpunkte Aggregatbildung/Bodenstruktur mit
    Porenskalenmodellierung und Wasserfluss/Mucilage, und insbesondere die Forschungsfragen der Phase 2:

    III. Wie interagieren Kohlenstofffluss und Struktur (mit P19, P22)?

    V. Welche Relevanz hat Mucilage für das System Boden-Pflanze in Bezug auf Trockenheitsresilienz; trotz des mechanistischen Verständnisses auf der Mikroskala - Beweise für Relevanz auf der Systemskala, System Pflanze-Boden fehlen noch (mit P4,P5,P23,P24)

    VI. Was ist die mechanistische Funktion von Wurzelhaaren - Quantifizierung der Aufrechterhaltung der hydraulischen Kontinuität, der Auswirkung auf die Nährstoffaufnahme und der Ausdehnung von Verarmungszonen (mit P7,P4). In enger Zusammenarbeit mit den experimentellen Partnern evaluieren wir das Zusammenspiel der Mechanismen in konkreten SPP Settings und werden dabei auch auf die von P21
    identifizierten raum-zeitlichen Muster aus hochauflösender korrelativer Bildgebung Bezug nehmen. Die notwendige Grundlage für 3D-Simulationen werden parallelisierte, effiziente Algorithmen und
    Machine Learning sein, um das Upscaling von Bodenfunktionen systematisch zu untersuchen. Das Simulationswerkzeug liefert seinen Wert durch die Fähigkeit, Einflussfaktoren und Mechanismen durch
    Abstraktion relevanter Prozesse zu veranschaulichen, zu vergleichen und aufzudecken. Es soll nicht die Datenkurven der Experimente "nachzeichnen", sondern neue Erkenntnisse durch die separate
    Analyse, aber auch die Untersuchung des Zusammenspiels mehrerer Prozesse in einer integrativen Simulation gewinnen. Damit soll es eine Wissenslücke schließen, die Experimente allein derzeit nicht
    füllen können.

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  • DG Methoden und Parameterschätzer für Mikrostrukturmodelle in porösen Medien

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 01-01-2022 - 31-12-2023
    Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)
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  • DAAD Projektbezogener Personenaustausch mit Finnland

    DG Methoden und Parameterschätzer für Mikrostrukturmodelle in porösen Medien

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 01-01-2022 - 31-12-2023
    Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)
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  • Mechanistische, integrative Mehrskalenmodellierung der Umwandlung von Bodenmikroaggregaten

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: MAD Soil - Microaggregates: Formation and turnover of the structural building blocks of soils
    Laufzeit: 01-04-2020 - 31-08-2024
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Abstract
    In diesem Projekt soll ein mechanistisches Modell entwickelt, sowie analytisch und numerisch untersucht werden, das die Entstehung, Stabilität und Umsetzung von Bodenmikroaggregaten umfassend beschreibt. Im Gegensatz zu bereits existierenden konzeptionellen Aggregierungsmodellen und Kompartmentmodellen zur Kohlenstoffumsetzung und Aggregierung, zielen wir in der Modellierung auf spezifische Transformationsprozesse der Bodenmikroaggregate ab, die zunächst in den anderen Teilprojekten experimentell identifiziert werden. Da wir an einer verbesserten mechanistischen, qualitativen und auch quantitativen Beschreibung der Aggregierung interessiert sind, formulieren wir die aus den Experimenten gewonnenen Einsichten als gewöhnliche Differentialgleichungen (GDGl), partielle Differentialgleichungen (PDGl) und möglicherweise algebraische Gleichungen (AGl). Dazu integrieren wir Informationen über Prozesse, die auf unterschiedlichen räumlichen Skalen erhalten wurden, sowie räumliche Heterogenität und Variabilität in unser Modell. Die gesamte Modellierung erfolgt rigoros und deterministisch und die Modellierungskonzepte beruhen auf Kontinuumsmechanik und beschränken sich nicht auf heuristische Ratenfunktionen. Ausgehend vom Porenskalenmodell wenden wir Mehrskalentechniken an, um ein umfassendes mathematisches Modell auf der Makroskala zu erhalten (bottom up). Wir ziehen insbesondere das Wechselspiel von Geochemie und Mikrobiologie sowie den Zusammenhang zu Bodenfunktionen mit ein. Das resultierende GDGl/PDGl System und komplexe Mikro-makro Probleme können nicht mit Standardsoftware gelöst werden. Die Anzahl der Spezies, die Nichtlinearitäten der Prozesse und die Heterogenität des Mediums führen zu hohem Rechenaufwand, der hochgenaue und effiziente Diskretisierungstechniken und Lösungsverfahren erfordert. Darüber hinaus sollen anspruchsvolle numerische Mehrskalenmethoden angewandt werden. Dennoch kann es nicht das Ziel unserer Simulationen sein, die Realität detailgetreu nachzubilden. Vielmehr zielen wir darauf ab, Einflussfaktoren und Prozessmechanismen darzustellen, zu vergleichen und aufzudecken, indem wir relevante Prozesse abstrahieren.
    →Mehr Informationen
  • Mechanistische, integrative Mehrskalenmodellierung der Umwandlung von Bodenmikroaggregaten

