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Siehe auch: Journal of Environmental Economics and Policy, https://doi.org/10.1080/21606544.2022.2097960, European Union (EU) Horizon 2020 program, action ERC-2014-STG, Project HUCO, grant number 636746

This statement was prepared by the National Academies of Sciences of the G7 states under the leadership of the Science Council of Japan to provide scientific advice to the G7 Summit of Heads of State and Government in Japan 2023. In their statements, the G7 science academies identify three major current challenges: the consequences of anthropogenic (human-made) climate change, the socioeconomic impact and health implications of the COVID-19 pandemic, and Russia’s war of aggression against Ukraine. These three converging and mutually reinforcing crises highlight the urgent need for action. With regard to climate change, there are currently significant shortfalls in meeting the Paris climate goals: both in terms of the pledges to mitigate climate change and in terms of delivering the necessary reductions in greenhouse gas emissions. The statement calls for rapid and decisive action to address multiple crises and to advance the development of more resilient societies., Diese Stellungnahme wurde von den Nationalen Akademien der Wissenschaften der G7-Staaten unter Federführung des Science Council of Japan zur Beratung des G7-Prozesses im Jahr 2023 erarbeitet. Die Wissenschaftsakademien der G7-Staaten nennen in ihrer Stellungnahme drei große aktuelle Herausforderungen: die Folgen des anthropogenen (menschenverursachten) Klimawandels, die sozioökonomischen und gesundheitlichen Folgen der Coronavirus-Pandemie und den russischen Angriffskrieg auf die Ukraine. Diese drei aufeinandertreffenden und sich gegenseitig verstärkenden Krisen verdeutlichten, dass dringender Handlungsbedarf besteht. Beim Klimaschutz gebe es derzeit erhebliche Defizite auf dem Weg zu den Pariser Klimazielen: sowohl bei den zugesagten Klimaschutzbeiträgen als auch bei der Umsetzung der erforderlichen Treibhausgasemissionsreduktionen. Notwendig sei ein rasches und entschlossenes Handeln, um multiple Krisenkonstellationen zu bewältigen und die Entwicklung resilienter Gesellschaften zu fördern., G7 and G20 Statements of the National Academies of Sciences

Murgänge treten in allen Gebirgsregionen weltweit als Naturgefahr auf und sind ein wichtiger Faktor für den Sedimenthaushalt hochalpiner Gebiete. Um mögliche Veränderungen der Murdynamik im Klimawandel feststellen zu können, sind lange Zeitreihen notwendig, welche die Muraktivität möglichst vollständig dokumentieren. Solche detaillierten und weit zurückreichenden Murchroniken für ein alpines Einzugsgebiet sind jedoch sehr selten. In dieser Arbeit werden Fernerkundungsmethoden in Kombination mit lichenometrischen Datierungen verwendet, um die Muraktivität im Horlachtal (Tirol) seit dem Ende der Kleinen Eiszeit um 1850 zu analysieren. Verfügbare Luftbildüberflüge (seit 1947) und Daten aus luftgestütztem Laserscanning (seit 2006) werden ausgewertet, um Murgänge im gesamten Untersuchungsgebiet zu detektieren. Um den Zeitraum der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts und der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts abzudecken, wird eine lokale lichenometrische Referenzkurve für das Horlachtal erstellt, sodass mithilfe der lichenometrischen Datierung auch alte Murablagerungen zeitlich eingeordnet werden können. Insgesamt können durch die Fernerkundungsmethoden 991 Einzelmurereignisse zwischen 1947 und 2022 identifiziert und ausgewertet werden. Die lichenometrischen Messungen ermöglichen zudem die Datierung von 47 Murablagerungen seit ca. 1850. Aus diesen Ergebnissen können muraktive Phasen abgeleitet werden, in denen mindestens ein großes Murereignis stattgefunden haben muss: Um 1850, um 1900, 1930-1942, 1954-1973, 1990-2009 und ab 2022. Weder aus der Murfrequenz noch aus einer zeitlichen Analyse der Murmagnituden lassen sich dabei zu- oder abnehmende Trends in der Muraktivität feststellen. Allerdings zeigen die Ergebnisse starke räumliche Unterschiede der Muraktivität, die vorwiegend aus den unterschiedlichen topographischen Gegebenheiten, den morphometrischen Eigenschaften der hydrologischen Einzugsgebiete und der stark lokalen sommerlichen Gewitterzellen hervorgeht. Um die detektierte Muraktivität mit hydrometeorologischen Auslöseereignissen in Zusammenhang zu bringen, wird in dieser Arbeit eine Auswertung von murauslösenden Starkniederschlagsereignissen angeschlossen. Zu diesem Zweck werden zeitlich und räumlich hochaufgelöste Niederschlagsdaten eines Klimamodells für den Zeitraum 1850 bis 2015 untersucht. Auch hier zeigt sich, dass sich die Anzahl von Starkregenereignissen im Untersuchungszeitraum nicht signifikant ändert, es aber große räumliche Unterschiede gibt. Zusammenfassend betrachtet zeichnen sich einige Zusammenhänge zwischen der detektierten Muraktivität und den Niederschlagsdaten ab. Insgesamt lässt sich feststellen, dass sich die Folgen des Klimawandels nicht signifikant auf die Murdynamik im Horlachtal ausgewirkt haben. Auf Basis der Ergebnisse dieser Arbeit können auch für die kommenden Jahre keine deutlichen Veränderungen der Muraktivität erwartet werden., Debris flows occur in all mountain regions worldwide as a natural hazard and are an important factor for the sediment balance of high alpine areas. In order to be able to determine possible changes in debris flow dynamics under climate change, long time series are necessary that document debris flow activity. However, such detailed and long debris flow records for an alpine catchment are very rare. In this work, remote sensing methods in combination with lichenometric dating are used to analyse debris flow activity in the Horlachtal (Tyrol) since the end of the Little Ice Age around 1850. Available aerial images (since 1947) as well as data generated from airborne laser scanning (since 2006) are evaluated to detect debris flows in the entire study area. In order to cover the period of the second half of the 19th century and the first half of the 20th century, a local lichenometric reference curve is established for the Horlachtal, so that old debris flow deposits can also be dated with the help of lichenometric dating. In total, 991 individual debris flow events between 1947 and 2022 can be identified and evaluated using the remote sensing methods. The lichenometric measurements also allow to date 47 debris flow deposits since about 1850. From these results, highly active debris flow periods can be derived in which at least one major debris flow event must have taken place: Around 1850, around 1900, 1930-1942, 1954-1973, 1990-2009 and from 2022 onwards. Neither the frequency of debris flows nor a temporal analysis of debris flow magnitudes show an increasing or decreasing trend. However, the results show strong spatial differences in debris flow activity, which are mainly due to the different topographic conditions, the morphometric characteristics of the hydrological catchments and the very local summer thunderstorm cells. In order to relate the detected debris flow activity to hydrometeorological triggering events, an evaluation of debris flow triggering heavy precipitation events is included in this thesis. For this purpose, temporally and spatially high-resolution precipitation data from a climate model for the period 1850 to 2015 are examined. Again, the number of heavy rainfall events does not change significantly over the study period, but there are large spatial differences. In summary, some correlations between the detected debris flow activity and the precipitation data emerge. Overall, it can be concluded that the consequences of climate change have not had a significant impact on the debris flow dynamics in the Horlachtal. Based on the results of this work, no significant changes in debris flow activity can be expected for the coming years.

This chapter argues that paying attention to the weather and its associated processes of geological, biological, and social weathering can destabilize knowledge traditions that insist on dichotomies. Looking to specific histories and current conditions in Guyana and Suriname, this chapter shows how notions of weathering can accommodate a wide range of referents, ranging from the weathering of rock to socio-political and historical afterlives of violent colonial displacements. Yolanda Ariadne Collins, ‘Weathering Weather: Atmospheric Geographies of the Guiana Shield’, in Weathering: Ecologies of Exposure, ed. by Christoph F. E. Holzhey and Arnd Wedemeyer, Cultural Inquiry, 17 (Berlin: ICI Berlin Press, 2020), pp. 181-205

Die vorliegende Dissertation besteht aus sechs Beiträgen, die zum einen die Einstellungen der Bevölkerung zum Klimawandel und die Determinanten der Wahrnehmung individueller Klimarisiken zu analysieren. Zum anderen wird die Effektivität unterschiedlicher Strategien zur Vermeidung des Klimawandels untersucht. Dabei werden einerseits pekuniäre Maßnahmen, etwa Strompreiserhöhungen, sowie dadurch verursachte Verteilungseffekte beleuchtet. Andererseits wird die Effektivität nicht-pekuniärer Maßnahmen analysiert, etwa die Energiekennzeichnung von elektrischen Geräten sowie freiwillige Beiträge der Bevölkerung zum Klimaschutz. Es ist festzustellen, dass beide Vermeidungsstrategien sehr effektiv sein können, um den Stromverbrauch und die damit verbundenen Treibhausgasemissionen zu reduzieren.

