TY  - THES
A1  - Niehoff, Daniel
T1  - Modellierung des Einflusses der Landnutzung auf die Hochwasserentstehung in der Mesoskala
N2  - Seit 1990 waren mehrere der großen Flussgebiete Mitteleuropas wiederholt von extremen Hochwassern betroffen. Da sowohl die Landoberfläche als auch die Flusssysteme weiter Teile Mitteleuropas in der Vergangenheit weitreichenden Eingriffen ausgesetzt gewesen sind, wird bei der Suche nach den Ursachen für diese Häufung von Extremereignissen auch die Frage nach der Verantwortung des Menschen hierfür diskutiert. Gewässerausbau, Flächenversiegelung, intensive landwirtschaftliche Bodenbearbeitung, Flurbereinigung und Waldschäden sind nur einige Beispiele und Folgen der anthropogenen Eingriffe in die Landschaft. Aufgrund der Vielfalt der beteiligten Prozesse und deren Wechselwirkungen gibt es allerdings bislang nur Schätzungen darüber, wie sehr sich die Hochwassersituation hierdurch verändert hat. Vorrangiges Ziel dieser Arbeit ist es, mit Hilfe eines hydrologischen Modells systematisch darzustellen, in welcher Weise, in welcher Größenordnung und unter welchen Umständen die Art der Landnutzung auf die Hochwasserentstehung Einfluss nimmt. Dies wird anhand exemplarischer Modellanwendungen in der hydrologischen Mesoskala untersucht. Zu diesem Zweck wurde das deterministische und flächendifferenzierte hydrologische Modell wasim-eth ausgewählt, das sich durch eine ausgewogene Mischung aus physikalisch begründeten und konzeptionellen Ansätzen auszeichnet. Das Modell wurde im Rahmen dieser Arbeit um verschiedene Aspekte erweitert, die für die Charakterisierung des Einflusses der Landnutzung auf die Hochwasserentstehung wichtig sind: (1) Bevorzugtes Fließen in Makroporen wird durch eine Zweiteilung des Bodens in Makroporen und Bodenmatrix dargestellt, die schnelle Infiltration und Perkolation jenseits der hydraulischen Leitfähigkeit der Bodenmatrix ermöglicht. (2) Verschlämmung äußert sich im Modell abhängig von Niederschlagsintensität und Vegetationsbedeckungsgrad als Verschlechterung der Infiltrationsbedingungen an der Bodenoberfläche. (3) Das heterogene Erscheinungsbild bebauter Flächen mit einer Mischung aus versiegelten Bereichen und Freiflächen wird berücksichtigt, indem jede Teilfläche je nach Versiegelungsgrad in einen unversiegelten Bereich und einen versiegelten Bereich mit Anschluss an die Kanalisation aufgeteilt wird. (4) Dezentraler Rückhalt von Niederschlagswasser kann sowohl für natürliche Mulden als auch für gezielt angelegte Versickerungsmulden mit definierten Infiltrationsbedingungen simuliert werden. Das erweiterte Modell wird exemplarisch auf drei mesoskalige Teileinzugsgebiete des Rheins angewandt. Diese drei Gebiete mit einer Fläche von zwischen 100 und 500 km² wurden im Hinblick darauf ausgewählt, dass jeweils eine der drei Hauptlandnutzungskategorien Bebauung, landwirtschaftliche Nutzung oder Wald dominiert. Für die drei Untersuchungsgebiete sind räumlich explizite Landnutzungs- und Landbedeckungsszenarien entworfen worden, deren Einfluss auf die Hochwasserentstehung mit Hilfe des erweiterten hydrologischen Modells simuliert wird. Im Einzelnen werden die Auswirkungen von Verstädterung, Maßnahmen zur Niederschlagsversickerung in Siedlungsgebieten, Stilllegung agrarisch genutzter Flächen, veränderter landwirtschaftlicher Bodenbearbeitung, Aufforstung sowie von Sturmschäden in Wäldern untersucht. Diese Eingriffe beeinflussen die Interzeption von Niederschlag, dessen Infiltration, die oberflächennahen unterirdischen Fließprozesse sowie, zum Beispiel im Fall der Kanalisation, auch die Abflusskonzentration. Die hydrologischen Simulationen demonstrieren, dass die Versiegelung einer Fläche den massivsten Eingriff in die natürlichen Verhältnisse darstellt und deshalb die stärksten (negativen) Veränderungen der Hochwassersituation hervorbringt. Außerdem wird deutlich, dass eine bloße Änderung des Interzeptionsvermögens zu keinen wesentlichen Veränderungen führt, da die Speicherkapazität der Pflanzenoberflächen im Verhältnis zum Volumen hochwasserauslösender Niederschläge eher klein ist. Stärkere Veränderungen ergeben sich hingegen aus einer Änderung der Infiltrationsbedingungen. Die Grenzen der entwickelten Methodik zeigen sich am deutlichsten bei der Simulation veränderter landwirtschaftlicher Bewirtschaftungsmethoden, deren mathematische Beschreibung und zahlenmäßige Charakterisierung aufgrund der Komplexität der beteiligten Prozesse mit großen Unsicherheiten behaftet ist. Die Modellierungsergebnisse belegen darüber hinaus, dass pauschale Aussagen zum Einfluss der Landnutzung auf die Hochwasserentstehung aufgrund der entscheidenden Bedeutung der klimatischen und physiographischen Randbedingungen unzulässig sind. Zu den klimatischen Randbedingungen zählen sowohl Niederschlagsintensität und -dauer als auch die Feuchtebedingungen vor einem hochwasserauslösenden Niederschlag. Die physiographischen Randbedingungen sind von der geomorphologischen und geologischen Ausstattung des Gebiets vorgegeben. Weiterhin muss der räumliche und zeitliche Maßstab, über den Aussagen getroffen werden, klar definiert sein, da sich mit steigender Einzugsgebietsgröße die relative Bedeutung sowohl der verschiedenen Niederschlagstypen als auch der physiographischen Eigenschaften verschiebt. Dies wird in der vorliegenden Arbeit im Gegensatz zu vielen anderen Untersuchungen konsequent berücksichtigt. In Abhängigkeit von Randbedingungen und räumlichen Maßstab sind aufgrund der gewonnen Erkenntnisse folgende Aussagen zum Einfluss von Landnutzungsänderungen auf die Hochwasserentstehung möglich: (1) Für intensive konvektive Niederschlagsereignisse mit tendenziell geringer Vorfeuchte ist der Einfluss der Landnutzung größer als für langanhaltende advektive Niederschläge geringer Intensität, da im ersten Fall veränderte Infiltrationsbedingungen stärker zum Tragen kommen als bei kleinen Niederschlagsintensitäten. (2) In kleinen Einzugsgebieten, wo kleinräumige Konvektivzellen zu Hochwassern führen können, ist der Einfluss der Landnutzung dementsprechend größer als in großen Flussgebieten wie dem Rheingebiet, wo vor allem langanhaltende advektive Ereignisse (unter Umständen verbunden mit Schneeschmelze) relevant sind. (3) In Gebieten mit guten Speichereigenschaften wie mächtigen, gut durchlässigen Böden und gut durchlässigem Gesteinsuntergrund ist der Einfluss der Landnutzung größer als in Gebieten mit geringmächtigen Böden und geringdurchlässigem Festgestein. Dies ist darin begründet, dass in Gebieten mit guten Speichereigenschaften bei einer Verschlechterung der Infiltrationsbedingungen mehr Speicherraum für Niederschlag verloren geht als in anderen Gebieten.
