@phdthesis{Wilhelm2007,
  author    = {Wilhelm, Susann},
  title     = {Climate induced impacts on lake functioning in summer},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-14599},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2007},
  abstract  = {Es gibt bereits viele Hinweise daf{\"u}r, dass Seen sehr sensibel auf die anthropogen verursachte Klimaerw{\"a}rmung reagiert haben. Bis jetzt haben sich die Studien der Klimafolgenforschung haupts{\"a}chlichst auf die Auswirkungen der Erw{\"a}rmung im Winter und Fr{\"u}hling konzentriert. {\"U}ber den Einfluss der Klimaerw{\"a}rmung auf Seen in den gem{\"a}ßigten Breiten im Sommer ist weniger bekannt. In der vorliegenden Doktorarbeit habe ich einige Faktoren, welche die Reaktion von Seen auf die Erw{\"a}rmung im Sommer vermutlich stark mitbestimmt haben, untersucht. Der Schwerpunkt lag dabei auf klimatisch induzierten Auswirkungen auf die thermische Charakteristik und die Ph{\"a}nologie und Abundanz des Planktons eines flachen und polymiktischen Sees (M{\"u}ggelsee, Berlin). Zuerst wurde der Einfluss der Klimaerw{\"a}rmung auf die Ph{\"a}nologie und Abundanz des Planktons in verschiedenen Jahreszeiten untersucht. Das schnellwachsende Phyto- und Zooplankton (Daphnia) im Fr{\"u}hjahr hat sich vorwiegend synchron vorverschoben, wohingegen Ver{\"a}nderungen des Sommerzooplanktons deutlich artspezifisch und nicht synchron waren. Die Ph{\"a}nologie oder Abundanz einiger Sommercopepoden hat sich entsprechend der individuellen thermischen Anforderungen innerhalb bestimmter Entwicklungsstufen, wie zum Beispiel der Emergenz von der Diapause im Fr{\"u}hling, ver{\"a}ndert. Die Studie unterstreicht, dass nicht nur der Grad der Erw{\"a}rmung, sondern auch dessen Zeitpunkt innerhalb des Jahres von großer {\"o}kologischer Bedeutung ist. Um die Auswirkungen des Klimawandels auf die thermischen Eigenschaften des Sees zu erforschen, habe ich die Langzeitentwicklung der t{\"a}glichen epilimnischen Temperaturextrema w{\"a}hrend des Sommers untersucht. Durch diese Studie wurde zum ersten Mal f{\"u}r Seen gezeigt, dass die t{\"a}glichen epilimnischen Minima (Nacht) st{\"a}rker angestiegen sind als die Maxima (Tag), wodurch sich der t{\"a}gliche epilimnische Temperaturbereich deutlich verringert hat. Diese Tag-Nacht-Asymmetrie in der epilimnischen Temperatur wurde durch eine erh{\"o}hte Emission von Langwellenstrahlung aus der Atmosph{\"a}re w{\"a}hrend der Nacht verursacht. Dies unterstreicht, dass nicht nur Erh{\"o}hungen der Lufttemperatur, sondern auch {\"A}nderungen anderer meteorologischer Variablen wie der Windgeschwindigkeit, der Luftfeuchte und der Bew{\"o}lkung eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der Seetemperatur im Hinblick auf weitere Klimaver{\"a}nderungen spielen werden. Zudem wurde eine Kurzzeitanalyse zum Schichtungsverhalten des polymiktischen Sees durchgef{\"u}hrt, um die H{\"a}ufigkeit und Dauer von Schichtungsereignissen und deren Einfluss auf den gel{\"o}sten Sauerstoff, die gel{\"o}sten N{\"a}hrstoffe und das Phytoplankton zu untersuchen. Selbst w{\"a}hrend der l{\"a}ngsten Schichtungsereignisse (Hitzewellen 2003 und 2006) unterschieden sich die Auswirkungen auf den See von denen, welche in flachen dimiktischen Seen w{\"a}hrend der kontinuierlichen Sommerschichtung auftreten. Die hypolimnische Temperatur war h{\"o}her, was die Sauerstoffzehrung und die Akkumulation von gel{\"o}sten N{\"a}hrstoffen beg{\"u}nstigt hat. Die thermische Schichtung wird in Zukunft sehr wahrscheinlich zunehmen. Dies l{\"a}sst darauf schließen, dass polymiktische Seen sehr anf{\"a}llig gegen{\"u}ber {\"A}nderungen im Hinblick auf projizierte Klimaver{\"a}nderungen sein werden. Abschließend wurde eine Studie {\"u}ber Lang- und Kurzzeitver{\"a}nderungen in der Entwicklung der planktischen Larven der Muschel Dreissena polymorpha durchgef{\"u}hrt, um den Einfluss der Ver{\"a}nderungen im thermischen und trophischen Regime des Sees zu analysieren. Die Klimaerw{\"a}rmung und die Verringerung in der externen N{\"a}hrstofffracht haben die Abundanz der Larven stark beeinflusst indem sie jeweils auf bestimmte Entwicklungsphasen dieser Art w{\"a}hrend der warmen Jahreszeiten gewirkt haben. Der Anstieg in der Abundanz und der L{\"a}nge der Larven stand im Zusammenhang mit dem R{\"u}ckgang der N{\"a}hrstofffracht und der Ver{\"a}nderung der Phytoplanktonzusammensetzung. Die Hitzewellen in den Jahren 2003 und 2006 haben diesen positiven Effekt auf die Larvenabundanz jedoch durch ung{\"u}nstige Sauerstoffkonzentrationen w{\"a}hrend der sehr langen Schichtung aufgehoben. Die Klimaerw{\"a}rmung kann demzufolge entgegenwirkende Effekte in produktiven flachen Seen, in welchen die externe N{\"a}hrstofffracht reduziert wurde, ausl{\"o}sen. Aus diesen Ergebnissen schließe ich, dass nicht nur die Art des Klimawandels und damit der Zeitpunkt der Erw{\"a}rmung und das Auftreten von Extremen wie Hitzewellen, sondern auch standortspezifische Bedingungen wie Schichtungsverhalten und Trophiegrad entscheidende Faktoren sind, welche die Auswirkungen der Klimaerw{\"a}rmung auf interne Seeprozesse im Sommer bestimmen. Somit sollte sich die weiterf{\"u}hrende Klimafolgenforschung f{\"u}r Seen darauf konzentrieren, wie verschiedene Seetypen auf die komplexen Umweltver{\"a}nderungen im Sommer reagieren, damit ein umfassenderes Verst{\"a}ndnis {\"u}ber den Einfluss von anthropogen verursachten Ver{\"a}nderungen auf Seen der gem{\"a}ßigten Breiten erreicht wird.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Korzeniowska2017,