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 01-11-2019 - 31-10-2022
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
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  • Grenzflächen, komplexe Strukturen und singuläre Limiten in der Kontinuumsmechanik

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)

    Laufzeit: 01-04-2018 - 30-09-2022
    Mittelgeber: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
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  • Mechanistische Modellierung der Formation und Konsolidierung von Mikroaggregaten in Böden

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: DFG RU 2179 “MAD Soil - Microaggregates: Formation and turnover of the structural building blocks of soils”
    Laufzeit: 01-01-2016 - 31-12-2019
    Mittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
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  • DAAD Projektbezogener Personenaustausch mit Norwegen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 01-01-2016 - 31-12-2017
    Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)
    Abstract

    Homogenisierung reaktiven Transports in variablen Mikrostrukturen

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Talks

  • 30.05. – 02.06.2022: 14th International Conference on Porous Media & Annual Meeting, online participation
  • 23. – 27.05.2022: European Geosciences Union General Assembly 2022, Vienna/Austria (hybrid)
  • 21. – 24.06.2021: SIAM Conference on Mathematical and Computational Issues in the Geosciences, online
  • 31.05. – 04.06.2021: 13th International Conference on Porous Media & Annual Meeting, online
  • 15. – 19.03.2021: Oberwolfach Workshop on Homogenization theory: periodic and beyond, Oberwolfach/Germany
  • 01. – 02.01.2021: InterPore German Chapter Meeting 2021, online
  • 06. – 10.05.2019: 11th International Conference on Porous Media & Annual Meeting, Valencia/Spain
  • 07. – 12.04.2019: European Geosciences Union General Assembly 2019, Vienna/Austria
  • 10. – 14.03.2019: SIAM Conference on Mathematical and Computational Issues in the Geosciences, Houston/Texas/USA
  • 26.08. – 01.09.2018: Oberwolfach Workshop on Reactive Flows in Deformable, Complex Media , Oberwolfach/Germany
  • 03. – 07.06.2018: Computational Methods in Water Resources (CMWR 2018), Saint Malo/France
  • 11. – 14.09.2017: SIAM Conference on Mathematical and Computational Issues in the Geosciences, Erlangen/Germany
  • 13.08. – 18.08.2017: Goldschmidt Conference, Paris/France
  • 22.08.2016: Seminar talk, University of Bergen, Bergen/Norway
  • 19. – 24.06.2016: Computational Methods in Water Resources (CMWR 2016), Toronto/Canada
  • 17. – 22.04.2016: European Geosciences Union General Assembly 2016, Vienna/Austria
  • 29.06. – 02.07.2015: SIAM Conference on Mathematical and Computational Issues in the Geosciences, Stanford/USA
  • 18. -21.05.2015: 7th International Conference on Porous Media & Annual Meeting, Padova/Italy
  • 21. – 27.09.2014: Oberwolfach Workshop on Reactive Flows in Deformable, Complex Media , Oberwolfach/Germany
  • 10. – 13.07.2014: Computational Methods in Water Resources (CMWR 2014), Stuttgart/Germany
  • 22.05.2014: Seminar talk, University of Augsburg/Germany
  • 21. – 25.05.2013: 5th International Conference on Porous Media & Annual Meeting, Prague/Czech Republic
  • 17. – 23.03.2013: Oberwolfach Workshop on Interplay of Theory and Numerics for Deterministic and Stochastic Homogenization, Oberwolfach/Germany
  • 24./25.04.2012: International SimTech Symposium Mathematical Modeling: Contact Mechanics, Phase Transitions, Multiscale Problems, Stuttgart/Germany
  • 07. – 10.08.2012: SIAM Conference on the Life Sciences, San Diego/California/USA
  • 26.03.2012: Seminar talk, University of Bergen, Bergen/Norway
  • 13. – 15.06.2011: The Mathematics of Porous Media, Split/Croatia
  • 25.03.2011: SIAM Conference on Mathematical and Computational Issues in the Geosciences, Long Beach/California/USA
  • 08.11.2010: Colloid Workshop, Erlangen/Germany
  • 10.10.2010: International Workshop on Modeling, Simulation, and Optimization, Erlangen/Germany
  • 15.09.2010: CASA Seminar, University of Eindhoven, Eindhoven/The Netherlands
  • 25. – 28.05.2010: 8th AIMS Conference on Dynamical Systems, Differential Equations, and Applications, Dresden/Germany
  • 05. – 07.10.2009: International Conference on Non-linearities and Upscaling in Porous Media, Stuttgart/Germany