N2  - Since 1990, several of the large European river basins were affected repeatedly by extreme floods. As both the landscape and the river systems in large parts of Central Europe have undergone major changes in the past, during the search for the causes of this accumulation of extreme events also the impact of human activities on flooding has been discussed. River training, surface sealing, intensive agricultural land-use, consolidation of farmland, and damages to forests are only some examples and consequences of the anthropogenic interferences with the landscape. But due to the diversity of the processes and factors involved, by now it can only be estimated how far the flood situation has changed by these interferences. Therefore, the main target of this thesis is to describe systematically in which way, to what extent and under which circumstances the land-use exerts an influence on storm-runoff generation and subsequently the discharge of rivers. This is investigated by means of exemplary model applications at the hydrological meso-scale. For this task, the deterministic and distributed hydrological model wasim-eth was chosen due to its well-balanced mixture of physically-based and conceptual approaches. In the framework of this thesis, the model has been extended in order to cope with several phenomena which are important when aiming at a characterization of the influence of land-use on flood generation: (1) Preferential flow in macropores is treated by a division of the soil into macropores and a soil matrix. This so-called double-porosity approach allows for fast infiltration and percolation beyond the hydraulic conductivity of the soil matrix. (2) Siltation expresses itself within the model as a deterioration of infiltration conditions at the soil surface, depending on precipitation intensity and the degree of vegetation covering. (3) The heterogeneous appearance of built-up areas, consisting of both sealed areas and pervious areas, is taken into account by dividing each partial area into an unsealed part and a sealed part which is connected to the sewer system. (4) Decentralized storage can be simulated for natural depressions as well as for specific infiltration measures with defined infiltration conditions. The extended model is exemplarily applied to three meso-scale tributaries of the Rhine river. These three catchments with an area of between 100 and 500 km² were chosen with regard to their prevailing land-use, one of them being heavily urbanized, one dominated by agricultural use, and one being mainly forested. For these three catchments, spatially explicit land-use and land-cover scenarios were developed. The impact of these scenarios on storm-runoff generation is being simulated using the extended hydrological model. In this context, namely urbanization, infiltration measures in settlement areas, conversion of farmland to set-aside areas, altered agricultural management practices, affor estation and storm damages in forests are taken into account. These changes influence the interception of rainfall, its infiltration into the soil, the subsurface flow processes next to the soil surface as well as, for example in the case of sewer systems, also runoff concentration. The hydrological simulations demonstrate that sealing of the soil surface is the most intensive intervention in the natural conditions among the ones which are mentioned above. Therefore it results in the strongest (negative) changes of the flooding situation in a catchment. In addition to that, the simulations show that a simple alteration in the interception capacity does not yield significant changes in catchment response, because the storage capacity of vegetation surfaces is rather low compared to the volume of storm events which normally lead to significant floods. More pronounced changes arise from modifications in the infiltration conditions. The limits of the methodology which was chosen for this thesis become obvious when simulating altered agricultural management practices. Due the complexity of the processes involved, mathematical description and parameterization is difficult and therefore afflicted with high uncertainty. In addition to that, the modelling results prove that global statements on the influence of land-use on flood generation are illegitimate because of the paramount importance of the climatic and physiographic boundary conditions. Climatic boundary conditions are precipitation intensity and duration as well as the moisture conditions before a storm event. The physiographic boundary counditions are given by the geomorphological and geological catchment properties. Furthermore, with increasing scale there is a shift in the relative importance of the different types of rainfall as well as the different geophysical catchment properties. Therefore, the spatial and temporal scale for which the results are valid have to be clearly defined. This is taken into account consequently within this thesis – in contrast to many other studies on this topic. Depending on boundary conditions and spatial scale, the findings allow the following statements regarding the influence of land-use changes on storm-runoff generation: (1) For intensive convective storm events with generally low antecedent soil moisture, the influence of land-use is greater than for long-lasting advective storm events with low rainfall intensities, because in the first case changes in the infiltration conditions are more important than during times of low precipitation intensities. (2) In small catchments, where small-scale convective cells can lead to a flood, the influence of land-use is accordingly greater than in large river basins like the Rhine basin, where long-lasting advective rainfalls (possibly in combination with snowmelt) are relevant. (3) In areas with good storage conditions like thick, permeable soils and pervious rock underneath, the influence of land-use is greater than in areas with thin soils and only slightly permeable bedrock. This is due to the fact that in case of deteriorating infiltration conditions, more storage space for precipitation is lost in areas with good storage conditions than in other areas.
