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Towards pollen accumulation rates as a measure of plant abundance a case study in NE-Germany

The aim of my study is to calibrate PAR from small lakes against tree biomass, which can be used to achieve quantitative estimates of biomass in the past. Furthermore, the relation between pollen percentages and plant abundance will also be investigated. As study area, the state Brandenburg was chosen, because it has a large number of lakes and is covered by different plant communities, like conifer forest, mixed forest, deciduous forest and open land. These are situated on a range of soil types in a terrain with little altitudinal differences. Lakes in different types of landscape were selected. They were of almost uniform size, mostly ranging from 100-300 m in diameter and without inflow and outflow. Deeper lakes in proportion to the lake size were preferred, to avoid lakes with a high pollen redeposition. In order to have an effective fieldwork and to get the broadest possible data spectrum for modeling, the relevant pollen source area of pollen (Sugita, 1994) was estimated, based on the map CORINE. The calculation shows that the pollen source area is approximately 5-6 km. However, we also sampled lakes which are situated closer together, especially when the landscape structure was very heterogenic at the small scale. From the surface samples of 50 lakes, the pollen percentages of different taxa will be compared with the information from the forest inventory data for different distances around the lakes to evaluate theoretical considerations of pollen source area. These data are available at the data base Datenspeicher Wald, which contains information about cover, age and biomass for the different tree species. This information was collected during the time of the German Democratic Republic (DDR) and is in the most continued. Concurrently, 15 of the short cores are selected for dating by 210Pb. PAR will be calculated based on the sedimentation rates obtained for these cores, so that PAR can be compared to tree biomass for different time slices over the past 50 years.

Einfluss von Landnutzung und Klimawandel auf gefährdete Vögel in Äthiopien und Schlussfolgerungen für deren Schutz: eine Fallstudie zu endemischen Frankolinen

Bodenbewohnende Hühnervogel-Arten wie Frankoline sind ideale Zielarten für die Untersuchung des Einflusses von Landnutzung und Habitatveränderungen auf die Biodiversität Äthiopiens. Diese methodisch breit angelegte Studie befasst sich daher mit zwei äthiopischen Frankolin-Arten (Harwood-Frankolin Pternistis harwoodi und Hochland-Frankolin Scleroptila psilolaema). Sie zielt auf umfassende Analysen von Schutzmaßnahmen und Landnutzungs-Management ab, die auch auf andere Regionen übertragbar sein sollen. Letztendlich soll das Projekt art- und gebietsspezifische Empfehlungen für einen effektiven Schutz generieren. Dieses Projekt ist Teil eines Forschungsvorhabens zur Vogelwelt Äthiopiens und ist vernetzt mit dem Projekt zu endemischen äthiopischen Frankolinen.