Posters

  • 06. -10.05.2019: 11th International Conference on Porous Media & Annual Meeting, Valencia/Spain
  • 14. – 17.02.2011: Analytical and numerical methods for multiscale systems, Heidelberg/Germany
  • 15. – 18.06.2009: SIAM Conference on Mathematical and Computational Issues in the Geosciences, Leipzig/Germany

Participated Conferences und Courses

  • 31.08. -04.09.2020: 12th International Conference on Porous Media & Annual Meeting, online
  • 25. – 30.09.2011: Riemann International School of Mathematics Multiphase and Multiphysics Problems, Verbania/Italy
  • 24./25.2.2009: Season School Reactive transport in porous media: Models, analysis, and simulation, Jena/Germany
  • 19. – 24.4.2009: General European Geoscience Union (EGU), Wien/Austria
  • 09. – 13.02.2009: 80th Annual Meeting of the International Association for Applied Mathematics and Mechanics (GAMM), Danzig/Poland

Starting in winter semester 2022/23:
B.Sc. Data Science at KU Eichstätt-Ingolstadt — Further Information: Flyer (DE), Flyer (EN), Poster (DE), Poster (EN)

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Certificate for Teaching in Higher Education of the Bavarian Universities

  • 11/2019: Evaluationen und Umfragen mit StudOn
  • 11/2019: Die Tafel professionell nutzen
  • 09/2019: Vielfalt in der Lehre: Umgang mit Beeinträchtigungen
  • 09/2019: Mathematik-Aufgaben digital gestalten (Einführungskurs in STACK)
  • 06/2019: Schneller, höher, weiter – studentische Arbeitsgruppen und Projektteams wirksam
    (an)leiten
  • 06/2019: Examining and Assessing in English
  • 05/2019: Presenting in English
  • 05/2019: Grundlagen der Hochschuldidaktik – Planung einer Lehrveranstaltung

Further Seminars

  • 07/2015: Basics of business administration, RTG 1773
  • 03/2015: Conflict management and conversational skills, RTG 1773
  • 02/2012: Public relations in science, Graduate school FAU
  • 07/2011: Negotiation skills, Deutsche Telekom Stiftung
  • 02/2011: Presentation Skills, Deutsche Telekom Stiftung
  • 12/2010: Time management and management in teaching, Graduate school FAU
  • 03/2010: Project and  time management, Deutsche Telekom Stiftung
  • 09/2009: Team and leadership competence in science and beyond; Networking for researchers, Deutsche Telekom Stiftung
  • 05/2009: Intercultural Communication Workshop, Deutsche Telekom Stiftung

Just available in English.

 

Links

  • B.Sc. Data Science at KU Eichstätt-Ingolstadt
  • DFG priority program SPP 2089 — Rhizosphere Spatiotemporal Organisation
  • DFG Reserach Unit 2179 „MadSoil“ — Microaggregates: formation and turnover of the structural building blocks of soils
  • DFG Research Training Group 2339 „IntComSin“ — Interfaces, Complex Structures, and Singular Limits
  • MIDS, KU Eichstätt-Ingolstadt
  • Deutsche Telekom Stiftung
  • Studienstiftung des deutschen Volkes
  • Büro für Gender und Diversity der FAU
  • Graduiertenzentrum der FAU

 

 

Friedrich-Alexander-Universität
Department Mathematik

Cauerstraße 11
91058 Erlangen
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