KW  - Hochwasser
KW  - Landnutzungsänderung
KW  - Hydrologische Modellierung
KW  - Versiegelung
KW  - Landwirtschaft
KW  - Forstwirtschaft
KW  - Niederschlagsversickerung
Y1  - 2001
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000148
ER  - 
TY  - THES
A1  - Holsten, Anne
T1  - Climate change vulnerability assessments in the regional context
T1  - Studien zur Vulnerabilität gegenüber Klimawandel im regionalen Kontext
N2  - Adapting sectors to new conditions under climate change requires an understanding of regional vulnerabilities. Conceptually, vulnerability is defined as a function of sensitivity and exposure, which determine climate impacts, and adaptive capacity of a system. Vulnerability assessments for quantifying these components have become a key tool within the climate change field. However, there is a disagreement on how to make the concept operational in studies from a scientific perspective. This conflict leads to many still unsolved challenges, especially regarding the quantification and aggregation of the components and their suitable level of complexity. This thesis therefore aims at advancing the scientific foundation of such studies by translating the concept of vulnerability into a systematic assessment structure. This includes all components and implies that for each considered impact (e.g. flash floods) a clear sensitive entity is defined (e.g. settlements) and related to a direction of change for a specific climatic stimulus (e.g. increasing impact due to increasing days with heavy precipitation). Regarding the challenging aggregation procedure, two alternative methods allowing a cross-sectoral overview are introduced and their advantages and disadvantages discussed. This assessment structure is subsequently exemplified for municipalities of the German state North Rhine-Westphalia via an indicator-based deductive approach using information from literature. It can be transferred also to other regions. As for many relevant sectors, suitable indicators to express the vulnerability components are lacking, new quantification methods are developed and applied in this thesis, for example for the forestry and health sector. A lack of empirical data on relevant thresholds is evident, for example which climatic changes would cause significant impacts. Consequently, the multi-sectoral study could only provide relative measures for each municipality, in relation to the region. To fill this gap, an exemplary sectoral study was carried out on windthrow impacts in forests to provide an absolute quantification of the present and future impact. This is achieved by formulating an empirical relation between the forest characteristics and damage based on data from a past storm event. The resulting measure indicating the sensitivity is then combined with wind conditions. Multi-sectoral vulnerability assessments require considerable resources, which often hinders the implementation. Thus, in a next step, the potential for reducing the complexity is explored. To predict forest fire occurrence, numerous meteorological indices are available, spanning over a range of complexity. Comparing their performance, the single variable relative humidity outperforms complex indicators for most German states in explaining the monthly fire pattern. This is the case albeit it is itself an input factor in most indices. Thus, this meteorological factor alone is well suited to evaluate forest fire danger in many Germany regions and allows a resource-efficient assessment. Similarly, the complexity of methods is assessed regarding the application of the ecohydrological model SWIM to the German region of Brandenburg. The inter-annual soil moisture levels simulated by this model can only poorly be represented by simpler statistical approach using the same input data. However, on a decadal time horizon, the statistical approach shows a good performance and a strong dominance of the soil characteristic field capacity. This points to a possibility to reduce the input factors for predicting long-term averages, but the results are restricted by a lack of empirical data on soil water for validation. The presented assessments of vulnerability and its components have shown that they are still a challenging scientific undertaking. Following the applied terminology, many problems arise when implementing it for regional studies. Advances in addressing shortcomings of previous studies have been made by constructing a new systematic structure for characterizing and aggregating vulnerability components. For this, multiple approaches were presented, but they have specific advantages and disadvantages, which should also be carefully considered in future studies. There is a potential to simplify some methods, but more systematic assessments on this are needed. Overall, this thesis strengthened the use of vulnerability assessments as a tool to support adaptation by enhancing their scientific basis.
N2  - Die Anpassung von Sektoren an veränderte klimatische Bedingungen erfordert ein Verständnis von regionalen Vulnerabilitäten. Vulnerabilität ist als Funktion von Sensitivität und Exposition, welche potentielle Auswirkungen des Klimawandels darstellen, und der Anpassungsfähigkeit von Systemen definiert. Vulnerabilitätsstudien, die diese Komponenten quantifizieren, sind zu einem wichtigen Werkzeug in der Klimawissenschaft geworden. Allerdings besteht von der wissenschaftlichen Perspektive aus gesehen Uneinigkeit darüber, wie diese Definition in Studien umgesetzt werden soll. Ausdiesem Konflikt ergeben sich viele Herausforderungen, vor allem bezüglich der Quantifizierung und Aggregierung der einzelnen Komponenten und deren angemessenen Komplexitätsniveaus. Die vorliegende Dissertation hat daher zum Ziel die Anwendbarkeit des Vulnerabilitätskonzepts voranzubringen, indem es in eine systematische Struktur übersetzt wird. Dies beinhaltet alle Komponenten und schlägt für jede Klimaauswirkung (z.B. Sturzfluten) eine Beschreibung des vulnerablen Systems vor (z.B. Siedlungen), welches direkt mit einer bestimmten Richtung eines relevanten klimatischen Stimulus in Verbindung gebracht wird (z.B. stärkere Auswirkungen bei Zunahme der Starkregentage). Bezüglich der herausfordernden Prozedur der Aggregierung werden zwei alternative Methoden, die einen sektorübergreifenden Überblick ermöglichen, vorgestellt und deren Vor- und Nachteile diskutiert. Anschließend wird die entwickelte Struktur einer Vulnerabilitätsstudie mittels eines indikatorbasierten und deduktiven Ansatzes beispielhaft für Gemeinden in Nordrhein-Westfalen in Deutschland angewandt. Eine Übertragbarkeit auf andere Regionen ist dennoch möglich. Die Quantifizierung für die Gemeinden stützt sich dabei auf Informationen aus der Literatur. Da für viele Sektoren keine geeigneten Indikatoren vorhanden waren, werden in dieser Arbeit neue Indikatoren entwickelt und angewandt, beispielsweise für den Forst- oder Gesundheitssektor. Allerdings