Dr. Nadja Ray

PD Dr. Nadja Ray, Nachwuchsgruppenleiterin

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

Raum: Raum 04.336
Cauerstraße 11
91058 Erlangen

FAU-Nachwuchsgruppenleiterin (FAU-NGL)

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Education

  • 06/2016 – 07/2020: Habilitation in Applied Mathematics, Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg
  • 06/2016 – present: 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

  • 04/2020 – present: DFG temporary position for principal investigators
  • 01/2020 – present: Head of junior research group status
  • 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 – present 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

  • 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

  • 10/2016 – 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

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Research interests

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

Veröffentlichungen

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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.

  • DG Methoden und Parameterschätzer für Mikrostrukturmodelle in porösen Medien

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 01-01-2022 - 31-12-2023
    Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)

  • 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)

  • 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.

  • Mechanistische, integrative Mehrskalenmodellierung der Umwandlung von Bodenmikroaggregaten

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 01-11-2019 - 31-10-2022
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)

  • Grenzflächen, komplexe Strukturen und singuläre Limiten in der Kontinuumsmechanik

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)

    Laufzeit: 01-04-2018 - 30-09-2022
    Mittelgeber: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)

  • 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)

  • 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

Talks

  • 15. – 19.03.2021 Oberwolfach Workshop on Homogenization theory: periodic and beyond, Oberwolfach/Germany
  • 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

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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

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