@phdthesis{Heybl2016, author = {Heybl, Christine}, title = {Der Klimawandel}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-102442}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {293}, year = {2016}, abstract = {Was ist Gerechtigkeit? Wie k{\"o}nnten gerechte Regelungen aussehen f{\"u}r die Katastrophen und Leiden, die der Klimawandel ausl{\"o}st bzw. ausl{\"o}sen wird? Diese sind h{\"a}ufig ungerecht, weil sie oft deutlich st{\"a}rker diejenigen treffen, die am wenigsten zur Klimaver{\"a}nderung beigetragen haben. Doch was genau verstehen wir unter dem Schlagwort: ‚Klimawandel'? Und kann dieser wirklich den Menschen direkt treffen? Ein kurzer naturwissenschaftlicher Abriss kl{\"a}rt hier die wichtigsten Fragen. Da es sich hierbei um eine philosophische Arbeit handelt, muss zun{\"a}chst gekl{\"a}rt werden, ob der Mensch {\"u}berhaupt die Ursache von so etwas sein kann wie z.B. der Klimaerw{\"a}rmung. Robert Spaemanns These dazu ist, dass der Mensch durch seinen freien Willen mit seinen Einzelhandlungen das Weltgeschehen ver{\"a}ndern kann. Hans Jonas f{\"u}gt dem hinzu, dass wir durch diese F{\"a}higkeit, verantwortlich sind f{\"u}r die gewollten und ungewollten Folgen unserer Handlungen. Damit w{\"a}re aus naturwissenschaftlicher Sicht (1. Teil der Arbeit) und aus philosophischer Sicht (Anfang 2. Teil) gekl{\"a}rt, dass der Mensch mit gr{\"o}ßter Wahrscheinlichkeit die Ursache des Klimawandels ist und diese Verursachung moralische Konsequenzen f{\"u}r ihn hat. Ein philosophischer Gerechtigkeitsbegriff wird aus der Kantischen Rechts- und Moralphilosophie entwickelt, weil diese die einzige ist, die dem Menschen {\"u}berhaupt ein Recht auf Rechte zusprechen kann. Diese entspringt der transzendentalen Freiheitsf{\"a}higkeit des Menschen, weshalb jedem das Recht auf Rechte absolut und immer zukommt. Gleichzeitig m{\"u}ndet Kants Philosophie wiederum in dem Freiheitsgedanken, indem Gerechtigkeit nur existiert, wenn alle Menschen gleichermaßen frei sein k{\"o}nnen. Was heißt das konkret? Wie k{\"o}nnte Gerechtigkeit in der Realit{\"a}t wirklich umgesetzt werden? Die Realisierung schl{\"a}gt zwei Grundrichtungen ein. John Rawls und Stefan Gosepath besch{\"a}ftigen sich u.a. eingehend mit der prozeduralen Gerechtigkeit, was bedeutet, dass gerechte Verfahren gefunden werden, die das gesellschaftliche Zusammenleben regeln. Das leitende Prinzip hierf{\"u}r ist vor allem: ein Mitbestimmungsrecht aller, so dass sich im Prinzip alle B{\"u}rger ihre Gesetze selbst geben und damit frei handeln. In Bezug auf den Klimawandel steht die zweite Ausrichtung im Vordergrund - die distributive oder auch Verteilungs-Gerechtigkeit. Materielle G{\"u}ter m{\"u}ssen so aufgeteilt werden, dass auch trotz empirischer Unterschiede alle Menschen als moralische Subjekte anerkannt werden und frei sein k{\"o}nnen. Doch sind diese philosophischen Schlussfolgerungen nicht viel zu abstrakt, um auf ein ebenso schwer fassbares und globales Problem wie den Klimawandel angewendet zu werden? Was k{\"o}nnte daher eine Klimagerechtigkeit sein? Es gibt viele Gerechtigkeitsprinzipien, die vorgeben, eine gerechte Grundlage f{\"u}r die Klimaprobleme zu bieten wie z.B. das Verursacherprinzip, das F{\"a}higkeitsprinzip oder das Grandfathering-Prinzip, bei dem die Hauptverursacher nach wie vor am meisten emittieren d{\"u}rfen (dieses Prinzip leitete die bisherigen internationalen Verhandlungen). Das Ziel dieser Arbeit ist, herauszufinden, wie die Klimaprobleme gel{\"o}st werden k{\"o}nnen, so dass f{\"u}r alle Menschen unter allen Umst{\"a}nden die universellen Menschenrechte her- und sichergestellt werden und diese frei und moralisch handeln k{\"o}nnen. Die Schlussfolgerung dieser Arbeit ist, dass Kants Gerechtigkeitsbegriff durch eine Kombination des Subsistenzemissions-Rechts, des Greenhouse-Development-Rights-Principles (GDR-Prinzip) und einer internationalen Staatlichkeit durchgesetzt werden k{\"o}nnte. Durch das Subsistenzemissions-Recht hat jeder Mensch das Recht, so viel Energie zu verbrauchen und damit zusammenh{\"a}ngende Emissionen zu produzieren, dass er ein