TY  - THES
A1  - Füssel, Hans-Martin
T1  - Impacts analysis for inverse integrated assessments of climate change
N2  - 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 Aktivitäten zur wissenschaftsbasierten Unterstützung klimapolitischer Entscheidungen. Hierbei wird eine Vielzahl von Ansätzen verfolgt, um politikrelevante Informationen über die erwarteten Auswirkungen des Klimawandels zu berücksichtigen. Wichtige Herausforderungen in diesem Bereich sind die große Bandbreite der relevanten räumlichen 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 Ansätze sowie die Darstellung eines mehrstufigen Entwicklungsprozesses, der sich in der Praxis und der zu Grunde liegenden Theorie von Studien zur Vulnerabilität 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 Ansätze im Bereich des modellbasierten 'Integrated Assessment' werden im Hinblick auf ihre Fähigkeit zur adäquaten Darstellung klimapolitischer Entscheidungsprobleme bewertet. Dabei stellt der 'Leitplankenansatz' eine 'inverse' Herangehensweise zur Unterstützung 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') verträglich sind. Dieser Ansatz verbindet bis zu einem gewissen Grad die wissenschaftliche Strenge und Objektivität simulationsbasierter Ansätze mit der Fähigkeit von Optimierungsansätzen, die Gesamtheit aller Entscheidungsoptionen zu berücksichtigen. Das ICLIPS-Modell ist das erste 'Integrated Assessment'-Modell des Klimawandels, welches den Leitplankenansatz implementiert.   Die Darstellung von Klimafolgen ist eine wichtige Herausforderung für 'Integrated Assessment'-Modelle des Klimawandels. Eine Betrachtung bestehender 'Integrated Assessment'-Modelle offenbart große Unterschiede in der Berücksichtigung verschiedener vom Klimawandel betroffenen Sektoren, in der Wahl des bzw. der Indikatoren zur Darstellung von Klimafolgen, in der Berücksichtigung nicht-klimatischer Entwicklungen einschließlich gezielter Anpassungsmaßnahmen an den Klimawandel, in der Behandlung von Unsicherheiten und in der Berücksichtigung von 'singulären' 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 für Klimafolgen sinnvoll definieren zu können; andererseits muss die Darstellung effizient genug sein, um die Gesamtheit der möglichen klimapolitischen Strategien erkunden zu können. Großräumige Singularitäten können häufig durch vereinfachte dynamische Modelle abgebildet werden. Diese Methode ist jedoch weniger geeignet für reguläre Klimafolgen, bei denen die Bestimmung relevanter Ergebnisse in der Regel die Berücksichtigung der Heterogenität von klimatischen, naturräumlichen und sozialen Faktoren auf der lokalen oder regionalen Ebene erfordert.   Klimawirkungsfunktionen stellen sich als die geeignetste Darstellung regulärer Klimafolgen im ICLIPS-Modell heraus. Eine Klimawirkungsfunktion beschreibt in aggregierter Form die Reaktion eines klimasensitiven Systems, wie sie von einem geographisch expliziten Klimawirkungsmodell für eine repräsentative Teilmenge möglicher zukünftiger Entwicklungen simuliert wurde. Die in dieser Arbeit vorgestellten Klimawirkungsfunktionen nutzen die globale Mitteltemperatur sowie die atmosphärische CO2-Konzentration als Prädiktoren für global und regional aggregierte Auswirkungen des Klimawandels auf natürliche Ökosysteme, die landwirtschaftliche Produktion und die Wasserverfügbarkeit. Die Anwendung einer 'Musterskalierungstechnik' ermöglicht hierbei die Berücksichtigung der regionalen und saisonalen Muster des Klimaänderungssignals aus allgemeinen Zirkulationsmodellen, ohne die Effizienz der dynamischen Modellkomponenten zu beeinträchtigen.   Bemühungen zur quantitativen Abschätzung zukünftiger Klimafolgen sehen sich bei der Wahl geeigneter Indikatoren in der Regel einem Zielkonflikt zwischen der Relevanz eines Indikators für Entscheidungsträger und der Zuverlässigkeit, mit der dieser bestimmt werden kann, gegenüber. Eine Reihe von nichtmonetären Indikatoren zur aggregierten Darstellung von Klimafolgen in Klimawirkungsfunktionen wird präsentiert, welche eine Balance zwischen diesen beiden Zielen anstreben und gleichzeitig die Beschränkungen berücksichtigen, 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. Ausgewählte Ergebnisse zu Veränderungen in der räumlichen Ausdehnung von Biomen, im landwirtschaftlichen Potential verschiedener Länder und in der Wasserverfügbarkeit in mehreren großen Einzugsgebieten werden diskutiert. Die Gesamtheit der Klimawirkungsfunktionen wird zugänglich gemacht durch das 'ICLIPS Impacts Tool', eine graphische Benutzeroberfläche, die einen bequemen Zugriff auf über 100.000 Klimawirkungsdiagramme ermöglicht. Die technischen Aspekte der Software sowie die zugehörige Datenbasis wird beschrieben.   