stellen fehlende empirische Daten bezüglich relevanter Schwellenwerte eine Lücke dar, beispielsweise welche Stärke von Klimaänderungen eine signifikante Auswirkung hervorruft. Dies führt dazu, dass die Studie nur relative Aussagen zum Grad der Vulnerabilität jeder Gemeinde im Vergleich zum Rest des Bundeslandes machen kann. Um diese Lücke zu füllen, wird für den Forstsektor beispielhaft die heutige und zukünftige Sturmwurfgefahr von Wäldern berechnet. Zu diesem Zweck werden die Eigenschaften der Wälder mit empirischen Schadensdaten eines vergangenen Sturmereignisses in Verbindung gebracht. Der sich daraus ergebende Sensitivitätswert wird anschließend mit den Windverhältnissen verknüpft. Sektorübergreifende Vulnerabilitätsstudien erfordern beträchtliche Ressourcen, was oft deren Anwendbarkeit erschwert. In einem nächsten Schritt wird daher das Potential einer Vereinfachung der Komplexität anhand zweier sektoraler Beispiele untersucht. Um das Auftreten von Waldbränden vorherzusagen, stehen zahlreiche meteorologische Indices zur Verfügung, welche eine Spannbreite unterschiedlicher Komplexitäten aufweisen. Bezüglich der Anzahl monatlicher Waldbrände weist die relative Luftfeuchtigkeit für die meisten deutschen Bundesländer eine bessere Vorhersagekraft als komplexere Indices auf. Dies ist er Fall, obgleich sie selbst als Eingangsvariable für die komplexeren Indices verwendet wird. Mit Hilfe dieses einzelnen meteorologischen Faktors kann also die Waldbrandgefahr in deutschen Region ausreichend genau ausgedrückt werden, was die Ressourceneffizienz von Studien erhöht. Die Methodenkomplexität wird auf ähnliche Weise hinsichtlich der Anwendung des ökohydrologischen Modells SWIM für die Region Brandenburg untersucht. Die interannuellen Bodenwasserwerte, welche durch dieses Modell simuliert werden, können nur unzureichend durch ein einfacheres statistisches Modell, welches auf denselben Eingangsdaten aufbaut, abgebildet werden. Innerhalb eines Zeithorizonts von Jahrzehnten, kann der statistische Ansatz jedoch das Bodenwasser zufriedenstellend abbilden und zeigt eine Dominanz der Bodeneigenschaft Feldkapazität. Dies deutet darauf hin, dass die Komplexität im Hinblick auf die Anzahl der Eingangsvariablen für langfristige Berechnungen reduziert werden kann. Allerdings sind die Aussagen durch fehlende beobachtete Bodenwasserwerte zur Validierung beschränkt. Die vorliegenden Studien zur Vulnerabilität und ihren Komponenten haben gezeigt, dass eine Anwendung noch immer wissenschaftlich herausfordernd ist. Folgt man der hier verwendeten Vulnerabilitätsdefinition, treten zahlreiche Probleme bei der Implementierung in regionalen Studien auf. Mit dieser Dissertation wurden Fortschritte bezüglich der aufgezeigten Lücken bisheriger Studien erzielt, indem eine systematische Struktur für die Beschreibung und Aggregierung von Vulnerabilitätskomponenten erarbeitet wurde. Hierfür wurden mehrere Ansätze diskutiert, die jedoch Vor- und Nachteile besitzen. Diese sollten vor der Anwendung von zukünftigen Studien daher ebenfalls sorgfältig abgewogen werden. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass ein Potential besteht einige Ansätze zu vereinfachen, jedoch sind hierfür weitere Untersuchungen nötig. Insgesamt konnte die Dissertation die Anwendung von Vulnerabilitätsstudien als Werkzeug zur Unterstützung von Anpassungsmaßnahmen stärken.
KW  - Klimawandel
KW  - Impakt
KW  - Vulnerabilität
KW  - Forstwirtschaft
KW  - Boden
KW  - climate change
KW  - impact
KW  - vulnerability
KW  - forestry
KW  - soil
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-66836
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TY  - THES
A1  - Gutsch, Martin
T1  - Model-based analysis of climate change impacts on the productivity of oak-pine forests in Brandenburg
T1  - Modell-basierte Analyse der Auswirkungen des Klimawandels auf die Produktivität von Eichen-Kiefern-Mischbeständen in Brandenburg
N2  - The relationship between climate and forest productivity is an intensively studied subject in forest science. This Thesis is embedded within the general framework of future forest growth under climate change and its implications for the ongoing forest conversion. My objective is to investigate the future forest productivity at different spatial scales (from a single specific forest stand to aggregated information across Germany) with focus on oak-pine forests in the federal state of Brandenburg. The overarching question is: how are the oak-pine forests affected by climate change described by a variety of climate scenarios. I answer this question by using a model based analysis of tree growth processes and responses to different climate scenarios with emphasis on drought events. In addition, a method is developed which considers climate change uncertainty of forest management planning.
As a first 'screening' of climate change impacts on forest productivity, I calculated the change in net primary production on the base of a large set of climate scenarios for different tree species and the total area of Germany. Temperature increases up to 3 K lead to positive effects on the net primary production of all selected tree species. But, in water-limited regions this positive net primary production trend is dependent on the length of drought periods which results in a larger uncertainty regarding future forest productivity. One of the regions with the highest uncertainty of net primary production development is the federal state of Brandenburg.
To enhance the understanding and ability of model based analysis of tree growth sensitivity to drought stress two water uptake approaches in pure pine and mixed oak-pine stands are contrasted. The first water uptake approach consists of an empirical function for root water uptake. The second approach is more mechanistic and calculates the differences of soil water potential along a soil-plant-atmosphere continuum. I assumed the total root resistance to vary at low, medium and high total root resistance levels. For validation purposes three data sets on different tree growth relevant time scales are used. Results show that, except the mechanistic water uptake approach with high total root resistance, all transpiration outputs exceeded observed values. On the other hand high transpiration led to a better match of observed soil water content. The strongest correlation between simulated and observed annual tree ring width occurred with the mechanistic water uptake approach and high total root resistance. The findings highlight the importance of severe drought as a main reason for small diameter increment, best supported by the mechanistic water uptake approach with high root resistance. However, if all aspects of the data sets are considered no approach can be judged superior to the other. I conclude that the uncertainty of future productivity of water-limited forest ecosystems under changing environmental conditions is linked to simulated root water uptake.