Menschliches Bioklima in der Arktis im Zeitalter des Klimawandels

Der Klimawandel hat in der Arktis weitreichende direkte und indirekte Auswirkungen auf die Gesundheit der indigene und nicht-indigene Bevölkerung. Die Klima- und Wetterbedingungen der nördlichen Breiten und die jüngsten dramatischen Klimaveränderungen führen zu Temperaturextremen, die sich auf die soziale und wirtschaftliche Struktur der städtischen und ländlichen Gebiete auswirken werden. Eine eingehende Analyse dieser Veränderungen sollte sich sowohl mit den spezifischen natürlichen und sozialen Merkmalen befassen als auch mit den Anliegen der indigenen Bevölkerung. Das menschliche Wohlbefinden im Kontext von Klima- und Wetterextremen lässt sich mit dem Universal Thermal Climate Index (UTCI) erfassen. Während die Lufttemperatur allein ein guter Indikator für die aktuellen und zukünftigen Wetter- und Klimabedingungen ist, kann das Wohlbefinden durch starke Winde und hohe Luftfeuchtigkeit beeinflusst werden. Gerade in Küstengebieten verschärfen sich die klimatischen Situationen im Winter durch das Zusammenspiel von Wind und Kälte. Das Projekt zielt darauf ab, die aktuellen bioklimatischen Bedingungen zu identifizieren und mittels dem UTCI zu bewerten. Der Schwerpunkt liegt auf der thermischen Belastung für den menschlichen Körper und der Bewertung der sozialen Anfälligkeit, die sich aus den rezenten extremen klimatischen Schwankungen in der Arktis ergeben. Es werden auch die positiven Folgen der globalen Klimaerwärmung und der gesellschaftliche Nutzen aus diesen Veränderungen der nördlichen Breitengrade diskutiert. Zur Bestimmung der sozialen Verwundbarkeit und der sozialen Sensibilität und Anpassungsfähigkeit in den nördlichen Breiten berechnen wir den Social Vulnerability Index (SVI). Die SVI konkretisiert die sozialen Probleme, die sich aus dem fortschreitenden Klimawandel ergeben und liefert Erkenntnisse für die Entwicklung von Anpassungsstrategien in dieser Region. Um sich in die regionalen Details des SVI zu vertiefen, wird das sozioökonomische Umfeld der Gemeinden im Norden Norwegens als Fallstudie betrachtet. Die Ergebnisse des Projekts können als nützliches Instrument zur Minimierung von Bevölkerungsverlusten und zur Gewährleistung der sozialen Sicherheit in der Arktis dienen und politischen Entscheidungsträgern eine solide wissenschaftliche Grundlage für die Prävention und Eindämmung von Klimakatastrophen bieten, was für die Menschen in den nördlichen Gebieten äußerst wichtig ist in Zeiten des Klimawandels.

Vorhersage von Schüttungen alpiner Karstquellen im Hinblick auf den Klimawandel unter Verwendung neuer Deep Learning-Methoden

Karstgrundwasserleiter spielen im Alpenraum eine wichtige Rolle. Sie bedecken etwa 56% der Fläche, und ein erheblicher Teil der Bevölkerung ist ganz oder teilweise von Trinkwasser aus Karstquellen abhängig, die oft mit wertvollen Ökosystemen verbunden sind und zur Wasserkrafterzeugung beitragen. Die Alpen zählen nach Studien zu den am stärksten vom Klimawandel betroffenen Gebieten in Europa. Als Folge der steigenden Temperaturen werden sich die gespeicherten Mengen an Schnee und Eis stark verringern, was zu einer Verschiebung zwischen Wasserhaushaltskomponenten in Verbindung mit einer saisonalen Umverteilung der Niederschläge führt. Außerdem wird erwartet, dass Hoch- und Niedrigwasserereignisse häufiger auftreten werden. Der Stand der Technik bei der Modellierung der Schüttung von Karstquellen, meist mittels konventioneller numerischer Modelle, ist auf standortspezifische, oft aufwändige und nicht übertragbare wissenschaftliche Studien beschränkt, die manuelle Modellabstimmung und Kalibrierung erfordern. Bis heute gibt es keinen leicht übertragbaren Ansatz, der gleichzeitig auf viele Karstquelleinzugsgebiete anwendbar ist. In diesem Projekt werden wir einen modernen, Deep-Learning basierten Ansatz zur Modellierung der Schüttung von Karstquellen entwickeln, der sich besonders gut eignet, übertragbare Modelle, die Informationen von verschiedenen Standorten nutzen können, aufzubauen. Deep Learning ist ein Teilgebiet des maschinellen Lernens, basierend auf künstlichen neuronalen Netzen, das sich sowohl bei akademischen als auch bei industriellen Anwendungen als sehr erfolgreich erwiesen hat. Die vorgeschlagene Studienregion sind die Alpen, mit Karstgebieten in Österreich, der Schweiz, Deutschland, Frankreich, Italien und Slowenien, mit einem Schwerpunkt auf dem besonders vom Klimawandel betroffenen von der Alpenkonvention abgegrenzten Gebirgsgebiet. Als Grundlage der Studie dient das World Karst Spring Database (WoKaS). Es wird im Laufe des Projekts mit zusätzlichen Daten von Behörden und Wasserversorgern ergänzt, insbesondere in Regionen mit bislang schlechter Abdeckung. Die Arbeiten beinhalten die Erstellung eines umfassenden Datensatzes mit Einzugsgebietsattributen und meteorologischen Einflussgrößen für etwa 150 Quellen. Klassische Lumped-Parameter-Modelle werden als Benchmarks aufgesetzt und mit den neu entwickelten Deep-Learning basierten Modellergebnissen verglichen. Ziel ist es, die Eignung neuartiger Deep-Learning Modellansätze für die Abschätzung der Auswirkungen des Klimawandels für eine Vielzahl von kurz- und langfristigen Vorhersagen zu untersuchen. Eine vertiefende Fallstudie des Dachsteingebietes, dessen große Karstregion wesentlich zur Wasserversorgung und Wasserkrafterzeugung beiträgt, wird die vergleichende Untersuchung mit einem numerischen 3D-Modell erweitern. Schließlich werden die entwickelten Modelle dazu verwendet, um Auswirkungen des Klimawandels auf die alpinen Karstgrundwasserressourcen vorherzusagen.

