TY - JOUR A1 - Walch, Daniela M. R. A1 - Singh, Rakesh K. A1 - Soreide, Janne E. A1 - Lantuit, Hugues A1 - Poste, Amanda T1 - Spatio-temporal variability of suspended particulate matter in a high-arctic estuary (Adventfjorden, Svalbard) using sentinel-2 time-series JF - Remote sensing N2 - Arctic coasts, which feature land-ocean transport of freshwater, sediments, and other terrestrial material, are impacted by climate change, including increased temperatures, melting glaciers, changes in precipitation and runoff. These trends are assumed to affect productivity in fjordic estuaries. However, the spatial extent and temporal variation of the freshwater-driven darkening of fjords remain unresolved. The present study illustrates the spatio-temporal variability of suspended particulate matter (SPM) in the Adventfjorden estuary, Svalbard, using in-situ field campaigns and ocean colour remote sensing (OCRS) via high-resolution Sentinel-2 imagery. To compute SPM concentration (C-SPMsat), a semi-analytical algorithm was regionally calibrated using local in-situ data, which improved the accuracy of satellite-derived SPM concentration by similar to 20% (MRD). Analysis of SPM concentration for two consecutive years (2019, 2020) revealed strong seasonality of SPM in Adventfjorden. Highest estimated SPM concentrations and river plume extent (% of fjord with C-SPMsat > 30 mg L-1) occurred during June, July, and August. Concurrently, we observed a strong relationship between river plume extent and average air temperature over the 24 h prior to the observation (R-2 = 0.69). Considering predicted changes to environmental conditions in the Arctic region, this study highlights the importance of the rapidly changing environmental parameters and the significance of remote sensing in analysing fluxes in light attenuating particles, especially in the coastal Arctic Ocean. KW - ocean colour KW - coastal darkening KW - SPM KW - sediment plumes KW - Arctic coast KW - remote sensing KW - regional tuning KW - coastal ecosystems; KW - land-ocean-interaction KW - riverine inputs Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.3390/rs14133123 SN - 2072-4292 VL - 14 IS - 13 PB - MDPI CY - Basel ER - TY - JOUR A1 - Zappa, Luca A1 - Schlaffer, Stefan A1 - Brocca, Luca A1 - Vreugdenhil, Mariette A1 - Nendel, Claas A1 - Dorigo, Wouter T1 - How accurately can we retrieve irrigation timing and water amounts from (satellite) soil moisture? JF - International journal of applied earth observation and geoinformation N2 - While ensuring food security worldwide, irrigation is altering the water cycle and generating numerous environmental side effects. As detailed knowledge about the timing and the amounts of water used for irrigation over large areas is still lacking, remotely sensed soil moisture has proved potential to fill this gap. However, the spatial resolution and revisit time of current satellite products represent a major limitation to accurately estimating irrigation. This work aims to systematically quantify their impact on the retrieved irrigation information, hence assessing the value of satellite soil moisture for estimating irrigation timing and water amounts. In a real-world experiment, we modeled soil moisture using actual irrigation and meteorological data, obtained from farmers and weather stations, respectively. Modeled soil moisture was compared against various remotely sensed products differing in terms of spatio-temporal resolution to test the hypothesis that high-resolution observations can disclose the irrigation signal from individual fields while coarse-scale satellite products cannot. Then, in a synthetic experiment, we systematically investigated the effect of soil moisture spatial and temporal resolution on the accuracy of irrigation estimates. The analysis was further elaborated by considering different irrigation scenarios and by adding realistic amounts of random errors in the soil moisture time series. We show that coarse-scale remotely sensed soil moisture products achieve higher correlations with rainfed simulations, while high-resolution satellite observations agree significantly better with irrigated simulations, suggesting that high-resolution satellite soil moisture can inform on field-scale (similar to 40 ha) irrigation. A thorough analysis of the synthetic dataset showed that satisfactory results, both in terms of detection (F-score > 0.8) and quantification (Pearson's correlation > 0.8), are found for noise-free soil moisture observations either with a temporal sampling up to 3 days or if at least one-third of the pixel covers the irrigated field(s). However, irrigation water amounts are systematically underestimated for temporal samplings of more than one day, and decrease proportionally to the spatial resolution, i.e., coarsening the pixel size leads to larger irrigation underestimations. Although lower spatial and temporal resolutions decrease the detection and quantification