@phdthesis{Fuessel2003,
  author    = {F{\"u}ssel, Hans-Martin},
  title     = {Impacts analysis for inverse integrated assessments of climate change},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0001089},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2003},
  abstract  = {Diese Dissertation beschreibt die Entwicklung und Anwendung des Klimawirkungsmoduls des ICLIPS-Modells, eines integrierten Modells des Klimawandels ('Integrated Assessment'-Modell). Vorangestellt ist eine Diskussion des gesellschaftspolitischen Kontexts, in dem modellbasiertes 'Integrated Assessment' stattfindet, aus der wichtige Anforderungen an die Spezifikation des Klimawirkungsmoduls abgeleitet werden. Das 'Integrated Assessment' des Klimawandels umfasst eine weiten Bereich von Aktivit{\"a}ten zur wissenschaftsbasierten Unterst{\"u}tzung klimapolitischer Entscheidungen. Hierbei wird eine Vielzahl von Ans{\"a}tzen verfolgt, um politikrelevante Informationen {\"u}ber die erwarteten Auswirkungen des Klimawandels zu ber{\"u}cksichtigen. Wichtige Herausforderungen in diesem Bereich sind die große Bandbreite der relevanten r{\"a}umlichen und zeitlichen Skalen, die multifaktorielle Verursachung vieler 'Klimafolgen', erhebliche wissenschaftliche Unsicherheiten sowie die Mehrdeutigkeit unvermeidlicher Werturteile. Die Entwicklung eines hierarchischen Konzeptmodells erlaubt die Strukturierung der verschiedenen Ans{\"a}tze sowie die Darstellung eines mehrstufigen Entwicklungsprozesses, der sich in der Praxis und der zu Grunde liegenden Theorie von Studien zur Vulnerabilit{\"a}t hinsichtlich des Klimawandels wiederspiegelt. 'Integrated Assessment'-Modelle des Klimawandels sind wissenschaftliche Werkzeuge, welche eine vereinfachte Beschreibung des gekoppelten Mensch-Klima-Systems enthalten. Die wichtigsten entscheidungstheoretischen Ans{\"a}tze im Bereich des modellbasierten 'Integrated Assessment' werden im Hinblick auf ihre F{\"a}higkeit zur ad{\"a}quaten Darstellung klimapolitischer Entscheidungsprobleme bewertet. Dabei stellt der 'Leitplankenansatz' eine 'inverse' Herangehensweise zur Unterst{\"u}tzung klimapolitischer Entscheidungen dar, bei der versucht wird, die Gesamtheit der klimapolitischen Strategien zu bestimmen, die mit einer Reihe von zuvor normativ bestimmten Mindestkriterien (den sogenannten 'Leitplanken') vertr{\"a}glich sind. Dieser Ansatz verbindet bis zu einem gewissen Grad die wissenschaftliche Strenge und Objektivit{\"a}t simulationsbasierter Ans{\"a}tze mit der F{\"a}higkeit von Optimierungsans{\"a}tzen, die Gesamtheit aller Entscheidungsoptionen zu ber{\"u}cksichtigen. Das ICLIPS-Modell ist das erste 'Integrated Assessment'-Modell des Klimawandels, welches den Leitplankenansatz implementiert. Die Darstellung von Klimafolgen ist eine wichtige Herausforderung f{\"u}r 'Integrated Assessment'-Modelle des Klimawandels. Eine Betrachtung bestehender 'Integrated Assessment'-Modelle offenbart große Unterschiede in der Ber{\"u}cksichtigung verschiedener vom Klimawandel betroffenen Sektoren, in der Wahl des bzw. der Indikatoren zur Darstellung von Klimafolgen, in der Ber{\"u}cksichtigung nicht-klimatischer Entwicklungen einschließlich gezielter Anpassungsmaßnahmen an den Klimawandel, in der Behandlung von Unsicherheiten und in der Ber{\"u}cksichtigung von 'singul{\"a}ren' Ereignissen. 