Optimal designs for mixed effects poisson regression models

Magdeburg, Univ., Fak. für Mathematik, Diss., 2010

Aspekte der linearen Minimax-Schätzung

Es werde das lineare Regressionsmodell y = X b + e mit den ueblichen Bedingungen betrachtet. Weiter werde angenommen, dass der Parametervektor aus einem Ellipsoid stammt. Ein optimaler Schaetzer fuer den Parametervektor ist durch den Minimax-Schaetzer gegeben. Nach der entscheidungstheoretischen Formulierung des Minimax-Schaetzproblems werden mit dem Bayesschen Ansatz, Spektralen Methoden und der Darstellung von Hoffmann und Laeuter Wege zur Bestimmung des Minimax- Schaetzers dargestellt und in Beziehung gebracht. Eine Betrachtung von Modellen mit drei Einflussgroeßen und gemeinsamen Eigenvektor fuehrt zu einer Strukturierung des Problems nach der Vielfachheit des maximalen Eigenwerts. Die Bestimmung des Minimax-Schaetzers in einem noch nicht geloesten Fall kann auf die Bestimmung einer Nullstelle einer nichtlinearen reellwertigen Funktion gefuehrt werden. Es wird ein Beispiel gefunden, in dem die Nullstelle nicht durch Radikale angegeben werden kann. Durch das Intervallschachtelungs-Prinzip oder Newton-Verfahren ist die numerische Bestimmung der Nullstelle moeglich. Durch Entwicklung einer Fixpunktgleichung aus der Darstellung von Hoffmann und Laeuter war es in einer Simulation moeglich die angestrebten Loesungen zu finden.

Einfluss der Mensch-Tier-Beziehung auf die Eutergesundheit von Milchkühen

In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss der Mensch-Tier-Beziehung sowie verschiedener Managementmaßnahmen auf die Eutergesundheit der Milchviehherden von 46 Schweizer Betrieben, die am Bestandsbetreuungsprogramm mit Schwerpunkt Eutergesundheit „pro-Q“ teilnahmen, untersucht. Für die Charakterisierung der Mensch-Tier-Beziehung wurden Melkereinstellungen mittels Fragebögen, Melker- und Kuhverhalten beim Melken und die Ausweichdistanz der Kühe im Laufstall erfasst. Die Darstellung der Eutergesundheit erfolgte anhand der Milchleistungsprüfungsergebnisse der Betriebe über ein Jahr als durchschnittlicher Somatic Cell Score (SCS) und als Neuinfektionsrate. Zudem wurde über zytobakteriologische Analysen von Viertelgemelksproben aller laktierenden Kühe der Herden zeitnah am Untersuchungstag der Mensch-Tier-Beziehungserfassung der Herdenanteil zellzahlerhöhter Viertel (>100.000 Zellen /ml), der Anteil Mastitisviertel (>100.000 Zellen /ml und bakteriologisch positiv), und der Anteil Viertel mit Staphylococcus aureus-Befund errechnet. Hinsichtlich des Managements wurden 35 Faktoren, generiert aus Fragebögen und Stall- und Melkarbeitsbewertungen, in die Auswertungen einbezogen. Nach einer univariablen Vorauswahl von Faktoren wurden multivariate Regressionsmodelle und ein Multilevel-Regressionsmodell zu Analysen der Einflüsse auf die Ausweichdistanz und die fünf Eutergesundheitsvariablen berechnet. Als signifikant mit einer geringeren Ausweichdistanz der Kühe assoziierte Faktoren zeigten sich (1) die positive Einstellung der Melker zur Bedeutung des Kontaktes zum Tier, (2) die Bedingung, dass alle Melker alle Kühe kannten, (3) die Selektion auf Umgänglichkeit als Zuchtstrategie, (4) eine großzügige Dimensionierung der Liegefläche und (5) eine längere allgemeine Kontaktzeit zum Tier innerhalb der Arbeitsroutine. Einflüsse auf die Eutergesundheitsvariablen zeigten verschiedene Kombinationen von Faktoren: Unter den Mensch-Tier-Beziehungsvariablen stellte sich der Anteil positiver Interaktionen des Melkers mit den Kühen beim Melken als häufigster Prädiktor für eine bessere Eutergesundheit (SCS sowie Anteil zellzahlerhöhter und Mastitisviertel) heraus. Zudem zeigte eine geringere Ausweichdistanz signifikante Zusammenhänge mit einem geringeren Anteil zellzahlerhöhter Viertel, aber auch, entgegen der Arbeitshypothese, mit einem höheren Anteil Viertel mit Staphylococcus aureus-Befund. Ausschlagen der Kühe im Melkstand trat signifikant häufiger in Betrieben mit einer höheren Neuinfektionsrate auf. Eine längere Kontaktzeit pro Tier und Tag in der Arbeitsroutine war mit einem geringeren Anteil von Vierteln mit Staphylococcus aureus-Befund verbunden. Darüber hinaus zeigten sich folgende Tier- und Managementfaktoren als signifikante Risikofaktoren für die Eutergesundheit: (1) Rasse, insbesondere Holstein, für SCS, Neuinfektionsrate und Anteil Mastitisviertel, (2) Alter der Kühe anhand der Laktationsnummern für SCS und Anteil Mastitisviertel, (3) Anzahl Neuinfektionen einer Kuh für den SCS, (4) Luftsaugen beim Melkzeug-Anhängen und (5) eine fehlende Separierung kranker Kühe für die Neuinfektionsrate, (6) eine großzügig dimensionierte Liegefläche für den Anteil Mastitisviertel, (7) das aktive Treiben trächtiger Rinder durch den Melkstand zur Gewöhnung und (8) die Verwendung von demselben Euterreinigungsmaterial für mehrere Kühe für den Anteil Viertel mit Staphylococcus aureus-Befund. Die Mensch-Tier-Beziehung ist somit relevant für die Eutergesundheit, insbesondere für die Höhe der Zellzahlen, während das Risiko für Neuinfektionen, die zu Euterentzündungen führen, vornehmlich durch Managementfaktoren beeinflusst wird. Folglich wäre es sinnvoll, den Themenkomplex der Mensch-Tier-Beziehung zukünftig vermehrt in die Beratung von Bestandesbetreuungsprogrammen einzubeziehen.

