TY  - RPRT
A1  - Šedová, Barbora
A1  - Čizmaziová, Lucia
A1  - Cook, Athene
T1  - A meta-analysis of climate migration literature
T2  - CEPA Discussion Papers
N2  - The large literature that aims to find evidence of climate migration delivers mixed findings. This meta-regression analysis i) summarizes direct links between adverse climatic events and migration, ii) maps patterns of climate migration, and iii) explains the variation in outcomes. Using a set of limited dependent variable models, we meta-analyze thus-far the most comprehensive sample of 3,625 estimates from 116 original studies and produce novel insights on climate migration. We find that extremely high temperatures and drying conditions increase migration. We do not find a significant effect of sudden-onset events. Climate migration is most likely to emerge due to contemporaneous events, to originate in rural areas and to take place in middle-income countries, internally, to cities. The likelihood to become trapped in affected areas is higher for women and in low-income countries, particularly in Africa. We uniquely quantify how pitfalls typical for the broader empirical climate impact literature affect climate migration findings. We also find evidence of different publication biases.
T3  - CEPA Discussion Papers - 29 
KW  - migration
KW  - climate change
KW  - meta-analysis
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-499827
SN  - 2628-653X
IS  - 29
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schmidt, Lena Katharina
T1  - Altered hydrological and sediment dynamics in high-alpine areas – Exploring the potential of machine-learning for estimating past and future changes
N2  - Climate change fundamentally transforms glaciated high-alpine regions, with well-known cryospheric and hydrological implications, such as accelerating glacier retreat, transiently increased runoff, longer snow-free periods and more frequent and intense summer rainstorms. These changes affect the availability and transport of sediments in high alpine areas by altering the interaction and intensity of different erosion processes and catchment properties.
Gaining insight into the future alterations in suspended sediment transport by high alpine streams is crucial, given its wide-ranging implications, e.g. for flood damage potential, flood hazard in downstream river reaches, hydropower production, riverine ecology and water quality. However, the current understanding of how climate change will impact suspended sediment dynamics in these high alpine regions is limited. For one, this is due to the scarcity of measurement time series that are long enough to e.g. infer trends. On the other hand, it is difficult – if not impossible – to develop process-based models, due to the complexity and multitude of processes involved in high alpine sediment dynamics. Therefore, knowledge has so far been confined to conceptual models (which do not facilitate deriving concrete timings or magnitudes for individual catchments) or qualitative estimates (‘higher export in warmer years’) that may not be able to capture decreases in sediment export. Recently, machine-learning approaches have gained in popularity for modeling sediment dynamics, since their black box nature tailors them to the problem at hand, i.e. relatively well-understood input and output data, linked by very complex processes.
Therefore, the overarching aim of this thesis is to estimate sediment export from the high alpine Ötztal valley in Tyrol, Austria, over decadal timescales in the past and future – i.e. timescales relevant to anthropogenic climate change. This is achieved by informing, extending, evaluating and applying a quantile regression forest (QRF) approach, i.e. a nonparametric, multivariate machine-learning technique based on random forest.
The first study included in this thesis aimed to understand present sediment dynamics, i.e. in the period with available measurements (up to 15 years). To inform the modeling setup for the two subsequent studies, this study identified the most important predictors, areas within the catchments and time periods. To that end, water and sediment yields from three nested gauges in the upper Ötztal, Vent, Sölden and Tumpen (98 to almost 800 km² catchment area, 930 to 3772 m a.s.l.) were analyzed for their distribution in space, their seasonality and spatial differences therein, and the relative importance of short-term events. The findings suggest that the areas situated above 2500 m a.s.l., containing glacier tongues and recently deglaciated areas, play a pivotal role in sediment generation across all sub-catchments. In contrast, precipitation events were relatively unimportant (on average, 21 % of annual sediment yield was associated to precipitation events). Thus, the second and third study focused on the Vent catchment and its sub-catchment above gauge Vernagt (11.4 and 98 km², 1891 to 3772 m a.s.l.), due to their higher share of areas above 2500 m. Additionally, they included discharge, precipitation and air temperature (as well as their antecedent conditions) as predictors.
The second study aimed to estimate sediment export since the 1960s/70s at gauges Vent and Vernagt. This was facilitated by the availability of long records of the predictors, discharge, precipitation and air temperature, and shorter records (four and 15 years) of turbidity-derived sediment concentrations at the two gauges. The third study aimed to estimate future sediment export until 2100, by applying the QRF models developed in the second study to pre-existing precipitation and temperature projections (EURO-CORDEX) and discharge projections (physically-based hydroclimatological and snow model AMUNDSEN) for the three representative concentration pathways RCP2.6, RCP4.5 and RCP8.5.
The combined results of the second and third study show overall increasing sediment export in the past and decreasing export in the future. This suggests that peak sediment is underway or has already passed – unless precipitation changes unfold differently than represented in the projections or changes in the catchment erodibility prevail and override these trends. Despite the overall future decrease, very high sediment export is possible in response to precipitation events. This two-fold development has important implications for managing sediment, flood hazard and riverine ecology.
This thesis shows that QRF can be a very useful tool to model sediment export in high-alpine areas. Several validations in the second study showed good performance of QRF and its superiority to traditional sediment rating curves – especially in periods that contained high sediment export events, which points to its ability to deal with threshold effects. A technical limitation of QRF is the inability to extrapolate beyond the range of values represented in the training data. We assessed the number and severity of such out-of-observation-range (OOOR) days in both studies, which showed that there were few OOOR days in the second study and that uncertainties associated with OOOR days were small before 2070 in the third study. As the pre-processed data and model code have been made publically available, future studies can easily test further approaches or apply QRF to further catchments.
N2  - Der Klimawandel verändert vergletscherte Hochgebirgsregionen grundlegend, mit wohlbekannten Auswirkungen auf Kryosphäre und Hydrologie, wie beschleunigtem Gletscherrückgang, vorübergehend erhöhtem Abfluss, längeren schneefreien Perioden und häufigeren und intensiveren sommerlichen Starkniederschlägen. Diese Veränderungen wirken sich auf die Verfügbarkeit und den Transport von Sedimenten in hochalpinen Gebieten aus, indem sie die Interaktion und Intensität verschiedener Erosionsprozesse und Einzugsgebietseigenschaften verändern.
Eine Abschätzung der zukünftigen Veränderungen des Schwebstofftransports in hochalpinen Bächen ist von entscheidender Bedeutung, da sie weitreichende Auswirkungen haben, z. B. auf das Hochwasserschadenspotenzial, die Hochwassergefahr in den Unterläufen, sowie Wasserkraftproduktion, aquatische Ökosysteme und Wasserqualität. Das derzeitige Verständnis der Auswirkungen des Klimawandels auf die Schwebstoffdynamik in diesen hochalpinen Regionen ist jedoch begrenzt. Dies liegt zum einen daran, dass es kaum ausreichend lange Messzeitreihen gibt, um z.B. Trends ableiten zu können. Zum anderen ist es aufgrund der Komplexität und der Vielzahl der Prozesse, die an der hochalpinen Sedimentdynamik beteiligt sind, schwierig - wenn nicht gar unmöglich - prozessbasierte Modelle zu entwickeln. Daher beschränkte sich das Wissen bisher auf konzeptionelle Modelle (die es nicht ermöglichen, konkrete Zeitpunkte oder Größenordnungen für einzelne Einzugsgebiete abzuleiten) oder qualitative Schätzungen ("höherer Sedimentaustrag in wärmeren Jahren"), die möglicherweise nicht in der Lage sind, Rückgänge im Sedimentaustrag abzubilden. In jüngster Zeit haben Ansätze des maschinellen Lernens für die Modellierung der Sedimentdynamik an Popularität gewonnen, da sie aufgrund ihres Black-Box-Charakters auf das vorliegende Problem zugeschnitten sind, d. h. auf relativ gut verstandene Eingangs- und Ausgangsdaten, die durch sehr komplexe Prozesse verknüpft sind.
