@phdthesis{Schwandt2003,
  author    = {Schwandt, Daniel},
  title     = {Abflußentwicklung in Teileinzugsgebieten des Rheins : Simulationen f{\"u}r den Ist-Zustand und f{\"u}r Klimaszenarien},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0001001},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2003},
  abstract  = {Die vorliegende Arbeit 'Abflu\ßentwicklung in Teileinzugsgebieten des Rheins - Simulationen f\ür den Ist-Zustand und f\ür Klimaszenarien' untersucht Auswirkungen m\öglicher zuk\ünftiger Klima\änderungen auf das Abflu\ßgeschehen in ausgew\ählten, durch Mittelgebirge gepr\ägten Teileinzugsgebieten des Rheins: Mosel (bis Pegel Cochem); Sieg (bis Pegel Menden 1) und Main (bis Pegel Kemmern).In einem ersten Schritt werden unter Verwendung des hydrologischen Modells HBV-D wichtige Modellprozesse entsprechend der Einzugsgebietscharakteristik parametrisiert und ein Abbild der Gebietshydrologie erzeugt, das mit Zeitreihen gemessener Tageswerte (Temperatur, Niederschlag) eine Zeitreihe der Pegeldurchfl\üsse simulieren kann. Die G\üte der Simulation des Ist-Zustandes (Standard-Me\ßzeitraum 1.1.1961-31.12.1999) ist f\ür die Kalibrierungs- und Validierungszeitr\äume in allen Untersuchungsgebieten gut bis sehr gut.Zur Erleichterung der umfangreichen, zeitaufwendigen einzugsgebietsbezogenen Datenaufbereitung f\ür das hydrologische Modell HBV-D wurde eine Arbeitsumgebung auf Basis von Programmerweiterungen des Geoinformationssystems ArcView und zus\ätzlichen Hilfsprogrammen entwickelt. Die Arbeitsumgebung HBV-Params enth\ält eine graphische Benutzeroberfl\äche und r\äumt sowohl erfahrenen Hydrologen als auch hydrologisch geschulten Anwendern, z.B. Studenten der Vertiefungsrichtung Hydrologie, Flexibilit\ät und vollst\ändige Kontrolle bei der Ableitung von Parameterwerten und der Editierung von Parameter- und Steuerdateien ein. Somit ist HBV-D im Gegensatz zu Vorl\äuferversionen mit rudiment\ären Arbeitsumgebungen auch au\ßerhalb der Forschung f\ür Lehr- und \Übungszwecke einsetzbar.In einem zweiten Schritt werden Gebietsniederschlagssummen, Gebietstemperaturen und simulierte Mittelwerte des Durchflusses (MQ) des Ist-Zustandes mit den Zust\änden zweier Klimaszenarien f\ür den Szenarienzeitraum 100 Jahre sp\äter (2061-2099) verglichen. Die Klimaszenarien beruhen auf simulierten Zirkulationsmustern je eines Modellaufes zweier Globaler Zirkulationsmodelle (GCM), die mit einem statistischen Regionalisierungsverfahren in Tageswertszenarien (Temperatur, Niederschlag) an Me\ßstationen in den Untersuchungsgebieten \überf\ührt wurden und als Eingangsdaten des hydrologischen Modells verwendet werden.F\ür die zweite H\älfte des 21. Jahrhunderts weisen beide regionalisierten Klimaszenarien eine Zunahme der Jahresmittel der Gebietstemperatur sowie eine Zunahme der Jahressummen der Gebietsniederschl\äge auf, die mit einer hohen Variabilit\ät einhergeht. Eine Betrachtung der saisonalen (monatlichen) \Änderungsbetr\äge von Temperatur, Niederschlag und mittlerem Durchflu\ß zwischen Szenarienzeitraum (2061-2099) und Ist-Zustand ergibt in allen Untersuchungsgebieten eine Temperaturzunahme (h\öher im Sommer als im Winter) und eine generelle Zunahme der Niederschlagssummen (mit starken Schwankungen zwischen den Einzelmonaten), die bei der hydrologischen Simulation zu deutlich h\öheren mittleren Durchfl\üssen von November bis M\ärz und leicht erh\öhten mittleren Durchfl\üssen in den restlichen Monaten f\ühren. Die St\ärke der Durchflu\ßerh\öhung ist nach den individuellen Klimaszenarien unterschiedlich und im Sommer- bzw. Winterhalbjahr gegenl\äufig ausgepr\ägt. Hauptursache f\ür die simulierte starke Zunahme der mittleren Durchfl\üsse im Winterhalbjahr ist die trotz Temperaturerh\öhung der Klimaszenarien winterlich niedrige Evapotranspiration, so da\ß erh\öhte Niederschl\äge direkt in erh\öhten Durchflu\ß transformiert werden k\önnen.Der Vergleich der Untersuchungsgebiete zeigt in Einzelmonaten von West nach Ost abnehmende \Änderungsbetr\äge der Niederschlagssummen, die als Hinweis auf die Bedeutung der Kontinentalit\ätseinfl\üsse auch unter ge\änderten klimatischen Bedingungen in S\üdwestdeutschland aufgefa\ßt werden k\önnten.Aus den regionalisierten Klimaszenarien werden \Änderungsbetr\äge f\ür die Modulation gemessener Zeitreihen mittels synthetischer Szenarien abgeleitet, die mit einem geringen Rechenaufwand in hydrologische Modellantworten \überf\ührt werden k\önnen. Die direkte Ableitung synthetischer Szenarien aus GCM-Ergebniswerten (bodennahe Temperatur und Gesamtniederschlag) an einzelnen GCM-Gitterpunkten erbrachte unbefriedigende Ergebnisse.Ob, in welcher H\öhe und zeitlichen Verteilung die in den (synthetischen) Szenarien verwendeten Niederschlags- und Temperatur\änderungen eintreten werden, kann