Influence of habitat and climate change on European bird communities

Die Fragmentierung von Waldgebieten, der Verlust geeigneter Habitate, die Invasion exotischer Arten und globale Klimaveränderung haben auf Artengemeinschaften erhebliche Auswirkungen. Vögel dienen in vielen Fällen als Indikatorarten für Umweltveränderungen und, besonders, für Veränderungen im Zusammenhang mit globaler Erwärmung. In meiner Arbeit habe ich zuerst einen Literaturüberblick über die Auswirkungen globaler Klimaveränderung auf die Verbreitungsgebiete, den Artenreichtum und die Zusammensetzung von Vogelgemeinschaften dargestellt. Zahlreiche Untersuchungen zeigen, daß die Grenzen der Verbreitungsgebiete der meisten Vogelarten mit klimatischen Faktoren korrelieren. Verschiebungen der Verbreitungsgebiete in nördliche Richtung oder in höhere Regionen im Gebirge konnten bereits für viele temperate Vogelarten beobachtet werden. Weiterhin wurde ein zunehmender Artenreichtum besonders in nördlichen Breiten und in höheren Lagen für viele temperate Vogelgemeinschaften vorhergesagt. In trockenen Gebieten ist dagegen mit einer Abnahme des Artenreichtums zu rechnen. Im zweiten Teil meiner Arbeit habe ich untersucht, ob beobachtete Veränderungen in der Zusammensetzung europäischer Vogelgemeinschaften tatsächlich durch aktuelle Klimaveränderungen beeinflußt werden. Das Zugverhalten der Arten war dabei ein Schwerpunkt der Untersuchung, weil zu erwarten war, daß Vogelarten mit verschiedenem Zugverhalten unterschiedlich auf Klimaveränderungen reagieren. Ich habe ein Regressionsmodell genutzt, welches die räumliche Beziehung zwischen dem Anteil von Langstreckenziehern, Kurzstreckenziehern und Standvögeln in europäischen Vogelgemeinschaften und verschiedenen Klimavariablen beschreibt. Für 21 Gebiete in Europa habe ich Daten über beobachtete Veränderungen in der Struktur der Vogelgemeinschaften und isochrone Klimaveränderungen zusammengetragen. Mit Hilfe dieser Klimaveränderungen und dem räumlichen Regressionsmodell konnte ich berechnen, welche Veränderungen in den Vogelgemeinschaften aufgrund der veränderten Klimabedingungen zu erwarten wären und sie mit beobachteten Veränderungen vergleichen. Beobachtete und berechnete Veränderungen korrelierten signifikant miteinander. Die beobachteten Veränderungen konnten nicht durch räumliche Autokorrelationseffekte oder durch alternative Faktoren, wie z.B. Veränderungen in der Landnutzung, erklärt werden. Im dritten Teil der Arbeit untersuchte ich für eine mitteleuropäische Vogelgemeinschaft welchen Einfluß Habitatveränderungen, die Invasion exotischer Arten und die Klimaveränderung auf Veränderungen der Häufigkeit und Verbreitungsgröße der 159 Vogelarten am Bodensee zwischen 1980-1981 und 2000-2002 hatten. Dabei konnte gezeigt werden, daß Veränderungen in der regionalen Abundanz sowohl durch Habitatveränderungen als auch durch Klimavänderungen hervorgerufen wurden. Exotische Arten schienen in dieser Zeit keinen bedeutenden Einfluß zu haben. Besonders bei Agrarlandarten, Arten mit nördlicheren Verbreitungsgebieten und bei Langstreckenziehern konnten signifikante Abnahmen in der Abundanz beobachtet werden. Vor allem die anhaltenden negativen Bestandsveränderungen bei Langstreckenziehern und die in den letzten zehn Jahren aufgetretenen Abnahmen nördlicher verbreiteter Vogelarten deuten darauf hin, daß die Klimaveränderung aktuell als der größte Einfluß für Vögel in Europa angesehen werden muß. Insgesamt zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit, daß sich der anhaltende Druck auf die Umwelt in erster Linie durch Habitat- und Klimaveränderungen manifestiert.

Die Rolle der Globalstrahlung im Klimasystem Südwestdeutschlands

Die Untersuchungen umfassen die Periode 1981 – 2000 und basieren hauptsächlich auf Daten des Deutschen Wetterdienstes (DWD). Relativwerte der Globalstrahlung beziehen sich auf die Rayleigh-Atmosphäre. Das Regressionsmodell nach Angström ermöglicht die Erweiterung des Meßnetzes. In linearer und nichtlinearer Regression und Korrelation ist die Globalstrahlung entweder abhängige (Sonnenscheindauer, Bewölkung) oder unabhängige Variable (Lufttemperatur, Bodentemperatur). Ihre Intensität in Abhängigkeit von Großwetterlagen, Großwettertypen und Luftmassen wird diskutiert. Diesbezüglich werden mit der Linearen Diskriminanzanalyse ähnliche Großwetterlagen und Stationen in signifikant unterschiedenen Gruppen zusammengefaßt, getrennt nach Sommer- und Winterhalbjahr. Abhängig von der Zeit betrachtet, enthalten Globalstrahlung, direkte und diffuse Sonnenstrahlung, Lufttemperatur, Bewölkung und Niederschlag signifikante zyklische Variationen, die gegebenenfalls klimatologisch relevant sind. Weiteren Aufschluß ergeben deshalb die Zeitreihenanalysen. Autokorrelation-Spektralanalysen (ASA) der genannten Variablen werden in integrierten Spektren dargestellt. Hinweise auf die zeitliche Konstanz signifikanter Varianzmaxima enthalten die Spektren der dynamischen (gleitenden) ASA.