accuracies (e.g., R between 0.6 and 1 depending on the irrigation rate and spatio-temporal resolution), random errors in the soil moisture time series have a stronger negative impact (Pearson R always smaller than 0.85). As expected, better performances are found for higher irrigation rates, i.e. when more water is supplied during an irrigation event. Despite the potentially large underestimations, our results suggest that high-resolution satellite soil moisture has the potential to track and quantify irrigation, especially over regions where large volumes of irrigation water are applied to the fields, and given that low errors affect the soil moisture observations. KW - remote sensing KW - soil moisture KW - irrigation KW - detection KW - quantification KW - sentinel-1 Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1016/j.jag.2022.102979 SN - 1569-8432 SN - 1872-826X VL - 113 PB - Elsevier CY - Amsterdam ER - TY - JOUR A1 - Barbosa, Luis Romero A. A1 - Coelho, Victor Hugo R. A1 - Gusmao, Ana Claudia V. L. F. A1 - Fernandes, Lucila A. E. A1 - da Silva, Bernardo B. A1 - Galvao, Carlos de O. A1 - Caicedo, Nelson O. L. A1 - da Paz, Adriano R. A1 - Xuan, Yunqing A1 - Bertrand, Guillaume F. A1 - Melo, Davi de C. D. A1 - Montenegro, Suzana M. G. L. A1 - Oswald, Sascha A1 - Almeida, Cristiano das N. T1 - A satellite-based approach to estimating spatially distributed groundwater recharge rates in a tropical wet sedimentary region despite cloudy conditions JF - Journal of hydrology N2 - Groundwater recharge (GWR) is one of the most challenging water fluxes to estimate, as it relies on observed data that are often limited in many developing countries. This study developed an innovative water budget method using satellite products for estimating the spatially distributed GWR at monthly and annual scales in tropical wet sedimentary regions despite cloudy conditions. The distinctive features proposed in this study include the capacity to address 1) evapotranspiration estimations in tropical wet regions frequently overlaid by substantial cloud cover; and 2) seasonal root-zone water storage estimations in sedimentary regions prone to monthly variations. The method also utilises satellite-based information of the precipitation and surface runoff. The GWR was estimated and validated for the hydrologically contrasting years 2016 and 2017 over a tropical wet sedimentary region located in North-eastern Brazil, which has substantial potential for groundwater abstraction. This study showed that applying a cloud-cleaning procedure based on monthly compositions of biophysical data enables the production of a reasonable proxy for evapotranspiration able to estimate groundwater by the water budget method. The resulting GWR rates were 219 (2016) and 302 (2017) mm yr(-1), showing good correlations (CC = 0.68 to 0.83) and slight underestimations (PBIAS =-13 to-9%) when compared with the referenced estimates obtained by the water table fluctuation method for 23 monitoring wells. Sensitivity analysis shows that water storage changes account for +19% to-22% of our monthly evaluation. The satellite-based approach consistently demonstrated that the consideration of cloud-cleaned evapotranspiration and root-zone soil water storage changes are essential for a proper estimation of spatially distributed GWR in tropical wet sedimentary regions because of their weather seasonality and cloudy conditions. KW - remote sensing KW - water balance KW - groundwater recharge KW - water table KW - fluctuation KW - tropical climate KW - sedimentary aquifer Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2022.127503 SN - 0022-1694 SN - 1879-2707 VL - 607 PB - Elsevier CY - Amsterdam ER - TY - GEN A1 - Fernandez-Palomino, Carlos Antonio A1 - Hattermann, Fred A1 - Krysanova, Valentina A1 - Vega-Jacome, Fiorella A1 - Bronstert, Axel T1 - Towards a more consistent eco-hydrological modelling through multi-objective calibration BT - a case study in the Andean Vilcanota River basin, Perú T2 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - Most hydrological studies rely on a model calibrated using discharge alone. However, judging the model reliability based on such calibration is problematic, as it does not guarantee the correct representation of internal hydrological processes. This study aims (a) to develop a comprehensive multi-objective calibration framework using remote sensing vegetation data and hydrological signatures (flow duration curve - FDC, and baseflow index) in addition to discharge, and (b) to apply this framework for calibration of the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) in a typical Andean catchment. Overall, our calibration approach outperformed traditional discharge-based and FDC signature-based calibration strategies in terms of vegetation, streamflow, and flow partitioning simulation. New hydrological insights for the region are the following: baseflow is the main component of the streamflow sustaining the long dry-season flow, and pasture areas offer higher water yield and baseflow than other land-cover types. The proposed approach could be used in other data-scarce regions with complex topography. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1377 KW - Andes KW - eco-hydrology KW - SWAT KW - hydrological signatures KW - remote sensing KW - equifinality Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-568766 SN - 1866-8372 IS - 1 ER - TY - THES A1 - Antonoglou, Nikolaos T1 - GNSS-based remote sensing: Innovative observation of key hydrological parameters in the Central Andes T1 - GNSS-basierte Fernerkundung: Innovative Beobachtung der wichtigsten hydrologischen Parameter in den zentralen Anden N2 - The Central Andean region is characterized by diverse climate zones with sharp transitions between them. In this work, the area of interest is the South-Central Andes in northwestern Argentina that borders with Bolivia and Chile. The focus is the observation of soil moisture and water vapour with Global Navigation Satellite System (GNSS) remote-sensing methodologies. Because of the rapid temporal and spatial variations of water vapour and moisture circulations, monitoring this part of the hydrological cycle is crucial for understanding the mechanisms that control the local climate. Moreover, GNSS-based techniques have previously shown high potential and are appropriate for further investigation. This study includes both logistic-organization effort and data analysis. As for the prior, three GNSS ground stations were installed in remote locations in northwestern Argentina to acquire observations, where there was no availability of third-party data. The methodological development for the observation of the climate variables of soil moisture and water vapour is independent and relies on different approaches. The soil-moisture estimation with GNSS reflectometry is an approximation that has demonstrated promising results, but it has yet to be operationally employed. Thus, a more advanced algorithm that exploits more observations from multiple satellite constellations was developed using data from two pilot stations in Germany. Additionally, this algorithm was slightly modified and used in a sea-level measurement campaign. Although the objective of this application is not related to monitoring hydrological parameters, its methodology is based on the same principles and helps to evaluate the core algorithm. On the other hand, water-vapour monitoring with GNSS observations is a well-established technique that is utilized operationally. Hence, the scope of this study is conducting a meteorological analysis by examining the along-the-zenith air-moisture levels and introducing indices related to the azimuthal gradient. The results of the experiments indicate higher-quality soil moisture observations with the new algorithm. Furthermore, the analysis using the stations in northwestern Argentina illustrates the limits of this technology because of varying soil conditions and shows future research directions. The water-vapour analysis points out the strong influence of the topography on atmospheric moisture circulation and rainfall generation. Moreover, the GNSS time series allows for the identification of seasonal signatures, and the azimuthal-gradient indices permit the detection of main circulation pathways. N2 - Die Zentralanden sind eine Region, in der verschiedene Klimazonen nur durch kurze Übergänge gekennzeichnet sind. Der geographische Schwerpunkt dieser Arbeit liegt in den südlichen Zentralanden im Grenzgebiet zwischen Argentinien, Bolivien und Chile, und der wissenschaftliche Schwerpunkt ist in der Überwachung der Bodenfeuchtigkeit und des Wasserdampfs mit Fernerkundungsmethoden des Globales Navigationssatellitensystem (Global Navigation Satellite System - GNSS) angesiedelt. Wegen der raschen zeitlichen und räumlichen Schwankungen des Wasserdampfs und den damit häufig verbundenen Niederschlägen und der Feuchtigkeitszirkulation ist die Beobachtung dieses Teils des hydrologischen Zyklus von entscheidender Bedeutung für das Verständnis des lokalen Klimas. Darüber hinaus haben GNSS-gestützte Techniken in anderen Studien bereits ein hohes Potenzial gezeigt, erfordern aber in einigen Bereichen weitere Untersuchungen. Diese Studie umfasst sowohl logistischen Aufwand als auch Datenanalyse. Dazu wurden drei GNSS-Bodenstationen in abgelegenen Orten im Nordwesten Argentiniens installiert, um Beobachtungen zu sammeln, da dort keine externen Daten verfügbar waren. Die methodische Entwicklung für die Beobachtung der Klimavariablen Bodenfeuchtigkeit und Wasserdampfs ist unabhängig voneinander. Die Messung der Bodenfeuchte mit Hilfe der GNSS-Reflektometrie ist eine Annäherung, die vielversprechende Ergebnisse erbracht hat, aber bisher noch nicht operationell eingesetzt wurde. Daher wurde ein fortschrittlicherer Algorithmus entwickelt, der Beobachtungen von mehreren Satellitenkonstellationen