menschenw{\"u}rdiges Leben f{\"u}hren kann. Das GDR-Prinzip errechnet den Anteil an der weltweiten Gesamtverantwortung zum Klimaschutz eines jeden Landes oder sogar eines jeden Weltb{\"u}rgers, indem es die historischen Emissionen (Klimaschuld) zu der jetzigen finanziellen Kapazit{\"a}t des Landes/ des Individuums (Verantwortungsf{\"a}higkeit) hinzuaddiert. Die Implementierung von internationalen Gremien wird verteidigt, weil es ein globales, grenz{\"u}berschreitendes Problem ist, dessen Effekte und dessen Verantwortung globale Ausmaße haben. Ein schlagendes Argument f{\"u}r fast alle Klimaschutzmaßnahmen ist, dass sie Synergien aufweisen zu anderen gesellschaftlichen Bereichen aufweisen wie z.B. Gesundheit und Armutsbek{\"a}mpfung, in denen auch noch um die Durchsetzung unserer Menschenrechte gerungen wird. Ist dieser L{\"o}sungsansatz nicht v{\"o}llig utopisch? Dieser Vorschlag stellt f{\"u}r die internationale Gemeinschaft eine große Herausforderung dar, w{\"a}re jedoch die einzig gerechte L{\"o}sung unserer Klimaprobleme. Des Weiteren wird an dem Kantischen Handlungsgrundsatz festgehalten, dass das ewige Streben auf ideale Ziele hin, die beste Verwirklichung dieser durch menschliche, fehlbare Wesen ist.}, language = {de} } @phdthesis{Roers2016, author = {Roers, Michael}, title = {Methoden zur Dynamisierung von Klimafolgenanalysen im Elbegebiet}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-98844}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {xiii, 141}, year = {2016}, abstract = {Die Elbe und ihr Einzugsgebiet sind vom Klimawandel betroffen. Um die Wirkkette von projizierten Klimaver{\"a}nderungen auf den Wasserhaushalt und die daraus resultierenden N{\"a}hrstoffeintr{\"a}ge und -frachten f{\"u}r große Einzugsgebiete wie das der Elbe zu analysieren, k{\"o}nnen integrierte Umweltmodellsysteme eingesetzt werden. Fallstudien, die mit diesen Modellsystemen ad hoc durchgef{\"u}hrt werden, repr{\"a}sentieren den Istzustand von Modellentwicklungen und -unsicherheiten und sind damit statisch. Diese Arbeit beschreibt den Einstieg in die Dynamisierung von Klimafolgenanalysen im Elbegebiet. Dies umfasst zum einen eine Plausibilit{\"a}tspr{\"u}fung von Auswirkungsrechnungen, die mit Szenarien des statistischen Szenariengenerators STARS durchgef{\"u}hrt wurden, durch den Vergleich mit den Auswirkungen neuerer Klimaszenarien aus dem ISI-MIP Projekt, die dem letzten Stand der Klimamodellierung entsprechen. Hierf{\"u}r wird ein integriertes Modellsystem mit "eingefrorenem Entwicklungsstand" verwendet. Die Klimawirkungsmodelle bleiben dabei unver{\"a}ndert. Zum anderen wird ein Bestandteil des integrierten Modellsystems - das {\"o}kohydrologische Modell SWIM - zu einer "live"-Version weiterentwickelt. Diese wird durch punktuelle Testung an langj{\"a}hrigen Versuchsreihen eines Lysimeterstandorts sowie an aktuellen Abflussreihen validiert und verbessert. Folgende Forschungsfragen werden bearbeitet: (i) Welche Effekte haben unterschiedliche Klimaszenarien auf den Wasserhaushalt im Elbegebiet und ist eine Neubewertung der Auswirkung des Klimawandels auf den Wasserhaushalt notwendig?, (ii) Was sind die Auswirkungen des Klimawandels auf die N{\"a}hrstoffeintr{\"a}ge und -frachten im Elbegebiet sowie die Wirksamkeit von Maßnahmen zur Reduktion der N{\"a}hrstoffeintr{\"a}ge?, (iii) Ist unter der Nutzung (selbst einer sehr geringen Anzahl) verf{\"u}gbarer tagesaktueller Witterungsdaten in einem stark heterogenen Einzugsgebiet eine valide Ansprache der aktuellen {\"o}kohydrologischen Situation des Elbeeinzugsgebiets m{\"o}glich? Die aktuellen Szenarien best{\"a}tigen die Richtung, jedoch nicht das Ausmaß der Klimafolgen: Die R{\"u}ckg{\"a}nge des mittleren j{\"a}hrlichen Gesamtabflusses und der monatlichen Abfl{\"u}sse an den Pegeln bis Mitte des Jahrhunderts betragen f{\"u}r das STARS-Szenario ca. 30 \%. Die R{\"u}ckg{\"a}nge bei den auf dem ISI-MIP-Szenario basierenden Modellstudien liegen hingegen nur bei ca. 10 \%. Hauptursachen f{\"u}r diese Divergenz sind die Unterschiede in den Niederschlagsprojektionen sowie die Unterschiede in