Die wichtigste Anwendung von Klimawirkungsfunktionen ist im 'Inversmodus', wo sie genutzt werden, um Leitplanken zur Begrenzung von Klimafolgen in gleichzeitige Randbedingungen für Variablen aus dem optimierenden ICLIPS-Klima-Weltwirtschafts-Modell zu übersetzen. Diese Übersetzung wird ermöglicht durch Algorithmen zur Bestimmung von Mengen erreichbarer Klimazustände ('reachable climate domains') sowie zur parametrisierten Approximation zulässiger Klimafenster ('admissible climate windows'), die aus Klimawirkungsfunktionen abgeleitet werden. Der umfassende Bestand an Klimawirkungsfunktionen zusammen mit diesen Algorithmen ermöglicht es dem integrierten ICLIPS-Modell, in flexibler Weise diejenigen klimapolitischen Strategien zu bestimmen, welche bestimmte in biophysikalischen Einheiten ausgedrückte Begrenzungen von Klimafolgen explizit berücksichtigen. Diese Möglichkeit bietet kein anderes intertemporal optimierendes 'Integrated Assessment'-Modell. Eine Leitplankenanalyse mit dem integrierten ICLIPS-Modell unter Anwendung ausgewählter Klimawirkungsfunktionen für Veränderungen natürlicher Ökosysteme wird beschrieben. In dieser Analyse werden so genannte 'notwendige Emissionskorridore' berechnet, die vorgegebene Beschränkungen hinsichtlich der maximal zulässigen globalen Vegetationsveränderungen und der regionalen Klimaschutzkosten berücksichtigen. Dies geschieht sowohl für eine 'Standardkombination' der drei gewählten Kriterien als auch für deren systematische Variation.   Eine abschließende Diskussion aktueller Entwicklungen in der 'Integrated Assessment'-Modellierung stellt diese Arbeit mit anderen einschlägigen Bemühungen in Beziehung.
N2  - This thesis describes the development and application of the impacts module of the ICLIPS model, a global integrated assessment model of climate change. The presentation of the technical aspects of this model component is preceded by a discussion of the sociopolitical context for model-based integrated assessments, which defines important requirements for the specification of the model.  Integrated assessment of climate change comprises a broad range of scientific efforts to support the decision-making about objectives and measures for climate policy, whereby many different approaches have been followed to provide policy-relevant information about climate impacts. Major challenges in this context are the large diversity of the relevant spatial and temporal scales, the multifactorial causation of many climate impacts', considerable scientific uncertainties, and the ambiguity associated with unavoidable normative evaluations. A hierarchical framework is presented for structuring climate impact assessments that reflects the evolution of their practice and of the underlying theory.  Integrated assessment models of climate change (IAMs) are scientific tools that contain simplified representations of the relevant components of the coupled society-climate system. The major decision-analytical frameworks for IAMs are evaluated according to their ability to address important aspects of the pertinent social decision problem. The guardrail approach is presented as an inverse' framework for climate change decision support, which aims to identify the whole set of policy strategies that are compatible with a set of normatively specified constraints (guardrails'). This approach combines, to a certain degree, the scientific rigour and objectivity typical of predictive approaches with the ability to consider virtually all decision options that is at the core of optimization approaches. The ICLIPS model is described as the first IAM that implements the guardrail approach.  The representation of climate impacts is a key concern in any IAM. A review of existing IAMs reveals large differences in the coverage of impact sectors, in the choice of the impact numeraire(s), in the consideration of non-climatic developments, including purposeful adaptation, in the handling of uncertainty, and in the inclusion of singular events. IAMs based on an inverse approach impose specific requirements to the representation of climate impacts. This representation needs to combine a level of detail and reliability that is sufficient for the specification of impact guardrails with the conciseness and efficiency that allows for an exploration of the complete domain of plausible climate protection strategies. Large-scale singular events can often be represented by dynamic reduced-form models. This approach, however, is less appropriate for regular impacts where the determination of policy-relevant results generally needs to consider the heterogeneity of climatic, environmental, and socioeconomic factors at the local or regional scale.  Climate impact response functions (CIRFs) are identified as the most suitable reduced-form representation of regular climate impacts in the ICLIPS model. A CIRF depicts the aggregated response of a climate-sensitive system or sector as simulated by a spatially explicit sectoral impact model for a representative subset of plausible futures. In the CIRFs presented here, global mean temperature and atmospheric CO2 concentration are used as predictors for global and regional impacts on natural vegetation, agricultural crop production, and water availability. Application of a pattern scaling technique makes it possible to consider the regional and seasonal patterns in the climate anomalies simulated by several general circulation models while ensuring the efficiency of the dynamic model components.  Efforts to provide quantitative estimates of future climate impacts generally face a trade-off between the relevance of an indicator for stakeholders and the exactness with which it can be determined. A number of non-monetary aggregated impact indicators for the CIRFs is presented, which aim to strike the balance between these two conflicting goals while taking into account additional constraints of the ICLIPS modelling framework. Various types of impact diagrams are used for the visualization of CIRFs, each of which provides a different perspective on the impact result space.  