'Integrated Assessment'-Modelle, die auf einem Inversansatz beruhen, stellen besondere Anforderungen an die Darstellung von Klimafolgen. Einerseits muss der Detaillierungsgrad hinreichend sein, um Leitplanken f{\"u}r Klimafolgen sinnvoll definieren zu k{\"o}nnen; andererseits muss die Darstellung effizient genug sein, um die Gesamtheit der m{\"o}glichen klimapolitischen Strategien erkunden zu k{\"o}nnen. Großr{\"a}umige Singularit{\"a}ten k{\"o}nnen h{\"a}ufig durch vereinfachte dynamische Modelle abgebildet werden. Diese Methode ist jedoch weniger geeignet f{\"u}r regul{\"a}re Klimafolgen, bei denen die Bestimmung relevanter Ergebnisse in der Regel die Ber{\"u}cksichtigung der Heterogenit{\"a}t von klimatischen, naturr{\"a}umlichen und sozialen Faktoren auf der lokalen oder regionalen Ebene erfordert. Klimawirkungsfunktionen stellen sich als die geeignetste Darstellung regul{\"a}rer Klimafolgen im ICLIPS-Modell heraus. Eine Klimawirkungsfunktion beschreibt in aggregierter Form die Reaktion eines klimasensitiven Systems, wie sie von einem geographisch expliziten Klimawirkungsmodell f{\"u}r eine repr{\"a}sentative Teilmenge m{\"o}glicher zuk{\"u}nftiger Entwicklungen simuliert wurde. Die in dieser Arbeit vorgestellten Klimawirkungsfunktionen nutzen die globale Mitteltemperatur sowie die atmosph{\"a}rische CO2-Konzentration als Pr{\"a}diktoren f{\"u}r global und regional aggregierte Auswirkungen des Klimawandels auf nat{\"u}rliche {\"O}kosysteme, die landwirtschaftliche Produktion und die Wasserverf{\"u}gbarkeit. Die Anwendung einer 'Musterskalierungstechnik' erm{\"o}glicht hierbei die Ber{\"u}cksichtigung der regionalen und saisonalen Muster des Klima{\"a}nderungssignals aus allgemeinen Zirkulationsmodellen, ohne die Effizienz der dynamischen Modellkomponenten zu beeintr{\"a}chtigen. Bem{\"u}hungen zur quantitativen Absch{\"a}tzung zuk{\"u}nftiger Klimafolgen sehen sich bei der Wahl geeigneter Indikatoren in der Regel einem Zielkonflikt zwischen der Relevanz eines Indikators f{\"u}r Entscheidungstr{\"a}ger und der Zuverl{\"a}ssigkeit, mit der dieser bestimmt werden kann, gegen{\"u}ber. Eine Reihe von nichtmonet{\"a}ren Indikatoren zur aggregierten Darstellung von Klimafolgen in Klimawirkungsfunktionen wird pr{\"a}sentiert, welche eine Balance zwischen diesen beiden Zielen anstreben und gleichzeitig die Beschr{\"a}nkungen ber{\"u}cksichtigen, die sich aus anderen Komponenten des ICLIPS-Modells ergeben. Klimawirkungsfunktionen werden durch verschiedene Typen von Diagrammen visualisiert, welche jeweils unterschiedliche Perspektiven auf die Ergebnismenge der Klimawirkungssimulationen erlauben. Die schiere Anzahl von Klimawirkungsfunktionen verhindert ihre umfassende Darstellung in dieser Arbeit. Ausgew{\"a}hlte Ergebnisse zu Ver{\"a}nderungen in der r{\"a}umlichen Ausdehnung von Biomen, im landwirtschaftlichen Potential verschiedener L{\"a}nder und in der Wasserverf{\"u}gbarkeit in mehreren großen Einzugsgebieten werden diskutiert. Die Gesamtheit der Klimawirkungsfunktionen wird zug{\"a}nglich gemacht durch das 'ICLIPS Impacts Tool', eine graphische Benutzeroberfl{\"a}che, die einen bequemen Zugriff auf {\"u}ber 100.000 Klimawirkungsdiagramme erm{\"o}glicht. Die technischen Aspekte der Software sowie die zugeh{\"o}rige Datenbasis wird beschrieben. Die wichtigste Anwendung von Klimawirkungsfunktionen ist im 'Inversmodus', wo sie genutzt werden, um Leitplanken zur Begrenzung von Klimafolgen in gleichzeitige Randbedingungen f{\"u}r Variablen aus dem optimierenden ICLIPS-Klima-Weltwirtschafts-Modell zu {\"u}bersetzen. Diese {\"U}bersetzung wird erm{\"o}glicht durch Algorithmen zur Bestimmung von Mengen erreichbarer Klimazust{\"a}nde ('reachable climate domains') sowie zur parametrisierten Approximation zul{\"a}ssiger Klimafenster ('admissible climate windows'), die aus Klimawirkungsfunktionen abgeleitet werden. Der umfassende Bestand an Klimawirkungsfunktionen zusammen mit diesen Algorithmen erm{\"o}glicht es dem integrierten ICLIPS-Modell, in flexibler Weise diejenigen klimapolitischen Strategien zu bestimmen, welche bestimmte in biophysikalischen Einheiten ausgedr{\"u}ckte Begrenzungen von Klimafolgen explizit ber{\"u}cksichtigen. Diese