der jahreszeitlichen Verteilung der Erw{\"a}rmung. Im STARS-Szenario gehen methodisch bedingt die Niederschl{\"a}ge zur{\"u}ck und der Winter erw{\"a}rmt sich st{\"a}rker als der Sommer. In dem ISI-MIP-Szenario bleiben die Niederschl{\"a}ge nahezu stabil und die Erw{\"a}rmung im Sommer und Winter unterscheidet sich nur geringf{\"u}gig. Generell nehmen die N{\"a}hrstoffeintr{\"a}ge und -frachten mit den Abfl{\"u}ssen in beiden Szenarien unterproportional ab, wobei die Frachten jeweils st{\"a}rker als die Eintr{\"a}ge zur{\"u}ckgehen. Die konkreten Effekte der Abfluss{\"a}nderungen sind gering und liegen im einstelligen Prozentbereich. Gleiches gilt f{\"u}r die Unterschiede zwischen den Szenarien. Der Effekt von zwei ausgew{\"a}hlten Maßnahmen zur Reduktion der N{\"a}hrstoffeintr{\"a}ge und -frachten unterscheidet sich bei verschiedenen Abflussverh{\"a}ltnissen, repr{\"a}sentiert durch unterschiedliche Klimaszenarien in unterschiedlich feuchter Auspr{\"a}gung, ebenfalls nur geringf{\"u}gig. Die Beantwortung der ersten beiden Forschungsfragen zeigt, dass die Aktualisierung von Klimaszenarien in einem ansonsten "eingefrorenen" Verbund von {\"o}kohydrologischen Daten und Modellen eine wichtige Pr{\"u}foption f{\"u}r die Plausibilisierung von Klimafolgenanalysen darstellt. Sie bildet die methodische Grundlage f{\"u}r die Schlussfolgerung, dass bei der Wassermenge eine Neubewertung der Klimafolgen notwendig ist, w{\"a}hrend dies bei den N{\"a}hrstoffeintr{\"a}gen und -frachten nicht der Fall ist. Die zur Beantwortung der dritten Forschungsfrage mit SWIM-live durchgef{\"u}hrten Validierungsstudien ergeben Diskrepanzen am Lysimeterstandort und bei den Abfl{\"u}ssen aus den Teilgebieten Saale und Spree. Sie lassen sich zum Teil mit der notwendigen Interpolationsweite der Witterungsdaten und dem Einfluss von Wasserbewirtschaftungsmaßnahmen erkl{\"a}ren. Insgesamt zeigen die Validierungsergebnisse, dass schon die Pilotversion von SWIM-live f{\"u}r eine {\"o}kohydrologische Ansprache des Gebietswasserhaushaltes im Elbeeinzugsgebiet genutzt werden kann. SWIM-live erm{\"o}glicht eine unmittelbare Betrachtung und Beurteilung simulierter Daten. Dadurch werden Unsicherheiten bei der Modellierung direkt offengelegt und k{\"o}nnen infolge dessen reduziert werden. Zum einen f{\"u}hrte die Verdichtung der meteorologischen Eingangsdaten durch die Verwendung von nun ca. 700 anstatt 19 Klima- bzw. Niederschlagstationen zu einer Verbesserung der Ergebnisse. Zum anderen wurde SWIM-live beispielhaft f{\"u}r einen Zyklus aus punktueller Modellverbesserung und fl{\"a}chiger {\"U}berpr{\"u}fung der Simulationsergebnisse genutzt. Die einzelnen Teilarbeiten tragen jeweils zur Dynamisierung von Klimafolgenanalysen im Elbegebiet bei. Der Anlass hierf{\"u}r war durch die fehlerhaften methodischen Grundlagen von STARS gegeben. Die Sinnf{\"a}lligkeit der Dynamisierung ist jedoch nicht an diesen konkreten Anlass gebunden, sondern beruht auf der grundlegenden Einsicht, dass Ad-hoc-Szenarienanalysen immer auch pragmatische Vereinfachungen zugrunde liegen, die fortlaufend {\"u}berpr{\"u}ft werden m{\"u}ssen.}, language = {de} } @phdthesis{Olonscheck2016, author = {Olonscheck, Mady}, title = {Climate change impacts on electricity and residential energy demand}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-98378}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {XXIV, 127}, year = {2016}, abstract = {The energy sector is both affected by climate change and a key sector for climate protection measures. Energy security is the backbone of our modern society and guarantees the functioning of most critical infrastructure. Thus, decision makers and energy suppliers of different countries should be familiar with the factors that increase or decrease the susceptibility of their electricity sector to climate change. Susceptibility means socioeconomic and structural characteristics of the electricity sector that affect the demand for and supply of electricity under climate change. Moreover, the relevant stakeholders are supposed to know whether the given national energy and