TY  - JOUR
A1  - Krummenauer, Linda
A1  - Prahl, Boris F.
A1  - Costa, Luís Fílípe Carvalho da
A1  - Holsten, Anne
A1  - Walther, Carsten
A1  - Kropp, Jürgen
T1  - Global drivers of minimum mortality temperatures in cities
JF  - The science of the total environment : an international journal for scientific research into the environment and its relationship with man
N2  - Human mortality shows a pronounced temperature dependence. The minimum mortality temperature (MMT) as a characteristic point of the temperature-mortality relationship is influenced by many factors. As MMT estimates are based on case studies, they are sporadic, limited to data-rich regions, and their drivers have not yet been clearly identified across case studies. This impedes the elaboration of spatially comprehensive impact studies on heat-related mortality and hampers the temporal transfer required to assess climate change impacts. Using 400 MMTs from cities, we systematically establish a generalised model that is able to estimate MMTs (in daily apparent temperature) for cities, based on a set of climatic, topographic and socio-economic drivers. A sigmoid model prevailed against alternative model setups due to having the lowest Akaike Information Criterion (AICc) and the smallest RMSE. We find the long-term climate, the elevation, and the socio-economy to be relevant drivers of our MMT sample within the non-linear parametric regression model. A first model application estimated MMTs for 599 European cities ( >100 000 inhabitants) and reveals a pronounced decrease in MMTs (27.8-16 degrees C) from southern to northern cities. Disruptions of this pattern across regions of similar mean temperatures can be explained by socio-economic standards as noted for central eastern Europe. Our alternative method allows to approximate MMTs independently from the availability of daily mortality records. For the first time, a quantification of climatic and non-climatic MMT drivers has been achieved, which allows to consider changes in socio-economic conditions and climate. This work contributes to the comparability among MMTs beyond location-specific and regional limits and, hence, towards a spatially comprehensive impact assessment for heat-related mortality.
KW  - City population
KW  - Minimum mortality temperature
KW  - Climate
KW  - Topography
KW  - Socio-economy
KW  - Sigmoid model
Y1  - 2019
U6  - https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.07.366
SN  - 0048-9697
SN  - 1879-1026
VL  - 695
PB  - Elsevier
CY  - Amsterdam
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Landholm, David M.
A1  - Holsten, Anne
A1  - Martellozzo, Federico
A1  - Reusser, Dominik Edwin
A1  - Kropp, Jürgen
T1  - Climate change mitigation potential of community-based initiatives in Europe
JF  - Regional environmental change
N2  - There is a growing recognition that a transition to a sustainable low-carbon society is urgently needed. This transition takes place at multiple and complementary scales, including bottom-up approaches such as community-based initiatives (CBIs). However, empirical research on CBIs has focused until now on anecdotal evidence and little work has been done to quantitatively assess their impact in terms of greenhouse gas (GHG) emissions. In this paper, we analyze 38 European initiatives across the food, energy, transport, and waste sectors to address the following questions: How can the GHG reduction potential of CBIs be quantified and analyzed in a systematic manner across different sectors? What is the GHG mitigation potential of CBIs and how does the reduction potential differ across domains? Through the comparison of the emission intensity arising from the goods and services the CBIs provide in relation to a business-as-usual scenario, we present the potential they have across different activities. This constitutes the foundational step to upscaling and further understanding their potential contribution to achieving climate change mitigation targets. Our findings indicate that energy generation through renewable sources, changes in personal transportation, and dietary change present by far the highest GHG mitigation activities analyzed, since they reduce the carbon footprint of CBI beneficiaries by 24%, 11%, and 7%, respectively. In contrast, the potential for some activities, such as locally grown organic food, is limited. The service provided by these initiatives only reduces the carbon footprint by 0.1%. Overall, although the proliferation of CBIs is very desirable from a climate change mitigation perspective it is necessary to stress that bottom-up initiatives present other important positive dimensions besides GHG mitigation. These initiatives also hold the potential of improving community resilience by strengthening local economies and enhancing social cohesion.