Räumlich differenzierte Flächenpotentiale für erneuerbare Energien in Deutschland

Der verstärkte Ausbau erneuerbarer Energien ist erklärtes Ziel der Bundesregierung. Das Energiekonzept von 2010 formuliert hierzu Ausbauziele, die den Nutzungsdruck auf die verfügbaren Flächen deutlich erhöhen. Um Konflikte mit anderen Raumnutzungen zu vermeiden, ist es erforderlich, die regionalen Flächenpotenziale für die Nutzung erneuerbarer Energien zu kennen. Nur so kann jeder Raum entsprechend seiner Möglichkeiten optimal genutzt werden. Gegenstand und Zielsetzung: Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung, Erprobung und Anwendung eines praxisgerechten Berechnungsmodells zur Abschätzung der regionalen Flächenpotenziale der verschiedenen EE-Sparten. Hintergrund ist dabei nicht, Vorgaben bezüglich umsetzbarer Flächenpotenziale für Bundesländer oder Regionen zu generieren. Es soll vielmehr ein Beitrag zur Methodenentwicklung und -harmonisierung geleistet werden, der eine transparente Zieldiskussion ermöglicht, die es erlaubt, die raum- und umweltverträgliche Umsetzbarkeit von Beginn an adäquat in den Entscheidungsprozess einzubeziehen. Das Modell soll die Berechnung raum- und umweltverträglicher EE-Flächenpotenziale auf Bundes-, Landes- und regionaler Ebene ermöglichen und hinreichende Einzelfallgerechtigkeit aufweisen. Die Ergebnisse der Analyse sollen die Akteure in die Lage versetzen, Handlungsempfehlungen für den weiteren Ausbau EE formulieren zu können sowie bestehende Zielsetzungen auf ihre Raum- und Umweltverträglichkeit zu prüfen. Dazu soll den Akteuren eine Methodik angeboten werden, die - im Gegensatz zu bestehenden Analyseansätzen - Raumansprüche und Raumwirkungen der einzelnen EE-Sparten in Abhängigkeit von den naturräumlichen Potenzialen sowie von den politischen, rechtlichen und insbesondere planerischen, technischen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen berücksichtigt. Darüber hinaus wird eine flexible Anpassung des Kriterienkatalogs vor dem Hintergrund der Planungsebene sowie der regionalen Eigenschaften ermöglicht. Der Anwender soll mit dem bereitgestellten Grundgerüst der Methodik und mit den Erläuterungen zur ebenenspezifischen Anpassung eigene, regionsspezifische Auswertungen unter Verwendung eigener Restriktionskriterien durchführen können. Das Vorgehen wird anhand der Fallstudien verdeutlicht. Im Ergebnis des Vorhabens werden ein standartisierter Datenkatalog und Hinweise auf weitere, ggf. regional verfügbare Datensätze erarbeitet.