nur die Zukunft zeigen. Eine Absch\ätzung, wie sich die Abflu\ßverh\ältnisse und insbesondere die mittleren Durchfl\üsse der Untersuchungsgebiete bei m\öglichen \Änderungen entwickeln w\ürden, kann jedoch heute schon vorgenommen werden. Simulationen auf Szenariogrundlagen sind ein Weg, unbekannte zuk\ünftige Randbedingungen sowie regionale Auswirkungen m\öglicher \Änderungen des Klimasystems ausschnittsweise abzusch\ätzen und entsprechende Risikominderungsstrategien zu entwickeln. Jegliche Modellierung und Simulation nat\ürlicher Systeme ist jedoch mit betr\ächtlichen Unsicherheiten verkn\üpft. Vergleichsweise gro\ße Unsicherheiten sind mit der zuk\ünftigen Entwicklung des sozio\ökonomischen Systems und der Komplexit\ät des Klimasystems verbunden. Weiterhin haben Unsicherheiten der einzelnen Modellbausteine der Modellkette Emissionsszenarien/Gaszyklusmodelle - Globale Zirkulationsmodelle/Regionalisierung - hydrologisches Modell, die eine Kaskade der Unsicherheiten ergeben, neben Datenunsicherheiten bei der Erfassung hydrometeorologischer Me\ßgr\ö\ßen einen erheblichen Einflu\ß auf die Vertrauensw\ürdigkeit der Simulationsergebnisse, die als ein dargestellter Wert eines Ergebnisbandes zu interpretieren sind.Der Einsatz (1) robuster hydrologischer Modelle, die insbesondere temperaturbeeinflu\ßte Prozesse ad\äquat beschreiben,(2) die Verwendung langer Zeitreihen (wenigsten 30 Jahre) von Me\ßwerten und(3) die gleichzeitige vergleichende Betrachtung von Klimaszenarien, die auf unterschiedlichen GCMs beruhen (und wenn m\öglich, verschiedene Emissionsszenarien ber\ücksichtigen),sollte aus Gr\ünden der wissenschaftlichen Sorgfalt, aber auch der besseren Vergleichbarkeit der Ergebnisse von Regionalstudien im noch jungen Forschungsfeld der Klimafolgenforschung beachtet werden.},
  language  = {de}
}
@article{DuethmannBolchFarinottietal.2015,
  author    = {Duethmann, Doris and Bolch, Tobias and Farinotti, Daniel and Kriegel, David and Vorogushyn, Sergiy and Merz, Bruno and Pieczonka, Tino and Jiang, Tong and Su, Buda and G{\"u}ntner, Andreas},
  title     = {Attribution of streamflow trends in snow and glacier melt-dominated catchments of the Tarim River, Central Asia},
  series = {Water resources research},
  volume    = {51},
  journal   = {Water resources research},
  number    = {6},
  publisher = {American Geophysical Union},
  address   = {Washington},
  issn      = {0043-1397},
  doi       = {10.1002/2014WR016716},
  pages     = {4727 -- 4750},
  year      = {2015},
  abstract  = {Observed streamflow of headwater catchments of the Tarim River (Central Asia) increased by about 30\% over the period 1957-2004. This study aims at assessing to which extent these streamflow trends can be attributed to changes in air temperature or precipitation. The analysis includes a data-based approach using multiple linear regression and a simulation-based approach using a hydrological model. The hydrological model considers changes in both glacier area and surface elevation. It was calibrated using a multiobjective optimization algorithm with calibration criteria based on glacier mass balance and daily and interannual variations of discharge. The individual contributions to the overall streamflow trends from changes in glacier geometry, temperature, and precipitation were assessed using simulation experiments with a constant glacier geometry and with detrended temperature and precipitation time series. The results showed that the observed changes in streamflow were consistent with the changes in temperature and precipitation. In the Sari-Djaz catchment, increasing temperatures and related increase of glacier melt were identified as the dominant driver, while in the Kakshaal catchment, both increasing temperatures and increasing precipitation played a major role. Comparing the two approaches, an advantage of the simulation-based approach is the fact that it is based on process-based relationships implemented in the hydrological model instead of statistical links in the regression model. However, data-based approaches are less affected by model parameter and structural uncertainties and typically fast to apply. A complementary application of both approaches is recommended.},
  language  = {en}
}
@misc{AichLierschVetteretal.2017,
  author    = {Aich, Valentin and Liersch, Stefan and Vetter, Tobias and Andersson, Jafet C. M. and M{\"u}ller, Eva Nora and Hattermann, Fred Fokko},
  title     = {Climate or land use?},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-400115},
  pages     = {25},
  year      = {2017},