The sheer number of CIRFs computed for the ICLIPS model precludes their comprehensive presentation in this thesis. Selected results referring to changes in the distribution of biomes in different biogeographical regions, in the agricultural potential of various countries, and in the water availability in selected major catchments are discussed. The full set of CIRFs is accessible via the ICLIPS Impacts Tool, a graphical user interface that provides convenient access to more than 100,000 impact diagrams developed for the ICLIPS model. The technical aspects of the software are described as well as the accompanying database of CIRFs.  The most important application of CIRFs is in inverse' mode, where they are used to translate impact guardrails into simultaneous constraints for variables from the optimizing ICLIPS climate-economy model. This translation is facilitated by algorithms for the computation of reachable climate domains and for the parameterized approximation of admissible climate windows derived from CIRFs. The comprehensive set of CIRFs, together with these algorithms, enables the ICLIPS model to flexibly explore sets of climate policy strategies that explicitly comply with impact guardrails specified in biophysical units. This feature is not found in any other intertemporally optimizing IAM. A guardrail analysis with the integrated ICLIPS model is described that applies selected CIRFs for ecosystem changes. So-called necessary carbon emission corridors' are determined for a default choice of normative constraints that limit global vegetation impacts as well as regional mitigation costs, and for systematic variations of these constraints.  A brief discussion of recent developments in integrated assessment modelling of climate change connects the work presented here with related efforts.
KW  - Klimawandel
KW  - Klimafolgen
KW  - Integrierte Bewertung
KW  - Leitplankenansatz
KW  - Fensteransatz
KW  - Inversanalyse
KW  - Klimawirkungsfunktionen
KW  - Musterskalierung
KW  - ICLIPS
KW  - Climate change
KW  - climate impacts
KW  - integrated assessment
KW  - guardrail approach
KW  - tolerable windows approach
KW  - inverse analysis
KW  - climate impact response func
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001089
ER  - 
TY  - THES
A1  - Huang, Shaochun
T1  - Modelling of environmental change impacts on water resources and hydrological extremes in Germany
T1  - Modellierung der Auswirkungen von Umweltveränderungen auf Wasserressourcen und Extremereignisse in Deutschland
N2  - Water resources, in terms of quantity and quality, are significantly influenced by environmental changes, especially by climate and land use changes. The main objective of the present study is to project climate change impacts on the seasonal dynamics of water fluxes, spatial changes in water balance components as well as the future flood and low flow conditions in Germany. This study is based on the modeling results of the process-based eco-hydrological model SWIM (Soil and Water Integrated Model) driven by various regional climate scenarios on one hand. On the other hand, it is supported by statistical analysis on long-term trends of observed and simulated time series. In addition, this study evaluates the impacts of potential land use changes on water quality in terms of NO3-N load in selected sub-regions of the Elbe basin. In the context of climate change, the actual evapotransipration is likely to increase in most parts of Germany, while total runoff generation may decrease in south and east regions in the scenario period 2051-2060. Water discharge in all six studied large rivers (Ems, Weser, Saale, Danube, Main and Neckar) would be 8 – 30% lower in summer and autumn compared to the reference period (1961 – 1990), and the strongest decline is expected for the Saale, Danube and Neckar. The 50-year low flow is likely to occur more frequently in western, southern and central Germany after 2061 as suggested by more than 80% of the model runs. The current low flow period (from August to September) may be extended until the late autumn at the end of this century. Higher winter flow is expected in all of these rivers, and the increase is most significant for the Ems (about 18%). No general pattern of changes in flood directions can be concluded according to the results driven by different RCMs, emission scenarios and multi-realizations. An optimal agricultural land use and management are essential for the reduction in nutrient loads and improvement of water quality. In the Weiße Elster and Unstrut sub-basins (Elbe), an increase of 10% in the winter rape area can result in 12-19% more NO3-N load in rivers. In contrast, another energy plant, maize, has a moderate effect on the water environment. Mineral fertilizers have a much stronger effect on the NO3-N load than organic fertilizers. Cover crops, which play an important role in the reduction of nitrate losses from fields, should be maintained on cropland. The uncertainty in estimating future high flows and, in particular, extreme floods remain high due to different RCM structures, emission scenarios and multi-realizations. In contrast, the projection of low flows under warmer climate conditions appears to be more pronounced and consistent. The largest source of uncertainty related to NO3-N modelling originates from the input data on the agricultural management.