Finally my study aimed at the impacts of climate change combined with management scenarios on an oak-pine forest to evaluate growth, biomass and the amount of harvested timber. The pine and the oak trees are 104 and 9 years old respectively. Three different management scenarios with different thinning intensities and different climate scenarios are used to simulate the performance of management strategies which explicitly account for the risks associated with achieving three predefined objectives (maximum carbon storage, maximum harvested timber, intermediate). I found out that in most cases there is no general management strategy which fits best to different objectives. The analysis of variance in the growth related model outputs showed an increase of climate uncertainty with increasing climate warming. Interestingly, the increase of climate-induced uncertainty is much higher from 2 to 3 K than from 0 to 2 K.
N2  - Diese Arbeit befasst sich mit der Modellierung der Produktivität von Eichen-Kiefern Mischbeständen mit besonderem Fokus auf das Bundesland Brandenburg. Es werden drei Hauptfragen bearbeitet: a) wie verhält sich die Produktivität der beiden Baumarten im Vergleich zu den beiden anderen Hauptbaumarten Fichte und Buche im gesamtdeutschen Vergleich unter verschiedenen Klimaszenarien, b) wie wichtig ist der Prozess der Wasseraufnahme über die Wurzeln bei der Modellierung der Produktivität unter Bedingungen von Trockenjahren, c) wie lassen sich Unsicherheiten durch Bewirtschaftung und Klimaszenarien in der Modellierung der Eichen-Kiefern Mischbestände und bei nachfolgenden Entscheidungsprozessen berücksichtigen?
Der methodische Schwerpunkt der Arbeit liegt auf der Modellierung. Im ersten Teil der Arbeit werden mit Hilfe von verschiedenen unabhängigen Umweltvariablen des Klimas und des Bodens Wirkungsbeziehungen zur Produktivität ermittelt, die Aussagen zur Veränderung der Produktivität in Abhängigkeit dieser Umweltvariablen erlauben. Damit können verschiedene Regionen in Deutschland auf ihre Sensitivität der Produktivität gegenüber verschiedenen Klimaszenarien hin untersucht werden. Im zweiten Teil werden innerhalb eines prozess-basierten Waldwachstumsmodell 4C zwei unterschiedliche Ansätze der Wasseraufnahme über die Wurzeln analysiert. Dabei werden Messdaten zur Transpiration, zu Bodenwassergehalten und zu Durchmesserzuwächsen auf Basis von Jahrringchronologien zur Überprüfung herangezogen. Der erste Ansatz ist eine empirisch abgeleitete Gleichung, die die Wasseraufnahme in Abhängigkeit des Wassergehalts beschreibt. Der zweite Ansatz berücksichtigt die unterschiedlichen Druckpotenziale sowie einzelne Widerstände entlang des Wasserflusses vom Boden über die Pflanze in die Atmosphäre. Im dritten Teil der Arbeit wird das Waldwachstumsmodell angewendet und eine Auswahlmethodik vorgestellt, die Entscheidungen bei Unsicherheit erlaubt. Dabei werden die vorhandenen Unsicherheiten, hervorgerufen durch Bewirtschaftung und Klima, in den Prozess der Entscheidungsfindung quantitativ mit einbezogen. Drei verschiedene Bewirtschaftungsstrategien, die unterschiedliche Durchforstungsstärken beinhalten, werden simuliert und ihr Erreichen von drei vorher festgelegten Ziele (maximale Kohlenstoffspeicherung im Bestand, maximale Holzernte, moderates Ziel hinsichtlich Kohlenstoffspeicherung und Holzernte) untersucht.
Bezogen auf die erste Frage ergibt die Arbeit zwei wesentliche Ergebnisse. Eine Temperaturerhöhung bis zu drei Kelvin bis 2060 führt zu positiven Ergebnissen in der Produktivität von Eichen-, Kiefern-, Buchen- und Fichtenbeständen. Allerdings ist in niederschlagsarmen Regionen, wie im nordostdeutschen Tiefland, dieser positive Trend stark abhängig von der Länge der Trockenperioden innerhalb der Vegetationszeit. Demzufolge ist die Produktivitätsveränderung der vier Baumarten im Land Brandenburg mit der höchsten Unsicherheit im Vergleich zu den anderen Bundesländern verbunden.
Zur zweiten Frage gibt die Arbeit zwei wesentliche Ergebnisse. Im Vergleich mit den Messdaten auf unterschiedlicher zeitlicher und physiologischer Ebene kann kein Ansatz ermittelt werden, der jeweils das bessere Ergebnis erzielt. Im Vergleich von Transpiration, Bodenwassergehalt und Trockenjahren ergeben sich zwar etwas bessere Ergebnisse für den prozess-basierten gegenüber dem empirischen Ansatz, doch sind diese sehr stark abhängig vom angenommenen Wurzelwiderstand. Dieser ist schwer zu bestimmen und verhindert bisher eine breite Anwendung des Ansatzes innerhalb der Waldwachstumsmodelle. Hier ist weiterer Forschungsbedarf vorhanden um bei der Modellierung der Auswirkungen von Trockenjahren auf die Produktivität die Modellunsicherheit zu verringern.
Für die letzte Frage ergeben sich ebenso interessante Ergebnisse. Keine Durchforstungsstrategie kann alle drei Zielstellungen erfüllen. Die Methodik erlaubt aber ein großes Maß an Objektivität beim Vergleich der unterschiedlichen Bewirtschaftungsstrategien unter der Unsicherheit der Klimaszenarien. Die Varianz, bezogen auf Ergebnisse zur Bestandesbiomasse, Holzernte und zum jährlichen Holzzuwachs, steigt mit steigender Klimaerwärmung. Dabei ist der Anstieg in der Varianz größer bei einem Temperaturanstieg von zwei Kelvin auf drei Kelvin als von null Kelvin auf zwei Kelvin. Das heißt, Auswirkungen einer Klimaerwärmung verlaufen hier nicht linear.