Der anthropogene Klimawandel ist eine der größten Herausforderungen des 21. Jahrhunderts. Eine Hauptschwierigkeit liegt dabei in der Unsicherheit bezüglich der regionalen Änderung von Niederschlag und Temperatur. Hierdurch wird die Entwicklung geeigneter Anpassungsstrategien deutlich erschwert. In der vorliegenden Arbeit werden vier Evaluationsansätze mit insgesamt 13 Metriken für aktuelle globale (zwei Generationen) und regionale Klimamodelle entwickelt und verglichen, um anschließend eine Analyse der Projektionsunsicherheit vorzunehmen. Basierend auf den erstellten Modellbewertungen werden durch Gewichtung Aussagen über den Unsicherheitsbereich des zukünftigen Klimas getroffen. Die Evaluation der Modelle wird im Mittelmeerraum sowie in acht Unterregionen durchgeführt. Dabei wird der saisonale Trend von Temperatur und Niederschlag im Evaluationszeitraum 1960–2009 ausgewertet. Zusätzlich wird für bestimmte Metriken jeweils das klimatologische Mittel oder die harmonischen Zeitreiheneigenschaften evaluiert. Abschließend werden zum Test der Übertragbarkeit der Ergebnisse neben den Hauptuntersuchungsgebieten sechs global verteilte Regionen untersucht. Außerdem wird die zeitliche Konsistenz durch Analyse eines zweiten, leicht versetzten Evaluationszeitraums behandelt, sowie die Abhängigkeit der Modellbewertungen von verschiedenen Referenzdaten mit Hilfe von insgesamt drei Referenzdatensätzen untersucht. Die Ergebnisse legen nahe, dass nahezu alle Metriken zur Modellevaluierung geeignet sind. Die Auswertung unterschiedlicher Variablen und Regionen erzeugt Modellbewertungen, die sich in den Kontext aktueller Forschungsergebnisse einfügen. So wurde die Leistung der globalen Klimamodelle der neusten Generation (2013) im Vergleich zur Vorgängergeneration (2007) im Schnitt ähnlich hoch bzw. in vielen Situationen auch stärker eingeordnet. Ein durchweg bestes Modell konnte nicht festgestellt werden. Der Großteil der entwickelten Metriken zeigt für ähnliche Situationen übereinstimmende Modellbewertungen. Bei der Gewichtung hat sich der Niederschlag als besonders geeignet herausgestellt. Grund hierfür sind die im Schnitt deutlichen Unterschiede der Modellleistungen in Zusammenhang mit einer geringeren Simulationsgüte. Umgekehrt zeigen die Metriken für die Modelle der Temperatur allgemein überwiegend hohe Evaluationsergebnisse, wodurch nur wenig Informationsgewinn durch Gewichtung erreicht werden kann. Während die Metriken gut für unterschiedliche Regionen und Skalenniveaus verwendet werden Evaluationszeiträume nicht grundsätzlich gegeben. Zusätzlich zeigen die Modellranglisten unterschiedlicher Regionen und Jahreszeiten häufig nur geringe Korrelationen. Dies gilt besonders für den Niederschlag. Bei der Temperatur sind hingegen leichte Übereinstimmungen auszumachen. Beim Vergleich der mittleren Ranglisten über alle Modellbewertungen und Situationen der Hauptregionen des Mittelmeerraums mit den Globalregionen besteht eine signifikante Korrelation von 0,39 für Temperatur, während sie für Niederschlag um null liegt. Dieses Ergebnis ist für alle drei verwendeten Referenzdatensätze im Mittelmeerraum gültig. So schwankt die Korrelation der Modellbewertungen des Niederschlags für unterschiedliche Referenzdatensätze immer um Null und die der Temperaturranglisten zwischen 0,36 und 0,44. Generell werden die Metriken als geeignete Evaluationswerkzeuge für Klimamodelle eingestuft. Daher können sie einen Beitrag zur Änderung des Unsicherheitsbereichs und damit zur Stärkung des Vertrauens in Klimaprojektionen leisten. Die Abhängigkeit der Modellbewertungen von Region und Untersuchungszeitraum muss dabei jedoch berücksichtigt werden. So besitzt die Analyse der Konsistenz von Modellbewertungen sowie der Stärken und Schwächen der Klimamodelle großes Potential für folgende Studien, um das Vertrauen in Modellprojektionen weiter zu steigern., Climate change is one of the major tasks of the 21st century. The uncertainty of precipitation and temperature change is considered as a main challenge in this context. Thus, the development of appropriate adaptation strategies is very difficult. In this study, four climate model evaluation approaches with 13 metrics in total are developed and compared. Current global (two generations) and regional climate models are evaluated to assess projection uncertainty. Based on model performances, weighting is applied to future climate projections to estimate simulation uncertainty. The evaluations are performed in the Mediterranean and eight sub-regions. Seasonal trend of temperature and precipitation are evaluated for the period 1960–2009. For some metrics, the climatological mean and the spectra of the time series are evaluated as well. In addition, six globally distributed study areas are evaluated to test the metrics’ transferability. Further, temporal consistency is assessed by the evaluation of a second slightly shifted timeframe. Finally, three reference datasets are considered in order to analyse the dependence of the evaluation results between each other. Results indicate that most metrics are suitable to evaluate climate models. Their application to different variables and regions generates reasonable model assessments which fit in the context of current publications in this field of research. In many situations, the results of the current model generation (2013) are similar or better compared to those of the last generation (2007). One single model with superior performance for all variables and situations cannot be found. Most metrics show similar estimations of performances for the same situations. Precipitation turned out to be more suitable for model weighting. Here, the differences between model weights are larger because of overall higher spread and lower model performances. Against this, there are mostly high performances on an equal level for simulations of temperature which lead to a minor added value of weighting. While metrics can easily be transferred and applied to different regions and scales, some evaluation results depend on the evaluated timeframe. Further, the model rankings for different regions and seasons show only minor correlations for most situations. This is particularly true for precipitation. However, for temperature there are some significant positive correlations. Comparing the mean ranking over all evaluation results of the main study areas of the Mediterranean with that of the globally distributed regions, there is a significant correlation of 0.39 for temperature and a correlation around zero for precipitation. The choice of reference dataset for the Mediterranean areas is subordinated in this context. For different reference datasets, the overall rankings show correlations around zero for precipitation while those for temperature are between 0.36 and 0.44. Overall, the metrics are suitable for the evaluation of climate models. Thus, they offer promising contributions to improve the range of uncertainty and therefore to enhance the general confidence in climate projections. However, dependence of model assessments on the analysed region and evaluation timeframe has to be considered. Consequently, the analyses of consistency of model evaluations and of climate model strengths and weaknesses have great potential for future studies, to further enhance confidence in climate projections.

Klima wird in der industriellen Moderne zum Problem des Wissens. Anders als das Wetter ist das Klima der direkten Wahrnehmung entzogen; ein Umstand, der paradoxerweise immer problematischer zu werden scheint, je mehr Wissen über die komplexen Zusammenhänge von lokalen Wetterereignissen und globalem Klima existiert. Das moderne Klima ist ein wandelbares, globales Phänomen, dessen Erkenntnis doppelt vermittelt ist, insofern es weder sinnlich erfahrbar noch verstandesmäßig erfassbar und somit auf Modellierung angewiesen ist. Diese findet jedoch nicht allein im wissenschaftlichen Kontext statt. Vielmehr ist die Herstellung von Klima als Bedingung von (Lebens-)Wirklichkeit und Zukunft trotz ihres unterschiedlichen epistemischen Status das Ergebnis wechselseitiger Einflussnahme wissenschaftlicher und nicht-wissenschaftlicher Modelle.

Within the framework of the Transboundary Waters Assessment Programme (TWAP), initiated by the Global Environment Facility (GEF), we contributed to a comprehensive baseline assessment of transboundary aquifers (TBAs) by quantifying different groundwater indicators using the global water resources and water use model WaterGAP 2.2. All indicators were computed under current (2010) and projected conditions in 2030 and 2050 for 91 selected TBAs larger than 20,000 km2 and for each nation’s share of the TBAs (TBA-CU: country unit). TBA outlines were provided by the International Groundwater Resources Assessment Centre (IGRAC). The set of indicators comprises groundwater recharge, groundwater depletion, per-capita groundwater recharge, dependency on groundwater, population density, and groundwater development stress (groundwater withdrawals to groundwater recharge). Only the latter four indicators were projected to 2030 and 2050. Current-state indicators were quantified using the Watch Forcing Data climate dataset, while projections were based on five climate scenarios that were computed by five global climate models for the high-emissions scenario RCP 8.5. Water use projections were based on the Shared Socio-economic Pathway SSP2 developed within ISI-MIP. Furthermore, two scenarios of future irrigated areas were explored. For individual water use sectors, the fraction of groundwater abstraction was assumed to remain at the current level. According to our assessment, aquifers with the highest current groundwater depletion rates worldwide are not transboundary. Exceptions are the Neogene Aquifer System (Syria) with 53 mm/yr between 2000 and 2009 and the Indus River Plain aquifer (India) with 28 mm/yr. For current conditions, we identified 20 out of 258 TBA-CUs suffering from medium to very high groundwater development stress, which are located in the Middle East and North Africa region, in South Asia, China, and the USA. Considering projections, ensemble means of per-cent changes or percent point changes to current conditions were determined. Per-capita groundwater recharge is projected to decrease in 80-90% of all TBA-CUs until 2030/2050. Due to the strongly varying projections of the global climate models, we applied a worst-case scenario approach to define future hotspots of groundwater development stress, taking into account the strongest computed increase until either 2030 or 2050 among all scenarios and individual GCMs. Based on this approach, the number of TBA-CUs under at least medium groundwater development stress increases from 20 to 58, comprising all hotspots under current conditions. New hotspots are projected to develop mainly in Sub-Saharan Africa, China, and Mexico.