N2  - Wasserressourcen werden in Quantität und Qualität von Veränderungen in der Umwelt, insbesondere von Änderungen des Klimas und der Landnutzung, in signifikantem Maße beeinflusst. In dieser Arbeit wurden die Auswirkungen von Klimavariabilität und Klimawandel auf die Wasserressourcen und Extremereignisse wie Hoch- und Niedrigwasser in Deutschland untersucht. Die Analyse erfolgte auf der einen Seite modellgestützt, wobei die Ergebnisse aus verschiedenen regionalen Klimamodellen durch ein ökohydrologisches Modell in Änderungen in den hydrologischen Prozessen transformiert wurden, zum anderen aber auch datengestützt, z.B. durch die statistische Interpretation von beobachteten und simulierten Zeitreihen. Zusätzlich wurden die Auswirkungen von Landnutzungsänderungen auf Umsatz von Stickstoff in der Landschaft und im Wasser untersucht, wobei dasselbe ökohydrologische Modell zum Einsatz kam. Im Rahmen des Klimawandels wird zur Mitte dieses Jahrhunderts die aktuelle Evapotranspiration in den meisten Teilen Deutschlands mit großer Wahrscheinlichkeit zunehmen. Die täglichen Abflussmengen der fünf größten Flussgebiete in Deutschland (Ems, Weser, Elbe, Obere Donau und Rhein) werden dieser Untersuchung zur Folge im Sommer und Herbst um 8%-30% geringer sein als in der Referenzperiode (1961-1990). 80% der Szenariensimulationen stimmen darin überein, dass die 50-jährigen Niedrigwasserereignisse zum Ende dieses Jahrhunderts mit großer Wahrscheinlichkeit häufiger in den westlichen, den südlichen und den zentralen Teilen Deutschlands auftreten werden. Die gegenwärtige Niedrigwasserperiode (August-September) könnte sich zudem dann bis in den späten Herbst ausweiten. Für alle Flüsse werden höhere Winterabflüsse erwartet, wobei diese Zunahme für die Ems am stärksten ausfällt (ca. 18%). Mit größerer Unsicherheit sind dagegen die Aussagen zur Entwicklung der Hochwasser behaftet. Aus den Ergebnissen, die durch unterschiedliche regionale Klimamodelle und Szenarien getrieben wurden, kann jedoch kein allgemeingültiges Muster für die Änderungen der 50-jährigen Hochwässer ausgemacht werden. Eine optimierte Landnutzung und ein optimiertes Landmanagement sind für die Reduzierung der NO3-Einträge in die Oberflächengewässer essentiell. In den Einzusgebieten der Weißen Elster und der Unstrut (Elbe) kann eine Zunahme von 10% in der Anbaufläche von Winterraps zu einer 12-19% höheren NO3 Fracht führen. Mais, eine weitere Energiepflanze, hat hingegen einen mäßigeren Effekt auf die Oberflächengewässer. Die Höhe der Gabe von mineralischen Düngern beeinflußt zudem in starkem Maße die Nitratbelastung von Flüssen. Zwischenfrüchte können den NO3-Austrag im Sommer zusätzlich erheblich verringern. Insgesamt bleibt die Unsicherheit in der Vorhersage von Spitzenabflüssen und im Besonderen von Extrem-Hochwässern als Folge unterschiedlicher regionaler Klimamodelle, Emissionsszenarien und Realisationen sehr hoch. Im Gegensatz dazu erscheinen die Projektionen zu den Niedrigwasserereignissen unter wärmeren Bedingungen sehr viel deutlicher und einheitlicher. Die größte Unsicherheit in der Modellierung von NO3 dagegen sind die Eingangsdaten z.B. für das lokale landwirtschaftliche Management.
KW  - Climate change
KW  - Land use change
KW  - Water resources
KW  - Hydrological extremes
KW  - Germany
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-59748
ER  - 
TY  - GEN
A1  - Nitze, Ingmar
A1  - Grosse, Guido
A1  - Jones, Benjamin M.
A1  - Romanovsky, Vladimir E.
A1  - Boike, Julia
T1  - Remote sensing quantifies widespread abundance of permafrost region disturbances across the Arctic and Subarctic
T2  - Postprints der Universität Potsdam Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe
N2  - Local observations indicate that climate change and shifting disturbance regimes are causing permafrost degradation. However, the occurrence and distribution of permafrost region disturbances (PRDs) remain poorly resolved across the Arctic and Subarctic. Here we quantify the abundance and distribution of three primary PRDs using time-series analysis of 30-m resolution Landsat imagery from 1999 to 2014. Our dataset spans four continental-scale transects in North America and Eurasia, covering ~10% of the permafrost region. Lake area loss (−1.45%) dominated the study domain with enhanced losses occurring at the boundary between discontinuous and continuous permafrost regions. Fires were the most extensive PRD across boreal regions (6.59%), but in tundra regions (0.63%) limited to Alaska. Retrogressive thaw slumps were abundant but highly localized (<10−5%). Our analysis synergizes the global-scale importance of PRDs. The findings highlight the need to include PRDs in next-generation land surface models to project the permafrost carbon feedback.