Das übergeordnete Ziel dieser Arbeit ist daher die Abschätzung des Sedimentaustrags am Beispiel des hochalpinen Ötztals in Tirol, Österreich, auf dekadischen Zeitskalen in der Vergangenheit und Zukunft – also Zeitskalen, die für den anthropogenen Klimawandel relevant sind. Dazu wird ein Quantile Regression Forest (QRF)-Ansatz, d.h. ein nichtparametrisches, multivariates maschinelles Lernverfahren auf der Basis von Random Forest, erweitert, evaluiert und angewendet.
Die erste Studie im Rahmen dieser Arbeit zielte darauf ab, die "gegenwärtige" Sedimentdynamik zu verstehen, d. h. in dem Zeitraum, für den Messungen vorliegen (bis zu 15 Jahre). Um die Modellierung für die beiden folgenden Studien zu ermöglichen, wurden in dieser Studie die wichtigsten Prädiktoren, Teilgebiete des Untersuchungsgebiets und Zeiträume ermittelt. Zu diesem Zweck wurden die Wasser- und Sedimenterträge von drei verschachtelten Pegeln im oberen Ötztal, Vent, Sölden und Tumpen (98 bis fast 800 km² Einzugsgebiet, 930 bis 3772 m ü.d.M.), auf ihre räumliche Verteilung, ihre Saisonalität und deren räumlichen Unterschiede, sowie die relative Bedeutung von Niederschlagsereignissen hin untersucht. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Gebiete oberhalb
von 2500 m ü. M., in denen sich Gletscherzungen und kürzlich entgletscherte Gebiete befinden, eine zentrale Rolle in der Sedimentdynamik in allen Teileinzugsgebieten spielen. Im Gegensatz dazu waren Niederschlagsereignisse relativ unbedeutend (im Durchschnitt wurden 21 % des jährlichen Austrags mit Niederschlagsereignissen in Verbindung gebracht). Daher konzentrierten sich die zweite und dritte Studie auf das Vent-Einzugsgebiet und sein Teileinzugsgebiet oberhalb des Pegels Vernagt (11,4 und 98 km², 1891 bis 3772 m ü. M.), da sie einen höheren Anteil an Gebieten oberhalb von 2500 m aufweisen. Außerdem wurden Abfluss, Niederschlag und Lufttemperatur (sowie deren Vorbedingungen) als Prädiktoren einbezogen.
Die zweite Studie zielte darauf ab, den Sedimentexport seit den 1960er/70er Jahren an den Pegeln Vent und Vernagt abzuschätzen. Dies wurde durch die Verfügbarkeit langer Aufzeichnungen der Prädiktoren Abfluss, Niederschlag und Lufttemperatur sowie kürzerer Aufzeichnungen (vier und 15 Jahre) von aus Trübungsmessungen abgeleiteten Sedimentkonzentrationen an den beiden Pegeln ermöglicht. Die dritte Studie zielte darauf ab, den zukünftigen Sedimentexport bis zum Jahr 2100 abzuschätzen, indem die in der zweiten Studie entwickelten QRF-Modelle auf bereits existierende Niederschlags- und Temperaturprojektionen (EURO-CORDEX) und Abflussprojektionen (des physikalisch basierten hydroklimatologischen und Schneemodells AMUNDSEN) in den drei repräsentativen Konzentrationspfaden RCP2.6, RCP4.5 und RCP8.5 angewendet wurden.
Die kombinierten Ergebnisse der zweiten und dritten Studie legen nahe, dass der Sedimentexport in der Vergangenheit insgesamt zugenommen hat und in der Zukunft abnehmen wird. Dies deutet darauf hin, dass der Höhepunkt des Sedimenteintrags erreicht ist oder bereits überschritten wurde - es sei denn, die Niederschlagsveränderungen entwickeln sich anders, als es in den Projektionen dargestellt ist, oder Veränderungen in der Erodierbarkeit des Einzugsgebiets setzen sich durch. Trotz des allgemeinen Rückgangs in der Zukunft sind sehr hohe Sedimentausträge als Reaktion auf Niederschlagsereignisse möglich. Diese zweifältige Entwicklung hat wichtige Auswirkungen auf das Sedimentmanagement, die Hochwassergefahr und die Flussökologie.
Diese Arbeit zeigt, dass QRF ein sehr nützliches Instrument zur Modellierung des Sedimentexports in hochalpinen Gebieten sein kann. Mehrere Validierungen in der zweiten Studie zeigten eine gute Modell-Performance und die Überlegenheit gegenüber traditionellen Sediment-Abfluss-Beziehungen – insbesondere in Zeiträumen, in denen es zu einem hohen Sedimentexport kam, was auf die Fähigkeit von QRF hinweist, mit Schwelleneffekten umzugehen. Eine technische Einschränkung von QRF ist die Unfähigkeit, über den Bereich der in den Trainingsdaten dargestellten Werte hinaus zu extrapolieren. Die Anzahl und den Schweregrad an solchen Tagen, in denen der Wertebereich der Trainingsdaten überschritten wurde, wurde in beiden Studien untersucht. Dabei zeigte sich, dass es in der zweiten Studie nur wenige solcher Tage gab und dass die mit den Überschreitungen verbundenen Unsicherheiten in der dritten Studie vor 2070 gering waren. Da die vorverarbeiteten Daten und der Modellcode öffentlich zugänglich gemacht wurden, können künftige Studien darauf aufbauend weitere Ansätze testen oder QRF auf weitere Einzugsgebiete anwenden.
KW  - suspended sediment
KW  - glacier melt
KW  - climate change
KW  - natural hazards
KW  - hydrology
KW  - geomorphology
KW  - Klimawandel
KW  - Geomorphologie
KW  - Gletscherschmelze
KW  - Hydrologie
KW  - Naturgefahren
KW  - suspendiertes Sediment
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-623302
ER  - 
TY  - THES
A1  - Popp, Alexander
T1  - An integrated modelling approach for sustainable management of semi-arid and arid rangelands
T1  - Ein integrativer Modellierungsansatz für ein nachhaltiges Management semi-arider und arider Beweidungsgebiete
N2  - The need to develop sustainable resource management strategies for semi-arid and arid rangelands is acute as non-adapted grazing strategies lead to irreversible environmental problems such as desertification and associated loss of economic support to society. In such vulnerable ecosystems, successful implementation of sustainable management strategies depends on well-founded under-standing of processes at different scales that underlay the complex system dynamic. There is ample evidence that, in contrast to traditional sectoral approaches, only interdisciplinary research does work for resolving problems in conservation and natural resource management. In this thesis I combined a range of modeling approaches that integrate different disciplines and spatial scales in order to contribute to basic guidelines for sustainable management of semi-arid and arid range-lands. Since water availability and livestock management are seen as most potent determinants for the dynamics of semi-arid and arid ecosystems I focused on (i) the interaction of ecological and hydro-logical processes and (ii) the effect of farming strategies. First, I developed a grid-based and small-scaled model simulating vegetation dynamics and inter-linked hydrological processes. The simulation results suggest that ecohydrological interactions gain importance in rangelands with ascending slope where vegetation cover serves to obstruct run-off and decreases evaporation from the soil. Disturbances like overgrazing influence these positive feedback mechanisms by affecting vegetation cover and composition. In the second part, I present a modeling approach that has the power to transfer and integrate ecological information from the small scale vegetation model to the landscape scale, most relevant for the conservation of biodiversity and sustainable management of natural resources. I combined techniques of stochastic modeling with remotely sensed data and GIS to investigate to which ex-tent spatial interactions, like the movement of surface water by run-off in water limited environments, affect ecosystem functioning at the landscape scale. My simulation experiments show that overgrazing decreases the number of vegetation patches that act as hydrological sinks and run-off increases. The results of both simulation models implicate that different vegetation types should not only be regarded as provider of forage production but also as regulator of ecosystem functioning. Vegetation patches with good cover of perennial vegetation are capable to catch and conserve surface run-off from degraded surrounding areas. Therefore, downstream out of the simulated system is prevented and efficient use of water resources is guaranteed at all times. This consequence also applies to commercial rotational grazing strategies for semi-arid and arid rangelands with ascending slope where non-degraded paddocks act as hydrological sinks. Finally, by the help of an integrated ecological-economic modeling approach, I analyzed the relevance of farmers’ ecological knowledge for longterm functioning of semi-arid and arid grazing systems under current and future climatic conditions. The modeling approach consists of an ecological and an economic module and combines relevant processes on either level. Again, vegetation dynamics and forage productivity is derived by the small-scaled vegetation model. I showed that sustainable management of semi-arid and arid rangelands relies strongly on the farmers’ knowledge on how the ecosystem works. Furthermore, my simulation results indicate that the projected lower annual rainfall due to climate change in combination with non-adapted grazing strategies adds an additional layer of risk to these ecosystems that are already prone to land degradation. All simulation models focus on the most essential factors and ignore specific details. Therefore, even though all simulation models are parameterized for a specific dwarf shrub savanna in arid southern Namibia, the conclusions drawn are applicable for semi-arid and arid rangelands in general.