nutzt und unter anderem Daten von zwei Pilotstationen in Deutschland verwendet. Außerdem wurde dieser Algorithmus leicht modifiziert und in einer Meeresspiegelmesskampagne eingesetzt. Obwohl diese Andwendung nicht direkt mit der Überwachung hydrologischer Parameter zusammenhängt, basiert die Methodik auf denselben Prinzipien und hilft bei der Bewertung des entwickelten Algorithmus. Auf der anderen Seite ist die Überwachung des Wasserdampfs mit GNSS-Beobachtungen eine anerkannte Technik, die in der Praxis bereits seit mehreren Jahren eingesetzt wird. Diese Studie befasst sich daher mit der Durchführung einer meteorologischen Analyse der Luftfeuchtigkeitswerte entlang des Zenits und der Entwicklung von klimatischen Indizes, die sich auf den azimutalen Gradienten beziehen. Die Ergebnisse der Experimente zeigen, dass die Qualität der Bodenfeuchtebeobachtungen mit dem neuen Algorithmus vielversprechend und besser sind. Darüber hinaus zeigt die Analyse anhand der Stationen im nordwesten Argentiniens die Grenzen dieser Technologie aufgrund der sehr unterschiedlichen Bodenbedingungen auf und gibt mögliche zukünftige Forschungsrichtung an. Die Wasserdampfanalyse verdeutlicht den Einfluss der Topographie auf die Luftfeuchtigkeit und der Regenmenge. Außerdem ermöglichen die GNSS-Zeitreihen die Identifizierung der jahreszeitlichen Signaturen, und Messungen der azimutal Gradienten erlauben die Erkennung der wichtigsten Zirkulationswege. KW - remote sensing KW - GNSS KW - GPS KW - water vapour KW - soil moisture KW - Central Andes KW - zentrale Anden KW - globales Navigationssatellitensystem KW - globales Positionsbestimmungssystem KW - Fernerkundung KW - Bodenfeuchtigkeit KW - Wasserdampf Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-628256 ER - TY - GEN A1 - Ozturk, Ugur A1 - Pittore, Massimiliano A1 - Behling, Robert A1 - Rößner, Sigrid A1 - Andreani, Louis A1 - Korup, Oliver T1 - How robust are landslide susceptibility estimates? T2 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - Much of contemporary landslide research is concerned with predicting and mapping susceptibility to slope failure. Many studies rely on generalised linear models with environmental predictors that are trained with data collected from within and outside of the margins of mapped landslides. Whether and how the performance of these models depends on sample size, location, or time remains largely untested. We address this question by exploring the sensitivity of a multivariate logistic regression-one of the most widely used susceptibility models-to data sampled from different portions of landslides in two independent inventories (i.e. a historic and a multi-temporal) covering parts of the eastern rim of the Fergana Basin, Kyrgyzstan. We find that considering only areas on lower parts of landslides, and hence most likely their deposits, can improve the model performance by >10% over the reference case that uses the entire landslide areas, especially for landslides of intermediate size. Hence, using landslide toe areas may suffice for this particular model and come in useful where landslide scars are vague or hidden in this part of Central Asia. The model performance marginally varied after progressively updating and adding more landslides data through time. We conclude that landslide susceptibility estimates for the study area remain largely insensitive to changes in data over about a decade. Spatial or temporal stratified sampling contributes only minor variations to model performance. Our findings call for more extensive testing of the concept of dynamic susceptibility and its interpretation in data-driven models, especially within the broader framework of landslide risk assessment under environmental and land-use change. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1346 KW - Landslide susceptibility KW - logistic regression KW - Southern Kyrgyzstan KW - Landslide inventory KW - remote sensing Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-541980 SN - 1866-8372 IS - 2 ER - TY - THES A1 - Eggers, Nele T1 - Properties of Arctic aerosol in the transition between Arctic haze to summer season derived by lidar N2 - During the Arctic haze period, the Arctic troposphere consists of larger, yet fewer, aerosol particles than during the summer (Tunved et al., 2013; Quinn et al., 2007). Interannual variability (Graßl and Ritter, 2019; Rinke et al., 2004), as well as unknown origins (Stock et al., 2014) and properties of aerosol complicate modeling these annual aerosol cycles. This thesis investigates the modification of the microphysical properties of Arctic aerosols in the transition from Arctic haze to the summer season. Therefore, lidar measurements of Ny-Ålesund from April 2021 to the end of July 2021 are evaluated based on the aerosols’ optical properties. An overview of those properties will be provided. Furthermore, parallel radiosonde data is considered for indication of hygroscopic growth. The annual