A behavioural economic analysis of moral hazards in food production: the case of deviant economic behaviour and disclosure policies on the restaurant, ready-to-eat and retail level

Deviant behaviour on various levels of the food supply chain may cause food risks. It entails irregular technological procedures which cause (increased probabilities of) adverse outcomes for buyers and consumers. Besides technological hazards and hitherto unknown health threats, moral hazard and malpractice in food businesses represent an additional source of risk which can be termed 'behavioural food risk'. From a regulatory perspective, adverse outcomes associated with deviance represent negative externalities that are caused by the breaking of rules designed to prevent them. From a rational choice perspective, the probability of malpractice increases with the benefits for its authors. It decreases with the probability of detection and resulting losses. It also decreases with bonds to social norms that protect producers from yielding to economic temptations. The design of mechanisms that reduce behavioural risks and prevent malpractice requires an understanding of why food businesses obey or do not obey the rules. This project aims to contribute to a better understanding of malpractice on the restaurant/retail level through comparative case studies and statistical analyses of food inspection and survey data. Accounting for the complexity of economic behaviour, we will not only look at economic incentives but consider all relevant behavioural determinants, including social context factors.

Förderung des Nexus zwischen Akteuren und Institutionen in der Waldbewirtschaftung: Theoretische Konstruktion und empirische Analyse in Sub-Sahara Afrika

Eine ungeklärte theoretische Struktur-Agentur-Debatte konzentriert sich auf die relative Position von Akteuren einerseits und Institutionen andererseits bei der Gestaltung der Bewirtschaftung natürlicher (Wald-)Ressourcen. Theoretische Belege für die (getrennte) Rolle von Institutionen und Akteuren bei der Gestaltung der Bewirtschaftung natürlicher Ressourcen sind in erheblichem Umfang dokumentiert worden, insbesondere in Subsahara-Afrika (SSA). Studien auf dem Gebiet der Institutionen haben die Quellen, die Typologie und die Auswirkungen verschiedener Formen von Institutionen auf die Waldnutzung in SSA untersucht, wobei die Rolle der Akteure in diesem Prozess nur sehr begrenzt berücksichtigt wurde. Akteurszentrierte Studien, insbesondere die theoretische Betrachtung der akteurszentrierten Macht, haben gleichermaßen die Vielfalt der Akteure, die Interessen und die Machtquellen analysiert, während die institutionelle Dimension im Kontext der Nutzung und Bewirtschaftung natürlicher Ressourcen, insbesondere der Wälder in SSA, weitgehend ignoriert wurde. Für eine ganzheitliche Betrachtung der Waldnutzung und -bewirtschaftung ist es jedoch erforderlich, die "Verbindung" zwischen Institutionen und Akteuren zu fördern, d.h. aufzuzeigen, wie Institutionen Einschluss-/Ausschlusskriterien für Akteure festlegen, um die Waldnutzung und -bewirtschaftung zu fördern oder einzuschränken, und wie Akteure ihre Machtressourcen einsetzen, um Institutionen durchzusetzen, zu modifizieren, weniger wirksam zu machen oder neu zu gestalten. Jüngste gemeinsame Akteurs-Institutionen-Analysen zu Waldsituationen in SSA haben keinen übergreifenden theoretischen Ansatz verwendet. Aufbauend auf früheren empirischen Studien zu Akteuren und Institutionen zielt dieses Forschungsvorhaben darauf ab, wissenschaftliche Erkenntnisse durch die Entwicklung eines umfassenden theoretischen Rahmens zu Akteuren und Institutionen zu gewinnen und diesen in drei soziokulturell und ökologisch unterschiedlichen SSA-Umfeldern empirisch zu testen: Kamerun, Ghana und Namibia. Das Forschungsvorhaben wird insbesondere die Inhaltsanalyse nutzen, um die Voraussetzungen für einen Akteure und Institutionen umfassenden theoretischen Rahmen zu erarbeiten und die Komponenten des Rahmens auszuarbeiten. Darüber hinaus wird eine auf Fallstudien basierende qualitative Inhaltsanalyse eingesetzt, um die Beziehungen zwischen Akteuren und Institutionen historisch zu kontextualisieren und ihre gemeinsame Rolle bei der Gestaltung der Ergebnisse der Waldbewirtschaftung zu analysieren. Quantitative Instrumente (Hauptkomponentenanalyse und Tobit-Modelle) werden eingesetzt, um die Auswirkungen von Akteuren und Institutionen auf die Bewirtschaftungsentscheidungen zu schätzen. Die Ergebnisse werden analytische Verallgemeinerungen über die Bedingungen unterstützen, unter denen sowohl Akteure als auch Institutionen gemeinsam Entscheidungen zur Waldbewirtschaftung in SSA und anderen Kontexten des globalen Südens beeinflussen.