N2  - Nachhaltige Managementstrategien für semi-aride und aride Beweidungsgebiete sind äusserst bedeutend, da ein nicht nachhaltiges Management sehr schnell zu irreversiblen Umweltproblemen und damit verbundenem Verlust der ökonomischen Prosperität führt. Obwohl Wasserverfügbarkeit und Viehmanagement als die bedeutendsten Faktoren für die Dynamik semi-arider und arider Ökosysteme angesehen werden, ist deren Einfluss und Interaktion nicht genügend erforscht. Ziel der Dissertation war, das Wissen über diese Prozesse zu erweitern, um grundsätzliche Richtlinien für die nachhaltige Nutzung semi-arider und arider Beweidungsgebiete zu erstellen. Hierfür habe ich in dieser Arbeit, die aus drei aufeinander aufbauenden Teilen besteht, mehrere Modellierungstechniken kombiniert. Für den ersten Teil meiner Arbeit habe ich ein gitterbasiertes und kleinskaliges Modell entwickelt, welches die Vegetationsdynamik und damit verbundene hydrologische Prozesse wie Oberflächenabfluss und Evaporation simuliert. Da Entscheidungen zur nachhaltigen Nutzung von Resourcen auf der Landschaftsebene getroffen werden, stelle ich im zweiten Teil der Arbeit eine neue Methode vor, mit deren Hilfe man diese kleinskaligen ökologischen Informationen auf die Landschaftsebene übertragen kann. Um zu untersuchen wie Oberflächenabfluss das Funktionieren von Ökosystemen auf Landschaftsebene beeinflusst, habe ich Techniken der stochastischen Modellierung mit Techniken der Fernerkundung und GIS kombiniert.. Die Ergebnisse beider Simulationsmodelle implizieren, dass öko-hydrologische Interaktionen in Beweidungsgebieten mit ausgeprägter Topographie von Bedeutung sind. Verschiedene Vegetationstypen sollten nicht nur als Futterquelle für die Weidetiere betrachtet werden, sondern auch bezüglich ihrer Bedeutung als Regler der Ökosystemfunktion. Vegetationsbestände mit einem hohen Bedeckungsgrad an perennierender Vegetation können Oberflächenabfluss aus degradierten benachbarten Gebieten abfangen. Störungen wie Überweidung beeinflussen diesen positiven Rückkopplungsmechanismus negativ, indem sie Vegetationsbedeckung und -zusammensetzung verändern. Im letzten Teil der Arbeit habe ich mit Hilfe eines ökologisch-ökonomischen Simulationsmodells die Bedeutung des ökologischen Verständnisses der Farmer für ein langfristiges Funktionieren von semi-ariden und ariden Beweidungssystemen unter aktuellen und prognostizierten klimatischen Bedingungen untersucht. Auch hier wird die Vegetationsdynamik und – produktivität beider Module mit Hilfe des kleinskaligen Vegetationsmodells abgeleitet. Die Ergebnisse zeigen, dass ein nachhaltiges Management semi-arider und arider Savannen sehr stark vom Verständnis der Farmer für die Funktionsweise des Ökosystems abhängt. Des Weiteren weist das Modell darauf hin, dass ein durch den prognostizierten Klimawandel reduzierter Jahresniederschlag in Kombination mit nicht-angepassten Beweidungsstrategien ein hohes Risiko für diese Ökosysteme darstellt. Meine Arbeit trägt zu einem besseren Verständnis grundlegender Prozesse der Ökosystemdynamik einer ariden Zwergstrauchsavanne im südlichen Namibia bei. Da sich alle drei Simulationsmodelle auf grundlegende Faktoren konzentrieren und spezifische Details ignorieren, können die Schlussfolgerungen auch auf andere semi-aride und aride Beweidungsgebiete übertragen werden.
KW  - Simulationsmodell
KW  - nachhaltige Landnutzung
KW  - Klimawandel
KW  - arid
KW  - simulation model
KW  - sustainable management
KW  - climate change
KW  - arid
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-15103
ER  - 
TY  - GEN
A1  - Smith, Taylor
A1  - Bookhagen, Bodo
T1  - Assessing Multi-Temporal Snow-Volume Trends in High Mountain Asia From 1987 to 2016 Using High-Resolution Passive Microwave Data
T2  - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe
N2  - High Mountain Asia (HMA) is dependent upon both the amount and timing of snow and glacier meltwater. Previous model studies and coarse resolution (0.25° × 0.25°, ∼25 km × 25 km) passive microwave assessments of trends in the volume and timing of snowfall, snowmelt, and glacier melt in HMA have identified key spatial and seasonal heterogeneities in the response of snow to changes in regional climate. Here we use recently developed, continuous, internally consistent, and high-resolution passive microwave data (3.125 km × 3.125 km, 1987–2016) from the special sensor microwave imager instrument family to refine and extend previous estimates of changes in the snow regime of HMA. We find an overall decline in snow volume across HMA; however, there exist spatially contiguous regions of increasing snow volume—particularly during the winter season in the Pamir, Karakoram, Hindu Kush, and Kunlun Shan. Detailed analysis of changes in snow-volume trends through time reveal a large step change from negative trends during the period 1987–1997, to much more positive trends across large regions of HMA during the periods 1997–2007 and 2007–2016. We also find that changes in high percentile monthly snow-water volume exhibit steeper trends than changes in low percentile snow-water volume, which suggests a reduction in the frequency of high snow-water volumes in much of HMA. Regions with positive snow-water storage trends generally correspond to regions of positive glacier mass balances.
T3  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1020 
KW  - snow
KW  - glacier
KW  - climate change
KW  - passive microwave
KW  - special sensor microwave imager
KW  - special sensor microwave imager/sounder
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-484176
SN  - 1866-8372
IS  - 1020
ER  - 
TY  - THES
A1  - Courtin, Jérémy
T1  - Biodiversity changes in Siberia between quaternary glacial and interglacial stages
T1  - Veränderungen der Biodiversität in Sibirien zwischen Quartären Glazial- und Interglazialphasen
BT  - exploring the potential of sedaDNA
BT  - das Potenzial von sedaDNA erforschen
N2  - Der vom Menschen verursachte Klimawandel wirkt sich auf die biologische Vielfalt der Erde und damit auf die Ökosysteme und ihre Leistungen aus. Die Ökosysteme in den hohen Breitengraden sind aufgrund der verstärkten Erwärmung an den Polen noch stärker betroffen als der Rest der nördlichen Hemisphäre. Dennoch ist es schwierig, die Dynamik von Ökosystemen in den hohen Breitengraden vorherzusagen, da die Wechselwirkungen zwischen abiotischen und biotischen Komponenten sehr komplex sind. Da die Vergangenheit der Schlüssel zur Zukunft ist, ist die Interpretation vergangener ökologischer Veränderungen möglich, um laufende Prozesse besser zu verstehen. Im Quartär durchlief das Pleistozän mehrere glaziale und interglaziale Phasen, welche die Ökosysteme der Vergangenheit beeinflussten. Während des letzten Glazials bedeckte die pleistozäne Steppentundra den größten Teil der unvergletscherten nördlichen Hemisphäre und verschwand parallel zum Aussterben der Megafauna am Übergang zum Holozän (vor etwa 11 700 Jahren). Der Ursprung des Rückgangs der Steppentundra ist nicht gut erforscht, und die Kenntnis über die Mechanismen, die zu den Veränderungen in den vergangenen Lebensgemeinschaften und Ökosystemen geführt haben, ist von hoher Priorität, da sie wahrscheinlich mit denen vergleichbar sind, die sich auf moderne Ökosysteme auswirken. Durch die Entnahme von See- oder Permafrostkernsedimenten kann die vergangene Artenvielfalt an den Übergängen zwischen Eis- und Zwischeneiszeiten untersucht werden. Sibirien und Beringia waren der Ursprung der Ausbreitung der Steppentundra, weshalb die Untersuchung dieses Gebiets hohe Priorität hat. Bis vor kurzem waren Makrofossilien und Pollen die gängigsten Methoden. Sie dienen der Rekonstruktion vergangener Veränderungen in der Zusammensetzung der Bevölkerung, haben aber ihre Grenzen und Schwächen. Seit Ende des 20. Jahrhunderts kann auch sedimentäre alte DNA (sedaDNA) untersucht werden. Mein Hauptziel war es, durch den Einsatz von sedaDNA-Ansätzen wissenschaftliche Beweise für Veränderungen in der Zusammensetzung und Vielfalt der Ökosysteme der nördlichen Hemisphäre am Übergang zwischen den quartären Eiszeiten und Zwischeneiszeiten zu liefern.