T3  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 799 
KW  - Carbon cycle
KW  - Climate change
KW  - Cryospheric science
KW  - Environmental sciences
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-426171
SN  - 1866-8372
IS  - 799
ER  - 
TY  - THES
A1  - Scherler, Dirk
T1  - Climate variability and glacial dynamics in the Himalaya
T1  - Klimavariabilität und Gletscherdynamik im Himalaya
N2  - In den Hochgebirgen Asiens bedecken Gletscher eine Fläche von ungefähr 115,000 km² und ergeben damit, neben Grönland und der Antarktis, eine der größten Eisakkumulationen der Erde. Die Sensibilität der Gletscher gegenüber Klimaschwankungen macht sie zu wertvollen paläoklimatischen Archiven in Hochgebirgen, aber gleichzeitig auch anfällig gegenüber rezenter und zukünftiger globaler Erwärmung. Dies kann vor allem in dicht besiedelten Gebieten Süd-, Ost- und Zentralasiens zu großen Problem führen, in denen Gletscher- und Schnee-Schmelzwässer eine wichtige Ressource für Landwirtschaft und Stromerzeugung darstellen. Eine erfolgreiche Prognose des Gletscherverhaltens in Reaktion auf den Klimawandel und die Minderung der sozioökonomischen Auswirkungen erfordert fundierte Kenntnisse der klimatischen Steuerungsfaktoren und der Dynamik asiatischer Gletscher. Aufgrund ihrer Abgeschiedenheit und dem erschwerten Zugang gibt es nur wenige glaziologische Geländestudien, die zudem räumlich und zeitlich sehr begrenzt sind. Daher fehlen bisher grundlegende Informationen über die Mehrzahl asiatischer Gletscher. In dieser Arbeit benutze ich verschiedene Methoden, um die Dynamik asiatischer Gletscher auf mehreren Zeitskalen zu untersuchen. Erstens teste ich eine Methode zur präzisen satelliten-gestützten Messung von Gletscheroberflächen-Geschwindigkeiten. Darauf aufbauend habe ich eine umfassende regionale Erhebung der Fliessgeschwindigkeiten und Frontdynamik asiatischer Gletscher für die Jahre 2000 bis 2008 durchgeführt. Der gewonnene Datensatz erlaubt einmalige Einblicke in die topographischen und klimatischen Steuerungsfaktoren der Gletscherfließgeschwindigkeiten in den Gebirgsregionen Hochasiens. Insbesondere dokumentieren die Daten rezent ungleiches Verhalten der Gletscher im Karakorum und im Himalaja, welches ich auf die konkurrierenden klimatischen Einflüsse der Westwinddrift im Winter und des Indischen Monsuns im Sommer zurückführe. Zweitens untersuche ich, ob klimatisch bedingte Ost-West Unterschiede im Gletscherverhalten auch auf längeren Zeitskalen eine Rolle spielen und gegebenenfalls für dokumentierte regional asynchrone Gletschervorstöße relevant sind. Dazu habe ich mittels kosmogener Nuklide Oberflächenalter von erratischen Blöcken auf Moränen ermittelt und eine glaziale Chronologie für das obere Tons Tal, in den Quellgebieten des Ganges, erstellt. Dieses Gebiet befindet sich in der Übergangszone von monsunaler zu Westwind beeinflusster Feuchtigkeitszufuhr und ist damit ideal gelegen, um die Auswirkungen dieser beiden atmosphärischen Zirkulationssysteme auf Gletschervorstöße zu untersuchen. Die ermittelte glaziale Chronologie dokumentiert mehrere Gletscherschwankungen während des Endstadiums der letzten Pleistozänen Vereisung und während des Holzäns. Diese weisen darauf hin, dass Gletscherschwankungen im westlichen Himalaja weitestgehend synchron waren und auf graduelle glaziale-interglaziale Temperaturveränderungen, überlagert von monsunalen Niederschlagsschwankungen höherer Frequenz, zurück zu führen sind. In einem dritten Schritt kombiniere ich Satelliten-Klimadaten mit Eisfluss-Abschätzungen und topographischen Analysen, um den Einfluss der Gletscher Hochasiens auf die Reliefentwicklung im Hochgebirge zu untersuchen. Die Ergebnisse dokumentieren ausgeprägte meridionale Unterschiede im Grad und im Stil der Vergletscherung und glazialen Erosion in Abhängigkeit von topographischen und klimatischen Faktoren. Gegensätzlich zu bisherigen Annahmen deuten die Daten darauf hin, dass das monsunale Klima im zentralen Himalaja die glaziale Erosion schwächt und durch den Erhalt einer steilen orographischen Barriere das Tibet Plateau vor lateraler Zerschneidung bewahrt. Die Ergebnisse dieser Arbeit dokumentieren, wie klimatische und topographische Gradienten die Gletscherdynamik in den Hochgebirgen Asiens auf Zeitskalen von 10^0 bis 10^6 Jahren beeinflussen. Die Reaktionszeit der Gletscher auf Klimaveränderungen sind eng an Eigenschaften wie Schuttbedeckung und Neigung gekoppelt, welche ihrerseits von den topographischen Verhältnissen bedingt sind. Derartige Einflussfaktoren müssen bei paläoklimatischen Rekonstruktion und Vorhersagen über die Entwicklung asiatischer Gletscher berücksichtigt werden. Desweiteren gehen die regionalen topographischen Unterschiede der vergletscherten Gebiete Asiens teilweise auf klimatische Gradienten und den langfristigen Einfluss der Gletscher auf die topographische Entwicklung des Gebirgssystems zurück.