Determinanten kognitiver Angstmanifestation während schulischer Tests: Eine Längsschnittstudie

Theoretischer Hintergrund und Fragestellung: Schulische Tests dienen der Feststellung von Wissen und Können. Wie jede Messung kann auch diese durch Störvariablen verzerrt werden. Während Tests erlebte Angst ist ein solcher potentieller Störeinfluss: Angst kann Testleistungen beinträchtigen, da sie sich hinderlich auf die Informationsverarbeitung auswirken kann (Störung des Wissensabrufs und des Denkens; Zeidner, 1998). Dieser kognitiven Angstmanifestation (Rost & Schermer, 1997) liegt die angstbedingte automatische Aufmerksamkeitsorientierung auf aufgaben-irrelevante Gedanken während der Testbearbeitung zugrunde (Eysenck, Derakshan, Santos & Calvo, 2007). Es hat sich allerdings gezeigt, dass Angst nicht grundsätzlich mit Testleistungseinbußen einhergeht (Eysenck et al., 2007). Wir gehen davon aus, dass die Kapazität zur Selbstkontrolle bzw. Aufmerksamkeitsregulation (Baumeister, Muraven & Tice, 2000; Schmeichel & Baumeister, 2010) ein Faktor ist, der bedingt, wie stark kognitive Angstmanifestation während Tests und damit zusammenhängende Leistungseinbußen auftreten. Ängstliche Lernende mit höherer Aufmerksamkeitsregulationskapazität sollten ihrer automatischen Aufmerksamkeitsorientierung auf aufgaben-irrelevante Gedanken erfolgreicher entgegensteuern und ihre Aufmerksamkeit weiterhin auf die Aufgabenbearbeitung richten können. Dem entsprechend sollten sie trotz Angst weniger kognitive Angstmanifestation während Tests erleben als ängstliche Lernende mit geringerer Aufmerksamkeitsregulationskapazität. Auch die Selbstwirksamkeitserwartung und das Selbstwertgefühl sind Variablen, die in der Vergangenheit mit der Bewältigung von Angst und Stress in Verbindung gebracht wurden (Bandura, 1977; Baumeister, Campbell, Krueger & Vohs, 2003). Daher wurden diese Variablen als weitere Prädiktoren berücksichtigt. Es wurde die Hypothese getestet, dass die dispositionelle Aufmerksamkeitsregulationskapazität über die dispositionelle Selbstwirksamkeitserwartung und das dispositionelle Selbstwertgefühl hinaus Veränderungen in der kognitiven Angstmanifestation während Mathematiktests in einer Wirtschaftsschülerstichprobe vorhersagt. Es wurde des Weiteren davon ausgegangen, dass eine indirekte Verbindung zwischen der Aufmerksamkeitsregulationskapazität und der Veränderung in den Mathematiknoten, vermittelt über die Veränderung in der kognitiven Angstmanifestation, besteht. Methode: Einhundertachtundfünfzig Wirtschaftsschüler bearbeiteten im September 2011 (T1) einen Fragebogen, der die folgenden Messungen enthielt:-Subskala Kognitive Angstmanifestation aus dem