In dieser Arbeit liefere ich Momentaufnahmen ganzer alter Ökosysteme und beschreibe die Veränderungen in der Zusammensetzung zwischen Quartärglazialen und Interglazialen und bestätige die Vegetationszusammensetzung sowie die räumlichen und zeitlichen Grenzen der pleistozänen Steppentundra. Ich stelle einen allgemeinen Verlust der Pflanzenvielfalt fest, wobei das Aussterben der Pflanzen parallel zum Aussterben der Megafauna verlief. Ich zeige auf, wie der Verlust der biotischen Widerstandsfähigkeit zum Zusammenbruch eines zuvor gut etablierten Systems führte, und diskutiere meine Ergebnisse im Hinblick auf den laufenden Klimawandel. Mit weiteren Arbeiten zur Eingrenzung von Verzerrungen und Grenzen kann sedaDNA parallel zu den etablierteren Makrofossilien- und Pollenansätzen verwendet werden oder diese sogar ersetzen, da meine Ergebnisse die Robustheit und das Potenzial von sedaDNA zur Beantwortung neuer paläoökologischer Fragen wie Veränderungen der Pflanzenvielfalt und -verluste belegen und Momentaufnahmen ganzer alter Biota liefern.
N2  - Climate change of anthropogenic origin is affecting Earth’s biodiversity and therefore ecosystems and their services. High latitude ecosystems are even more impacted than the rest of Northern Hemisphere because of the amplified polar warming. Still, it is challenging to predict the dynamics of high latitude ecosystems because of complex interaction between abiotic and biotic components. As the past is the key to the future, the interpretation of past ecological changes to better understand ongoing processes is possible. In the Quaternary, the Pleistocene experienced several glacial and interglacial stages that affected past ecosystems. During the last Glacial, the Pleistocene steppe-tundra was covering most of unglaciated northern hemisphere and disappeared in parallel to the megafauna’s extinction at the transition to the Holocene (~11,700 years ago). The origin of the steppe-tundra decline is not well understood and knowledge on the mechanisms, which caused shifts in past communities and ecosystems, is of high priority as they are likely comparable to those affecting modern ecosystems. Lake or permafrost core sediments can be retrieved to investigate past biodiversity at transitions between glacial and interglacial stages. Siberia and Beringia were the origin of dispersal of the steppe-tundra, which make investigation this area of high priority. Until recently, macrofossils and pollen were the most common approaches. They are designed to reconstruct past composition changes but have limit and biases. Since the end of the 20th century, sedimentary ancient DNA (sedaDNA) can also be investigated. My main objectives were, by using sedaDNA approaches to provide scientific evidence of compositional and diversity changes in the Northern Hemisphere ecosystems at the transition between Quaternary glacial and interglacial stages.
In this thesis, I provide snapshots of entire ancient ecosystems and describe compositional changes between Quaternary glacial and interglacial stages, and confirm the vegetation composition and the spatial and temporal boundaries of the Pleistocene steppe-tundra. I identify a general loss of plant diversity with extinction events happening in parallel of megafauna’ extinction. I demonstrate how loss of biotic resilience led to the collapse of a previously well-established system and discuss my results in regards to the ongoing climate change. With further work to constrain biases and limits, sedaDNA can be used in parallel or even replace the more established macrofossils and pollen approaches as my results support the robustness and potential of sedaDNA to answer new palaeoecological questions such as plant diversity changes, loss and provide snapshots of entire ancient biota.
KW  - sedaDNA
KW  - pleistocene
KW  - paleoecology
KW  - climate change
KW  - holocene
KW  - Siberia
KW  - sedaDNA
KW  - Pleistozän
KW  - Paläoökologie
KW  - Holozän
KW  - Klimawandel
KW  - Sibirien
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-595847
ER  - 
TY  - THES
A1  - Gudipudi, Venkata Ramana
T1  - Cities and global sustainability
T1  - Städte und globale Nachhaltigkeit
BT  - insights from emission and ecological efficiency
BT  - Einblicke von Emission und ökologischer Effizienz
N2  - In the wake of 21st century, humanity witnessed a phenomenal raise of urban agglomerations as powerhouses for innovation and socioeconomic growth. Driving much of national (and in few instances even global) economy, such a gargantuan raise of cities is also accompanied by subsequent increase in energy, resource consumption and waste generation. Much of anthropogenic transformation of Earth's environment in terms of environmental pollution at local level to planetary scale in the form of climate change is currently taking place in cities. Projected to be crucibles for entire humanity by the end of this century, the ultimate fate of humanity predominantly lies in the hands of technological innovation, urbanites' attitudes towards energy/resource consumption and development pathways undertaken by current and future cities. Considering the unparalleled energy, resource consumption and emissions currently attributed to global cities, this thesis addresses these issues from an efficiency point of view. More specifically, this thesis addresses the influence of population size, density, economic geography and technology in improving urban greenhouse gas (GHG) emission efficiency and identifies the factors leading to improved eco-efficiency in cities. In order to investigate the in uence of these factors in improving emission and resource efficiency in cities, a multitude of freely available datasets were coupled with some novel methodologies and analytical approaches in this thesis.
Merging the well-established Kaya Identity to the recently developed urban scaling laws, an Urban Kaya Relation is developed to identify whether large cities are more emission efficient and the intrinsic factors leading to such (in)efficiency. Applying Urban Kaya Relation to a global dataset of 61 cities in 12 countries, this thesis identifed that large cities in developed regions of the world will bring emission efficiency gains because of the better technologies implemented in these cities to produce and utilize energy consumption while the opposite is the case for cities in developing regions. Large cities in developing countries are less efficient mainly because of their affluence and lack of efficient technologies. Apart from the in uence of population size on emission efficiency, this thesis identified the crucial role played by population density in improving building and on-road transport sector related emission efficiency in cities. This is achieved by applying the City Clustering Algorithm (CCA) on two different gridded land use datasets and a standard emission inventory to attribute these sectoral emissions to all inhabited settlements in the USA. Results show that doubling the population density would entail a reduction in the total CO2 emissions in buildings and on-road sectors typically by at least 42 %. Irrespective of their population size and density, cities are often blamed for their intensive resource consumption that threatens not only local but also global sustainability. This thesis merged the concept of urban metabolism with benchmarking and identified cities which are eco-efficient. These cities enable better socioeconomic conditions while being less burden to the environment. Three environmental burden indicators (annual average NO2 concentration, per capita waste generation and water consumption) and two socioeconomic indicators (GDP per capita and employment ratio) for 88 most populous European cities are considered in this study. Using two different non-parametric ranking methods namely regression residual ranking and Data Envelopment Analysis (DEA), eco-efficient cities and their determining factors are identified. This in-depth analysis revealed that mature cities with well-established economic structures such as Munich, Stockholm and Oslo are eco-efficient. Further, correlations between objective eco-efficiency ranking with each of the indicator rankings and the ranking of urbanites' subjective perception about quality of life are analyzed. This analysis revealed that urbanites' perception about quality of life is not merely confined to the socioeconomic well-being but rather to their combination with lower environmental burden.