N2  - In the high mountains of Asia, glaciers cover an area of approximately 115,000 km² and constitute one of the largest continental ice accumulations outside Greenland and Antarctica. Their sensitivity to climate change makes them valuable palaeoclimate archives, but also vulnerable to current and predicted Global Warming. This is a pressing problem as snow and glacial melt waters are important sources for agriculture and power supply of densely populated regions in south, east, and central Asia. Successful prediction of the glacial response to climate change in Asia and mitigation of the socioeconomic impacts requires profound knowledge of the climatic controls and the dynamics of Asian glaciers. However, due to their remoteness and difficult accessibility, ground-based studies are rare, as well as temporally and spatially limited. We therefore lack basic information on the vast majority of these glaciers. In this thesis, I employ different methods to assess the dynamics of Asian glaciers on multiple time scales. First, I tested a method for precise satellite-based measurement of glacier-surface velocities and conducted a comprehensive and regional survey of glacial flow and terminus dynamics of Asian glaciers between 2000 and 2008. This novel and unprecedented dataset provides unique insights into the contrasting topographic and climatic controls of glacial flow velocities across the Asian highlands. The data document disparate recent glacial behavior between the Karakoram and the Himalaya, which I attribute to the competing influence of the mid-latitude westerlies during winter and the Indian monsoon during summer. Second, I tested whether such climate-related longitudinal differences in glacial behavior also prevail on longer time scales, and potentially account for observed regionally asynchronous glacial advances. I used cosmogenic nuclide surface exposure dating of erratic boulders on moraines to obtain a glacial chronology for the upper Tons Valley, situated in the headwaters of the Ganges River. This area is located in the transition zone from monsoonal to westerly moisture supply and therefore ideal to examine the influence of these two atmospheric circulation regimes on glacial advances. The new glacial chronology documents multiple glacial oscillations during the last glacial termination and during the Holocene, suggesting largely synchronous glacial changes in the western Himalayan region that are related to gradual glacial-interglacial temperature oscillations with superimposed monsoonal precipitation changes of higher frequency. In a third step, I combine results from short-term satellite-based climate records and surface velocity-derived ice-flux estimates, with topographic analyses to deduce the erosional impact of glaciations on long-term landscape evolution in the Himalayan-Tibetan realm. The results provide evidence for the long-term effects of pronounced east-west differences in glaciation and glacial erosion, depending on climatic and topographic factors. Contrary to common belief the data suggest that monsoonal climate in the central Himalaya weakens glacial erosion at high elevations, helping to maintain a steep southern orographic barrier that protects the Tibetan Plateau from lateral destruction. The results of this thesis highlight how climatic and topographic gradients across the high mountains of Asia affect glacier dynamics on time scales ranging from 10^0 to 10^6 years. Glacial response times to climate changes are tightly linked to properties such as debris cover and surface slope, which are controlled by the topographic setting, and which need to be taken into account when reconstructing mountainous palaeoclimate from glacial histories or assessing the future evolution of Asian glaciers. Conversely, the regional topographic differences of glacial landscapes in Asia are partly controlled by climatic gradients and the long-term influence of glaciers on the topographic evolution of the orogenic system.
KW  - Gletscher
KW  - Himalaya
KW  - Klimawandel
KW  - Fernerkundung
KW  - Kosmogene Nuklide
KW  - Glaciers
KW  - Himalaya
KW  - Climate change
KW  - Remote sensing
KW  - Cosmogenic nuclides
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-49871
ER  - 
TY  - GEN
A1  - Vogel, Johannes
A1  - Paton, Eva
A1  - Aich, Valentin
A1  - Bronstert, Axel
T1  - Increasing compound warm spells and droughts in the Mediterranean Basin
T2  - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe
N2  - The co-occurrence of warm spells and droughts can lead to detrimental socio-economic and ecological impacts, largely surpassing the impacts of either warm spells or droughts alone. We quantify changes in the number of compound warm spells and droughts from 1979 to 2018 in the Mediterranean Basin using the ERA5 data set. We analyse two types of compound events: 1) warm season compound events, which are extreme in absolute terms in the warm season from May to October and 2) year-round deseasonalised compound events, which are extreme in relative terms respective to the time of the year. The number of compound events increases significantly and especially warm spells are increasing strongly – with an annual growth rates of 3.9 (3.5) % for warm season (deseasonalised) compound events and 4.6 (4.4) % for warm spells –, whereas for droughts the change is more ambiguous depending on the applied definition. Therefore, the rise in the number of compound events is primarily driven by temperature changes and not the lack of precipitation. The months July and August show the highest increases in warm season compound events, whereas the highest increases of deseasonalised compound events occur in spring and early summer. This increase in deseasonalised compound events can potentially have a significant impact on the functioning of Mediterranean ecosystems as this is the peak phase of ecosystem productivity and a vital phenophase.