climate targets are feasible and what needs to be done in order to meet these targets. In this regard, a focus should be on the residential building sector as it is one of the largest energy consumers and therefore emitters of anthropogenic CO 2 worldwide. This dissertation addresses the first aspect, namely the susceptibility of the electricity sector, by developing a ranked index which allows for quantitative comparison of the electricity sector susceptibility of 21 European countries based on 14 influencing factors. Such a ranking has not been completed to date. We applied a sensitivity analysis to test the relative effect of each influencing factor on the susceptibility index ranking. We also discuss reasons for the ranking position and thus the susceptibility of selected countries. The second objective, namely the impact of climate change on the energy demand of buildings, is tackled by means of a new model with which the heating and cooling energy demand of residential buildings can be estimated. We exemplarily applied the model to Germany and the Netherlands. It considers projections of future changes in population, climate and the insulation standards of buildings, whereas most of the existing studies only take into account fewer than three different factors that influence the future energy demand of buildings. Furthermore, we developed a comprehensive retrofitting algorithm with which the total residential building stock can be modeled for the first time for each year in the past and future. The study confirms that there is no correlation between the geographical location of a country and its position in the electricity sector susceptibility ranking. Moreover, we found no pronounced pattern of susceptibility influencing factors between countries that ranked higher or lower in the index. We illustrate that Luxembourg, Greece, Slovakia and Italy are the countries with the highest electricity sector susceptibility. The electricity sectors of Norway, the Czech Republic, Portugal and Denmark were found to be least susceptible to climate change. Knowledge about the most important factors for the poor and good ranking positions of these countries is crucial for finding adequate adaptation measures to reduce the susceptibility of the electricity sector. Therefore, these factors are described within this study. We show that the heating energy demand of residential buildings will strongly decrease in both Germany and the Netherlands in the future. The analysis for the Netherlands focused on the regional level and a finer temporal resolution which revealed strong variations in the future heating energy demand changes by province and by month. In the German study, we additionally investigated the future cooling energy demand and could demonstrate that it will only slightly increase up to the middle of this century. Thus, increases in the cooling energy demand are not expected to offset reductions in heating energy demand. The main factor for substantial heating energy demand reductions is the retrofitting of buildings. We are the first to show that the given German and Dutch energy and climate targets in the building sector can only be met if the annual retrofitting rates are substantially increased. The current rate of only about 1 \% of the total building stock per year is insufficient for reaching a nearly zero-energy demand of all residential buildings by the middle of this century. To reach this target, it would need to be at least tripled. To sum up, this thesis emphasizes that country-specific characteristics are decisive for the electricity sector susceptibility of European countries. It also shows for different scenarios how much energy is needed in the future to heat and cool residential buildings. With this information, existing climate mitigation and adaptation measures can be justified or new actions encouraged.