In summary, the findings of this dissertation has three general conclusions for improving emission and ecological efficiency in cities. Firstly, large cities in emerging nations face a huge challenge with respect to improving their emission efficiency. The task in front of these cities is threefold: (1) deploying efficient technologies for the generation of electricity and improvement of public transportation to unlock their leap frogging potential, (2) addressing the issue of energy poverty and (3) ensuring that these cities do not develop similar energy consumption patterns with infrastructure lock-in behavior similar to those of cities in developed regions. Secondly, the on-going urban sprawl as a global phenomenon will decrease the emission efficiency within the building and transportation sector. Therefore, local policy makers should identify adequate fiscal and land use policies to curb urban sprawl. Lastly, since mature cities with well-established economic structures are more eco-efficient and urbanites' perception re ects its combination with decreasing environmental burden; there is a need to adopt and implement strategies which enable socioeconomic growth in cities whilst decreasing their environment burden.
N2  - Im Laufe des 21. Jahrhunderts verzeichnete die Menschheit eine gewaltige Zunahme urbaner Agglomerationen als Motor für Innovation und soziökonomisches Wachstum. Angetrieben durch die nationale (und in wenigen Fällen auch globale) Wirtschaft, dieser gigantische Aufstieg der Städte ist allerdings auch mit einer Zunahme von Energie- und Ressourcenverbrauch sowie erhöhter Abfallerzeugung verbunden. Ein Großteil der anthropogenen Transformation der Umwelt in Form von Klimaveränderungen von der lokalen Ebene bis in die planetarische Dimension findet derzeit in Städten statt. Angenommen dass bis zum Ende des Jahrhunderts die gesamte Menschheit in einer Art Schmelztiegel miteinander verbunden sein wird, dann hängt ihr Schicksal von der Umsetzung innovativer und überlegender Entwicklungspfade heutiger und zukünftiger Städte ab. Angesichts des unvergleichlichen Energie- und Ressourcenverbrauchs sowie der Emissionen, die derzeit in Städten verursacht werden, befasst sich diese Arbeit mit genau diesen Fragen aus der Perspektive der Effizienz. Genauer gesagt, diese Arbeit befasst sich mit dem Einfluss der städtischen Größe, Dichte, Wirtschaftsgeographie und Technologie zur Verbesserung der Emissionseffizienz der städtischen Treibhausgase, mit dem Ziel die Faktoren, die zu einer Verbesserung der ökoeffizienz in Städten führt, zu identifizieren. Um den Einfluss dieser Faktoren auf die Verbesserung der Emissions- und Ressourceneffizienz in Städten zu untersuchen, wurden in dieser Arbeit eine Vielzahl von frei verfügbaren Datensätzen mit neuartigen Methoden und analytischen Ansätzen gekoppelt.
Durch die Verschmelzung der bereits etablierten Kaya-Identität‘ mit den kürzlich entwickelten urbanen Skalierungsgesetzen wird eine ’urbane Kaya-Relation’ entwickelt, um herauszufinden, ob Großstädte emissionsärmer also effizienter sind und welche Faktoren zu dieser (In-)Effizienz führen. Dafür wurde die ’urbanen Kaya-Relation’ auf einen globalen Datensatz für 61 Städte in 12 Ländern angewendet. Die vorliegende Arbeit kommt zu dem Ergebnis, dass den Großstädten in den entwickelten Regionen der Welt Effizienzgewinne aufgrund des Einsatzes besserer Technologien für die Produktion und Nutzung von Energie gelingt, während für die Städte in Entwicklungsländern das Gegenteil gilt. Großstädte in Entwicklungsländern sind weniger effizient, vor allem wegen ihres Wohlstands und des Mangels an effizienten Technologien. Abgesehen vom Einfluss der Bevölkerungsgröße auf die Emissionseffizienz, zeigt diese Arbeit auch die entscheidende Rolle der Bevölkerungsdichte bei der Effizienzsteigerung im Bau- und Transportsektor. Dies wird durch die Anwendung des City Clustering Algorithmus (CCA) auf zwei verschiedene raster-basierte Landnutzungsdatensätze und ein Standard-Emissionskataster erreicht, um die sektoralen Emissionen allen bewohnten Siedlungen in den USA zuzuordnen. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Verdoppelung der Bevölkerungsdichte eine Verringerung der CO2-Gesamtemissionen in Gebäuden und Straßenverkehrssektoren um typischerweise mindestens 42% bedeuten würde. Unabhängig von der Bevölkerungsgröße und -dichte werden Städte häufig für ihren intensiven Ressourcenverbrauch verantwortlich gemacht, der nicht nur die lokale, sondern auch die globale Nachhaltigkeit bedroht. Diese Arbeit verbindet das Konzept des urbanen Metabolismus mit Benchmarking und identifiziert Städten, die ökoeffizient sind. Diese Städte bieten bessere sozioökonomische Bedingungen und belasten die Umwelt weniger. In dieser Studie werden drei Indikatoren für die Umweltbelastung (jährliche durchschnittliche NO2-Konzentration, Abfallaufkommen pro Kopf und Wasserverbrauch) und zwei sozioökonomische Indikatoren (BIP pro Kopf und Beschäftigungsquote) für die 88 bevölkerungsreichsten europäischen Städte berücksichtigt. Mithilfe von zwei verschiedenen Rankingmethoden, einerseits dem regression residual ranking‘ und der Data Envelopment Analysis‘ (DEA), werden ökoeffiziente Städte und ihre Bestimmungsfaktoren identifiziert. Die gründliche Analyse ergab, dass die gewachsenen Städte mit etablierten städtischen Wirtschaften wie München, Stockholm und Oslo ökoeffizient sind. Weiterhin wurden Zusammenhänge zwischen objektiven ökoeffizienz Einstufungen (ranking) mit den Einstufungen hinsichtlich einzelner Indikatoren sowie der subjektiven Wahrnehmung der Stadtbewohner über ihre Lebensqualität analysiert. Diese Analyse ergab, dass sich die Wahrnehmung der Lebensqualität von Stadtbewohnern nicht nur auf das sozioökonomische Wohlergehen beschränkt, sondern auch auf die Kombination mit einer geringeren Umweltbelastung.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Ergebnisse dieser Dissertation drei generelle Schlussfolgerungen zur Verbesserung der Emissions- und ökoeffizienz in Städten enthalten. Erstens stehen Großstädte in Schwellenländern wie China, Indien und Brasilien vor einer großen Herausforderung, ihre Emissionseffizienz zu verbessern. Vor diesen Städten stehen drei Aufgaben: (1) Einsatz effizienter Technologien zur Stromerzeugung und Verbesserung des öffentlichen Verkehrs, (2) Bekämpfung der Energiearmut und (3) Sicherstellung, dass diese Städte keine Energiekonsummuster entwickeln, die dem infrastrukturellen Lock-in-Verhalten‘ der Städte in entwickelten Regionen ähneln. Zweitens wird die fortschreitende Zersiedelung der Städte als globales Phänomen die Emissionseffizienz im Bau- und Verkehrssektor verringern. Daher sollten die lokalen politischen Entscheidungsträger angemessene fiskal- und landnutzungspolitische Maßnahmen zur Eindämmung der Zersiedelung der Städte festlegen. Schließlich müssen Strategien verabschiedet und umgesetzt werden, die das sozioökonomische Wachstum in den Städten ermöglicht und gleichzeitig die Umweltbelastung verringert, wie es in den gewachsenen Städten bereits heute vorzufinden ist.
KW  - cities
KW  - climate change
KW  - urban efficiency
KW  - sustainable urban development
KW  - Städe
KW  - Klimawandel
KW  - Städte Effizienz
KW  - nachaltige Städteentwicklung
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-407113
ER  - 
TY  - GEN
A1  - Bansard, Jennifer S.
A1  - Pattberg, Philipp H.
A1  - Widerberg, Oscar
T1  - Cities to the rescue?