Differentiellen Leistungsangstinventar (Rost & Schermer, 1997) bezogen auf Mathematiktests (Sparfeldt, Schilling, Rost, Stelzl & Peipert, 2005); Alpha = .90; -Skala zur dispositionellen Aufmerksamkeitsregulationskapazität (Bertrams & Englert, 2013); Alpha = .88; -Skala zur Selbstwirksamkeitserwartung (Schwarzer & Jerusalem, 1995); Alpha = .83; -Skala zum Selbstwertgefühl (von Collani & Herzberg, 2003); Alpha = .83; -Angabe der letzten Mathematikzeugnisnote. Im Februar 2012 (T2), also nach 5 Monaten und kurz nach dem Erhalt des Halbjahreszeugnisses, gaben die Schüler erneut ihre kognitive Angstmanifestation während Mathematiktests (Alpha = .93) und ihre letzte Mathematikzeugnisnote an. Ergebnisse: Die Daten wurden mittels Korrelationsanalyse, multipler Regressionsanalyse und Bootstrapping ausgewertet. Die Aufmerksamkeitsregulationskapazität, die Selbstwirksamkeitserwartung und das Selbstwertgefühl (alle zu T1) waren positiv interkorreliert, r= .50/.59/.59. Diese Variablen wurden gemeinsam als Prädiktoren in ein Regressionsmodell zur Vorhersage der kognitiven Angstmanifestation zu T2 eingefügt. Gleichzeitig wurde die kognitive Angstmanifestation zu T1 konstant gehalten. Es zeigte sich, dass die Aufmerksamkeitsregulationskapazität erwartungskonform die Veränderungen in der kognitiven Angstmanifestation vorhersagte, Beta = -.21, p= .02. Das heißt, dass höhere Aufmerksamkeitsregulationskapazität zu T1 mit verringerter kognitiver Angstmanifestation zu T2 einherging. Die Selbstwirksamkeitserwartung, Beta = .12, p= .14, und das Selbstwertgefühl, Beta = .05, p= .54, hatten hingegen keinen eigenen Vorhersagewert für die Veränderungen in der kognitiven Angstmanifestation. Des Weiteren ergab eine Mediationsanalyse mittels Bootstrapping (bias-corrected bootstrap 95% confidence interval, 5000 resamples; siehe Hayes & Scharkow, in press), dass die Aufmerksamkeitsregulationskapazität (T1), vermittelt über die Veränderung in der kognitiven Angstmanifestation, indirekt mit der Veränderung in der Mathematikleistung verbunden war (d.h. das Bootstrap-Konfidenzintervall schloss nicht die Null ein; CI [0.01, 0.24]). Für die Selbstwirksamkeitserwartung und das Selbstwertgefühl fand sich keine analoge indirekte Verbindung zur Mathematikleistung. Fazit: Die Befunde verweisen auf die Bedeutsamkeit der Aufmerksamkeitsregulationskapazität für die Bewältigung kognitiver Angstreaktionen während schulischer Tests. Losgelöst von der Aufmerksamkeitsregulationskapazität scheinen positive Erwartungen und ein positives Selbstbild keine protektive Wirkung hinsichtlich der leistungsbeeinträchtigenden kognitiven Angstmanifestation während Mathematiktests zu besitzen.