  abstract  = {This study intends to contribute to the ongoing discussion on whether land use and land cover changes (LULC) or climate trends have the major influence on the observed increase of flood magnitudes in the Sahel. A simulation-based approach is used for attributing the observed trends to the postulated drivers. For this purpose, the ecohydrological model SWIM (Soil and Water Integrated Model) with a new, dynamic LULC module was set up for the Sahelian part of the Niger River until Niamey, including the main tributaries Sirba and Goroul. The model was driven with observed, reanalyzed climate and LULC data for the years 1950-2009. In order to quantify the shares of influence, one simulation was carried out with constant land cover as of 1950, and one including LULC. As quantitative measure, the gradients of the simulated trends were compared to the observed trend. The modeling studies showed that for the Sirba River only the simulation which included LULC was able to reproduce the observed trend. The simulation without LULC showed a positive trend for flood magnitudes, but underestimated the trend significantly. For the Goroul River and the local flood of the Niger River at Niamey, the simulations were only partly able to reproduce the observed trend. In conclusion, the new LULC module enabled some first quantitative insights into the relative influence of LULC and climatic changes. For the Sirba catchment, the results imply that LULC and climatic changes contribute in roughly equal shares to the observed increase in flooding. For the other parts of the subcatchment, the results are less clear but show, that climatic changes and LULC are drivers for the flood increase; however their shares cannot be quantified. Based on these modeling results, we argue for a two-pillar adaptation strategy to reduce current and future flood risk: Flood mitigation for reducing LULC-induced flood increase, and flood adaptation for a general reduction of flood vulnerability.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Duethmann2015,
  author    = {D{\"u}thmann, Doris},
  title     = {Hydrological modeling of mountain catchments in Central Asia},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-80071},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {XVI, 95},
  year      = {2015},
  abstract  = {Water resources from Central Asia's mountain regions have a high relevance for the water supply of the water scarce lowlands. A good understanding of the water cycle in these mountain regions is therefore needed to develop water management strategies. Hydrological modeling helps to improve our knowledge of the regional water cycle, and it can be used to gain a better understanding of past changes or estimate future hydrologic changes in view of projected changes in climate. However, due to the scarcity of hydrometeorological data, hydrological modeling for mountain regions in Central Asia involves large uncertainties. Addressing this problem, the first aim of this thesis was to develop hydrological modeling approaches that can increase the credibility of hydrological models in data sparse mountain regions. This was achieved by using additional data from remote sensing and atmospheric modeling. It was investigated whether spatial patterns from downscaled reanalysis data can be used for the interpolation of station-based precipitation data. This approach was compared to other precipitation estimates using a hydrologic evaluation based on hydrological modeling and a comparison of simulated and observed discharge, which demonstrated a generally good performance of this method. The study further investigated the value of satellite-derived snow cover data for model calibration. Trade-offs of good model performance in terms of discharge and snow cover were explicitly evaluated using a multiobjective optimization algorithm, and the results were contrasted with single-objective calibration and Monte Carlo simulations. The study clearly shows that the additional use of snow cover data improved the internal consistency of the hydrological model. In this context, it was further investigated for the first time how many snow cover scenes were required for hydrological model calibration. The second aim of this thesis was the application of the hydrological model in order to investigate the causes of observed streamflow increases in two headwater catchments of the Tarim River over the recent decades. This simulation-based approach for trend attribution was complemented by a data-based approach. The hydrological model was calibrated to discharge and glacier mass balance data and considered changes in glacier geometry over time. The results show that in the catchment with a lower glacierization, increasing precipitation and temperature both contributed to the streamflow increases, while in the catchment with a stronger glacierization, increasing temperatures were identified as the dominant driver.},
  language  = {en}
}