BT  - Assessing the performance of transnational municipal networks in global climate governance
T2  - Postprints der Universität Potsdam Wirtschafts- und Sozialwissenschaftliche Reihe
N2  - Despite the proliferation and promise of subnational climate initiatives, the institutional architecture of transnational municipal networks (TMNs) is not well understood. With a view to close this research gap, the article empirically assesses the assumption that TMNs are a viable substitute for ambitious international action under the United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC). It addresses the aggregate phenomenon in terms of geographical distribution, central players, mitigation ambition and monitoring provisions. Examining thirteen networks, it finds that membership in TMNs is skewed toward Europe and North America while countries from the Global South are underrepresented; that only a minority of networks commit to quantified emission reductions and that these are not more ambitious than Parties to the UNFCCC; and finally that the monitoring provisions are fairly limited. In sum, the article shows that transnational municipal networks are not (yet) the representative, ambitious and transparent player they are thought to be.
T3  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Wirtschafts- und Sozialwissenschaftliche Reihe - 105 
KW  - climate change
KW  - cities and regions
KW  - urban politics
KW  - transnational networks
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-429806
SN  - 1867-5808
IS  - 105
SP  - 229
EP  - 246
ER  - 
TY  - THES
A1  - Mtilatila, Lucy Mphatso Ng'ombe
T1  - Climate change effects on drought, freshwater availability and hydro-power generation in an African environment
T1  - Auswirkungen des Klimawandels auf Dürre, Wasserverfügbarkeit und Wasserkrafterzeugung in einer tropischen afrikanischen Region
BT  - observations and projections for the Lake Malawi and Shire River Basins in Malawi
BT  - Datenanalysen und Projektionen für die Einzugsgebiete des Malawi-Sees und des Shire-Flusses in Malawi
N2  - The work is designed to investigate the impacts and sensitivity of climate change on water resources, droughts and hydropower production in Malawi, the South-Eastern region which is highly vulnerable to climate change. It is observed that rainfall is decreasing and temperature is increasing which calls for the understanding of what these changes may impact the water resources, drought occurrences and hydropower generation in the region. The study is conducted in the Greater Lake Malawi Basin (Lake Malawi and Shire River Basins) and is divided into three projects. The first study is assessing the variability and trends of both meteorological and hydrological droughts from 1970-2013 in Lake Malawi and Shire River basins using the standardized precipitation index (SPI) and standardized precipitation and evaporation Index (SPEI) for meteorological droughts and the lake level change index (LLCI) for hydrological droughts. And later the relationship of the meteorological and hydrological droughts is established.
While the second study extends the drought analysis into the future by examining the potential future meteorological water balance and associated drought characteristics such as the drought intensity (DI), drought months (DM), and drought events (DE) in the Greater Lake Malawi Basin. The sensitivity of drought to changes of rainfall and temperature is also assessed using the scenario-neutral approach. The climate change projections from 20 Coordinated Regional Climate Downscaling Experiment (CORDEX) models for Africa based on two scenarios (RCP4.5 and RCP8.5) for the periods 2021–2050 and 2071–2100 are used. The study also investigates the effect of bias-correction (i.e., empirical quantile mapping) on the ability of the climate model ensemble in reproducing observed drought characteristics as compared to raw climate projections.
The sensitivity of key hydrologic variables and hydropower generation to climate change in Lake Malawi and Shire River basins is assessed in third study. The study adapts the mesoscale Hydrological Model (mHM) which is applied separately in the Upper Lake Malawi and Shire River basins. A particular Lake Malawi model, which focuses on reservoir routing and lake water balance, has been developed and is interlinked between the two basins. Similar to second study, the scenario-neutral approach is also applied to determine the sensitivity of climate change on water resources more particularly Lake Malawi level and Shire River flow which later helps to estimate the hydropower production susceptibility.
Results suggest that meteorological droughts are increasing due to a decrease in precipitation which is exacerbated by an increase in temperature (potential evapotranspiration). The hydrological system of Lake Malawi seems to have a >24-month memory towards meteorological conditions since the 36-months SPEI can predict hydrological droughts ten-months in advance. The study has found the critical lake level that would trigger hydrological drought to be 474.1 m.a.s.l.
Despite the differences in the internal structures and uncertainties that exist among the climate models, they all agree on an increase of meteorological droughts in the future in terms of higher DI and longer events (DM). DI is projected to increase between +25% and +50% during 2021-2050 and between +131% and +388% during 2071-2100. This translates into +3 to +5, and +7 to +8 more drought months per year during both periods, respectively. With longer lasting drought events, DE is decreasing. Projected droughts based on RCP8.5 are 1.7 times more severe than droughts based on RCP4.5.
It is also found that an annual temperature increase of 1°C decreases mean lake level and outflow by 0.3 m and 17%, respectively, signifying the importance of intensified evaporation for Lake Malawi’s water budget. Meanwhile, a +5% (-5%) deviation in annual rainfall changes mean lake level by +0.7 m (-0.6 m). The combined effects of temperature increase and rainfall decrease result in significantly lower flows on Shire River. The hydrological river regime may change from perennial to seasonal with the combination of annual temperature increase and precipitation decrease beyond 1.5°C (3.5°C) and -20% (-15%). The study further projects a reduction in annual hydropower production between 1% (RCP8.5) and 2.5% (RCP4.5) during 2021–2050 and between 5% (RCP4.5) and 24% (RCP8.5) during 2071–2100.
The findings are later linked to global policies more particularly the United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC)’s Paris Agreement and the United Nations (UN)’s Sustainable Development Goals (SDGs), and how the failure to adhere the restriction of temperature increase below the global limit of 1.5°C will affect drought and the water resources in Malawi consequently impact the hydropower production. As a result, the achievement of most of the SDGs will be compromised. 
The results show that it is of great importance that a further development of hydro energy on the Shire River should take into account the effects of climate change. The information generation is important for decision making more especially supporting the climate action required to fight against climate change. The frequency of extreme climate events due to climate change has reached the climate emergency as saving lives and livelihoods require urgent action.
N2  - Ziel der Arbeit ist es, die Auswirkungen und die Sensitivität des Klimawandels auf die Wasser¬ressourcen, Dürren und die Wasserkrafterzeugung in Malawi zu untersuchen, einer Region im Südosten Afrikas, die besonders anfällig für den Klimawandel ist. Es ist zu beobachten, dass die Niederschläge abnehmen und die Temperaturen steigen, was Untersuchungen nahelegt, inwiefern sich diese Veränderungen auf die Wasserressourcen, Dürren und die Wasserkraft¬erzeugung in der Region auswirken können. Die Studie wird im Flussgebiet des Malawi-Sees (Einzugsgebiet des Malawi-Sees und des Shire-Flusses) durchgeführt und ist in drei Projekte unterteilt. In der ersten Studie werden die Variabilität und die Trends von meteorologischen und hydrologischen Dürren im Zeitraum 1970-2013 im Malawi-See- und Shire-Flusseinzugs¬gebiet anhand des standardisierten Niederschlagsindexes (SPI) und des standardisierten Niederschlags- und Verdunstungsindexes (SPEI) für meteorologische Dürren und des Indexes für die Veränderung des Seespiegels (LLCI) für hydrologische Dürren untersucht. Anschließend wird der Zusammenhang zwischen meteorologischen und hydrologischen Dürren hergestellt. 
In der zweiten Studie wird die Dürreanalyse in die Zukunft ausgedehnt, indem die potenzielle künftige meteorologische Wasserbilanz und die damit verbundenen Dürremerkmale wie Dürre¬intensität (DI), Dürremonate (DM) und Dürreereignisse (DE) im Einzugsgebiet des Malawisees untersucht werden. Die Empfindlichkeit der Dürre gegenüber Veränderungen der Nieder¬schlags¬menge und der Temperatur wird anhand des „Szenario-neutralen“ Ansatzes bewertet. Es werden die Projektionen des Klimawandels aus 20 „Coordinated Regional Climate Downscaling Experiment“	 Modellen für Afrika auf der Grundlage von zwei Szenarien (RCP4.5 und RCP8.5) für die Zeiträume 2021-2050 und 2071-2100 verwendet. Die Studie untersucht auch die Auswirkung der Fehlerkorrektur (via „empirical quantile mapping) auf die Möglichkeit des Klimamodell-Ensembles, beobachtete Dürrecharakteristika im Vergleich zu den Originaldaten der Klimaprojektionen wieder¬zugeben. 