M{\"o}glichkeit bietet kein anderes intertemporal optimierendes 'Integrated Assessment'-Modell. Eine Leitplankenanalyse mit dem integrierten ICLIPS-Modell unter Anwendung ausgew{\"a}hlter Klimawirkungsfunktionen f{\"u}r Ver{\"a}nderungen nat{\"u}rlicher {\"O}kosysteme wird beschrieben. In dieser Analyse werden so genannte 'notwendige Emissionskorridore' berechnet, die vorgegebene Beschr{\"a}nkungen hinsichtlich der maximal zul{\"a}ssigen globalen Vegetationsver{\"a}nderungen und der regionalen Klimaschutzkosten ber{\"u}cksichtigen. Dies geschieht sowohl f{\"u}r eine 'Standardkombination' der drei gew{\"a}hlten Kriterien als auch f{\"u}r deren systematische Variation. Eine abschließende Diskussion aktueller Entwicklungen in der 'Integrated Assessment'-Modellierung stellt diese Arbeit mit anderen einschl{\"a}gigen Bem{\"u}hungen in Beziehung.},
  language  = {en}
}
@article{YuanBraunGueritetal.2019,
  author    = {Yuan, Xiaoping and Braun, Jean and Guerit, Laure and Simon, Brendan and Bovy, Beno{\^i}t and Rouby, Delphine and Robin, C{\´e}cile and Jiao, R.},
  title     = {Linking continental erosion to marine sediment transport and deposition: A new implicit and O(N) method for inverse analysis},
  series = {Earth \& planetary science letters},
  volume    = {524},
  journal   = {Earth \& planetary science letters},
  publisher = {Elsevier},
  address   = {Amsterdam},
  issn      = {0012-821X},
  doi       = {10.1016/j.epsl.2019.115728},
  pages     = {15},
  year      = {2019},
  abstract  = {The marine sedimentary record contains unique information about the history of erosion, uplift and climate of the adjacent continent. Inverting this record has been the purpose of many numerical studies. However, limited attention has been given to linking continental erosion to marine sediment transport and deposition in large-scale surface process evolution models. Here we present a new numerical method for marine sediment transport and deposition that is directly coupled to a landscape evolution algorithm solving for the continental fluvial and hillslope erosion equations using implicit and O(N) algorithms. The new method takes into account the sorting of grain sizes (e.g., silt and sand) in the marine domain using a non-linear multiple grain-size diffusion equation and assumes that the sediment flux exported from the continental domain is proportional to the bathymetric slope. Specific transport coefficients and compaction factors are assumed for the two different grain sizes to simulate the stratigraphic architecture. The resulting set of equations is solved using an efficient (O(N) and implicit) algorithm. It can thus be used to invert stratigraphic geometries using a Bayesian approach that requires a large number of simulations. This new method is used to invert the sedimentary geometry of a natural example, the Ogooue Delta (Gabon), over the last similar to 5 Myr. The objective is to unravel the set of erosional histories of the adjacent continental domain compatible with the observed geometry of the offshore delta. For this, we use a Bayesian inversion scheme in which the misfit function is constructed by comparing four geometrical parameters between the natural and the simulated delta: the volume of sediments stored in the delta, the surface slope, the initial and the final shelf lengths. We find that the best-fit values of the transport coefficients for silt in the marine domain are in the range of 300 - 500 m(2)/yr, in agreement with previous studies on offshore diffusion. We also show that, in order to fit the sedimentary geometry, erosion rate on the continental domain must have increased by a factor of 6 to 8 since 5.3 Ma. (C) 2019 Elsevier B.V. All rights reserved.},
  language  = {en}
}