In dieser Studie wird die Etablierung der Ultrastruktur-/ Texturanalyse, sowie der Element und Isotopengeochemie an Muschelschalen der Spezies: \(\textit {Mytilus edulis}\) und \(\textit {Mytilus galloprovincalis}\) als Proxy für "gestresste" Umweltbedingungen, insbesondere der Ozeanversauerung (niedriger pH, erhöhte pCO\(_{2}\) Werte) in den Fokus gerückt. Um die Auswirkungen der Ozeanversauerung (min. \(\sim\) pH 7.2 7.3) auf die Muschelschale zu testen, wurden zwei Ansätze verfolgt: das sogenannte natürliche Labor (Ischia, Mittelmeer, Italien) und Experimente in Aquarien (GEOMAR, Kiel). Muschelschalen sind ein hervorragendes Archiv für ihren häufig neritischen Lebensraum, da sie während ihres Wachstums Veränderungen der Umweltbedingungen aufzeichnen. Allerdings erschweren Biomineralization (-sprozesse) und Physiologie der Muschel die Interpretation der Ergebnisse. Dennoch scheinen sowohl die Ultrastrukturanalyse als auch die Elementgeochemie als Proxies für gestresste Bedingungen (Ozeanversauerung) geeignet zu sein. The establishment of ultrastructure / texture analysis as well as element and isotope geochemistry of bivalve shells (species: \(\it {Mytilus edulis}\) and \(\textit {Mytilus galloprovincialis}\)) as proxy for a stressed environment, in particular ocean acidification (lowered pH, increased pCO\(_{2}\) values) is the focus of this study. To assess the effects of ocean acidification (min. \(\sim\) pH 7.2 7.3) on bivalve shells two approaches are taken into consideration: the so-called natural laboratory (Ischia, Mediterranean Sea, Italy) and aquaria experiments (GEOMAR, Kiel). Bivalve shells are an excellent archive for their often neritic habitat, as they record changes of environmental conditions during growth. However, biomineralization (processes) and physiology of bivalve shells complicate the interpretation of the results. Nevertheless, both the ultrastructure analysis and the element geochemistry seem to be suitable as proxies for stressed conditions (ocean acidification).

In dieser Studie wird die Etablierung der Ultrastruktur-/ Texturanalyse, sowie der Element und Isotopengeochemie an Muschelschalen der Spezies: Mytilus edulis und Mytilus galloprovincalis als Proxy für "gestresste" Umweltbedingungen, insbesondere der Ozeanversauerung (niedriger pH, erhöhte pCO2 Werte) in den Fokus gerückt. Um die Auswirkungen der Ozeanversauerung (min. ∼ pH 7.2 7.3) auf die Muschelschale zu testen, wurden zwei Ansätze verfolgt: das sogenannte natürliche Labor (Ischia, Mittelmeer, Italien) und Experimente in Aquarien (GEOMAR, Kiel). Muschelschalen sind ein hervorragendes Archiv für ihren häufig neritischen Lebensraum, da sie während ihres Wachstums Veränderungen der Umweltbedingungen aufzeichnen. Allerdings erschweren Biomineralization (-sprozesse) und Physiologie der Muschel die Interpretation der Ergebnisse. Dennoch scheinen sowohl die Ultrastrukturanalyse als auch die Elementgeochemie als Proxies für gestresste Bedingungen (Ozeanversauerung) geeignet zu sein.

Reservoirs serve to compensate naturally fluctuating water availability and socio-economically driven water demand. To achieve this, flood water is retained and stored water is released to bridge periods of low flow. The required storage capacity when planning new dams and the operating rules of existing dams are determined on the basis of the observed flows at the site of the reservoir. The flow properties depend on the hydrology of the catchment area, which in turn is influenced by the climatic boundary conditions. Changes in climate therefore directly influence the input data used in reservoir design and the subsequent reservoir performance. A significant change in climate conditions is expected in the future due to the increasing concentration of greenhouse gases in the atmosphere. This raises the question of the impact of climate change on the performance of reservoirs and how adaption measures can be planed and chosen. The performance of reservoirs is evaluated probabilistically by considering the consequences and the probability of failure events. A distinction is made between failures due to floods and failures due to low flows. Probabilistic methods for evaluating the performance of flood protection provided by dams are well-established, whilst the corresponding method to evaluate the performance of dams that protectagainst low flows is newly developed. Combining these two methods makes it possible to determine the overall performance of a dam by means of the integrated water management risk for floods and low flows. The applied methods of stochastic generation of inflow boundary conditions allow us to quasi-continuously capture the potential impact of projected climate change and to map it using the climate impact function, which represents the relationship between climate-induced change of statistical properties of the inflow and the change in the performance of the studied reservoirs. The climate impact function assesses of the robustness of the reservoir. Robustness describes how sensitively the performance of the reservoir responds to changes in the inflow. Comparing the climate impact functions derived for different operation rules enables us to find adaption measures which preserve the performance of the reservoir for a climate-induced change in the inflow boundary conditions.

Rising levels of greenhouse gas (GHG) emissions and increasing water stress have been in the focus of the scientific debate for some time. As a result of mounting concern about the adverse consequences of these evolutions, some countries have already begun to discuss and implement sets of mitigation options. So far, pathways to address water scarcity or rising GHG emissions have been developed independently from each other, and the assessment of interdependencies between water and greenhouse gases has only been conducted for specific technologies, or with regards to the overall impact of climate change on water resources. This work aims to close this gap in research and assesses, at the example of China and South Africa, the interdependencies of pathways to mitigate water stress and unsustainable levels of GHG emissions that were developed independently from each other in earlier research. An integration of all mitigation options in one model then allowed to determine the benefits of an integrated approach to water availability and GHG emission reduction. The results show that water-GHG interdependencies are for the most part positive in both countries, i.e., the implementation of the proposed set of measures to mitigate either water scarcity or high GHG emission levels generates overall savings of the other resource. It is furthermore shown that the majority of the investigated interlinkages are related to the nexus between water and energy, whose magnitude is again determined by the water intensity of that power generation mix that is replaced by or avoided primarily through the promotion of energy efficiency and alternative power sources. The optimization of all mitigation measures by means of a linear programing approach shows that an integrated approach allows to better meet mitigation targets, in particular with regards to local water availability, and reduces cost by up to 23% compared to independent considerations. Based on the study of China and South Africa, the hypothesis is brought forward that such interdependencies are also observable in other geographies that are similarly water stressed and dependent on thermal power generation, while countries with little such generation capacities will experience less or different interdependencies. A study of Egypt supports this hypothesis, but also shows that an expansive agricultural sector might provide opportunities for positive water-GHG interlinkages there.

Mit Fug und Recht lässt sich daher behaupten, dass Klimamodelle zu den einflussreichsten Schriften des 20. und 21. Jahrhunderts gehören. Ihr soziopolitischer Einfluss besteht vor allem darin, Zukunft verhandelbar machen. In den bisherigen wissenschaftstheoretischen Diskussionen über Klimamodelle bleibt allerdings ihr Textcharakter unberücksichtigt. Um diesem Rechnung zu tragen, werden im Folgenden die wesentlichen textuellen Relationen verdeutlicht. Der vorliegende Beitrag stellt daher einen ersten Versuch dar, die Intertextualität von Klimamodellen zu analysieren, um dann die Verankerung der Klimaprojektionen im deterministischen Wissenschaftsverständnis der neuzeitlichen Physik sowie ihr Projektionspotenzial zu untersuchen.

Klimawandelbedingte bzw. potenziell klimawandelbedingte Umweltmigration ist ein sehr komplexes und breites Feld. Es existiert eine Fülle von Studien, die sich in ihrer Herangehensweise unterscheiden, weshalb hier ein Systematisierungsvorschlag aufgezeigt wird. Mittels einer an den Richtlinien der Grounded Theory orientierten Analyse wurden Studien auf zentrale gemeinsame Kategorien hin untersucht und als Modell präsentiert. Dieses stellt jedoch kein abgeschlossenes System dar, sondern dient durch seine Offenheit als Gerüst, das mit Ergebnissen aus weiteren Fallstudien gefestigt werden kann., (Potentially) climate change-induced migration constitutes a complex and broad field of research. A multitude of studies exists with different approaches to the topic. Within this range of approaches, it is the aim of this research to make a proposal for a systematisation of the topic. By carrying out a Grounded Theory-oriented analysis, we screened case studies for common categories to provide a conceptual model. The result of the investigation is a framework which can be extended by findings of other case studies.