KW  - Greenhouse gas emissions
KW  - Sustainability transitions
KW  - Grassroots initiatives
KW  - Carbon footprint
KW  - Sustainable lifestyles
KW  - Low carbon economy
Y1  - 2018
U6  - https://doi.org/10.1007/s10113-018-1428-1
SN  - 1436-3798
SN  - 1436-378X
VL  - 19
IS  - 4
SP  - 927
EP  - 938
PB  - Springer
CY  - Heidelberg
ER  - 
TY  - THES
A1  - Holsten, Anne
T1  - Climate change vulnerability assessments in the regional context
T1  - Studien zur Vulnerabilität gegenüber Klimawandel im regionalen Kontext
N2  - Adapting sectors to new conditions under climate change requires an understanding of regional vulnerabilities. Conceptually, vulnerability is defined as a function of sensitivity and exposure, which determine climate impacts, and adaptive capacity of a system. Vulnerability assessments for quantifying these components have become a key tool within the climate change field. However, there is a disagreement on how to make the concept operational in studies from a scientific perspective. This conflict leads to many still unsolved challenges, especially regarding the quantification and aggregation of the components and their suitable level of complexity. This thesis therefore aims at advancing the scientific foundation of such studies by translating the concept of vulnerability into a systematic assessment structure. This includes all components and implies that for each considered impact (e.g. flash floods) a clear sensitive entity is defined (e.g. settlements) and related to a direction of change for a specific climatic stimulus (e.g. increasing impact due to increasing days with heavy precipitation). Regarding the challenging aggregation procedure, two alternative methods allowing a cross-sectoral overview are introduced and their advantages and disadvantages discussed. This assessment structure is subsequently exemplified for municipalities of the German state North Rhine-Westphalia via an indicator-based deductive approach using information from literature. It can be transferred also to other regions. As for many relevant sectors, suitable indicators to express the vulnerability components are lacking, new quantification methods are developed and applied in this thesis, for example for the forestry and health sector. A lack of empirical data on relevant thresholds is evident, for example which climatic changes would cause significant impacts. Consequently, the multi-sectoral study could only provide relative measures for each municipality, in relation to the region. To fill this gap, an exemplary sectoral study was carried out on windthrow impacts in forests to provide an absolute quantification of the present and future impact. This is achieved by formulating an empirical relation between the forest characteristics and damage based on data from a past storm event. The resulting measure indicating the sensitivity is then combined with wind conditions. Multi-sectoral vulnerability assessments require considerable resources, which often hinders the implementation. Thus, in a next step, the potential for reducing the complexity is explored. To predict forest fire occurrence, numerous meteorological indices are available, spanning over a range of complexity. Comparing their performance, the single variable relative humidity outperforms complex indicators for most German states in explaining the monthly fire pattern. This is the case albeit it is itself an input factor in most indices. Thus, this meteorological factor alone is well suited to evaluate forest fire danger in many Germany regions and allows a resource-efficient assessment. Similarly, the complexity of methods is assessed regarding the application of the ecohydrological model SWIM to the German region of Brandenburg. The inter-annual soil moisture levels simulated by this model can only poorly be represented by simpler statistical approach using the same input data. However, on a decadal time horizon, the statistical approach shows a good performance and a strong dominance of the soil characteristic field capacity. This points to a possibility to reduce the input factors for predicting long-term averages, but the results are restricted by a lack of empirical data on soil water for validation. The presented assessments of vulnerability and its components have shown that they are still a challenging scientific undertaking. Following the applied terminology, many problems arise when implementing it for regional studies. Advances in addressing shortcomings of previous studies have been made by constructing a new systematic structure for characterizing and aggregating vulnerability components. For this, multiple approaches were presented, but they have specific advantages and disadvantages, which should also be carefully considered in future studies. There is a potential to simplify some methods, but more systematic assessments on this are needed. Overall, this thesis strengthened the use of vulnerability assessments as a tool to support adaptation by enhancing their scientific basis.