In der dritten Studie wird die Sensitivität der wichtigsten hydrologischen Variablen und der Wasserkrafterzeugung auf den Klimawandel in den Einzugsgebieten des Malawi-Sees und des Shire-Flusses untersucht. In der Studie wird das meso-skalige hydrologische Modell (mHM) angepasst, welches in den Einzugsgebieten des Malawisees und des Shire-Flusses getrennt angewendet wird. Ein spezielles Modell für den Malawisee, welches sich auf die Wellenver¬formung im See und dessen Wasserbilanz, wurde entwickelt und wurde mit den beiden Einzugsgebieten gekoppelt. Ähnlich wie in der zweiten Studie wird auch hier der Szenario-neutrale Ansatz angewandt, um die Sensitivität des Klimawandels auf die Wasserressourcen zu bestimmen, insbesondere auf den Wasserstand im Malawisee und den Durchfluss des Shire-Flusses, was später zur Abschätzung der Anfälligkeit der Wasserkraft-produktion nötig ist.

Die Ergebnisse lassen erwarten, dass meteorologische Dürren aufgrund von Niederschlags-rückgang zunehmen, was durch einen Temperaturanstieg (und dadurch erhöhte Verdunstung) noch verschärft wird. Das hydrologische System des Malawi-Sees scheint ein >24-monatiges „meteorologisches Gedächtnis“ zu haben, da mit den 36-monatigen SPEI-Indizes, hydrologische Dürren zehn Monate im Voraus vorhersagbar sind. Die Studie ergab zudem, dass der kritische Seespiegel zur Auslösung hydrologische Dürren bei 474,1 m+NN liegt. 
Trotz der Unterschiede in internen Strukturen und Unsicherheiten der verschiedenen Klimamodelle, stimmen sie darin überein, dass meteorologische Dürren in der Zukunft in Form von höheren DI und längeren Ereignissen (DM) zunehmen werden. Die DI würde im Zeitraum 2021-2050 um +25 % bis +50 % und im Zeitraum 2071-2100 um +131 % bis +388 % zunehmen. Dies bedeutet 3 bis 5 bzw. 7 bis 8 Dürremonate mehr pro Jahr in beiden Zeiträumen. Bei länger anhaltenden Dürreereignissen nehmen die DE ab. Die prognostizierten Dürren auf der Grundlage des RCP8.5 sind 1,7-mal schwerer als die Dürren auf der Grundlage des RCP4.5. 
Es wird auch festgestellt, dass ein jährlicher Temperaturanstieg von 1°C den mittleren See-spiegel und den Abfluss um 0,3 m bzw. 17 % verringert, was auf die Bedeutung einer verstärk¬ten Verdunstung für den Wasserhaushalt des Malawisees hinweist. Eine Abweichung von +5 % (-5 %) bei den jährlichen Niederschlägen verändert den mittleren Seespiegel um +0,7 m (-0,6 m). Die kombinierten Auswir¬kungen des Temperaturanstiegs und des Niederschlagsrück¬gangs führen zu einem deutlich geringeren Durchfluss im Shire River. Das hydrologische Regime des Flusses kann sich bei einer Kombination aus jährlicher Temperaturerhöhung und Niederschlagsabnahme um mehr als 1,5°C (3,5°C) und -20% (-15%) von mehrjährig zu saisonal ändern. Die Studie prognostiziert ferner einen Rückgang der jährlichen Wasserkraft¬produktion zwischen 1 % (RCP8.5) und 2,5 % (RCP4.5) im Zeitraum 2021-2050 und zwischen 5 % (RCP4.5) und 24 % (RCP8.5) im Zeitraum 2071-2100. 
Die Ergebnisse werden letztlich mit der globalen Politik in Verbindung gebracht, insbesondere mit dem Pariser Abkommen des Rahmenübereinkommens der Vereinten Nationen über Klima-änderungen (UNFCCC) und den Zielen für nachhaltige Entwicklung (SDGs) der Vereinten Nationen (UN). Zudem damit, wie sich die Nichteinhaltung der Begrenzung des Temperatur-anstiegs auf 1,5°C auf die Dürre und die Wasserressourcen in Malawi auswirken wird, was wiederum Auswirkungen auf die Wasserkraftproduktion hat. Infolgedessen wird die Erreichung der meisten SDGs gefährdet sein. 
Die Ergebnisse zeigen, dass es von großer Bedeutung ist, dass bei der weiteren Entwicklung der Wasserkraft am Shire River die Auswirkungen des Klimawandels berücksichtigt werden sollten. Die Generierung von Informationen ist wichtig für die Entscheidungsfindung, insbesondere für die Unterstützung von Klimaschutzmaßnahmen, die zur Bekämpfung des Klimawandels erforderlich sind. Die Häufigkeit extremer Klimaereignisse aufgrund des Klimawandels hat einen kritischen Punkt erreicht, so dass die Rettung von Leben und die Bewahrung der Lebensgrundlagen dringende Maßnahmen erfordert.
KW  - climate change
KW  - Klimaänderung
KW  - Malawi
KW  - water balance
KW  - Wasserbilanz
KW  - drought
KW  - Dürre
KW  - water resources
KW  - Wasserressourcen
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-599298
ER  - 
TY  - GEN
A1  - Ayzel, Georgy
A1  - Izhitskiy, Alexander
T1  - Climate change impact assessment on freshwater inflow into the Small Aral Sea
T2  - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe
N2  - During the last few decades, the rapid separation of the Small Aral Sea from the isolated basin has changed its hydrological and ecological conditions tremendously. In the present study, we developed and validated the hybrid model for the Syr Darya River basin based on a combination of state-of-the-art hydrological and machine learning models. Climate change impact on freshwater inflow into the Small Aral Sea for the projection period 2007–2099 has been quantified based on the developed hybrid model and bias corrected and downscaled meteorological projections simulated by four General Circulation Models (GCM) for each of three Representative Concentration Pathway scenarios (RCP). The developed hybrid model reliably simulates freshwater inflow for the historical period with a Nash–Sutcliffe efficiency of 0.72 and a Kling–Gupta efficiency of 0.77. Results of the climate change impact assessment showed that the freshwater inflow projections produced by different GCMs are misleading by providing contradictory results for the projection period. However, we identified that the relative runoff changes are expected to be more pronounced in the case of more aggressive RCP scenarios. The simulated projections of freshwater inflow provide a basis for further assessment of climate change impacts on hydrological and ecological conditions of the Small Aral Sea in the 21st Century.
T3  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1071 
KW  - Small Aral Sea
KW  - hydrology
KW  - climate change
KW  - modeling
KW  - machine learning
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-472794
SN  - 1866-8372
IS  - 1071
ER  - 
TY  - THES
A1  - Olonscheck, Mady
T1  - Climate change impacts on electricity and residential energy demand
T1  - Auswirkungen des Klimawandels auf den Stromsektor und den Energiebedarf von Wohngebäuden
N2  - The energy sector is both affected by climate change and a key sector for climate protection measures. Energy security is the backbone of our modern society and guarantees the functioning of most critical infrastructure. Thus, decision makers and energy suppliers of different countries should be familiar with the factors that increase or decrease the susceptibility of their electricity sector to climate change. Susceptibility means socioeconomic and structural characteristics of the electricity sector that affect the demand for and supply of electricity under climate change. Moreover, the relevant stakeholders are supposed to know whether the given national energy and climate targets are feasible and what needs to be done in order to meet these targets. In this regard, a focus should be on the residential building sector as it is one of the largest energy consumers and therefore emitters of anthropogenic CO 2 worldwide.