Die globale Vernetzung, der Flächennutungs- und Klimawandel sind zentrale Aspekte bei der Ursachenanalyse der zunehmenden Homogenisierung von Biozönosen und dem weltweiten Verlust von Biodiversität. Von großer Bedeutung sind dabei Arten, die in sich ein weiträumiges Verbreitungspotential mit einem hohen ökologischen, zum Teil in Verbindung mit einem hohen ökonomischen, Schadpotential vereinen " so genannte invasive Arten.rnAufgrund ihrer Eigenschaften bilden sie einen wichtigen Schnittpunkt von Ökologie, Ökonomie und Soziologie in Theorie und Praxis. Im Zuge der steigenden Anzahl von biologischen Invasionen weltweit und dem interessanten, interdisziplinären Charakter des Forschungsfeldes, ist dessen Analyse ein bedeutendes Top-Thema internationaler Forschung geworden. Die durch invasive Arten verursachten Schäden sind enorm: So werden die jährlichen Schäden für die USA, Südafrika, das Vereinigte Königreich, Brasilien und Indien auf insgesamt 336 Milliarden US Dollar geschätzt. Nach einem Bericht der EU Kommissionrnbeläuft sich für die Europäische Union die Summe aller Schäden die durch invasive Arten verursacht werden auf jährlich 12 Mrd. Euro. Folglich stellen invasive Arten zugleich einen zunehmend wichtigeren, rechtlichen Regelungsgegenstand auf den unterschiedlichsten Ebenen (international, europäisch, national) dar.rnIn dieser Dissertation wird die Bedeutung von Verbreitungsmodellen als Analyseund Präventions-Instrument in der naturschutzfachlichen Risikoabschätzung verdeutlicht. Ferner wird die Einsatzmöglichkeit von Modellen für die rechtliche Einstufung von Arten und als Ermessensgrundlage bei der Bewilligung von Kostenersatzansprüchen nach entstandenen Schäden aufgezeigt. Zwei ökonomisch bedeutsame Käferarten wurden zur Veranschaulichung als Modellorganismen ausgewählt: Der für die biologische Schädlingsbekämpfung absichtlich eingeführte Asiatische Marienkäfer Harmonia axyridis und der vorwiegend mit Holzverpackungsmaterialien global verschleppte AsiatischernLaubholzbockkäfer Anoplophora glabripennis. Beide Organismen sind in der EU alsrngebietsfremde Arten mit einem hohen Schadpotential einzustufen, haben jedoch einen sehr unterschiedlichen rechtlichen Status inne. Harmonia axyridis wird in Europa kommerziell vermarktet und darf in Deutschland mit Genehmigungsvorbehalt im Freiland ausgebracht werden, wohingegen Anoplophora glabripennis in der EU als zu bekämpfender Quarantäneschadorganismus geführt wird. Für beide Insekten gibt es derzeit keinen praktikablen Rechtsanspruch auf Schadenshaftung bzw. Entschädigungen. Neben der Erstellung von Verbreitungsmodellen nach naturwissenschaftlichen Kriterien, wird dieser Tatbestand erörtert und entsprechende Verbesserungsansätze für die Normsetzung und -anwendung präsentiert., Globalisation, changes in land use and climate are central themes when identifying reasons for the increased homogenization of biological communities and the global loss of biodiversity. Species of major relevance are those that combine a wide-ranging distribution potential with a high risk of damage to the native ecology partly combined with high risk of damage to the economy of an area - otherwise referred to as invasive species. Based on these characteristics, invasive species represent an important intersection of ecology, economy and sociology in theory and in practice. Due to the increasing number of biological invasions worldwide and the interesting, interdisciplinary nature of their study, this topic is a highly relevant and critical issue for international research. The damages caused by invasive species are enormous: for instance, the annual damages for the USA, South Africa, the UnitedrnKingdom, Brazil and India are estimated at around 336 billion US dollars. A report of the European Commission, summarises that the damages caused by invasive species within the EU alone amounts to around 12 billion Euro per year. Consequently, invasive species mark an increasingly important, subject of legal regulation at many different levels (international, European, national). Within this thesis the relevance of species distribution models as instruments of understanding and prevention within an ecological risk assessment is pointed out. In addition, the applicability of these models for the legal classification of species and as a means for the discretion of cost reimbursement after damages have arisen is demonstrated. Two beetle species of economical importance were used for exemplification as model species: the Asian ladybeetle Harmonia axyridis, which was intentionally introduced as arnbiological control agent, and the Asian longhorned beetle Anoplophora glabripennis, which was mainly with wood packing material unintentionally displaced. Both organisms are classified within the EU as alien species with an enormous damage potential, but hold very different legal status: Harmonia axyridis is commercially sold in Europe and may be applied in natural settings with permission in Germany, whereas Anoplophora glabripennis is managed as a quarantine pest species in the EU. For both insects, no practicable legal claimrnto liability for damages or for compensation exists to date. Besides the generation of distribution models based on natural scientific criteria, these legal aspects are discussed and corresponding possibilities of improvement for the norm setting and execution are presented.

Die zentrale Botschaft der Risikoanalyse des WBGU lautet, dass der Klimawandel ohne entschiedenes Gegensteuern bereits in den kommenden Jahrzehnten die Anpassungsfähigkeit vieler Gesellschaften überfordern wird. Daraus könnten Gewalt und Destabilisierung erwachsen, die die nationale und internationale Sicherheit in einem erheblichen Ausmaß bedrohen. Der Klimawandel könnte die Staatengemeinschaft aber auch zusammenführen, wenn sie ihn als Menschheitsbedrohung versteht und in den kommenden Jahren durch eine energische und weltweit abgestimmte Klimapolitik die Weichen für die Vermeidung eines gefährlichen anthropogenen Klimawandels stellt. Gelingt dies nicht, wird der Klimawandel zunehmend Spaltungs- und Konfliktlinien in der internationalen Politik hervorrufen, weil er vielfältige Verteilungskonflikte in und zwischen Ländern auslöst: um Wasser, um Land, um die Bewältigung von Flüchtlingsbewegungen oder um Kompensationszahlungen zwischen den wesentlichen Verursachern des Klimawandels und den Ländern, die vor allem von dessen destruktiven Wirkungen betroffen sein werden.

by Michael Georg Maroschek Zsfassung in dt. Sprache Wien, Univ. für Bodenkultur, Masterarb., 2009

Der Klimawandel ist ein Fakt. Und die Unklarheiten über Ursachen und Konsequenzen ist größer denn je. Öko-Veteranen predigen Verzicht, Intellektuelle spotten über die Hysterie, und Politiker streiten um Grenzwerte. Erfrischend nüchtern und ohne Rücksicht auf Ideologien bringt Deutschlands bekannteste Wirtschaftsprofessorin, Claudia Kemfert, Licht in die erhitzte Debatte um den Klimawandel. Ihr überraschendes Fazit lautet: Klimaschutz ist der Wirtschaftsmotor der Zukunft.