N2  - Die Anpassung von Sektoren an veränderte klimatische Bedingungen erfordert ein Verständnis von regionalen Vulnerabilitäten. Vulnerabilität ist als Funktion von Sensitivität und Exposition, welche potentielle Auswirkungen des Klimawandels darstellen, und der Anpassungsfähigkeit von Systemen definiert. Vulnerabilitätsstudien, die diese Komponenten quantifizieren, sind zu einem wichtigen Werkzeug in der Klimawissenschaft geworden. Allerdings besteht von der wissenschaftlichen Perspektive aus gesehen Uneinigkeit darüber, wie diese Definition in Studien umgesetzt werden soll. Ausdiesem Konflikt ergeben sich viele Herausforderungen, vor allem bezüglich der Quantifizierung und Aggregierung der einzelnen Komponenten und deren angemessenen Komplexitätsniveaus. Die vorliegende Dissertation hat daher zum Ziel die Anwendbarkeit des Vulnerabilitätskonzepts voranzubringen, indem es in eine systematische Struktur übersetzt wird. Dies beinhaltet alle Komponenten und schlägt für jede Klimaauswirkung (z.B. Sturzfluten) eine Beschreibung des vulnerablen Systems vor (z.B. Siedlungen), welches direkt mit einer bestimmten Richtung eines relevanten klimatischen Stimulus in Verbindung gebracht wird (z.B. stärkere Auswirkungen bei Zunahme der Starkregentage). Bezüglich der herausfordernden Prozedur der Aggregierung werden zwei alternative Methoden, die einen sektorübergreifenden Überblick ermöglichen, vorgestellt und deren Vor- und Nachteile diskutiert. Anschließend wird die entwickelte Struktur einer Vulnerabilitätsstudie mittels eines indikatorbasierten und deduktiven Ansatzes beispielhaft für Gemeinden in Nordrhein-Westfalen in Deutschland angewandt. Eine Übertragbarkeit auf andere Regionen ist dennoch möglich. Die Quantifizierung für die Gemeinden stützt sich dabei auf Informationen aus der Literatur. Da für viele Sektoren keine geeigneten Indikatoren vorhanden waren, werden in dieser Arbeit neue Indikatoren entwickelt und angewandt, beispielsweise für den Forst- oder Gesundheitssektor. Allerdings stellen fehlende empirische Daten bezüglich relevanter Schwellenwerte eine Lücke dar, beispielsweise welche Stärke von Klimaänderungen eine signifikante Auswirkung hervorruft. Dies führt dazu, dass die Studie nur relative Aussagen zum Grad der Vulnerabilität jeder Gemeinde im Vergleich zum Rest des Bundeslandes machen kann. Um diese Lücke zu füllen, wird für den Forstsektor beispielhaft die heutige und zukünftige Sturmwurfgefahr von Wäldern berechnet. Zu diesem Zweck werden die Eigenschaften der Wälder mit empirischen Schadensdaten eines vergangenen Sturmereignisses in Verbindung gebracht. Der sich daraus ergebende Sensitivitätswert wird anschließend mit den Windverhältnissen verknüpft. Sektorübergreifende Vulnerabilitätsstudien erfordern beträchtliche Ressourcen, was oft deren Anwendbarkeit erschwert. In einem nächsten Schritt wird daher das Potential einer Vereinfachung der Komplexität anhand zweier sektoraler Beispiele untersucht. Um das Auftreten von Waldbränden vorherzusagen, stehen zahlreiche meteorologische Indices zur Verfügung, welche eine Spannbreite unterschiedlicher Komplexitäten aufweisen. Bezüglich der Anzahl monatlicher Waldbrände weist die relative Luftfeuchtigkeit für die meisten deutschen Bundesländer eine bessere Vorhersagekraft als komplexere Indices auf. Dies ist er Fall, obgleich sie selbst als Eingangsvariable für die komplexeren Indices verwendet wird. Mit Hilfe dieses einzelnen meteorologischen Faktors kann also die Waldbrandgefahr in deutschen Region ausreichend genau ausgedrückt werden, was die Ressourceneffizienz von Studien erhöht. Die Methodenkomplexität wird auf ähnliche Weise hinsichtlich der Anwendung des ökohydrologischen Modells SWIM für die Region Brandenburg untersucht. Die interannuellen Bodenwasserwerte, welche durch dieses Modell simuliert werden, können nur unzureichend durch ein einfacheres statistisches Modell, welches auf denselben Eingangsdaten aufbaut, abgebildet werden. Innerhalb eines Zeithorizonts von Jahrzehnten, kann der statistische Ansatz jedoch das Bodenwasser zufriedenstellend abbilden und zeigt eine Dominanz der Bodeneigenschaft Feldkapazität. Dies deutet darauf hin, dass die Komplexität im Hinblick auf die Anzahl der Eingangsvariablen für langfristige Berechnungen reduziert werden kann. Allerdings sind die Aussagen durch fehlende beobachtete Bodenwasserwerte zur Validierung beschränkt. Die vorliegenden Studien zur Vulnerabilität und ihren Komponenten haben gezeigt, dass eine Anwendung noch immer wissenschaftlich herausfordernd ist. Folgt man der hier verwendeten Vulnerabilitätsdefinition, treten zahlreiche Probleme bei der Implementierung in regionalen Studien auf. Mit dieser Dissertation wurden Fortschritte bezüglich der aufgezeigten Lücken bisheriger Studien erzielt, indem eine systematische Struktur für die Beschreibung und Aggregierung von Vulnerabilitätskomponenten erarbeitet wurde. Hierfür wurden mehrere Ansätze diskutiert, die jedoch Vor- und Nachteile besitzen. Diese sollten vor der Anwendung von zukünftigen Studien daher ebenfalls sorgfältig abgewogen werden. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass ein Potential besteht einige Ansätze zu vereinfachen, jedoch sind hierfür weitere Untersuchungen nötig. Insgesamt konnte die Dissertation die Anwendung von Vulnerabilitätsstudien als Werkzeug zur Unterstützung von Anpassungsmaßnahmen stärken.
KW  - Klimawandel
KW  - Impakt
KW  - Vulnerabilität
KW  - Forstwirtschaft
KW  - Boden
KW  - climate change
KW  - impact
KW  - vulnerability
KW  - forestry
KW  - soil
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-66836
ER  -