aerosol cycle in 2021 differs from expectations based on previous studies from Tunved et al. (2013) and Quinn et al. (2007). Developments of backscatter, extinction, aerosol depolarisation, lidar ratio and color ratio show a return of the Arctic haze in May. The haze had already reduced in April, but regrew afterwards. The average Arctic aerosol displays hygroscopic behaviour, meaning growth due to water uptake. To determine such a behaviour is generally laborious because various meteorological circumstances need to be considered. Two case studies provide further information on these possible events. In particular, a day with a rare ice cloud and with highly variable water cloud layers is observed. N2 - Während der Arctic haze Periode sind größere, jedoch auch weniger, Aerosole in der arktischen Troposphäre vorhanden als im Sommer (Tunved et al., 2013; Quinn et al., 2007). Interannuale Variabilität (Graßl and Ritter, 2019; Rinke et al., 2004), sowie unbekannte Herkunft (Stock et al., 2014) und Eigenschaften der Aerosole erschweren die Modellierung der Aerosol-Jahresgänge. Diese Arbeit untersucht, wie sich die mikrophysikalischen Eigenschaften der Aerosole beim Übergang vom Arctic haze zur Sommerzeit ändern. Dafür werden Lidar Messungen aus Ny-Ålesund von April 2021 bis Ende Juli 2021 hinsichtlich der optischen Eigenschaften der Aerosole untersucht. Ein Überblick über diese Eigenschaften wird gegeben. Zusätzlich werden parallele Radiosondendaten mit einbezogen, um Hinweise auf hygroskopisches Wachstum zu erhalten. Der Jahresgang der Aerosole in 2021 unterscheidet sich von Erwartungen, gebildet aus früheren Studien von Tunved et al. (2013) und Quinn et al. (2007). Die zeitliche Entwicklung des Rückstreuungskoeffizienten, Extinktionskoeffizienten, der Aerosol Depolarisation, des Lidarverhältnisses und des Farbverhältnisses zeigen, dass der Arctic haze im Mai zurückkehrt. Im April hatte der haze bereits abgenommen, stieg in Mai jedoch wieder an. In der Arktis zeigt ein Aerosol typischerweise hygroskopisches Verhalten - mit anderen Worten, es wächst durch Aufnahme von Wasser. Ein solches alleine aus Fernerkundungsdaten zu bestimmen ist jedoch in der Regel aufwendig, weil unterschiedliche meteorologische Bedingungen zu berücksichtigen sind. Zwei Fallstudien geben mehr Informationen über die möglichen hygroskopischen Verhaltensweisen der Aerosole. Insbesondere wird auch ein Tag mit einer Eiswolke und stark fluktuierenden Wasserwolken beobachtet. KW - remote sensing KW - Lidar KW - Arctic aerosol KW - aerosol: optical properties KW - aerosol: hygroscopic growth KW - Arctic haze KW - arktischer Dunst KW - aerosol: hygroskopisches Wachstum KW - aerosol: optische Eigenschaften KW - arktisches Aerosol KW - Fernerkundung KW - Lidar Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-619438 ER - TY - THES A1 - Mester, Benedikt T1 - Modeling flood-induced human displacement risk under global change T1 - Modellierung des hochwasserbedingten Risikos der Vertreibung von Menschen unter globalen Veränderungen N2 - Extreme flooding displaces an average of 12 million people every year. Marginalized populations in low-income countries are in particular at high risk, but also industrialized countries are susceptible to displacement and its inherent societal impacts. The risk of being displaced results from a complex interaction of flood hazard, population exposed in the floodplains, and socio-economic vulnerability. Ongoing global warming changes the intensity, frequency, and duration of flood hazards, undermining existing protection measures. Meanwhile, settlements in attractive yet hazardous flood-prone areas have led to a higher degree of population exposure. Finally, the vulnerability to displacement is altered by demographic and social change, shifting economic power, urbanization, and technological development. These risk components have been investigated intensively in the context of loss of life and economic damage, however, only little is known about the risk of displacement under global change. This thesis aims to improve our understanding of flood-induced displacement risk under global climate change and socio-economic change. This objective is tackled by addressing the following three research questions. First, by focusing on the choice of input data, how well can a global flood modeling chain reproduce flood hazards of historic events that lead to displacement? Second, what are the socio-economic characteristics that shape the vulnerability to displacement? Finally, to what degree has climate change potentially contributed to recent flood-induced displacement events? To answer the first question, a global flood modeling chain is evaluated by comparing simulated flood extent with satellite-derived inundation information for eight major flood events. A focus is set on the sensitivity to different combinations of the underlying climate reanalysis datasets and global hydrological models which serve