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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.
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.
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.