KW  - climate change
KW  - forest management
KW  - forest growth modelling
KW  - scenario analysis
KW  - water uptake
KW  - Klimawandel
KW  - Klimaauswirkung
KW  - Forstwirtschaft
KW  - Waldbewirtschaftung
KW  - Waldwachstumsmodellierung
KW  - Unsicherheit
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-97241
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TY  - BOOK
A1  - Abel, Thomas
A1  - Berkner, Christian
A1  - Biemer, Anna-Lena
A1  - Entz, Pamela
A1  - Hundt, Manuel
A1  - Kiener, Kerstin
A1  - Kiselgof, Natalia
A1  - Köhler, Anne
A1  - Kügler, Nancy
A1  - Lehmann, Anja
A1  - Liu, Na
A1  - Maier, Lilli
A1  - Möllmann, Nicole
A1  - Popig, Katharina
A1  - Reyes Tinoco, Bettina
A1  - Schmeißer, Alfred
A1  - Schröter, Katrin
A1  - Sturm, Sören
A1  - Weichenhan, Marcel
ED  - Berkner, Christian
ED  - Hundt, Manuel
ED  - Heller, Wilfried
T1  - Neuseeland 2007 : Bericht zur Exkursion des Instituts für Geographie der Universität Potsdam
N2  - Im Februar und März 2007 wurde vom Geographischen Institut der Universität eine Exkursion nach Neuseeland durchgeführt. Der hier vorliegende Bericht bezieht sich auf diese Exkursion. Im ersten Teil wird durch 17 Protokolle der Exkursionsverlauf wiedergegeben. Im zweiten Teil befassen sich sechs Texte näher mit je einem thematischen Aspekt der Exkursion. Autoren der Protokolle und der thematischen Texte sind die Teilnehmerinnen und Teilnehmer der Exkursion. Zum ersten Teil des Berichts – der Exkursionsverlauf Im ersten Teil dieses Berichtes wird der Verlauf der Exkursion Neuseeland 2007 des Geographischen Instituts der Universität Potsdam durch Tagesprotokolle dargestellt. Die Exkursion begann am 14. Februar 2007 in Auckland und endete am 4. März 2007 in Christchurch. Während dieser 19 Tage wurden verschiedene Orte auf der neuseeländischen Nord- und Südinsel aufgesucht, wobei die Exkursionsgruppe verschiedene Aspekte der neuseeländischen Gesellschaft aus einer humangeographischen Perspektive studierte. Im Mittelpunkt standen die Themen historische und jüngere Migration nach Neuseeland, Maori, Milchwirtschaft, Holzwirtschaft und Tourismus in Neuseeland. Die Tagesprotokolle machen deutlich, dass die Exkursion weniger in einer thematisch-systematischen Art und Weise durchgeführt wurde. Statt dessen erfolgte das Aufsuchen exemplarischer Orte, an denen Beobachtungen und darüber hinausgehende Erkundungen stattfanden. Die entsprechenden Aussagen sind in den Protokollen wiedergegeben, schwerpunktmäßig wird dabei folgendes angesprochen: Der erste Exkursionstag, das war der 14. Februar 2007, wurde für den Besuch des Geographischen Institutes der Auckland University genutzt. Dort wurde zum Beispiel eine Diskussionsrunde mit den beiden Humangeographen Richard Le Heron und Gordon Winder veranstaltet. Auch die folgenden zwei Tage verbrachten die Exkursionsgruppe in Auckland, wobei sie sich im »Auckland Museum« über die neuseeländische Geschichte und insbesondere über die Kultur der Maori informierte. Mit einem Maori-Guide unternahmen die Teilnehmer eine Stadtführung durch Auckland, wobei ebenfalls das Leben der Maori im Fokus stand. Außerdem besuchten sie eine private Einwanderungsagentur und führten in Kleingruppen Expertengespräche zum Thema »Migration und Integration in Neuseeland« durch. Am 17. Februar erkundeten die Exkursionsteilnehmer drei Orte in der näheren Umgebung Aucklands. Zunächst begaben sie sich zum Otara Market, einem Wochenmarkt der Pacific Islanders, der immer samstags in Otara abgehalten wird. Anschließend ging es weiter an die westliche Küste, wo sie unter Führung einer Rangerin durch den Muriwai-Regionalpark wanderten. Auf der Rückfahrt nach Auckland machten sie Halt in Soljan’s Winzerei, wo der Betrieb vorgestellt wurde und Wein verkosten werden konnte. Am 18. Februar verließ die Exkursionsgruppe Auckland in Richtung Norden, um zum Ort Puhoi zu gelangen. Dort beschäftigten sich die Teilnehmer mit den sogenannten Bohemians, die einst aus Böhmen nach Neuseeland auswanderten und deren Traditionen dort auch heute noch (zumindest teilweise) gepflegt werden. Am nächsten Tag fuhren sie weiter nach Pahia, dem nördlichsten Aufenthaltsort während der Exkursion. Auf dem Weg dorthin machten sie einen Umweg über Matakohe, wo das Kauri-Museum und der Tane Mahuta, der größte Kauribaum Neuseelands, besichtigt wurden. Am 20. Februar stand vormittags die Beschäftigung mit der Geschichte Neuseelands auf dem Tagesplan. Hierfür besuchte die Exkursionsgruppe die Waitangi Treaty Grounds. Dort informierten sich die Teilnehmer über den Vertrag von Waitangi und darüber, welche Folgen dieser für das Leben der Maori hatte. Am Nachmittag stand das Thema Tourismus im Mittelpunkt. Die Exkursionsteilnehmer machten sich mit einem Teil des touristischen Angebots vertraut, indem sie eine Bootstour durch die Bay of Islands unternahmen. Am 21. Februar fuhr die Gruppe in die Hamilton-Region, wo sie sich auch die folgenden zwei Tage aufhielt. Auf dem Weg dorthin wurde ein Zwischenstopp in Kawakawa und an den Whangarei Falls eingelegt. In Hamilton