Soils contain a large amount of carbon (C) that is a critical regulator of the global C budget. Already small changes in the processes governing soil C cycling have the potential to release considerable amounts of CO2, a greenhouse gas (GHG), adding additional radiative forcing to the atmosphere and hence to changing climate. Increased temperatures will probably create a feedback, causing soils to release more GHGs. Furthermore changes in soil C balance impact soil fertility and soil quality, potentially degrading soils and reducing soils function as important resource. Consequently the assessment of soil C dynamics under present, recent past and future environmental conditions is not only of scientific interest and requires an integrated consideration of main factors and processes governing soil C dynamics. To perform this assessment an eco-hydrological modelling tool was used and extended by a process-based description of coupled soil carbon and nitrogen turnover. The extended model aims at delivering sound information on soil C storage changes beside changes in water quality, quantity and vegetation growth under global change impacts in meso- to macro-scale river basins, exemplary demonstrated for a Central European river basin (the Elbe). As a result this study: ▪ Provides information on joint effects of land-use (land cover and land management) and climate changes on croplands soil C balance in the Elbe river basin (Central Europe) presently and in the future. ▪ Evaluates which processes, and at what level of process detail, have to be considered to perform an integrated simulation of soil C dynamics at the meso- to macro-scale and demonstrates the model’s capability to simulate these processes compared to observations. ▪ Proposes a process description relating soil C pools and turnover properties to readily measurable quantities. This reduces the number of model parameters, enhances the comparability of model results to observations, and delivers same performance simulating long-term soil C dynamics as other models. ▪ Presents an extensive assessment of the parameter and input data uncertainty and their importance both temporally and spatially on modelling soil C dynamics. For the basin scale assessments it is estimated that croplands in the Elbe basin currently act as a net source of carbon (net annual C flux of 11 g C m-2 yr-1, 1.57 106 tons CO2 yr-1 entire croplands on average). Although this highly depends on the amount of harvest by-products remaining on the field. Future anticipated climate change and observed climate change in the basin already accelerates soil C loss and increases source strengths (additional 3.2 g C m-2 yr-1, 0.48 106 tons CO2 yr-1 entire croplands). But anticipated changes of agro-economic conditions, translating to altered crop share distributions, display stronger effects on soil C storage than climate change. Depending on future use of land expected to fall out of agricultural use in the future (~ 30 % of croplands area as “surplus” land), the basin either considerably looses soil C and the net annual C flux to the atmosphere increases (surplus used as black fallow) or the basin converts to a net sink of C (sequestering 0.44 106 tons CO2 yr-1 under extensified use as ley-arable) or reacts with decrease in source strength when using bioenergy crops. Bioenergy crops additionally offer a considerable potential for fossil fuel substitution (~37 PJ, 1015 J per year), whereas the basin wide use of harvest by-products for energy generation has to be seen critically although offering an annual energy potential of approximately 125 PJ. Harvest by-products play a central role in soil C reproduction and a percentage between 50 and 80 % should remain on the fields in order to maintain soil quality and fertility. The established modelling tool allows quantifying climate, land use and major land management impacts on soil C balance. New is that the SOM turnover description is embedded in an eco-hydrological river basin model, allowing an integrated consideration of water quantity, water quality, vegetation growth, agricultural productivity and soil carbon changes under different environmental conditions. The methodology and assessment presented here demonstrates the potential for integrated assessment of soil C dynamics alongside with other ecosystem services under global change impacts and provides information on the potentials of soils for climate change mitigation (soil C sequestration) and on their soil fertility status. Böden speichern große Mengen Kohlenstoff (C) und beeinflussen wesentlich den globalen C Haushalt. Schon geringe Änderungen der Steuergrößen des Bodenkohlenstoffs können dazu führen, dass beträchtliche Mengen CO2, ein Treibhausgas, in die Atmosphäre gelangen und zur globalen Erwärmung und dem Klimawandel beitragen. Der globale Temperaturanstieg verursacht dabei höchstwahrscheinlich eine Rückwirkung auf den Bodenkohlenstoffhaushalt mit einem einhergehenden erhöhten CO2 Fluss der Böden in die Atmosphäre. Weiterhin wirken sich Änderungen im Bodenkohlenstoffhaushalt auf die Bodenfruchtbarkeit und Bodenqualität aus, wobei eine Minderung der Bodenkohlenstoffvorräte wichtige Funtionen des Bodens beeinträchtigt und folglich den Boden als wichtige Ressource nachhaltig beinflusst. Demzufolge ist die Quantifizierung der Bodenkohlenstoffdynamik unter heutigen und zukünftigen Bedingungen von hohem Interesse und erfordert eine integrierte Betrachtung der wesentlichen Faktoren und Prozesse. Zur Quantifizierung wurde ein ökohydrologisches Flusseinzugsgebietsmodell erweitert. Ziel des erweiterten Modells ist es fundierte Informationen zu Veränderungen des Bodenkohlenstoffhaushaltes, neben Veränderungen der Wasserqualität, der Wasserverfügbarkeit und des Vegetationswachstums unter Globalem Wandel in meso- bis makroskaligen Flusseinzugsgebieten bereitzustellen. Dies wird am Beispiel eines zentraleuropäischen Flusseinzugsgebietes (der Elbe) demonstriert. Zusammenfassend ergibt diese Arbeit: ▪ eine Quantifizierung der heutigen und zukünftigen Auswirkungen des Klimawandels sowie von Änderungen der Landnutzung (Bodenbedeckung und Bodenbearbeitung) auf den Bodenkohlenstoffhaushalt agrarisch genutzter Räume im Einzugsgebiet der Elbe. ▪ eine Beurteilung welche Prozesse, und zu welchem Prozessdetail, zur integrierten Simulation der Bodenkohlenstoffdynamik in der meso- bis makroskala zu berücksichtigen sind. Weiterhin wird die Eignung der Modellerweiterung zur Simulation dieser Prozesse unter der Zuhilfenahme von Messwerten dargelegt. ▪ darauf begründet wird eine Prozessbeschreibung vorgeschlagen die die Eigenschaften der Bodenkohlenstoffspeicher und deren Umsetzungsrate mit in der betrachteten Skala zur Verfügung stehenden Messdaten und Geoinformationen verbindet. Die vorgeschlagene Prozessbeschreibung kann als robust hinsichtlich der Parametrisierung angesehen werden, da sie mit vergleichsweise wenigen Modelparametern eine ähnliche Güte wie andere Bodenkohlenstoffmodelle ergibt. ▪ eine umfassende Betrachtung der Modell- und Eingangsdatenunsicherheiten von Modellergebnissen in ihrer räumlichen und zeitlichen Ausprägung. Das in dieser Arbeit vorgestellte Modellsystem erlaubt eine Quantifizierung der Auswirkungen des Klima- und Landnutzungswandels auf den Bodenkohlenstoffhaushalt. Neu dabei ist, dass neben Auswirkungen auf den Bodenkohlenstoffhaushalt auch Auswirkungen auf Wasserverfügbarkeit, Wasserqualität, Vegetationswachstum und landwirtschaftlicher Produktivität erfasst werden können. Die im Rahmen dieser Arbeit dargelegten Ergebnisse erlauben eine integrierte Betrachtung der Auswirkungen des Globalen Wandels auf wichtige Ökosystemfunktionen in meso- bis makro-skaligen Flusseinzugsgebieten. Weiterhin können hier gewonnene Informationen zur Potentialabschätzung der Böden zur Linderung des Klimawandels (durch C Festlegung) und zum Erhalt ihrer Fruchtbarkeit genutzt werden.

We present an application of imprecise probability theory to the quantification of uncertainty in the integrated assessment of climate change. Our work is motivated by the fact that uncertainty about climate change is pervasive, and therefore requires a thorough treatment in the integrated assessment process. Classical probability theory faces some severe difficulties in this respect, since it cannot capture very poor states of information in a satisfactory manner. A more general framework is provided by imprecise probability theory, which offers a similarly firm evidential and behavioural foundation, while at the same time allowing to capture more diverse states of information. An imprecise probability describes the information in terms of lower and upper bounds on probability. For the purpose of our imprecise probability analysis, we construct a diffusion ocean energy balance climate model that parameterises the global mean temperature response to secular trends in the radiative forcing in terms of climate sensitivity and effective vertical ocean heat diffusivity. We compare the model behaviour to the 20th century temperature record in order to derive a likelihood function for these two parameters and the forcing strength of anthropogenic sulphate aerosols. Results show a strong positive correlation between climate sensitivity and ocean heat diffusivity, and between climate sensitivity and absolute strength of the sulphate forcing. We identify two suitable imprecise probability classes for an efficient representation of the uncertainty about the climate model parameters and provide an algorithm to construct a belief function for the prior parameter uncertainty from a set of probability constraints that can be deduced from the literature or observational data. For the purpose of updating the prior with the likelihood function, we establish a methodological framework that allows us to perform the updating procedure efficiently for two different updating rules: Dempster's rule of conditioning and the Generalised Bayes' rule. Dempster's rule yields a posterior belief function in good qualitative agreement with previous studies that tried to constrain climate sensitivity and sulphate aerosol cooling. In contrast, we are not able to produce meaningful imprecise posterior probability bounds from the application of the Generalised Bayes' Rule. We can attribute this result mainly to our choice of representing the prior uncertainty by a belief function. We project the Dempster-updated belief function for the climate model parameters onto estimates of future global mean temperature change under several emissions scenarios for the 21st century, and several long-term stabilisation policies. Within the limitations of our analysis we find that it requires a stringent stabilisation level of around 450 ppm carbon dioxide equivalent concentration to obtain a non-negligible lower probability of limiting the warming to 2 degrees Celsius. We discuss several frameworks of decision-making under ambiguity and show that they can lead to a variety of, possibly imprecise, climate policy recommendations. We find, however, that poor states of information do not necessarily impede a useful policy advice. We conclude that imprecise probabilities constitute indeed a promising candidate for the adequate treatment of uncertainty in the integrated assessment of climate change. We have constructed prior belief functions that allow much weaker assumptions on the prior state of information than a prior probability would require and, nevertheless, can be propagated through the entire assessment process. As a caveat, the updating issue needs further investigation. Belief functions constitute only a sensible choice for the prior uncertainty representation if more restrictive updating rules than the Generalised Bayes'Rule are available. Diese Arbeit untersucht die Eignung der Theorie der unscharfen Wahrscheinlichkeiten für die Beschreibung der Unsicherheit in der integrierten Analyse des Klimawandels. Die wissenschaftliche Unsicherheit bezüglich vieler Aspekte des Klimawandels ist beträchtlich, so dass ihre angemessene Beschreibung von großer Wichtigkeit ist. Die klassische Wahrscheinlichkeitstheorie weist in diesem Zusammenhang einige Probleme auf, da sie Zustände sehr geringer Information nicht zufriedenstellend beschreiben kann. Die unscharfe Wahrscheinlichkeitstheorie bietet ein gleichermaßen fundiertes Theoriegebäude, welches jedoch eine größere Flexibilität bei der Beschreibung verschiedenartiger Informationszustände erlaubt. Unscharfe Wahrscheinlichkeiten erfassen solche Informationszustände durch die Spezifizierung von unteren und oberen Grenzen an zulässige Werte der Wahrscheinlichkeit. Unsere Analyse des Klimawandels beruht auf einem Energiebilanzmodell mit diffusivem Ozean, welches die globale Temperaturantwort auf eine Änderung der Strahlungsbilanz in Abhängigkeit von zwei Parametern beschreibt: die Klimasensitivität, und die effektive vertikale Wärmediffusivität im Ozean. Wir vergleichen das Modellverhalten mit den Temperaturmessungen des 20. Jahrhunderts, um eine sogenannte Likelihood-Funktion für die Hypothesen zu diesen beiden Parametern sowie dem kühlenden Einfluss der Sulfataerosole zu ermitteln. Im Ergebnis zeigt sich eine stark positive Korrelation zwischen Klimasensitivität und Wärmediffusivität im Ozean, und Klimasensitivität und kühlendem Einfluss der Sulfataerosole. Für die effiziente Beschreibung der Parameterunsicherheit ziehen wir zwei geeignete Modelltypen aus der unscharfen Wahrscheinlichkeitstheorie heran. Wir formulieren einen Algorithmus, der den Informationsgehalt beider Modelle durch eine sogenannte Belief-Funktion beschreibt. Mit Hilfe dieses Algorithmus konstruieren wir Belief-Funktionen für die A-priori-Parameterunsicherheit auf der Grundlage von divergierenden Wahrscheinlichkeitsschätzungen in der Literatur bzw. Beobachtungsdaten. Wir leiten eine Methode her, um die A-priori-Belief-Funktion im Lichte der Likelihood-Funktion zu aktualisieren. Dabei ziehen wir zwei verschiedene Regeln zur Durchführung des Lernprozesses in Betracht: die Dempstersche Regel und die verallgemeinerte Bayessche Regel. Durch Anwendung der Dempsterschen Regel erhalten wir eineA-posteriori-Belief-Funktion, deren Informationsgehalt qualitativ mit den Ergebnissen bisheriger Studien übereinstimmt, die eine Einschränkung der Unsicherheit über die Klimasensitivität und die kühlende Wirkung der Sulfataerosole versucht haben. Im Gegensatz dazu finden wir bei Anwendung der verallgemeinerten Bayesschen Regel keine sinnvollen unteren und oberen Grenzen an die A-posteriori-Wahrscheinlichkeit. Wir stellen fest, dass dieses Resultat maßgeblich durch die Wahl einer Belief-Funktion zur Beschreibung der A-priori-Unsicherheit bedingt ist. Die A-posteriori-Belief-Funktion für die Modellparameter, die wir aus der Anwendung der Dempsterschen Regel erhalten haben, wird zur Abschätzung des zukünftigen Temperaturanstiegs eingesetzt. Wir betrachten verschiedene Emissionsszenarien für das 21. Jahrhundert sowie verschiedene Stabilisierungsziele für den Treibhausgasgehalt in der Atmosphäre. Im Rahmen unserer Analyse finden wir, dass sehr strikte Stabilisierungsziele im Bereich einer Kohlendioxid-Äquivalentkonzentration von ca. 450 ppm in der Atmosphäre notwendig sind, um nicht eine vernachlässigbar kleine untere Wahrscheinlichkeit für die Begrenzung der Erwärmung auf 2 Grad Celsius zu erhalten. Wir diskutieren verschiedene Kriterien für die Entscheidungsfindung unter unscharfer Wahrscheinlichkeit, und zeigen dass sie zu verschiedenen teilweise unscharfen Politikempfehlungen führen können. Nichtsdestotrotz stellen wir fest, dass eine klare Politikempfehlung auch bei Zuständen schwacher Information möglich sein kann. Wir schließen, dass unscharfe Wahrscheinlichkeiten tatsächlich ein geeignetes Mittel zur Beschreibung der Unsicherheit in der integrierten Analyse des Klimawandels darstellen. Wir haben Algorithmen zur Generierung und Weiterverarbeitung von Belief-Funktionen etabliert, die eine deutlich größere A-priori-Unsicherheit beschreiben können, als durch eine A-priori-Wahrscheinlichkeit möglich wäre. Allerdings erfordert die Frage des Lernprozesses für unscharfe Wahrscheinlichkeiten eine weitergehende Untersuchung. Belief-Funktionen stellen nur dann eine vernünftige Wahl für die Beschreibung der A-priori-Unsicherheit dar, wenn striktere Regeln als die verallgemeinerte Bayessche Regel für den Lernprozess gerechtfertigt werden können.