  author    = {Korzeniowska, Karolina},
  title     = {Object-based image analysis for detecting landforms diagnostic of natural hazards},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-402240},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {XV, 139},
  year      = {2017},
  abstract  = {Natural and potentially hazardous events occur on the Earth's surface every day. The most destructive of these processes must be monitored, because they may cause loss of lives, infrastructure, and natural resources, or have a negative effect on the environment. A variety of remote sensing technologies allow the recoding of data to detect these processes in the first place, partly based on the diagnostic landforms that they form. To perform this effectively, automatic methods are desirable. Universal detection of natural hazards is challenging due to their differences in spatial impacts, timing and longevity of consequences, and the spatial resolution of remote-sensing data. Previous studies have reported that topographic metrics such as roughness, which can be captured from digital elevation data, can reveal landforms diagnostic of natural hazards, such as gullies, dunes, lava fields, landslides and snow avalanches, as these landforms tend to be more heterogeneous than the surrounding landscape. A single roughness metric is often limited in such detections; however, a more complex approach that exploits the spatial relation and the location of objects, such as object-based image analysis (OBIA), is desirable. In this thesis, I propose a topographic roughness measure derived from an airborne laser scanning (ALS) digital terrain model (DTM) and discuss its performance in detecting landforms principally diagnostic of natural hazards. I further develop OBIA-based algorithms for the detection of snow avalanches using near-infrared (NIR) aerial images, and the size (changes) of mountain lakes using LANDSAT satellite images. I quantitatively test and document how the level of difficulty in detecting these very challenging landforms depends on the input data resolution, the derivatives that could be evaluated from images and DTMs, the size, shape and complexity of landforms, and the capabilities of obtaining the information in the data. I demonstrate that surface roughness is a promising metric for detecting different landforms in diverse environments, and that OBIA assists significantly in detecting parts of lakes and snow avalanches that may not be correctly assigned by applying only the thresholding of spectral properties of data and their derivatives. The curvature-based surface roughness parameter allows the detection of gullies, dunes, lava fields and landslides with a user's accuracy of 0.63, 0.21, 0.53, and 0.45, respectively. The OBIA algorithms for detecting lakes and snow avalanches obtained user's accuracy of 0.98, and 0.78, respectively. Most of the analysed landforms constituted only a small part of the entire dataset, and therefore the user's accuracy is the most appropriate performance measure that should be given in a such classification, because it tells how many automatically-extracted pixels in fact represent the object that one wants to classify, and its calculation does not take the second (background) class into account. One advantage of the proposed roughness parameter is that it allows the extraction of the heterogeneity of the surface without the need for data detrending. The OBIA approach is novel in that it allows the classification of lakes regardless of the physical state of their water, and also allows the separation of frozen lakes from glaciers that have very similar water indices used in purely optical remote sensing applications. The algorithm proposed for snow avalanches allows the detection of release zones, tracks, and deposition zones by verifying the snow heterogeneity based on a roughness metric evaluated from a water index, and by analysing the local relation of segments with their neighbouring objects. This algorithm contains few steps, which allows for the simultaneous classification of avalanches that occur on diverse mountain slopes and differ in size and shape. This thesis contributes to natural hazard research as it provides automatic solutions to tracking six different landforms that are diagnostic of natural hazards over large regions. This is a step toward delineating areas susceptible to the processes producing these landforms and the improvement of hazard maps.},
  language  = {en}
}