TY  - THES
A1  - Stauch, Vanessa Juliane
T1  - Data-led methods for the analysis and interpretation of eddy covariance observations
T1  - Datengeleitete Methoden zur Analyse und Interpretation von Turbulenz-Korrelations-Messungen
N2  - The terrestrial biosphere impacts considerably on the global carbon cycle. In particular, ecosystems contribute to set off anthropogenic induced fossil fuel emissions and hence decelerate the rise of the atmospheric CO₂ concentration. However, the future net sink strength of an ecosystem will heavily depend on the response of the individual processes to a changing climate. Understanding the makeup of these processes and their interaction with the environment is, therefore, of major importance to develop long-term climate mitigation strategies. Mathematical models are used to predict the fate of carbon in the soil-plant-atmosphere system under changing environmental conditions. However, the underlying processes giving rise to the net carbon balance of an ecosystem are complex and not entirely understood at the canopy level. Therefore, carbon exchange models are characterised by considerable uncertainty rendering the model-based prediction into the future prone to error. Observations of the carbon exchange at the canopy scale can help learning about the dominant processes and hence contribute to reduce the uncertainty associated with model-based predictions. For this reason, a global network of measurement sites has been established that provides long-term observations of the CO₂ exchange between a canopy and the atmosphere along with micrometeorological conditions. These time series, however, suffer from observation uncertainty that, if not characterised, limits their use in ecosystem studies. The general objective of this work is to develop a modelling methodology that synthesises physical process understanding with the information content in canopy scale data as an attempt to overcome the limitations in both carbon exchange models and observations. Similar hybrid modelling approaches have been successfully applied for signal extraction out of noisy time series in environmental engineering. Here, simple process descriptions are used to identify relationships between the carbon exchange and environmental drivers from noisy data. The functional form of these relationships are not prescribed a priori but rather determined directly from the data, ensuring the model complexity to be commensurate with the observations. Therefore, this data-led analysis results in the identification of the processes dominating carbon exchange at the ecosystem scale as reflected in the data. The description of these processes may then lead to robust carbon exchange models that contribute to a faithful prediction of the ecosystem carbon balance. This work presents a number of studies that make use of the developed data-led modelling approach for the analysis and interpretation of net canopy CO₂ flux observations. Given the limited knowledge about the underlying real system, the evaluation of the derived models with synthetic canopy exchange data is introduced as a standard procedure prior to any real data employment. The derived data-led models prove successful in several different applications. First, the data-based nature of the presented methods makes them particularly useful for replacing missing data in the observed time series. The resulting interpolated CO₂ flux observation series can then be analysed with dynamic modelling techniques, or integrated to coarser temporal resolution series for further use e.g., in model evaluation exercises. However, the noise component in these observations interferes with deterministic flux integration in particular when long time periods are considered. Therefore, a method to characterise the uncertainties in the flux observations that uses a semi-parametric stochastic model is introduced in a second study. As a result, an (uncertain) estimate of the annual net carbon exchange of the observed ecosystem can be inferred directly from a statistically consistent integration of the noisy data. For the forest measurement sites analysed, the relative uncertainty for the annual sum did not exceed 11 percent highlighting the value of the data. Based on the same models, a disaggregation of the net CO₂ flux into carbon assimilation and respiration is presented in a third study that allows for the estimation of annual ecosystem carbon uptake and release. These two components can then be further analysed for their separate response to environmental conditions. Finally, a fourth study demonstrates how the results from data-led analyses can be turned into a simple parametric model that is able to predict the carbon exchange of forest ecosystems. Given the global network of measurements available the derived model can now be tested for generality and transferability to other biomes. In summary, this work particularly highlights the potential of the presented data-led methodologies to identify and describe dominant carbon exchange processes at the canopy level contributing to a better understanding of ecosystem functioning.