Stochastic information, to be understood as "information gained by the application of stochastic methods", is proposed as a tool in the assessment of changes in climate. This thesis aims at demonstrating that stochastic information can improve the consideration and reduction of uncertainty in the assessment of changes in climate. The thesis consists of three parts. In part one, an indicator is developed that allows the determination of the proximity to a critical threshold. In part two, the tolerable windows approach (TWA) is extended to a probabilistic TWA. In part three, an integrated assessment of changes in flooding probability due to climate change is conducted within the TWA. The thermohaline circulation (THC) is a circulation system in the North Atlantic, where the circulation may break down in a saddle-node bifurcation under the influence of climate change. Due to uncertainty in ocean models, it is currently very difficult to determine the distance of the THC to the bifurcation point. We propose a new indicator to determine the system's proximity to the bifurcation point by considering the THC as a stochastic system and using the information contained in the fluctuations of the circulation around the mean state. As the system is moved closer to the bifurcation point, the power spectrum of the overturning becomes "redder", i.e. more energy is contained in the low frequencies. Since the spectral changes are a generic property of the saddle-node bifurcation, the method is not limited to the THC, but it could also be applicable to other systems, e.g. transitions in ecosystems. In part two, a probabilistic extension to the tolerable windows approach (TWA) is developed. In the TWA, the aim is to determine the complete set of emission strategies that are compatible with so-called guardrails. Guardrails are limits to impacts of climate change or to climate change itself. Therefore, the TWA determines the "maneuvering space" humanity has, if certain impacts of climate change are to be avoided. Due to uncertainty it is not possible to definitely exclude the impacts of climate change considered, but there will always be a certain probability of violating a guardrail. Therefore the TWA is extended to a probabilistic TWA that is able to consider "probabilistic uncertainty", i.e. uncertainty that can be expressed as a probability distribution or uncertainty that arises through natural variability. As a first application, temperature guardrails are imposed, and the dependence of emission reduction strategies on probability distributions for climate sensitivities is investigated. The analysis suggests that it will be difficult to observe a temperature guardrail of 2°C with high probabilities of actually meeting the target. In part three, an integrated assessment of changes in flooding probability due to climate change is conducted. A simple hydrological model is presented, as well as a downscaling scheme that allows the reconstruction of the spatio-temporal natural variability of temperature and precipitation. These are used to determine a probabilistic climate impact response function (CIRF), a function that allows the assessment of changes in probability of certain flood events under conditions of a changed climate. The assessment of changes in flooding probability is conducted in 83 major river basins. Not all floods can be considered: Events that either happen very fast, or affect only a very small area can not be considered, but large-scale flooding due to strong longer-lasting precipitation events can be considered. Finally, the probabilistic CIRFs obtained are used to determine emission corridors, where the guardrail is a limit to the fraction of world population that is affected by a predefined shift in probability of the 50-year flood event. This latter analysis has two main results. The uncertainty about regional changes in climate is still very high, and even small amounts of further climate change may lead to large changes in flooding probability in some river systems. Stochastische Information, zu verstehen als "Information, die durch die Anwendung stochastischer Methoden gewonnen wird", wird als Hilfsmittel in der Bewertung von Klimaänderungen vorgeschlagen. Das Ziel dieser Doktorarbeit ist es, zu zeigen, dass stochastische Information die Berücksichtigung und Reduktion von Unsicherheit in der Bewertung des Klimawandels verbessern kann. Die Arbeit besteht aus drei Teilen. Im ersten Teil wird ein Indikator entwickelt, der die Bestimmung des Abstandes zu einem kritischen Grenzwert ermöglicht. Im zweiten Teil wird der "tolerable windows approach" (TWA) zu einem probabilistischen TWA erweitert. Im dritten Teil wird eine integrierte Abschätzung der Veränderung von Überflutungswahrscheinlichkeiten im Rahmen des TWA durchgeführt. Die thermohaline Zirkulation (THC) ist ein Zirkulationssystem im Nordatlantik, in dem die Zirkulation unter Einfluss des Klimawandels in einer Sattel-Knoten Bifurkation abreißen kann. Durch Unsicherheit in Ozeanmodellen ist es gegenwärtig kaum möglich, den Abstand des Systems zum Bifurkationspunkt zu bestimmen. Wir schlagen einen neuen Indikator vor, der es ermöglicht, die Nähe des Systems zum Bifurkationspunkt zu bestimmen. Dabei wird die THC als stochastisches System angenommen, und die Informationen, die in den Fluktuationen der Zirkulation um den mittleren Zustand enthalten sind, ausgenutzt. Wenn das System auf den Bifurkationspunkt zubewegt wird, wird das Leistungsspektrum "roter", d.h. die tiefen Frequenzen enthalten mehr Energie. Da diese spektralen Veränderungen eine allgemeine Eigenschaft der Sattel-Knoten Bifurkation sind, ist die Methode nicht auf die THC beschränkt, sondern weitere Anwendungen könnten möglich sein, beispielsweise zur Erkennung von Übergängen in Ökosystemen. Im zweiten Teil wird eine probabilistische Erweiterung des "tolerable windows approach" (TWA) entwickelt. Das Ziel des TWA ist die Bestimmung der Menge der Emissionsreduktionsstrategien, die mit sogenannten Leitplanken kompatibel sind. Diese Leitplanken sind Begrenzungen der Auswirkungen des Klimawandels, oder des Klimawandels selber. Der TWA bestimmt daher den Spielraum, den die Menschheit hat, wenn bestimmte Auswirkungen des Klimawandels vermieden werden sollen. Durch den Einfluss von Unsicherheit ist es aber nicht möglich, die betrachteten Auswirkungen des Klimawandels mit Sicherheit auszuschließen, sondern es existiert eine gewisse Wahrscheinlichkeit, dass die Leitplanke verletzt wird. Der TWA wird daher zu einem probabilistischen TWA weiterentwickelt, der es ermöglicht, "probabilistische Unsicherheit", also Unsicherheit, die durch eine Wahrscheinlichkeitsverteilung ausgedrückt werden kann, oder die durch den Einfluß von natürlicher Variabilität entsteht, zu berücksichtigen. Als erste Anwendung werden Temperaturleitplanken betrachtet, und die Abhängigkeit der Emissionsreduktionsstrategien von Wahrscheinlichkeitsverteilungen über die Klimasensitivität wird bestimmt. Die Analyse ergibt, dass die Einhaltung einer Temperaturleitplanke von 2°C sehr schwierig wird, wenn man hohe Wahrscheinlichkeiten des Einhaltens der Leitplanke fordert. Im dritten Teil wird eine integrierte Abschätzung der Änderungen von Überflutungswahrscheinlichkeiten unter Einfluss des Klimawandels durchgeführt. Ein einfaches hydrologisches Modell wird vorgestellt, sowie ein Skalierungsansatz, der es ermöglicht, die raum-zeitliche natürliche Variabilität von Temperatur und Niederschlag zu rekonstruieren. Diese werden zur Bestimmung einer probabilistischen Klimawirkungsfunktion genutzt, einer Funktion, die es erlaubt, die Veränderungen der Wahrscheinlichkeit bestimmter Überflutungsereignisse unter Einfluss von Klimaänderungen abzuschätzen. Diese Untersuchung der Veränderung von Überflutungswahrscheinlichkeiten wird in 83 großen Flusseinzugsgebieten durchgeführt. Nicht alle Klassen von Überflutungen können dabei berücksichtigt werden: Ereignisse, die entweder sehr schnell vonstatten gehen, oder die nur ein kleines Gebiet betreffen, können nicht berücksichtigt werden, aber großflächige Überflutungen, die durch starke, langanhaltende Regenfälle hervorgerufen werden, können berücksichtigt werden. Zuguterletzt werden die bestimmten Klimawirkungsfunktion dazu genutzt, Emissionskorridore zu bestimmen, bei denen die Leitplanken Begrenzungen des Bevölkerungsanteils, der von einer bestimmten Veränderung der Wahrscheinlichkeit eines 50-Jahres-Flutereignisses betroffen ist, sind. Letztere Untersuchung hat zwei Hauptergebnisse. Die Unsicherheit von regionalen Klimaänderungen ist immer noch sehr hoch, und außerdem können in einigen Flusssystemen schon kleine Klimaänderungen zu großen Änderungen der Überflutungswahrscheinlichkeit führen.