war die Exkursionsgruppe Gast im Geographischen Institut der Waikato University und im Waikato Migrant Resource Centre. Außerdem stand das Thema Milchwirtschaft auf dem Programm. Hierfür besichtigten die Teilnehmer das Unternehmen AmBreed, welches die Grundlage für die Aufzucht von Hochleistungsmilchkühen bereitstellt – nämlich das Bullensperma. Außerdem konnten sie sich über die Organisation und Probleme einer Milchfarm informieren. Darüber hinaus gestalteten in der Waikato-Region wohnende Nachfahren der böhmischen Einwanderer ein Abendprogramm für die Exkursionsgruppe. Den 24. Februar verbrachten die Teilnehmer im Gebiet von Rotorua. Dort durchkreuzten sie das Thermal Wonderland, in dem heiße Quellen und Geysire sowie die dadurch geschaffenen Oberflächengegebenheiten studiert werden können. Die heißen Quellen werden hier auch zur Energiegewinnung herangezogen, wovon sich die Exkursionsteilnehmer bei einer Besichtigung der Geothermal Power Station of Warakei überzeugen konnten. Auf der Fahrt zum Tongariro Nationalpark bewunderten sie die Huka Falls und machten Halt am Lake Taupo, dem größten See Neuseelands. Im Nationalpark unternahmen sie am 26. Februar eine Wanderung. Tags darauf fuhren sie weiter über Marton nach Wellington, der Hauptstadt Neuseelands. Dort war nachmittags sowie am 28. Februar Gelegenheit, die Stadt zu erkunden, unter anderem auf einer Stadtführung mit Prof. Bredlich. Daneben erfuhr man bei einem Besuch des neuseeländischen Nationalmuseums Te Papa viel Wissenswertes über Gesellschaft und Geschichte Neuseelands. Am 1. März überquerten sie mit der Fähre die Cookstraße, um zur Südinsel zu gelangen. Den Nachmittag dieses Tages verbrachte die Exkursionsgruppe in Upper Moutere, wo sie sich mit der Einwanderung Deutscher in der Region Nelson befasste Am Tag darauf fuhren die Teilnehmer zur Westküste und beschäftigten sich mit den Landschaftsformen der Südalpen und der Küste sowie mit der Frage, welche wirtschaftliche Rolle diese Region einst spielte und welche sie heute einnimmt. Am 3. März überquerten sie die Südalpen über den Athur’s Pass und kamen am Nachmittag in Christchurch an. Am nächsten Tag erlebten sie eine Besichtigungstour durch die größte Stadt der Südinsel unter Leitung von Prof. Parson vom Institut für Geographie der Universität von Canterbury. Dabei standen insbesondere Fragen des städtischen Wandels im Mittelpunkt, welcher mit den ökonomischen Reformen seit Ende der 80er Jahre des letzten Jahrhunderts einherging. Damit endete am 4. März die Exkursion in Christchurch. Zum zweiten Teil des Berichts – die thematischen Texte Neben dem Gewinn eines ersten Eindrucks vor Ort bietet eine Exkursion als Form der Erkundung eines Landes durchaus auch die Gelegenheit, kritisch über gesellschaftliche Vorgänge zu reflektieren. Über solche Reflexionen geben die Darstellungen im zweiten Teil dieses Exkursionsberichtes Aufschluss. Das Spektrum der in den Texten aufgegriffenen Themen reicht dabei von physisch-geographischen Gegebenheiten, über Land- und Forstwirtschaft, die Maori bis zu bevölkerungsgeographischen Fragestellungen zur Migration und Integration in Neuseeland. Dem zu Grunde liegt ein – in der Geographie lange verwurzeltes – holistisches Verständnis der Disziplin. In den Berichten findet die zentrale Debatte in der Geographie um die Bedeutung und das Zusammenspiel von globalen, regionsunabhängigen und lokalen, regionsspezifischen Faktoren (»Glokalisierung«) an vielen Stellen ihren Ausdruck. Da während der Exkursion Einblick in verschiedenste Bereiche des Lebens in Neuseeland gewonnen werden konnten, ist es im thematischen zweiten Teil des Berichts vorrangiges Ziel, einen guten Überblick über Neuseeland und seine Bevölkerung zu geben. Dabei überwiegt ein beschreibender Charakter der Texte, gleichzeitig sollen aber auch zentrale Veränderungen und Herausforderungen für die neuseeländische Gesellschaft angesprochen, Erklärungsansätze gegeben und Lösungsstrategien aufgewiesen werden. Im Einzelnen ist der thematische Teil folgendermaßen aufgebaut: Zu Beginn widmet sich Anja Lehmann den Maori und beleuchtet Geschichte, Kultur und heutige Situation der indigenen Bevölkerung Neuseelands. Anschließend gehen Katharina Popig und Manuel Hundt in ihrem Text auf die frühe europäische Einwanderung nach Neuseeland, insbesondere auf die Rolle der deutschen bzw. böhmischen Einwanderer, ein. Im darauf folgenden Text zeigt Manuel Hundt die sich verändernden Muster in der jüngeren Migration auf und beleuchtet Fragen der Integration in Neuseeland, wobei insbesondere auf die Rolle der Pacific Islanders eingegangen wird. Dann folgt der Text von Lilli Maier. Sie beschäftigt sich mit Fragen des Tourismus und schildert die Gestalt des Fremdenverkehrs und seine Bedeutung für die neuseeländische Wirtschaft. Natalia Kiselgof gibt einen Überblick sowohl über physisch-geographische Aspekte und den Naturraum Neuseelands als auch über die Struktur der neuseeländischen Landwirtschaft, bevor Sören Sturm die Forstwirtschaft Neuseelands einer kritischen Analyse unterzieht.