as an input for the global hydraulic model. An evaluation scheme of performance scores shows that simulated flood extent is mostly overestimated without the consideration of flood protection and only for a few events dependent on the choice of global hydrological models. Results are more sensitive to the underlying climate forcing, with two datasets differing substantially from a third one. In contrast, the incorporation of flood protection standards results in an underestimation of flood extent, pointing to potential deficiencies in the protection level estimates or the flood frequency distribution within the modeling chain. Following the analysis of a physical flood hazard model, the socio-economic drivers of vulnerability to displacement are investigated in the next step. For this purpose, a satellite- based, global collection of flood footprints is linked with two disaster inventories to match societal impacts with the corresponding flood hazard. For each event the number of affected population, assets, and critical infrastructure, as well as socio-economic indicators are computed. The resulting datasets are made publicly available and contain 335 displacement events and 695 mortality/damage events. Based on this new data product, event-specific displacement vulnerabilities are determined and multiple (national) dependencies with the socio-economic predictors are derived. The results suggest that economic prosperity only partially shapes vulnerability to displacement; urbanization, infant mortality rate, the share of elderly, population density and critical infrastructure exhibit a stronger functional relationship, suggesting that higher levels of development are generally associated with lower vulnerability. Besides examining the contextual drivers of vulnerability, the role of climate change in the context of human displacement is also being explored. An impact attribution approach is applied on the example of Cyclone Idai and associated extreme coastal flooding in Mozambique. A combination of coastal flood modeling and satellite imagery is used to construct factual and counterfactual flood events. This storyline-type attribution method allows investigating the isolated or combined effects of sea level rise and the intensification of cyclone wind speeds on coastal flooding. The results suggest that displacement risk has increased by 3.1 to 3.5% due to the total effects of climate change on coastal flooding, with the effects of increasing wind speed being the dominant factor. In conclusion, this thesis highlights the potentials and challenges of modeling flood- induced displacement risk. While this work explores the sensitivity of global flood modeling to the choice of input data, new questions arise on how to effectively improve the reproduction of flood return periods and the representation of protection levels. It is also demonstrated that disentangling displacement vulnerabilities is feasible, with the results providing useful information for risk assessments, effective humanitarian aid, and disaster relief. The impact attribution study is a first step in assessing the effects of global warming on displacement risk, leading to new research challenges, e.g., coupling fluvial and coastal flood models or the attribution of other hazard types and displacement events. This thesis is one of the first to address flood-induced displacement risk from a global perspective. The findings motivate for further development of the global flood modeling chain to improve our understanding of displacement vulnerability and the effects of global warming. N2 - Durch extreme Überschwemmungen werden jedes Jahr durchschnittlich 12 Millionen Menschen vertrieben. Vor allem marginalisierte Bevölkerungsgruppen in Ländern mit niedrigem Einkommen sind stark gefährdet, aber auch Industrieländer sind anfällig für Vertreibungen und die damit verbundenen gesellschaftlichen Auswirkungen. Das Risiko der Vertreibung ergibt sich aus einer komplexen Wechselwirkung zwischen der Hochwassergefahr, der Exposition der in den Überschwemmungsgebieten lebenden Bevölkerung und der sozioökonomischen Vulnerabilität. Die fortschreitende globale Erderwärmung verändert die Intensität, Häufigkeit und Dauer von Hochwassergefahren und untergräbt die bestehenden Schutzmaßnahmen. Gleichzeitig hat die Besiedlung attraktiver, aber gefährdeter Überschwemmungsgebiete zu einem höheren Maß an Exposition der Bevölkerung geführt. Schließlich wird die Vulnerabilität für Vertreibungen durch den demografischen und sozialen Wandel, die Verlagerung der Wirtschaftskräfte, die Urbanisierung und die technologische Entwicklung verändert. Diese Risikokomponenten wurden im Zusammenhang mit dem Verlust von Menschenleben und wirtschaftlichen Schäden intensiv untersucht, über das Risiko der Vertreibung im Rahmen des globalen Wandels ist jedoch nur wenig bekannt. Diese Arbeit zielt darauf ab, unser Verständnis des durch Überschwemmungen verursachten