This dissertation addresses the first aspect, namely the susceptibility of the electricity sector, by developing a ranked index which allows for quantitative comparison of the electricity sector susceptibility of 21 European countries based on 14 influencing factors. Such a ranking has not been completed to date. We applied a sensitivity analysis to test the relative effect of each influencing factor on the susceptibility index ranking. We also discuss reasons for the ranking position and thus the susceptibility of selected countries. The second objective, namely the impact of climate change on the energy demand of buildings, is tackled by means of a new model with which the heating and cooling energy demand of residential buildings can be estimated. We exemplarily applied the model to Germany and the Netherlands. It considers projections of future changes in population, climate and the insulation standards of buildings, whereas most of the existing studies only take into account fewer than three different factors that influence the future energy demand of buildings. Furthermore, we developed a comprehensive retrofitting algorithm with which the total residential building stock can be modeled for the first time for each year in the past and future.

The study confirms that there is no correlation between the geographical location of a country and its position in the electricity sector susceptibility ranking. Moreover, we found no pronounced pattern of susceptibility influencing factors between countries that ranked higher or lower in the index. We illustrate that Luxembourg, Greece, Slovakia and Italy are the countries with the highest electricity sector susceptibility. The electricity sectors of Norway, the Czech Republic, Portugal and Denmark were found to be least susceptible to climate change. Knowledge about the most important factors for the poor and good ranking positions of these countries is crucial for finding adequate adaptation measures to reduce the susceptibility of the electricity sector. Therefore, these factors are described within this study.

We show that the heating energy demand of residential buildings will strongly decrease in both Germany and the Netherlands in the future. The analysis for the Netherlands focused on the regional level and a finer temporal resolution which revealed strong variations in the future heating energy demand changes by province and by month. In the German study, we additionally investigated the future cooling energy demand and could demonstrate that it will only slightly increase up to the middle of this century. Thus, increases in the cooling energy demand are not expected to offset reductions in heating energy demand. The main factor for substantial heating energy demand reductions is the retrofitting of buildings. We are the first to show that the given German and Dutch energy and climate targets in the building sector can only be met if the annual retrofitting rates are substantially increased. The current rate of only about 1 % of the total building stock per year is insufficient for reaching a nearly zero-energy demand of all residential buildings by the middle of this century. To reach this target, it would need to be at least tripled. To sum up, this thesis emphasizes that country-specific characteristics are decisive for the electricity sector susceptibility of European countries. It also shows for different scenarios how much energy is needed in the future to heat and cool residential buildings. With this information, existing climate mitigation and adaptation measures can be justified or new actions encouraged.
N2  - Der Energiesektor ist sowohl vom Klimawandel betroffen als auch ein Schlüsselsektor für Maßnahmen zum Klimaschutz. Energiesicherheit ist das Rückgrat unserer modernen Gesellschaft und gewährleistet das Funktionieren der meisten kritischen Infrastrukturen. Daher sollten Entscheidungsträger und Energieversorger verschiedener Länder mit den Faktoren vertraut sein, welche die Anfälligkeit ihres Elektrizitätssektors gegenüber dem Klimawandel beeinflussen. Anfälligkeit meint die sozio-ökonomischen und strukturellen Eigenschaften des Elektrizitätssektors, die die Nachfrage nach und das Angebot an Strom unter sich änderndem Klima erhöhen oder verringern.
Darüber hinaus sollten die relevanten Akteure wissen, ob die gesetzten nationalen Energie- und Klimaziele umsetzbar sind und was getan werden muss, um diese Ziele zu erreichen. In diesem Zusammenhang sollte ein Schwerpunkt auf dem Wohngebäudesektor liegen, da dieser einer der größten Energieverbraucher und damit anthropogen bedingter CO2-Emittenten weltweit ist.

Diese Dissertation befasst sich mit dem ersten Aspekt, der Anfälligkeit des Elektrizitätssektors, durch die Entwicklung eines Rankings, welches einen quantitativen Vergleich der Anfälligkeit des Elektrizitätssektors von 21 europäischen Ländern anhand von 14 Einflussfaktoren ermöglicht. Solch ein Ranking wurde bisher noch nicht erstellt. Wir führten eine Sensitivitätsanalyse durch, um den relativen Einfluss eines jeden Einflussfaktors auf das Ranking gemäß der Anfälligkeit zu testen. Wir diskutieren zudem Gründe für die Ranking-Position und damit die Anfälligkeit ausgewählter Länder.
Das zweite Thema, der Einfluss des Klimawandels auf den Gebäudeenergiebedarf, wird mittels eines neuen Modells bearbeitet, mit welchem der Heiz- und Kühlenergiebedarf von Wohngebäuden abgeschätzt werden kann. Wir wandten das Modell exemplarisch für Deutschland und die Niederlande an. Es berücksichtigt Prognosen für zukünftige Veränderungen der Bevölkerung, des Klimas und des Dämmstandards von Gebäuden, während die meisten der bestehenden Studien nur weniger als drei verschiedene Faktoren berücksichtigen, die den zukünftigen Energiebedarf von Gebäuden beeinflussen. Darüber hinaus haben wir einen umfassenden Sanierungsalgorithmus entworfen, mit welchem der gesamte Wohngebäudebestand erstmals für jedes Jahr in der Vergangenheit und Zukunft modelliert werden kann.

Die Studie bestätigt, dass es keinen Zusammenhang zwischen der geographischen Lage eines Landes und seiner Position im Ranking gemäß der Anfälligkeit seines Elektrizitätssektors gibt. Wir fanden auch kein deutliches Muster der Einflussfaktoren für die Anfälligkeit zwischen Ländern, die beim Ranking schlechter oder besser abschnitten. Wir verdeutlichen, dass Luxemburg, Griechenland, die Slowakei und Italien die Länder mit der höchsten Anfälligkeit ihres Elektrizitätssektors sind.
Die Elektrizitätssektoren von Norwegen, Tschechien, Portugal und Dänemark zeigten sich als am wenigsten anfällig gegenüber dem Klimawandel. Kenntnisse hinsichtlich der wichtigsten Faktoren für die schlechte bzw. gute Rankingposition dieser Länder sind von entscheidender Bedeutung, um geeignete Anpassungsmaßnahmen zu finden, welche die Anfälligkeit des Elektrizitätssektors reduzieren. Daher werden solche Faktoren in dieser Studie beschrieben.

Wir zeigen, dass der Heizenergiebedarf von Wohngebäuden sowohl in Deutschland als auch in den Niederlanden in der Zukunft stark abnehmen wird. Die Analyse für die Niederlande konzentrierte sich auf die regionale Ebene und hatte eine feinere zeitliche Auflösung, wodurch starke zukünftige Veränderungen beim Heizenergiebedarf pro Provinz und Monat deutlich wurden. In der deutschen Studie untersuchten wir zusätzlich den zukünftigen Kühlenergiebedarf und konnten darlegen, dass dieser bis zur Mitte dieses Jahrhunderts nur leicht zunehmen wird. So werden Steigerungen beim Kühlenergiebedarf voraussichtlich nicht die Reduktionen des Heizenergiebedarfs wettmachen. Der wichtigste Faktor für beträchtliche Heizenergiebedarfssenkungen ist die Sanierung von Gebäuden. Wir sind die ersten, die zeigen, dass die festgelegten deutschen und niederländischen Energie- und Klimaziele im Gebäudesektor nur dann erfüllt werden können, wenn die jährliche Sanierungsrate deutlich erhöht wird. Die derzeitige Rate von nur etwa 1% des Gesamtgebäudebestandes pro Jahr reicht nicht aus, dass bis zur Mitte dieses Jahrhunderts alle Wohngebäude einen nahezu energieneutralen Standard erreichen. Dafür müsste sie mindestens verdreifacht werden.

Diese Arbeit betont, dass länderspezifische Merkmale eine entscheidende Rolle spielen für die Anfälligkeit des Elektrizitätssektors europäischer Länder. Sie zeigt zudem für verschiedene Szenarien, wie viel Energie in der Zukunft benötigt wird, um Wohngebäude zu heizen und zu kühlen. Mit diesen Informationen lassen sich bestehende Klimaschutz- und Anpassungsmaßnahmen rechtfertigen oder neue Maßnahmen anregen.
KW  - climate change
KW  - energy demand
KW  - residential buildings
KW  - mitigation
KW  - susceptibility of the European electricity sector
KW  - Klimawandel
KW  - Stromsektor
KW  - Sanierung
KW  - Gebäudenergiebedarf
KW  - Haushalte
KW  - Europa
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-98378
ER  -