At present, carbon sequestration in terrestrial ecosystems slows the growth rate of atmospheric CO2 concentrations, and thereby reduces the impact of anthropogenic fossil fuel emissions on the climate system. Changes in climate and land use affect terrestrial biosphere structure and functioning at present, and will likely impact on the terrestrial carbon balance during the coming decades - potentially providing a positive feedback to the climate system due to soil carbon releases under a warmer climate. Quantifying changes, and the associated uncertainties, in regional terrestrial carbon budgets resulting from these effects is relevant for the scientific understanding of the Earth system and for long-term climate mitigation strategies. A model describing the relevant processes that govern the terrestrial carbon cycle is a necessary tool to project regional carbon budgets into the future. This study (1) provides an extensive evaluation of the parameter-based uncertainty in model results of a leading terrestrial biosphere model, the Lund-Potsdam-Jena Dynamic Global Vegetation Model (LPJ-DGVM), against a range of observations and under climate change, thereby complementing existing studies on other aspects of model uncertainty; (2) evaluates different hypotheses to explain the age-related decline in forest growth, both from theoretical and experimental evidence, and introduces the most promising hypothesis into the model; (3) demonstrates how forest statistics can be successfully integrated with process-based modelling to provide long-term constraints on regional-scale forest carbon budget estimates for a European forest case-study; and (4) elucidates the combined effects of land-use and climate changes on the present-day and future terrestrial carbon balance over Europe for four illustrative scenarios - implemented by four general circulation models - using a comprehensive description of different land-use types within the framework of LPJ-DGVM. This study presents a way to assess and reduce uncertainty in process-based terrestrial carbon estimates on a regional scale. The results of this study demonstrate that simulated present-day land-atmosphere carbon fluxes are relatively well constrained, despite considerable uncertainty in modelled net primary production. Process-based terrestrial modelling and forest statistics are successfully combined to improve model-based estimates of vegetation carbon stocks and their change over time. Application of the advanced model for 77 European provinces shows that model-based estimates of biomass development with stand age compare favourably with forest inventory-based estimates for different tree species. Driven by historic changes in climate, atmospheric CO2 concentration, forest area and wood demand between 1948 and 2000, the model predicts European-scale, present-day age structure of forests, ratio of biomass removals to increment, and vegetation carbon sequestration rates that are consistent with inventory-based estimates. Alternative scenarios of climate and land-use change in the 21st century suggest carbon sequestration in the European terrestrial biosphere during the coming decades will likely be on magnitudes relevant to climate mitigation strategies. However, the uptake rates are small in comparison to the European emissions from fossil fuel combustion, and will likely decline towards the end of the century. Uncertainty in climate change projections is a key driver for uncertainty in simulated land-atmosphere carbon fluxes and needs to be accounted for in mitigation studies of the terrestrial biosphere. Kohlenstoffspeicherung in terrestrischen Ökosystemen reduziert derzeit die Wirkung anthropogener CO2-Emissionen auf das Klimasystem, indem sie die Wachstumsrate der atmosphärischer CO2-Konzentration verlangsamt. Die heutige terrestrische Kohlenstoffbilanz wird wesentlich von Klima- und Landnutzungsänderungen beeinflusst. Diese Einflussfaktoren werden sich auch in den kommenden Dekaden auf die terrestrische Biosphäre auswirken, und dabei möglicherweise zu einer positiven Rückkopplung zwischen Biosphäre und Klimasystem aufgrund von starken Bodenkohlenstoffverlusten in einem wärmeren Klima führen. Quantitative Abschätzungen der Wirkung dieser Einflussfaktoren - sowie der mit ihnen verbundenen Unsicherheit - auf die terrestrische Kohlenstoffbilanz sind daher sowohl für das Verständnis des Erdsystems, als auch für eine langfristig angelegte Klimaschutzpolitik relevant. Um regionale Kohlenstoffbilanzen in die Zukunft zu projizieren, sind Modelle erforderlich, die die wesentlichen Prozesse des terrestrischen Kohlenstoffkreislaufes beschreiben. Die vorliegende Arbeit (1) analysiert die parameterbasierte Unsicherheit in Modellergebnissen eines der führenden globalen terrestrischen Ökosystemmodelle (LPJ-DGVM) im Vergleich mit unterschiedlichen ökosystemaren Messgrößen, sowie unter Klimawandelprojektionen, und erweitert damit bereits vorliegende Studien zu anderen Aspekten der Modelunsicherheit; (2) diskutiert unter theoretischen und experimentellen Aspekten verschiedene Hypothesen über die altersbedingte Abnahme des Waldwachstums, und implementiert die vielversprechenste Hypothese in das Model; (3) zeigt für eine europäische Fallstudie, wie Waldbestandsstatistiken erfolgreich für eine verbesserte Abschätzung von regionalen Kohlenstoffbilanzen in Wäldern durch prozessbasierten Modelle angewandt werden können; (4) untersucht die Auswirkung möglicher zukünftiger Klima- und Landnutzungsänderungen auf die europäische Kohlenstoffbilanz anhand von vier verschiedenen illustrativen Szenarien, jeweils unter Berücksichtigung von Klimawandelprojektionen vier verschiedener Klimamodelle. Eine erweiterte Version von LPJ-DGVM findet hierfür Anwendung, die eine umfassende Beschreibung der Hauptlandnutzungstypen beinhaltet. Die vorliegende Arbeit stellt einen Ansatz vor, um Unsicherheiten in der prozessbasierten Abschätzung von terrestrischen Kohlenstoffbilanzen auf regionaler Skala zu untersuchen und zu reduzieren. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass der Nettokohlenstoffaustausch zwischen terrestrischer Biosphäre und Atmosphäre unter heutigen klimatischen Bedingungen relativ sicher abgeschätzt werden kann, obwohl erhebliche Unsicherheit über die modelbasierte terrestrische Nettoprimärproduktion existiert. Prozessbasierte Modellierung und Waldbestandsstatistiken wurden erfolgreich kombiniert, um verbesserte Abschätzungen von regionalen Kohlenstoffvorräten und ihrer Änderung mit der Zeit zu ermöglichen. Die Anwendung des angepassten Modells in 77 europäischen Regionen zeigt, dass modellbasierte Abschätzungen des Biomasseaufwuchses in Wäldern weitgehend mit inventarbasierten Abschätzungen für verschiede Baumarten übereinstimmen. Unter Berücksichtigung von historischen Änderungen in Klima, atmosphärischem CO2-Gehalt, Waldfläche und Holzernte (1948-2000) reproduziert das Model auf europäischer Ebene die heutigen, auf Bestandsstatistiken beruhenden, Abschätzungen von Waldaltersstruktur, das Verhältnis von Zuwachs und Entnahme von Biomasse, sowie die Speicherungsraten im Kohlenstoffspeicher der Vegetation. Alternative Szenarien von zukünftigen Landnutzungs- und Klimaänderungen legen nahe, dass die Kohlenstoffaufnahme der europäischen terrestrischen Biosphäre von relevanter Größenordnung für Klimaschutzstrategien sind. Die Speicherungsraten sind jedoch klein im Vergleich zu den absoluten europäischen CO2-Emissionen, und nehmen zudem sehr wahrscheinlich gegen Ende des 21. Jahrhunderts ab. Unsicherheiten in Klimaprojektionen sind eine Hauptursache für die Unsicherheiten in den modellbasierten Abschätzungen des zukünftigen Nettokohlenstoffaustausches und müssen daher in Klimaschutzanalysen der terrestrischen Biosphäre berücksichtigt werden.