N2  - Der Kohlenstoffhaushalt der Erde wird maßgeblich von der bewachsenen Landoberfläche beeinflusst. Insbesondere tragen terrestrische Ökosysteme dazu bei, den Anstieg der atmosphärischen Kohlenstoffdioxid- (CO₂-) Konzentration durch anthropogen verursachte Emissionen fossiler Brennstoffe zu verlangsamen. Die Intensität der Netto-CO₂-Aufnahme wird allerdings in einem sich verändernden Klima davon abhängen, wie einzelne Prozesse auf Änderungen der sie beeinflussenden Umweltfaktoren reagieren. Fundierte Kenntnisse dieser Prozesse und das Verständnis ihrer Wechselwirkungen mit der Umwelt sind daher für eine erfolgreiche Klimaschutzpolitik von besonderer Bedeutung. Mit Hilfe von mathematischen Modellen können Vorhersagen über den Verbleib des Kohlenstoffs im System Boden-Pflanze-Atmosphäre unter zukünftigen Umweltbedingungen getroffen werden. Die verantwortlichen Prozesse und ihre Wechselwirkungen mit der Umwelt sind jedoch kompliziert und bis heute auf der Ökosystemskala nicht vollkommen verstanden. Entwickelte Modelle und deren Vorhersagen sind deshalb derzeit mit erheblichen Unsicherheiten behaftet. Messungen von CO₂-Austauschflüssen zwischen einem Ökosystem und der Atmosphäre können dabei helfen, Vorgänge besser verstehen zu lernen und die Unsicherheiten in CO₂-Austausch-Modellen zu reduzieren. Allerdings sind auch diese Beobachtungen, wie alle Umweltmessungen, von Unsicherheiten durchsetzt. Ziel dieser Arbeit ist es Methoden zu entwickeln, die physikalisches Prozessverständnis mit dem dennoch großen Informationsgehalt dieser Daten vorteilhaft zu vereinigen. Dabei soll vereinfachtes Prozessverständnis dazu genutzt werden, Zusammenhänge zwischen dem CO₂-Austausch und den umgebenden Umweltbedingungen aus den Beobachtungen abzuleiten. Das Besondere hierbei ist, dass diese Zusammenhänge direkt aus den Daten geschätzt werden, ohne vorher Annahmen über ihre funktionale Form zu machen. Die Daten als Ausgangspunkt der Modellentwicklung zu wählen gewährleistet, dass die Komplexität der Modelle dem Informationsgehalt der Messungen entspricht. Auf diese Weise lassen sich diejenigen Prozesse identifizieren, welche für den CO₂-Austausch mit der Atmosphäre dominant sind. Die gewonnenen Erkenntnisse können dann in robuste CO₂-Austauschmodelle für Ökosysteme überführt werden und zur Vorhersage von Kohlenstoffbilanzen beitragen. In der vorliegenden Arbeit werden diese entwickelten, datenbasierten Methoden zur Analyse und Interpretation von Netto-CO₂-Flüssen eingesetzt. Die erste Studie führt ein datenbasiertes Modell ein, das unvermeidliche Lücken in Messzeitreihen zuverlässig interpoliert. Dies ermöglicht erweiterte Anwendungen der Daten. In einer nächsten Studie wird ein Verfahren vorgestellt, mit dem die Unsicherheiten in den Beobachtungen charakterisiert werden können. Dies ist nötig, um jährliche Kohlenstoffbilanzen von Ökosystemen unter Berücksichtigung der Messungenauigkeiten direkt aus den Daten herzuleiten. Dabei liegt die Unsicherheit in den betrachteten Waldstandorten bei maximal 11% des Jahreswertes. In einer weiteren Studie werden dieselben Modelle genutzt, um die Netto-CO₂-Flüsse in Einzelkomponenten der CO₂-Assimilation und -Abgabe zu bestimmen. Diese Komponenten sowie die Nettobilanz sind zusammen mit ihren Ungenauigkeiten für Vorhersagen über das Kohlenstoffsenkenpotential eines Ökosystems von besonderer Bedeutung und können Abschätzungen des globalen Kohlenstoffhaushaltes maßgeblich unterstützen. Abschließend zeigt die letzte Studie ein Beispiel für die datenbasierte Entwicklung eines Modells, das die dominanten Prozesse des Kohlenstoffaustausches in Waldökosystemen beschreibt und erfolgreich vorhersagen kann. Dies unterstreicht insbesondere das Potenzial des vorgestellten Modellierungsansatzes, vorherrschende Prozesse zu identifizieren, zu beschreiben und damit zum verbesserten Verständnis des CO₂-Austauschs zwischen Ökosystem und Atmosphäre beizutragen.