}, language = {en} } @phdthesis{Gutsch2016, author = {Gutsch, Martin}, title = {Model-based analysis of climate change impacts on the productivity of oak-pine forests in Brandenburg}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-97241}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {vii, 148}, year = {2016}, abstract = {The relationship between climate and forest productivity is an intensively studied subject in forest science. This Thesis is embedded within the general framework of future forest growth under climate change and its implications for the ongoing forest conversion. My objective is to investigate the future forest productivity at different spatial scales (from a single specific forest stand to aggregated information across Germany) with focus on oak-pine forests in the federal state of Brandenburg. The overarching question is: how are the oak-pine forests affected by climate change described by a variety of climate scenarios. I answer this question by using a model based analysis of tree growth processes and responses to different climate scenarios with emphasis on drought events. In addition, a method is developed which considers climate change uncertainty of forest management planning. As a first 'screening' of climate change impacts on forest productivity, I calculated the change in net primary production on the base of a large set of climate scenarios for different tree species and the total area of Germany. Temperature increases up to 3 K lead to positive effects on the net primary production of all selected tree species. But, in water-limited regions this positive net primary production trend is dependent on the length of drought periods which results in a larger uncertainty regarding future forest productivity. One of the regions with the highest uncertainty of net primary production development is the federal state of Brandenburg. To enhance the understanding and ability of model based analysis of tree growth sensitivity to drought stress two water uptake approaches in pure pine and mixed oak-pine stands are contrasted. The first water uptake approach consists of an empirical function for root water uptake. The second approach is more mechanistic and calculates the differences of soil water potential along a soil-plant-atmosphere continuum. I assumed the total root resistance to vary at low, medium and high total root resistance levels. For validation purposes three data sets on different tree growth relevant time scales are used. Results show that, except the mechanistic water uptake approach with high total root resistance, all transpiration outputs exceeded observed values. On the other hand high transpiration led to a better match of observed soil water content. The strongest correlation between simulated and observed annual tree ring width occurred with the mechanistic water uptake approach and high total root resistance. The findings highlight the importance of severe drought as a main reason for small diameter increment, best supported by the mechanistic water uptake approach with high root resistance. However, if all aspects of the data sets are considered no approach can be judged superior to the other. I conclude that the uncertainty of future productivity of water-limited forest ecosystems under changing environmental conditions is linked to simulated root water uptake. Finally my study aimed at the impacts of climate change combined with management scenarios on an oak-pine forest to evaluate growth, biomass and the amount of harvested timber. The pine and the oak trees are 104 and 9 years old respectively. Three different management scenarios with different thinning intensities and different climate scenarios are used to simulate the performance of management strategies which explicitly account for the risks associated with achieving three predefined objectives (maximum carbon storage, maximum harvested timber, intermediate). I found out that in most cases there is no general management strategy which fits best to different objectives. The analysis of variance in the growth related model outputs showed an increase of climate uncertainty with increasing climate warming. Interestingly, the increase of climate-induced uncertainty is much higher from 2 to 3 K than from 0 to 2 K.}, language = {en} }