Diese Dissertation präsentiert Ergebnisse regionaler Niederschlagsabschätzungen für Namibia bei anthropogen verstärktem Treibhauseffekt, die mit der Methode des Statistischen Downscaling erzielt wurden. Über statistische Transferfunktionen werden Beziehungen zwischen großskaliger atmosphärischer Zirkulation und Namibischen Sommerregen aufgestellt. Dazu werden in einer 30-jährigen Kalibrierungsperiode Hauptkomponenten von Geopotentiellen Höhen verschiedener atmosphärischer Niveaus (300, 500, 1000hPa) mit den Niederschlagsmonatssummen (November bis März) von 84 Namibischen Stationen durch multiple Regressionsanalysen verknüpft, die für jede Station oder alternativ für Gitternetzniederschlagsdaten berechnet werden. Nach der Verifikation der statistischen Zusammenhänge in einem unabhängigen Zeitraum werden Regressionsmodelle jener Stationen bzw. Gitterpunkte selektiert, die mit signifikanten Korrelationen von r>0.4 zwischen beobachteten und modellierten Werten ausreichende Qualität garantieren. Diese Modelle werden eingesetzt, um unter Verwendung simulierter ECHAM3-T42 und ECHAM4tr-T42 Geopotentialdaten den lokalen Niederschlag für die jeweiligen Treibhauseffekt-Szenarien abzuschätzen. Als zusätzliche Methode, um die großskalige atmosphärische Zirkulation mit lokalen Stationsdaten zu verknüpfen, werden kanonische Korrelationsanalysen durchgeführt. Unabhängig von der Verfahrensweise resultieren für Klimabedingungen dreifacher bzw. transient ansteigender CO2-Konzentrationen im Vergleich zu einem Referenzzeitraum (1961-90) zunehmende Niederschläge in den nördlichen und östlichen Teilen Namibias von Dezember bis Februar. In den südlichen und südwestlichen Regionen sind von November bis Januar geringe Abnahmen zu verzeichnen. Die Abschätzungen für März zeigen einen deutlichen Rückgang der Niederschläge in ganz Namibia. Diese Ergebnisse weisen auf eine intensivierte, akzentuiertere Regenzeit hin, auch wenn die Gesamtmenge der Niederschläge unter Bedingungen des anthropogen verstärkten Treibhauseffekts mehr oder weniger gleich bleibt. Daher ist es von besonderer Bedeutung, die Abschätzungen der Niederschlagsänderungen auf monatlicher Ebene durchzuführen. Weitere Untersuchungen beinhalten die Trennung thermischer und dynamischer Effekte in den zur Abschätzung herangezogenen ECHAM3 und ECHAM4 Zirkulationsdaten. Durch die globale Erwärmung kommt es zu einer Anhebung der Geopotentiellen Höhen der Treibhauseffekt-Szenarien. Durch die Korrektur des Uplifting-Prozesses werden dynamisch induzierte Auswirkungen auf das Niederschlagsgeschehen erfasst. Áus der Verwendung uplifting-korrigierter Geopotentialdaten als Prädiktoren in der Downscaling-Prozedur resultieren sowohl im positiven als auch negativen Bereich geringere Änderungsraten in den Abschätzungsergebnissen. Ohne Zweifel reagiert das Klimasystem auf den anthropogen verstärkten Treibhauseffekt. In Bezug auf zukünftige Namibische Sommerregen ist es von besonderer Bedeutung die Auswirkungen des Treibhauseffekts regional und temporal zu differenzieren., This thesis presents results of regional rainfall assessments in Namibia, under conditions of man-made enhanced greenhouse warming. The results are obtained by statistical downscaling procedures. Relations between large-scale atmospheric circulation and Namibian summer rainfall are established by statistical transfer functions. For this purpose, principle components of geopotential heights of different atmospheric levels (300, 500, 1000hPa) and monthly rainfall data of 84 Namibian stations are linked by stepwise multiple regression analyses for every station, or alternatively for gridded rainfall data. The analyses were done on a monthly basis (November – March) during a 30-year calibration period. After verifying these statistical relations in an independent period, stations, or grids, with regression models of sufficient quality (significant correlation r>0.4 between observed and modeled data) are selected and used to assess local rainfall for greenhouse gas-scenarios from simulated ECHAM3-T42 and ECHAM4tr-T42 geopotential height data. As additional method to connect large scale circulation features with local station rainfall data, canonical correlation analyses are applied. Independent of the procedure, results for climate conditions of threefold respectively transient increase in CO2-concentrations, compared to a reference period (1961-90), show an increase of rainfall in northern and eastern parts of Namibia for December to February. Slight decreases in southern and southwestern regions from November to January are seen. Assessments for March indicate a distinct decrease over the whole country. These findings point to an intensified, more accentuated rainy season, however, the amount of rainfall remains more or less the same under conditions of enhanced greenhouse warming. Therefore it is of special importance to assess rainfall changes on a monthly basis. Further investigations consist of the separation of thermal and dynamical effects in ECHAM3 and ECHAM4 circulation data. Global warming produces a thermal uplifting of the geopotential heights used in climate change scenarios. By correction of this uplifting process, dynamical induced effects of rainfall events are captured. The use of uplifting corrected geopotential heights as predictors in the downscaling procedure in general leads to smaller changes of rainfall in the assessment results, both in positive and negative range. There is no doubt that the climate system reacts to man-made enhanced greenhouse warming. With regard to future Namibian summer rainfall, it is important to differentiate the effects of greenhouse warming on a regional and temporal scale.

Massenmedien operieren bei der Vermittlung wissenschaftlicher Inhalte und Erkenntnisse häufig mit der Verwendung metaphorischer Bezüge. Metaphern erfüllen neben einer kognitiven Funktion, wenn sie zum Beispiel der Veranschaulichung eines abstrakten Gegenstands oder Sachverhalts dienen, auch eine kommunikative Funktion, wenn sie sich in metaphorischen Szenarien konkretisieren und spezifischen antizipierten Adressatenvoraussetzungen angepasst werden. Damit ist der Rückgriff auf metaphorische Bezüge für die Wissenschaftsberichterstattung zunächst aus zwei Gründen interessant. Zum einen veranschaulichen sie die komplexen Zusammenhänge wissenschaftlicher Erkenntnisse, zum anderen lässt sich die Berichterstattung durch die Konstruktion metaphorischer Szenarios adressatengerecht "aufbereiten". Im Rahmen dieser Arbeit wird untersucht, ob Metaphorisierung in der Berichterstattung der Printmedien noch eine weitere Funktion erfüllt: Journalisten sind bei ihrer Nachrichtenauswahl auf Selektionsentscheidungen angewiesen. Diese Selektionsentscheidungen treffen sie auf der Grundlage bestimmter Nachrichtenwerte, die den Ereignissen oder Nachrichten zugewiesen werden. Wissenschaftliche Nachrichten genügen in der Regel nicht den Anforderungen der Nachrichtenwerte, wie sie durch die Nachrichtenwert-Theorie definiert werden, sie spielen aber trotzdem eine zunehmend bedeutende Rolle in der Berichterstattung. Eine dieser Untersuchung zugrunde liegende Hypothese lautet, dass Metaphern neben den bereits erwähnten kognitiven und kommunikativen Funktionen eine weitere kommunikative Funktion zukommt: die Nachrichtenwerte der wissenschaftlichen Nachrichten zu erhöhen und damit die Relevanz der Nachricht für das Publikum zu konstruieren. Hauptgegenstand dieser Untersuchung ist die Berichterstattung über das wissenschaftliche Problem "anthropogener Klimawandel", die empirische Grundlage bildet dabei die Berichterstattung des Spiegels von 1986 - 1995. Angesichts des in der Forschung wie in der gesamtgesellschaftlichen Diskussion "brisanten" Themas Klimawandel, dem damit verbundenen Bedrohungscharakter und der asymmetrischen Distribution einschlägigen Wissens ist es fruchtbar, die Strukturen der massenmedialen Berichterstattung zu wissenschaftlichen Problemen an diesem Fall zu analysieren und zu diskutieren. Der anthropogene Klimawandel erweist sich als interessanter Fall, weil die Wissenschaft hier besonders und besonders explizit von den Medien als autoritative Kraft anerkannt wird und den zentralen Bezugspunkt der massenmedialen Kommunikation zu der Klimaproblematik bildet. Neben einer Orientierung an der Medien- und Nachrichtenwert-Theorie steht dabei als spezifischer linguistischer Analyseaspekt die Rolle kognitiver Metaphernmodelle im Vordergrund.

Die Einschätzungen zur wirtschaftlichen Bewertung von Klimaschutzmaßnahmen, insbesondere zur Steigerung der Energieeffizienz, sind sehr widersprüchlich. Dieses Buch erläutert anhand von Zahlenmaterial die analytischen Hintergründe und ist auch für Nicht-Ökonomen verständlich geschrieben. Die Autoren kommen zu dem Schluss, dass in vielen Bereichen rentable Energiesparpotentiale nicht erkannt und umgesetzt werden. Sie zeigen, dass bei der Verfolgung von Klimaschutzzielen und der Vorbeugung gegen Klimaschäden über erheblichen Gestaltungsspielraum verfügt. Mit der Entflechtung verschiedener Diskussionsebenen und dem Aufzeigen der Quellen für Fehlinterpretationen von Studienergebnissen leistet das Buch einen wichtigen Beitrag zur Versachlichung des Klimaschutzdiskussion.

Alessa Däger, Masterarbeit Alpen-Adria-Universität Klagenfurt 2021, Zusammenfassung in Englisch

Christina Tekalec, Masterarbeit Alpen-Adria-Universität Klagenfurt 2020, Zusammenfassung in Deutsch

Susanne Bolte Enthält Literaturverzeichnis auf Blatt 42-46 Masterarbeit PLUS University of Salzburg 2020