Die Strukturen der Tagionosphären von Mars und Venus: Vergleich und Interpretation eines schnellen und flexiblen Modells mit laufenden Beobachtungen

Die Beobachtungen der Radio Science Experimente Mars Express Radio Science, Mars Global Surveyor Radio Science und Venus Express Radio Science liefern eine sehr große Datenbasis für die Elektronendichteverteilung der Tagionosphäre von Mars und Venus. In der Laufzeit des Original-Antrags erfolgte die Ableitung von Profileigenschaften/Umgebungsparametern und die Entwicklung eines schnellen, flexiblen zeitunabhängigen photochemischen Modells der ionosphärischen Elektronendichte (IonA-1) für Mars (Neutralatmosphäre: Mars Climate Database) und Venus (Neutralatmosphäre: VenusGRAM). Der Vergleich der beobachteten und modellierten MaRS und VeRa Parameter des ionosphärischen Hauptmaximums (M2/V2) ergaben für Mars global eine exzellente Übereinstimmung, aber nicht für Venus (unrealistische VenusGRAM Neutralatmosphäre, Peter et al., 2014). Für die Modellierung kleinskaliger Ionosphärenmerkmale wird jedoch die individuelle Übereinstimmung der jeweiligen M2/V2 Höhen und Breiten benötigt, da dies auf Ähnlichkeiten zwischen realer und Modellatmosphäre zur Zeit der Beobachtung hinweist. Für die Modellierung von Meteorschichten unterhalb der Sekundärschicht M1/V1 wurden Fallstudien mit entsprechenden MaRS Profilen in Kombination mit einem Modell für Meteorschichten (IonA/MSDM) durchgeführt. MSDM berücksichtigt die Deponierung von Mg und Fe in eine Atmosphäre und simuliert die Bildung von Metallionen durch Photoionisation/Ladungsaustausch. Ein zusätzlich entwickeltes hydrostatisches 1D Modell der Neutralatmosphäre für ionosphärischen Höhen (NIA) bildet als flexiblere Neutralatmosphäre mit kleinskaligem Höhengitter die Basis für die Anwendung von IonA auf einen größeren Beobachtungsdatensatz. Die Weiterentwicklung von IonA-1 zu einem zeitabhängigen photochemischen Modell mit komplexem Reaktionsschema (Iona-2) ermöglicht die Modellierung von ionosphärischen Ionen. Der Fortsetzungsantrag soll NIA und IonA-2 koppeln, um ein detaillierteres Verständnis der Wechselwirkung zwischen den Ionosphären und Neutralatmosphären in ionosphärischen Höhen zu erreichen. Die Radio Science Beobachtungen der unteren Neutralatmosphäre erfolgen fast zeitgleich mit den Ionosphärenbeobachtungen und bietet so eine erste Abschätzung der Neutraldichte für NIA. Das gekoppelte Modell der Neutralatmosphäre/Ionosphäre mit konsistenter Berechnung der Neutral, Ionen- und Elektronentemperaturen (a) deckt den transportdominierten Bereich der Ionosphäre oberhalb von M2/V2 ab, (b) liefert eine realistischere Modellierung der Anomalien unterhalb von M1/V1, (c) schätzt den Beitrag der sekundären Ionisation in M1/V1/M2/V2 ab, (d) liefert Erklärungen für den sog. Bulge, eine anomale Anhäufung von Elektronen in der Topside und (e) stellt mögliche Zustände der Neutralatmosphäre in ionosphärischen Höhen während der Beobachtungen zur Verfügung. Der letzte Punkt dient der Weiterentwicklung von globalen Zirkulationsmodellen, besonders für Venus, da die Datenlage im entsprechenden Höhenbereich sehr schlecht ist.