Vertreibungsrisikos unter dem Einfluss des globalen Klimawandels und des sozioökonomischen Wandels zu verbessern. Dieses Ziel wird durch die Beantwortung der folgenden drei Forschungsfragen erreicht. Erstens: Wie gut kann eine globale Hochwassermodellierungskette die Hochwassergefahren historischer Ereignisse, die zu Vertreibung geführt haben, reproduzieren, wobei ein Fokus auf die Wahl der Eingangsdaten gelegt wird? Zweitens: Welches sind die sozioökonomischen Merkmale, die die Vulnerabilität für Vertreibung beeinflussen? Und schließlich, inwieweit hat der Klimawandel möglicherweise zu den jüngsten hochwasserbedingten Vertreibungsereignissen beigetragen? Zur Beantwortung der ersten Frage wird eine globale Hochwassermodellierungskette durch den Vergleich der simulierten Überschwemmungsfläche mit satellitengestützten Überschwemmungsdaten für acht große Hochwasserereignisse überprüft. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Sensitivität gegenüber verschiedenen Kombinationen der zugrunde liegenden Klimareanalysedatensätzen und globalen hydrologischen Modellen, die als Input für das globale Hydraulikmodell dienen. Ein Bewertungsschema von Leistungsindikatoren zeigt, dass die simulierte Überschwemmungsfläche ohne Berücksichtigung des Hochwasserschutzes meist überschätzt wird und nur bei wenigen Ereignissen von der Wahl der globalen hydrologischen Modelle abhängt. Die Ergebnisse sind empfindlicher gegenüber dem zugrunde liegenden Climate Forcing, wobei sich zwei Datensätze erheblich von einem dritten unterscheiden. Im Gegensatz dazu führt die Einbeziehung von Hochwasserschutznormen zu einer Unterschätzung der Überschwemmungsfläche, was auf mögliche Mängel bei der Schätzung des Schutzniveaus oder der Hochwasserhäufigkeitsverteilung innerhalb der Modellierungskette hinweist. Nach der Analyse des physikalischen Hochwassergefahrenmodells werden in einem nächsten Schritt die sozioökonomischen Triebkräfte für die Vulnerabilität für Vertreibungen untersucht. Zu diesem Zweck wird eine satellitengestützte, globale Sammlung von Hochwasseüberschwemmungsflächen mit zwei Katastrophendatenbänken verknüpft, um die gesellschaftlichen Auswirkungen mit der entsprechenden Hochwassergefahr zusammenzuführen. Für jedes Ereignis werden die Anzahl der betroffenen Menschen, Vermögenswerte und kritischen Infrastrukturen sowie sozioökonomische Indikatoren berechnet. Die daraus resultierenden Datensätze werden öffentlich zugänglich gemacht und enthalten 335 Vertreibungsereignisse und 695 Todesopfer-/Schadensereignisse. Auf der Grundlage dieses neuen Datenprodukts werden ereignisspezifische Vertreibungsvulnerabilitäten bestimmt und vielfältige (nationale) Abhängigkeiten mit den sozioökonomischen Prädiktoren abgeleitet. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass wirtschaftlicher Wohlstand nur teilweise die Anfälligkeit für Vertreibungen beeinflusst; Urbanisierung, Kindersterblichkeitsrate, der Anteil älterer Menschen, Bevölkerungsdichte und kritische Infrastrukturen weisen eine stärkere funktionale Beziehung auf, was den Schluss zulässt, dass ein höheres Entwicklungsniveau im Allgemeinen mit einer geringeren Vulnerabilität verbunden ist. Neben der Untersuchung der kontextabhängigen Faktoren der Vulnerabilität wird auch die Rolle des Klimawandels im Zusammenhang mit der Vertreibung von Menschen untersucht. Am Beispiel des Zyklons Idai und den damit verbundenen extremen Küstenüberschwemmungen in Mosambik wird ein Ansatz zur Attribution der Auswirkungen angewandt. Eine Kombination aus Küstenüberflutungsmodellierung und Satellitenbildern wird verwendet, um faktische und kontrafaktische Überschwemmungsereignisse zu konstruieren. Diese Storyline-artige Attributionsmethode ermöglicht die Untersuchung der isolierten oder kombinierten Auswirkungen des Meeresspiegelanstiegs und der Intensivierung der Windgeschwindigkeiten von Zyklonen auf die Küstenüberflutung. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Vertreibungsrisiko durch die Gesamtwirkung des Klimawandels auf Küstenüberschwemmungen um 3,1 bis 3,5 % gestiegen ist, wobei die Auswirkungen der zunehmenden Windgeschwindigkeit der dominierende Faktor sind. Zusammenfassend zeigt diese Arbeit die Potentiale und Herausforderungen der Modellierung von hochwasserbedingten Vertreibungsrisiken auf. Während diese Arbeit die Sensitivität der globalen Hochwassermodellierung in Bezug auf die Wahl der Eingabedaten untersucht, ergeben sich neue Fragen, wie die Reproduktion von Wiederkehrintervallen und die Darstellung von Schutzniveaus effektiv verbessert werden kann. Die Ergebnisse liefern nützliche Informationen für Risikobewertungen, effektive humanitäre Hilfe und Katastrophenhilfe. Die Studie zur Auswirkungs-Attribution ist ein erster Schritt zur Bewertung der Effekte der globalen Erwärmung auf das Vertreibungsrisiko und führt zu neuen Forschungsherausforderungen, z. B. zur Kopplung von Fluss- und Küstenhochwassermodellen oder zur Untersuchung anderer Gefahrenarten. Diese