T3  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1127 
KW  - Compound events
KW  - Warm spells
KW  - Droughts
KW  - Mediterranean basin
KW  - Extreme events
KW  - Climate change
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-496294
SN  - 1866-8372
IS  - 1127
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wilhelm, Susann
T1  - Climate induced impacts on lake functioning in summer
T1  - Auswirkungen des Klimawandels auf Seen im Sommer
N2  - Es gibt bereits viele Hinweise dafür, dass Seen sehr sensibel auf die anthropogen verursachte Klimaerwärmung reagiert haben. Bis jetzt haben sich die Studien der Klimafolgenforschung hauptsächlichst auf die Auswirkungen der Erwärmung im Winter und Frühling konzentriert. Über den Einfluss der Klimaerwärmung auf Seen in den gemäßigten Breiten im Sommer ist weniger bekannt. In der vorliegenden Doktorarbeit habe ich einige Faktoren, welche die Reaktion von Seen auf die Erwärmung im Sommer vermutlich stark mitbestimmt haben, untersucht. Der Schwerpunkt lag dabei auf klimatisch induzierten Auswirkungen auf die thermische Charakteristik und die Phänologie und Abundanz des Planktons eines flachen und polymiktischen Sees (Müggelsee, Berlin). Zuerst wurde der Einfluss der Klimaerwärmung auf die Phänologie und Abundanz des Planktons in verschiedenen Jahreszeiten untersucht. Das schnellwachsende Phyto- und Zooplankton (Daphnia) im Frühjahr hat sich vorwiegend synchron vorverschoben, wohingegen Veränderungen des Sommerzooplanktons deutlich artspezifisch und nicht synchron waren. Die Phänologie oder Abundanz einiger Sommercopepoden hat sich entsprechend der individuellen thermischen Anforderungen innerhalb bestimmter Entwicklungsstufen, wie zum Beispiel der Emergenz von der Diapause im Frühling, verändert. Die Studie unterstreicht, dass nicht nur der Grad der Erwärmung, sondern auch dessen Zeitpunkt innerhalb des Jahres von großer ökologischer Bedeutung ist. Um die Auswirkungen des Klimawandels auf die thermischen Eigenschaften des Sees zu erforschen, habe ich die Langzeitentwicklung der täglichen epilimnischen Temperaturextrema während des Sommers untersucht. Durch diese Studie wurde zum ersten Mal für Seen gezeigt, dass die täglichen epilimnischen Minima (Nacht) stärker angestiegen sind als die Maxima (Tag), wodurch sich der tägliche epilimnische Temperaturbereich deutlich verringert hat. Diese Tag-Nacht-Asymmetrie in der epilimnischen Temperatur wurde durch eine erhöhte Emission von Langwellenstrahlung aus der Atmosphäre während der Nacht verursacht. Dies unterstreicht, dass nicht nur Erhöhungen der Lufttemperatur, sondern auch Änderungen anderer meteorologischer Variablen wie der Windgeschwindigkeit, der Luftfeuchte und der Bewölkung eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der Seetemperatur im Hinblick auf weitere Klimaveränderungen spielen werden. Zudem wurde eine Kurzzeitanalyse zum Schichtungsverhalten des polymiktischen Sees durchgeführt, um die Häufigkeit und Dauer von Schichtungsereignissen und deren Einfluss auf den gelösten Sauerstoff, die gelösten Nährstoffe und das Phytoplankton zu untersuchen. Selbst während der längsten Schichtungsereignisse (Hitzewellen 2003 und 2006) unterschieden sich die Auswirkungen auf den See von denen, welche in flachen dimiktischen Seen während der kontinuierlichen Sommerschichtung auftreten. Die hypolimnische Temperatur war höher, was die Sauerstoffzehrung und die Akkumulation von gelösten Nährstoffen begünstigt hat. Die thermische Schichtung wird in Zukunft sehr wahrscheinlich zunehmen. Dies lässt darauf schließen, dass polymiktische Seen sehr anfällig gegenüber Änderungen im Hinblick auf projizierte Klimaveränderungen sein werden. Abschließend wurde eine Studie über Lang- und Kurzzeitveränderungen in der Entwicklung der planktischen Larven der Muschel Dreissena polymorpha durchgeführt, um den Einfluss der Veränderungen im thermischen und trophischen Regime des Sees zu analysieren. Die Klimaerwärmung und die Verringerung in der externen Nährstofffracht haben die Abundanz der Larven stark beeinflusst indem sie jeweils auf bestimmte Entwicklungsphasen dieser Art während der warmen Jahreszeiten gewirkt haben. Der Anstieg in der Abundanz und der Länge der Larven stand im Zusammenhang mit dem Rückgang der Nährstofffracht und der Veränderung der Phytoplanktonzusammensetzung. Die Hitzewellen in den Jahren 2003 und 2006 haben diesen positiven Effekt auf die Larvenabundanz jedoch durch ungünstige Sauerstoffkonzentrationen während der sehr langen Schichtung aufgehoben. Die Klimaerwärmung kann demzufolge entgegenwirkende Effekte in produktiven flachen Seen, in welchen die externe Nährstofffracht reduziert wurde, auslösen. Aus diesen Ergebnissen schließe ich, dass nicht nur die Art des Klimawandels und damit der Zeitpunkt der Erwärmung und das Auftreten von Extremen wie Hitzewellen, sondern auch standortspezifische Bedingungen wie Schichtungsverhalten und Trophiegrad entscheidende Faktoren sind, welche die Auswirkungen der Klimaerwärmung auf interne Seeprozesse im Sommer bestimmen. Somit sollte sich die weiterführende Klimafolgenforschung für Seen darauf konzentrieren, wie verschiedene Seetypen auf die komplexen Umweltveränderungen im Sommer reagieren, damit ein umfassenderes Verständnis über den Einfluss von anthropogen verursachten Veränderungen auf Seen der gemäßigten Breiten erreicht wird.
