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Groundwater is the biggest single source of high-quality freshwater worldwide, which is also continuously threatened by the changing climate. In this paper, we investigate the response of the regional groundwater system to climate change under three global warming levels (1.5, 2, and 3 ∘C) in a central German basin (Nägelstedt). This investigation is conducted by deploying an integrated modeling workflow that consists of a mesoscale hydrologic model (mHM) and a fully distributed groundwater model, OpenGeoSys (OGS). mHM is forced with climate simulations of five general circulation models under three representative concentration pathways. The diffuse recharges estimated by mHM are used as boundary forcings to the OGS groundwater model to compute changes in groundwater levels and travel time distributions. Simulation results indicate that groundwater recharges and levels are expected to increase slightly under future climate scenarios. Meanwhile, the mean travel time is expected to decrease compared to the historical average. However, the ensemble simulations do not all agree on the sign of relative change. Changes in mean travel time exhibit a larger variability than those in groundwater levels. The ensemble simulations do not show a systematic relationship between the projected change (in both groundwater levels and travel times) and the warming level, but they indicate an increased variability in projected changes with adjusting the enhanced warming level from 1.5 to 3 ∘C. Correspondingly, it is highly recommended to restrain the trend of global warming.
Groundwater is the biggest single source of high-quality freshwater worldwide, which is also continuously threatened by the changing climate. In this paper, we investigate the response of the regional groundwater system to climate change under three global warming levels (1.5, 2, and 3 ∘C) in a central German basin (Nägelstedt). This investigation is conducted by deploying an integrated modeling workflow that consists of a mesoscale hydrologic model (mHM) and a fully distributed groundwater model, OpenGeoSys (OGS). mHM is forced with climate simulations of five general circulation models under three representative concentration pathways. The diffuse recharges estimated by mHM are used as boundary forcings to the OGS groundwater model to compute changes in groundwater levels and travel time distributions. Simulation results indicate that groundwater recharges and levels are expected to increase slightly under future climate scenarios. Meanwhile, the mean travel time is expected to decrease compared to the historical average. However, the ensemble simulations do not all agree on the sign of relative change. Changes in mean travel time exhibit a larger variability than those in groundwater levels. The ensemble simulations do not show a systematic relationship between the projected change (in both groundwater levels and travel times) and the warming level, but they indicate an increased variability in projected changes with adjusting the enhanced warming level from 1.5 to 3 ∘C. Correspondingly, it is highly recommended to restrain the trend of global warming.
Peatlands represent large terrestrial carbon banks. Given that most peat accumulates in boreal regions, where low temperatures and water saturation preserve organic matter, the existence of peat in (sub)tropical regions remains enigmatic. Here we examined peat and plant chemistry across a latitudinal transect from the Arctic to the tropics. Near-surface low-latitude peat has lower carbohydrate and greater aromatic content than near-surface high-latitude peat, creating a reduced oxidation state and resulting recalcitrance. This recalcitrance allows peat to persist in the (sub)tropics despite warm temperatures. Because we observed similar declines in carbohydrate content with depth in high-latitude peat, our data explain recent field-scale deep peat warming experiments in which catotelm (deeper) peat remained stable despite temperature increases up to 9 degrees C. We suggest that high-latitude deep peat reservoirs may be stabilized in the face of climate change by their ultimately lower carbohydrate and higher aromatic composition, similar to tropical peats.
Die visuelle Kommunikation ist eine effiziente Methode, um dynamische Phänomene zu beschreiben. Informationsobjekte präzise wahrzunehmen, einen schnellen Zugriff auf strukturierte und relevante Informationen zu ermöglichen, erfordert konsistente und nach dem formalen Minimalprinzip konzipierte Analyse- und Darstellungsmethoden. Dynamische Raumphänomene in Geoinformationssystemen können durch den Mangel an konzeptionellen Optimierungsanpassungen aufgrund ihrer statischen Systemstruktur nur bedingt die Informationen von Raum und Zeit modellieren. Die Forschung in dieser Arbeit ist daher auf drei interdisziplinäre Ansätze fokussiert. Der erste Ansatz stellt eine echtzeitnahe Datenerfassung dar, die in Geodatenbanken zeitorientiert verwaltet wird. Der zweite Ansatz betrachtet Analyse- und Simulationsmethoden, die das dynamische Verhalten analysieren und prognostizieren. Der dritte Ansatz konzipiert Visualisierungsmethoden, die insbesondere dynamische Prozesse abbilden. Die Symbolisierung der Prozesse passt sich bedarfsweise in Abhängigkeit des Prozessverlaufes und der Interaktion zwischen Datenbanken und Simulationsmodellen den verschiedenen Entwicklungsphasen an. Dynamische Aspekte können so mit Hilfe bewährter Funktionen aus der GI-Science zeitnah mit modularen Werkzeugen entwickelt und visualisiert werden. Die Analyse-, Verschneidungs- und Datenverwaltungsfunktionen sollen hierbei als Nutzungs- und Auswertungspotential alternativ zu Methoden statischer Karten dienen. Bedeutend für die zeitliche Komponente ist das Verknüpfen neuer Technologien, z. B. die Simulation und Animation, basierend auf einer strukturierten Zeitdatenbank in Verbindung mit statistischen Verfahren. Methodisch werden Modellansätze und Visualisierungstechniken entwickelt, die auf den Bereich Verkehr transferiert werden. Verkehrsdynamische Phänomene, die nicht zusammenhängend und umfassend darstellbar sind, werden modular in einer serviceorientierten Architektur separiert, um sie in verschiedenen Ebenen räumlich und zeitlich visuell zu präsentieren. Entwicklungen der Vergangenheit und Prognosen der Zukunft werden über verschiedene Berechnungsmethoden modelliert und visuell analysiert. Die Verknüpfung einer Mikrosimulation (Abbildung einzelner Fahrzeuge) mit einer netzgesteuerten Makrosimulation (Abbildung eines gesamten Straßennetzes) ermöglicht eine maßstabsunabhängige Simulation und Visualisierung des Mobilitätsverhaltens ohne zeitaufwendige Bewertungsmodellberechnungen. Zukünftig wird die visuelle Analyse raum-zeitlicher Veränderungen für planerische Entscheidungen ein effizientes Mittel sein, um Informationen übergreifend verfügbar, klar strukturiert und zweckorientiert zur Verfügung zu stellen. Der Mehrwert durch visuelle Geoanalysen, die modular in einem System integriert sind, ist das flexible Auswerten von Messdaten nach zeitlichen und räumlichen Merkmalen.