KW  - CO₂
KW  - Turbulenz Korrelations-Messung
KW  - Unsicherheiten
KW  - Interpolation
KW  - Flussaufteilung
KW  - CO₂
KW  - eddy covariance
KW  - uncertainties
KW  - gap-filling
KW  - flux partitioning
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-12389
ER  - 
TY  - THES
A1  - Keser, Abdulkerim
T1  - Der Europäische Automobilsektor : Besteuerung, Marktliberalisierung und Beitrag zur CO₂-Reduktion
T1  - The European automotive sector : taxation, market liberalization and CO₂ reduction
N2  - Der Automobilsektor ist derzeit einer der wichtigsten Industriezweige in Europa. Ca. 2,2 Millionen Mitarbeiter sind direkt, weitere 9,8 Millionen indirekt darin beschäftigt (sechs Prozent aller Beschäftigten in Europa) und erwirtschaften mit einem Umsatz von ca. € 780 Milliarden im Jahr einen bedeutenden Teil des europäischen Bruttoinlandprodukts (BIP). Auch aus Sicht der Konsumenten ist das Auto für 80 % der Europäischen Haushalte, die ein Auto besitzen, aus dem täglichen Leben nicht mehr weg zu denken. Die europäischen Staaten beziehen ca. € 380 Milliarden ihrer Steuereinnahmen aus der Automobilindustrie. Damit haben sowohl Staaten, Konsumenten als auch die Automobilindustrie ein gewichtiges Interesse am Florieren der Branche. Die Schattenseite der Automobilindustrie sind die CO2-Emissionen, die mit 20 % (der Anteil lag 1970 bei 12 %) aller CO2-Emissionen in Europa einen wesentlichen Teil zum Klimawandel beitragen, Tendenz steigend. So haben im Lauf der vergangenen Jahre mehr und mehr Staaten ihre Besteuerung der Pkw explizit oder implizit nach Umweltstandards ausgerichtet. Damit soll das Autofahren verteuert oder eingeschränkt und / oder die Nutzung von schadstoffarmen Pkw gefördert werden. Neben den Klimaschutz verfolgt die Europäische Union (EU) das Ziel, einen einheitlichen europäischen Binnenmarkt zu schaffen. Durch den Mangel an verbindlichen EU-Richtlinien im Bezug auf Abgaben, haben die Gesetze, Steuern und Abgaben auf einzelstaatlicher und regionaler Ebene ein kaum mehr zu überschauendes Maß angenommen, da Im Rahmen des Subsidiaritätsprinzips die Mitgliedsländer weiterhin ihr Steuersystem überwiegend autonom gestalten, sofern dies im Einklang mit bestimmten europaweiten Vorgaben steht. Dies führt zu einem sehr heterogenen Steuersystem, das gerade im Bereich des Verkehrs bedeutende Markteffekte (z. B. höhere Zulassungszahlen für Diesel betriebene Pkw oder kürzere Haltedauern) nach sich zieht. Europaweit einheitlich sind lediglich Regelungen zu Wettbewerbsbeschränkungen. Es lassen sich nach wie vor viele Beispiele für Marktverzerrungen und die Heterogenität der Steuersysteme in Europa finden: Marktverzerrungen und Wettbewerbsbeschränkungen zeigen sich bei Fahrzeugpreisen, die in Europa stark variieren. Beispielsweise kosten in Dänemark Pkw bis zu 37 % weniger als in Deutschland. Diese Arbeit untersucht und vergleicht die Abgaben auf den Erwerb, den Besitz und die Nutzung von Pkw in den EU-Ländern sowie Norwegen und der Schweiz sowohl systematisch als auch quantitativ. Zur quantitativen Analyse wurde eine Datenbank mit den zur Steuerberechnung notwendigen Informationen erstellt. Darunter sind beispielswiese: Steuersätze und –tarife, Fahrzeugdaten, Kraftstoffpreise, Instandhaltungskosten, Versicherungsbeitrage, Wechselkurse und der durchschnittliche Wertverlust der Fahrzeuge. Darauf und auf bestimmten Annahmen basierend wurden die absoluten Abgaben für repräsentative Fahrzeuge in den verschiedenen Ländern berechnet. Besonderes Augenmerk gilt der CO2-orientierten Besteuerung, die in 17 Ländern (zumindest teilweise) eingeführt wurde. Diese Arbeit betrachtet auch andere, d. h. nicht fiskalische Maßnahmen der Europäischen Union zur CO2-Reduzierung, vergleicht diese mit alternativen Instrumenten, und analysiert die Wirkung unterschiedlicher Besteuerung auf den Pkw-Binnenmarkt, z. B. den Einfluss von Abgaben auf die europäischen Automobilpreise und damit auf Arbitrageeffekte. Es zeigt sich, dass die Besteuerung in Europa sowohl in der Abgabenhöhe als auch konzeptionell in der Vielzahl der Bemessungsgrundlagen und Steuertarife sehr heterogen ist und maßgeblich zu den sehr unterschiedlichen Gesamtkosten der Pkw-Nutzung beiträgt. Die relative Abgabenlast ist in einkommensstarken Ländern Westeuropas nicht hoch genug, um den Kraftstoffverbrauch spürbar zu reduzieren. Aus dem gleichen Grund ist von der CO2-orientierten Novellierung der deutschen Kfz-Steuer kein ausreichender Kaufanreiz zugunsten effizienterer Fahrzeuge zu erwarten. Die in der Vergangenheit von der Europäischen Union eingeführten Instrumente zur Reduzierung von CO2-Emissionen aus dem Straßenverkehr führten nicht zu den erwünschten Emissionsverringerungen. Die jüngste Maßnahme der Europäischen Union, den Automobilherstellern Emissionsgrenzen vorzuschreiben, ist weder effektiv noch effizient. Im letzten Jahrzehnt haben sich die Automobilpreise in Europa zwar etwas angeglichen. Dies liegt weniger an einer Angleichung in der Besteuerung als an der schrittweisen Liberalisierung des europäischen Automobilmarktes und den Novellierungen der Gruppenfreistellungsverordnung.