The Effect of Climate Variability on Main Components of Cow Milk in Iran

The main purpose of this study is to assess the relationship between six bioclimatic indices for cattle (temperature humidity (THI), environmental stress (ESI), equivalent temperature (ESI), heat load (HLI), modified heat load (HLInew) and respiratory rate predictor(RRP)) and fundamental milk components (fat, protein, and milk yield) considering uncertainty. The climate parameters used to calculate the climate indices were taken from the NASA-Modern Era Retrospective-Analysis for Research and Applications (NASA-MERRA) reanalysis from 2002 to 2010. Cow milk data were considered for the same period from April to September when cows use natural pasture, with possibility for cows to choose to stay in the barn or to graze on the pasture in the pasturing system. The study is based on a linear regression analysis using correlations as a summarizing diagnostic. Bootstrapping is used to represent uncertainty estimation through resampling in the confidence intervals. To find the relationships between climate indices (THI, ETI, HLI, HLInew, ESI and RRP) and main components of cow milk (fat, protein and yield), multiple liner regression is applied. The least absolute shrinkage selection operator (LASSO) and the Akaike information criterion (AIC) techniques are applied to select the best model for milk predictands with the smallest number of climate predictors. Cross validation is used to avoid over-fitting. Based on results of investigation the effect of heat stress indices on milk compounds separately, we suggest the use of ESI and RRP in the summer and ESI in the spring. THI and HLInew are suggested for fat content and HLInew also is suggested for protein content in the spring season. The best linear models are found in spring between milk yield as predictands and THI, ESI,HLI, ETI and RRP as predictors with p-value < 0.001 and R2 0.50, 0.49. In summer, milk yield with independent variables of THI, ETI and ESI show the highest relation (p-value < 0.001) with R2 (0.69). For fat and protein the results are only marginal. It is strongly suggested that new and significant indices are needed to control critical heat stress conditions that consider more predictors of the effect of climate variability on animal products, such as sunshine duration, quality of pasture, the number of days of stress (NDS), the color of skin with attention to large black spots, and categorical predictors such as breed, welfare facility, and management system. This methodology is suggested for studies investigating the impacts of climate variability/change on food quality/security, animal science and agriculture using short term data considering uncertainty or data collection is expensive, difficult, or data with gaps.