N2  - In February and March 2007 the Institute of Geography at Potsdam University carried out a field trip to New Zealand. The report refers to this field trip and is divided into two parts. The first part gives an account of the field trip’s course in 17 daily reports. The second part attends to different thematic aspects of the field trip, each dealt with in one of the six texts. Authors of the daily reports and the thematic texts are the participants of the field trip. Part One – The course of the field trip In the first part of this report we will depict the course of the field trip of the Institute of Geography at Potsdam University to New Zealand 2007 by means of reports for each of the field trip’s days. The field trip began on February 14, 2007 in Auckland and ended on March 4, 2007 in Christchurch. During these 19 days, the group visited different places on New Zealand’s North and South Island, in which different aspects of New Zealand’s society were studied from a human geographical perspective. In the centre of interest were topics such as historical and recent migration to New Zealand, Maori, agriculture, forestry and tourism in New Zealand. The daily reports make clear, that the field trip was not strictly conducted systematically in a thematic way. Instead, exemplary places were visited, where observation and exceeding investigations took place. The according explanations are to be found in the daily reports, some of the topics in the focus of interest were the following: The first day of the field trip, February 14, 2007, was used for a visit at the Institute of Geography at Auckland University. They organized presentations and discussions about a wide range of New Zealand and Auckland related topics, amongst others with the human geographers Richard Le Heron and Gordon Winder. For the following two days the group stayed in Auckland and visited the “Auckland Museum”, which gave a good insight into New Zealand history and especially into Maori culture. Historical and contemporary Maori life in Auckland was also in the focus of a guided tour through the city with a Maori guide. Furthermore, the group visited a private immigration agency and conducted interviews in smaller groups with experts about “migration and integration in New Zealand”. On February 17, the participants of the field trip explored three places in the surroundings of Auckland. At first they went to Otara Market, a weekly market of the Pacific Islanders community which is held every Saturday in Otara. Then they continued to Muriwai Regional Park on the Western Coast, where a guided walk with a Park Ranger took place. On the way back to Auckland, they made a last stop at Soljan’s Winery, where the owner explained the history of the family owned business and the process of winemaking. On February 18, the field trip group left Auckland northbound to reach Puhoi by midday. There the main emphasis was put on history and contemporary situation of the “Bohemians”, who once moved from Bohemia to New Zealand and whose traditions have been living on until today. On the following day, the group headed on to Pahia, the northernmost point of the field trip. On the way there, they passed Northland’s ‘Kauri Coast’, visited the Kauri Museum in Matakohe and saw New Zealand’s largest Kauri tree, the ‘Tane Mahuta’. The history of New Zealand was on the agenda for the morning of February 20: The group visited the Waitangi Treaty Grounds, where there were possibilities to find out about the contents of the Treaty of Waitangi and about its consequences for the life of the Maori in past and present times. In the afternoon tourism was in the centre of interest: The participants of the field trip got to know one of the tourist attractions of the region and went on a boat trip through the Bay of Islands. On February 21, the group continued on its course to the region of Hamilton, where it also stayed for the following two days. On the way there, they made a stop at Kawakawa and at Whangarei Falls. In Hamilton they visited the Institute of Geography at Waikato University, where they heard a talk by Jacques Poot, professor and director of the university’s Population Studies Centre. The afternoon saw a visit of the Waikato Migrant Resource Centre. Another thematic emphasis in the Hamilton Region was put on dairy farming. For this, the students visited the company ‘AmBreed’, which specialized in artificial cattle breeding and in the production of the basis of industrialized and efficient dairy farming – the production of top-rate bull’s semen. On a typical mid-sized dairy farm the group could get an insight into organization and problems of dairy farming in New Zealand. Besides, descendants of Bohemian migrants, who had once settled in the Waikato region, organized an evening programme for the field trip group including a barbeque and the playing of traditional tunes. February 24, the participants spent in the area of Rotorua, where they wandered through ‘Thermal Wonderland’. The geothermally very active area that is to be found here created interesting surface forms and colours and there were hot springs and geysers to be studied. The existing geothermal activities are also used for the generation of energy, of which the participants of the field trip could convince themselves during a visit of the Warakei Geothermal Power Station. On the journey to Tongariro National Park they admired the blue waters of the Huka Falls and made a stop at Lake Taupo, the biggest lake in New Zealand. On the next day, February 26, there was some time to explore the volcanic landscape on a day hike in Tongariro National Park. The day after, the group went on to Marton and then to Wellington. In the afternoon as well as during the next day there was time to get to know the city and to form an opinion about New Zealand’s capital, for instance during a guided tour through the town with Professor Bredlich. Furthermore, a visit of New Zealand’s National Museum ‘Te Papa’ offered plenty of information worth knowing about society and history of New Zealand. On March 1, they crossed the Cook Strait by ferry to get to New Zealand’s South Island. The afternoon was spent in the village of Upper Moutere, where the group dealt with German migration in the Nelson region. The next day, the participants went to the West Coast and took a closer look at the landscape forms of the Southern Alps and coastline as well as at the former and recent economic role of this region. On March 3, they crossed the Southern Alps via Arthur’s Pass and arrived at Christchurch in the afternoon. During the following last day of the field trip they took part in a guided tour through the biggest city of the South Island by Professor Parson from the Institute of Geography at the University of Canterbury. In the focus of his explanations were questions of urban change, which came along with the economic reforms at the end of the 1980’s. With this, the field trip to New Zealand ended in Christchurch on March 4, 2007. Part Two – The thematic texts Apart from gaining a first impression, a field trip as a way of exploring and studying a country also opens up the possibility of critically reflecting about social questions and processes. Those reflections are the centre of the following texts in the second part of this report. The range of topics dealt with in the texts reaches from physical-geographical features, agriculture and forestry as well as Maori related topics to population geographical questions regarding migration and integration in New Zealand. The choice of this wide range is based on a holistic understanding of geography, as it is deeply rooted in this discipline. One important reference, that you will find in various parts of the different reports, deals with a central debate in geography – the impact and interaction of global factors, independent of locality, and local factors, specific to certain regions (“Glocalization”). Because it was possible for the participants to get an insight into very different fields of life in New Zealand, the main aim of the second part of this report should be to give a good overview of New Zealand and its people. Predominantly, the texts are of a descriptive character, nevertheless there are many parts where crucial changes and challenges for New Zealand society shall be mentioned, explanatory approaches be given and strategies for possible solutions be shown. In detail, the thematic part is structured as follows: At first, Anja Lehmann attends to Maori life in ‘Aotearoa’ and examines history, culture and present situation of New Zealand’s indigenous population. Then, Katharina Popig and Manuel Hundt depict the early European migration to New Zealand in their text, with an emphasis on the role of German or Bohemian settlers. In the following text Manuel Hundt shines a light on changing patterns in recent migration and takes a closer look on questions of integration in New Zealand, especially regarding the role of Pacific Islanders. After that, the text by Lilli Maier deals with tourism, examining its forms and its role in New Zealand economy. Natalia Kiselgof gives an overview both of physical geographical aspects and landscape forms in New Zealand as of the structure of New Zealand agriculture. In the last text, New Zealand’s forestry is subject to a critical analysis by Sören Sturm.
KW  - Neuseeland
KW  - Exkursion
KW  - Migration
KW  - Forstwirtschaft
KW  - Maori
KW  - New Zealand
KW  - field trip
KW  - migration
KW  - forestry
KW  - Maori
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-32533
SN  - 978-3-940793-90-4
ER  -