Arbeit ist eine der ersten, die das durch Überschwemmungen verursachte Vertreibungsrisiko aus einer globalen Perspektive heraus betrachtet. Die Ergebnisse motivieren dazu, die globale Hochwassermodellierungskette weiterzuentwickeln, um unser Verständnis der Vertreibungsvulnerabilität und der Auswirkungen der globalen Erderwärmung zu vertiefen. KW - displacement KW - flooding KW - remote sensing KW - vulnerability KW - global flood model KW - Vertreibung KW - Überschwemmungen KW - Fernerkundung KW - Vulnerabilität KW - globales Überschwemmungsmodell Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-609293 ER - TY - GEN A1 - Brieger, Frederic A1 - Herzschuh, Ulrike A1 - Pestryakova, Luidmila Agafyevna A1 - Bookhagen, Bodo A1 - Zakharov, Evgenii S. A1 - Kruse, Stefan T1 - Advances in the derivation of Northeast Siberian forest metrics using high-resolution UAV-based photogrammetric point clouds T2 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - Forest structure is a crucial component in the assessment of whether a forest is likely to act as a carbon sink under changing climate. Detailed 3D structural information about the tundra–taiga ecotone of Siberia is mostly missing and still underrepresented in current research due to the remoteness and restricted accessibility. Field based, high-resolution remote sensing can provide important knowledge for the understanding of vegetation properties and dynamics. In this study, we test the applicability of consumer-grade Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) for rapid calculation of stand metrics in treeline forests. We reconstructed high-resolution photogrammetric point clouds and derived canopy height models for 10 study sites from NE Chukotka and SW Yakutia. Subsequently, we detected individual tree tops using a variable-window size local maximum filter and applied a marker-controlled watershed segmentation for the delineation of tree crowns. With this, we successfully detected 67.1% of the validation individuals. Simple linear regressions of observed and detected metrics show a better correlation (R2) and lower relative root mean square percentage error (RMSE%) for tree heights (mean R2 = 0.77, mean RMSE% = 18.46%) than for crown diameters (mean R2 = 0.46, mean RMSE% = 24.9%). The comparison between detected and observed tree height distributions revealed that our tree detection method was unable to representatively identify trees <2 m. Our results show that plot sizes for vegetation surveys in the tundra–taiga ecotone should be adapted to the forest structure and have a radius of >15–20 m to capture homogeneous and representative forest stands. Additionally, we identify sources of omission and commission errors and give recommendations for their mitigation. In summary, the efficiency of the used method depends on the complexity of the forest’s stand structure. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1337 KW - UAV KW - photogrammetry KW - remote sensing KW - structure from motion KW - tundra–taiga ecotone KW - point cloud KW - forest structure Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-473318 SN - 1866-8372 IS - 1337 ER - TY - JOUR A1 - Fernandez-Palomino, Carlos Antonio A1 - Hattermann, Fred A1 - Krysanova, Valentina A1 - Vega-Jacome, Fiorella A1 - Bronstert, Axel T1 - Towards a more consistent eco-hydrological modelling through multi-objective calibration BT - a case study in the Andean Vilcanota River basin, Perú JF - Hydrological sciences journal = Journal des sciences hydrologiques N2 - Most hydrological studies rely on a model calibrated using discharge alone. However, judging the model reliability based on such calibration is problematic, as it does not guarantee the correct representation of internal hydrological processes. This study aims (a) to develop a comprehensive multi-objective calibration framework using remote sensing vegetation data and hydrological signatures (flow duration curve - FDC, and baseflow index) in addition to discharge, and (b) to apply this framework for calibration of the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) in a typical Andean catchment. Overall, our calibration approach outperformed traditional discharge-based and FDC signature-based calibration strategies in terms of vegetation, streamflow, and flow partitioning simulation. New hydrological insights for the region are the following: baseflow is the main component of the streamflow sustaining the long dry-season flow, and pasture areas offer higher water yield and baseflow than other land-cover types. The proposed approach could be used in other data-scarce regions with complex topography. KW - Andes KW - eco-hydrology KW - SWAT KW - hydrological signatures KW - remote sensing KW - equifinality Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.1080/02626667.2020.1846740 SN - 0262-6667 SN - 2150-3435 VL - 66 IS - 1 SP - 59 EP - 74 PB - Routledge, Taylor & Francis Group CY - Abingdon ER -