@article{BuljakOeschBruno2019,
  author    = {Buljak, Vladimir and Oesch, Tyler and Bruno, Giovanni},
  title     = {Simulating Fiber-Reinforced Concrete Mechanical Performance Using CT-Based Fiber Orientation Data},
  series = {Materials},
  volume    = {12},
  journal   = {Materials},
  number    = {5},
  publisher = {MDPI},
  address   = {Basel},
  issn      = {1996-1944},
  doi       = {10.3390/ma12050717},
  pages     = {16},
  year      = {2019},
  abstract  = {The main hindrance to realistic models of fiber-reinforced concrete (FRC) is the local materials property variation, which does not yet reliably allow simulations at the structural level. The idea presented in this paper makes use of an existing constitutive model, but resolves the problem of localized material variation through X-ray computed tomography (CT)-based pre-processing. First, a three-point bending test of a notched beam is considered, where pre-test fiber orientations are measured using CT. A numerical model is then built with the zone subjected to progressive damage, modeled using an orthotropic damage model. To each of the finite elements within this zone, a local coordinate system is assigned, with its longitudinal direction defined by local fiber orientations. Second, the parameters of the constitutive damage model are determined through inverse analysis using load-displacement data obtained from the test. These parameters are considered to clearly explain the material behavior for any arbitrary external action and fiber orientation, for the same geometrical properties and volumetric ratio of fibers. Third, the effectiveness of the resulting model is demonstrated using a second, control experiment. The results of the control experiment analyzed in this research compare well with the model results. The ultimate strength was predicted with an error of about 6\%, while the work-of-load was predicted within 4\%. It demonstrates the potential of this method for accurately predicting the mechanical performance of FRC components.},
  language  = {en}
}
@article{YuanJiaoDupontNivetetal.2022,
  author    = {Yuan, Xiaoping P. and Jiao, Ruohong and Dupont-Nivet, Guillaume and Shen, Xiaoming},
  title     = {Southeastern Tibetan Plateau growth revealed by inverse analysis of landscape evolution model},
  series = {Geophysical research letters},
  volume    = {49},
  journal   = {Geophysical research letters},
  number    = {10},
  publisher = {American Geophysical Union},
  address   = {Washington},
  issn      = {0094-8276},
  doi       = {10.1029/2021GL097623},
  pages     = {10},
  year      = {2022},
  abstract  = {The Cenozoic history of the Tibetan Plateau topography is critical for understanding the evolution of the Indian-Eurasian collision, climate, and biodiversity. However, the long-term growth and landscape evolution of the Tibetan Plateau remain ambiguous, it remains unclear if plateau uplift occurred soon after the India-Asia collision in the Paleogene (similar to 50-25 Ma) or later in the Neogene (similar to 20-5 Ma). Here, we reproduce the uplift history of the southeastern Tibetan Plateau using a 2D landscape evolution model, which simultaneously solves fluvial erosion and sediment transport processes in the drainage basins of the Three Rivers region (Yangtze, Mekong, and Salween Rivers). Our model was optimized through a formal inverse analysis with 20,000 forward simulations, which aims to reconcile the transient states of the present-day river profiles. The results, compared to existing paleoelevation and thermochronologic data, suggest initially low elevations (similar to 300-500 m) during the Paleogene, followed by a gradual southeastward propagation of topographic uplift of the plateau margin.},
  language  = {en}
}