Umweltprobleme, Umweltplanung in Entwicklungslaendern, vor allem in Lateinamerika: Oekosystemforschung in Mangrovewaeldern Kolumbiens

Ausgehend von den Determinanten der Umweltplanung (politische, gesellschaftliche und juristische Rahmenbedingungen) werden die wichtigsten Problembereiche bzw. Defizite der Umweltplanung (z.B. normative und administrative Maengel) definiert. Eine Fallstudie bezieht sich auf das Nutzungspotential der Mangrovewaelder Kolumbiens. Auswertung der Luft- und Satellitenbilder/Einsatz von Techniken der Datenverarbeitung mit Hilfe des Geographischen Informationssystems/Oekologische Feldforschung/Mangrovenressourcen und deren oekonomische Bedeutung/Untersuchung der oekologischen Verhaeltnisse der Cienaga Grande de Santa Marta/Ursachenanalyse der Mangrovendegradation/Formulierungen zu Konsequenzen fuer die Entwicklungszusammenarbeit/Beruecksichtigung der Ende 1993 in Kraft tretenden neuen Richtlinien fuer die Umweltplanung in Kolumbien.

Forest management in the Earth system

The majority of the worlds forests has undergone some form of management, such as clear-cut or thinning. This management has direct relevance for global climate: Studies estimate that forest management emissions add a third to those from deforestation, while enhanced productivity in managed forests increases the capacity of the terrestrial biosphere to act as a sink for carbon dioxide emissions. However, uncertainties in the assessment of these fluxes are large. Moreover, forests influence climate also by altering the energy and water balance of the land surface. In many regions of historical deforestation, such biogeophysical effects have substantially counteracted warming due to carbon dioxide emissions. However, the effect of management on biogeophysical effects is largely unknown beyond local case studies. While the effects of climate on forest productivity is well established in forestry models, the effects of forest management on climate is less understood. Closing this feedback cycle is crucial to understand the driving forces behind past climate changes to be able to predict future climate responses and thus the required effort to adapt to it or avert it. To investigate the role of forest management in the climate system I propose to integrate a forest management module into a comprehensive Earth system model. The resulting model will be able to simultaneously address both directions of the interactions between climate and the managed land surface. My proposed work includes model development and implementation for key forest management processes, determining the growth and stock of living biomass, soil carbon cycle, and biophysical land surface properties. With this unique tool I will be able to improve estimates of terrestrial carbon source and sink terms and to assess the susceptibility of past and future climate to combined carbon cycle and biophysical effects of forest management. Furthermore, representing feedbacks between forest management and climate in a global climate model could advance efforts to combat climate change. Changes in forest management are inevitable to adapt to future climate change. In this process, is it possible to identify win-win strategies for which local management changes do not only help adaptation, but at the same time mitigate global warming by presenting favorable effects on climate? The proposed work opens a range of long-term research paths, with the aim of strengthening the climate perspective in the economic considerations of forest management and helping to improve local decisionmaking with respect to adaptation and mitigation.

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