N2  - The automotive industry is currently one of the most important industries in Europe. Approximately 2.2 million people are directly employed in this industry, and an additional 9.8 million jobs indirectly depend on it. This represents 6 percent of all jobs in Europe. A significant amount of Europe’s gross domestic product is generated in this sector which produces a turnover of approximately € 780 billion per year. Governments, consumers and car manufacturers have a significant interest in a flourish automotive industry: 80 % of all European households own a car and rely on it in their day to day life and the European member states are collecting approximately € 380 billion in tax revenue from the automotive industry. One of the problems caused by the automotive sector are the carbon dioxide (CO2) emissions and their impact on the environment. 20 % of all CO2 emissions in Europe are currently caused by cars, being a major contributor to climate change. The contribution has increased from 12% in 1970 and is expected to grow even further in the future. Consequently, several countries recently introduced taxes that consider carbon emissions with the aim to reduce the use of cars, or to incentivise the use of more fuel efficient vehicles. The automotive sector is not only relevant for the European Union’s (EU) climate policy, but for its broader goal to ensure a functioning internal market with free movement of people, goods, services, and capital. However, the degree to which a free internal market can be achieved also depends on the homogeneity of the tax system throughout the EU. To date, taxes and other duties are still very heterogeneous across the EU, due to the lack of binding regulations and directives with respect to taxes – in accordance with the principle of subsidiarity embedded in the Maastricht treaty. These differences affect the automotive sector, for example in terms of demand for diesel cars, or the average number of years that a car is used. More importantly, market distortions can still be observed in the automotive sector: Heterogeneous tax systems lead to vastly different car prices within the EU, e.g. cars are up to 37% cheaper in Denmark than in Germany. This study compares and analyses - both quantitatively and qualitatively - taxes and duties on cars in connection with their purchase and registration, ownership and tenure as well as use. The analysis covers all 27 EU member countries, Switzerland and Norway. For the quantitative analysis, a software based database and simulation tool was developed. This tool contains all relevant data, such as tax rates, tax scales, car characteristics, fuel prices, car maintenance costs or depreciation rates. The simulation tool uses the data to calculate taxes and duties for a number of specific cars models (selected representatively covering all segments) for each of the 29 countries, relying on certain assumptions where necessary. The analysis focuses particularly on taxes introduced to reduce the CO2 emission of cars in the EU, namely CO2 based taxes of motor vehicles, which have been introduced in 17 of the 29 countries. This thesis also considers other, non fiscal measures of the EU that are designed to reduce CO2 emis¬sions of cars. These measures are subsequently analysed and compared to other instruments in order to understand the impact of different taxation models on the European internal car market, for example, with respect to car prices in the EU and hence potential for arbitrage. The thesis demonstrates that material differences in taxation of cars exist, both regarding the total amount of taxes levied in similar circumstances, but also regarding the underlying concepts and bases for assessment. This heterogeneity results in vastly different costs of purchasing, owning and driving a car. In the relatively wealthy countries in Western Europe, costs are not sufficiently high to have a notable impact on the consumption of fuel. This is also why the new German tax on car ownership, although based on the average fuel consumption, is not expected to create a significant incentive for consumers to buy more fuel efficient cars. Similarly, the EU measures to reduce CO2 emissions of car usage failed to deliver the desired outcomes. The most recent instrument of the EU, prescribing emission thresholds for car manufacturers, is neither effective nor efficient. The thesis also shows that during the last ten years car prices in the countries of Europe have converged. However, this is less due to the increasing similarities in taxation, but instead due to the gradual liberalisation of the European car market and the renewal of the block exemption for the motor vehicle sector.
KW  - Besteuerung
KW  - Kfz
KW  - Automobil
KW  - Gruppenfreistellungsverordnung
KW  - CO₂
KW  - car
KW  - automotive
KW  - vehicle
KW  - taxation
KW  - carbon dioxide
KW  - block exemption
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-60269
SN  - 978-3-86956-197-4
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  -