N2  - There is already strong evidence that temperate lakes have been highly vulnerable to human induced climate warming during the last century. Hitherto climate impact studies have mainly focussed on the impacts of the recent long-term warming in winter and spring and little is known on the influence of climate warming on temperate lakes in summer. In the present thesis, I studied some aspects, which may have been strongly involved in determining the response of a lake to climate warming in summer. Thereby I have focussed on climate induced impacts on the thermal characteristics and the phenology and abundance of summer plankton in a shallow polymictic lake (Müggelsee, Germany). First, the influence of climate warming on the phenology and abundance of the lake plankton was investigated across seasons. Fast-growing spring phytoplankton and zooplankton (Daphnia) advanced largely synchronously, whereas long-term changes in the phenology of slow-growing summer zooplankton were clearly species-specific and not synchronised. The phenology and/or abundance of several summer copepod species changed according to their individual thermal requirements at decisive developmental stages such as emergence from diapause in spring. The study emphasises that not only the degree of warming, but also its timing within the annual cycle is of great ecological importance. To analyse the impact of climate change on the thermal characteristics of the lake, I examined the long-term development of the daily epilimnetic temperature extrema during summer. The study demonstrated for the first time for lakes that the daily epilimnetic minima (during nighttime) have increased more rapidly than the daily epilimnetic maxima (during daytime), resulting in a distinct decrease in the daily epilimnetic temperature range. This day-night asymmetry in epilimnetic temperature was likely caused by an increased nighttime emission of long-wave radiation from the atmosphere. This underlines that not only increases in air temperature, but also changes in other meteorological variables such as wind speed, relative humidity and cloud cover may play an important role in determining the lake temperature with respect to further climate change. Furthermore, a short-term analysis on the mixing regime of the polymictic lake was conducted to examine the frequency and duration of stratification events and their impacts on dissolved oxygen, dissolved nutrients and summer phytoplankton. Even during the longest stratification events (heatwaves in 2003 and 2006) the thermal characteristics of the lake differed from those typically found in shallow dimictic lakes, which exhibit a continuous stratification during summer. Particularly, hypolimnetic temperatures were higher, favouring the depletion of oxygen and the accumulation of dissolved nutrient in the hypolimnion. Thermal stratification will be very likely amplified in the future, thus, I conclude that polymictic lakes will be very vulnerable to alterations in the thermal regime with respect to projections of further climate change during summer. Finally, a long-term case study on the long and short-term changes in the development of the planktonic larvae of the freshwater mussel Dreissena polymorpha was performed to analyse the impacts of simultaneous changes in the thermal and in the trophic regime of the lake. Both the climate warming and the decrease in external nutrient load were important in determining the abundance of the pelagic larvae by affecting different features of the life-history of this species throughout the warm season. The long-term increase in the abundance and length of larvae was related to the decrease in external nutrient loading and the change in phytoplankton composition. However, the recent heatwaves in 2003 and 2006 have offset this positive effect on larval abundance, due to unfavourable low oxygen concentrations that had resulted from extremely long stratification events, mimicking the effects of nutrient enrichment. Climate warming may thus induce counteracting effects in productive shallow lakes that underwent lake restoration through a decrease in external nutrient loading. I conclude that not only the nature of climate change and thus the timing of climate warming throughout the seasons and the occurrence of climatic extremes as heatwaves, but also site-specific lake conditions as the thermal mixing regime and the trophic state are crucial factors governing the impacts of climate warming on internal lake processes during summer. Consequently, further climate impact research on lake functioning should focus on how the different lake types respond to the complex environmental forcing in summer, to allow for a comprehensive understanding of human induced environmental changes in lakes.
KW  - Klimawandel
KW  - Gewässerökologie
KW  - Seen
KW  - Climate change
KW  - freshwater ecology
KW  - lakes
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-14599
ER  -