TY  - THES
A1  - Vogt, Gernot
T1  - Future changes and signal analyses of climate means and extremes in the Mediterranean Area deduced from a CMIP3 multi-model ensemble
T1  - Zukünftige Veränderungen und Signalanalysen klimatischer Mittelwerte und Extremereignisse im Mittelmeerraum abgeleitet aus einem Multi-Modell Ensemble der CMIP3-Datenbank
N2  - Considering its social, economic and natural conditions the Mediterranean Area is a highly vulnerable region by designated affections of climate change. Furthermore, its climatic characteristics are subordinated to high natural variability and are steered by various elements, leading to strong seasonal alterations. Additionally, General Circulation Models project compelling trends in specific climate variables within this region. These circumstances recommend this region for the scientific analyses conducted within this study. Based on the data of the CMIP3 database, the fundamental aim of this study is a detailed investigation of the total variability and the accompanied uncertainty, which superpose these trends, in the projections of temperature, precipitation and sea-level pressure by GCMs and their specific realizations. Special focus in the whole study is dedicated to the German model ECHAM5/MPI-OM. Following this ambition detailed trends and mean values are calculated and displayed for meaningful time periods and compared to reanalysis data of ERA40 and NCEP. To provide quantitative comparison the mentioned data are interpolated to a common 3x3° grid.
The total amount of variability is separated in its contributors by the application of an Analysis of Variance (ANOVA). For individual GCMs and their ensemble-members this is done with the application of a 1-way ANOVA, separating a treatment common to all ensemble-members and variability perturbating the signal given by different initial conditions. With the 2-way ANOVA the projections of numerous models and their realizations are analysed and the total amount of variability is separated into a common treatment effect, a linear bias between the models, an interaction coefficient and the residuals.
By doing this, the study is fulfilled in a very detailed approach, by considering yearly and seasonal variations in various reasonable time periods of 1961-2000 to match up with the reanalysis data, from 1961-2050 to provide a transient time period, 2001-2098 with exclusive regard on future simulations and 1901-2098 to comprise a time period of maximum length. The statistical analyses are conducted for regional-averages on the one hand and with respect to individual grid-cells on the other hand. For each of these applications the SRES scenarios of A1B, A2 and B1 are utilized. Furthermore, the spatial approach of the ANOVA is substituted by a temporal approach detecting the temporal development of individual variables. Additionally, an attempt is made to enlarge the signal by applying selected statistical methods.
In the detailed investigation it becomes evident, that the different parameters (i.e. length of temporal period, geographic location, climate variable, season, scenarios, models, etc…) have compelling impact on the results, either in enforcing or weakening them by different combinations. This holds on the one hand for the means and trends but also on the other hand for the contributions of the variabilities affecting the uncertainty and the signal. While temperature is a climate variable showing strong signals across these parameters, for precipitation mainly the noise comes to the fore, while for sea-level pressure a more differentiated result manifests. In turn, this recommends the distinguished consideration of the individual parameters in climate impact studies and processes in model generation, as the affecting parameters also provide information about the linkage within the system.
Finally, an investigation of extreme precipitation is conducted, implementing the variables of the total amount of heavy precipitation, the frequency of heavy-precipitation events, the percentage of this heavy precipitation to overall precipitation and the mean daily intensity from events of heavy precipitation. Each time heavy precipitation is defined to exceed the 95th percentile of overall precipitation. Consecutively mean values of these variables are displayed for ECHAM5/MPI-OM and the multi-model mean and climate sensitivities, by means of their difference between their average of the past period of 1981-2000 and the average of one of the future periods of 2046-2065 or 2081-2100. Following this investigation again an ANOVA is conducted providing a quantitative measurement of the severity of change of trends in heavy precipitation across several GCMs. 
Besides it is a difficult task to account for extreme precipitation by GCMs, it is noteworthy that the investigated models differ highly in their projections, resulting partially in a more smoothed and meaningful multi-model mean. Seasonal alterations of the strength of this behaviour are quantitatively supported by the ANOVA.
N2  - Bezüglich seiner sozialen, wirtschaftlichen und natürlichen Gegebenheiten ist  der Mittelmeerraum eine Region, die in Anbetracht des zu erwartenden Klimawandels äußerst anfällig ist. Seine klimatischen Eigenschaften sind hoher natürlicher Variabilität, unterschiedlichen Antriebsmechanismen, sowie einer starken saisonalen Schwankung unterworfen. Zudem projizieren Globale Zirkulationsmodelle für diese Region aussagekräftige Trends für ausgewählte Klimavariablen. Diese Vorraussetzungen machen den Mittelmeerraum zu einem hervorragenden Studienobjekt für diese wissenschaftliche Arbeit. Auf der Basis der CMIP3 Datenbank ist das zu Grunde liegende Ziel dieser Arbeit eine detaillierte Untersuchung der Gesamtvariabilität und der damit einhergehenden Unsicherheit, die in den Projektionen der Globalen Zirkulationsmodelle und deren einzelnen Realisationen die Trends der Variablen Temperatur, Niederschlag und Druck überlagert. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf dem deutschen Modell ECHAM5/MPI-OM. Für dieses Ziel werden Trends und Mittelwerte für aussagekräftige Zeitperioden berechnet und graphisch den Reanalysedatensätzen NCEP und ERA40 gegenübergestellt. Um quantitative Vergleiche zu ermöglichen werden die angesprochenen Datensätze auf ein gemeinsames geographisches Gitter von 3x3° interpoliert.
Der Gesamtanteil der Variabilität wird in seine Entstehungsquellen durch die Anwendung einer Varianzanalyse (ANOVA) aufgeteilt. Dies wird mit einer 1-Wege Varianzanalyse für einzelne Globale Zirkulationsmodelle und ihre Realisationen durchgeführt, wobei ein Anteil dem Signal entspricht, das in allen Realisationen vorhanden ist und ein Anteil dem Rauschen zugeordnet werden kann, das das Signal überlagert und unterschiedlichen Anfangsbedingungen des Modells geschuldet ist. Durch eine 2-Wege Varianzanalyse werden die unterschiedlichen Realisationen mehrerer Klimamodelle in eine Analyse eingebunden, wobei der Anteil der Gesamtvariabilität wiederum in einen gemeinsamen Signalanteil, einem Anteil des linearen Unterschieds zwischen den verschiedenen Klimamodellen, einem Interaktionskoeffizient und dem Rauschen aufgeteilt werden.
Die Anwendung dieser Verfahren wird detailliert ausgeführt, indem die Analysen auf jährlicher und saisonaler Grundlage für unterschiedliche Zeitperioden, nämlich 1961-1990 für den Vergleich mit den Reanalysedatensätzen, 1961-2050 als eine Übergangsperiode zwischen den Szenarien, 2001-2098 als reinen zukünftigen Betrachtungszeitraum und 1901-2098 um eine maximal umfassende Zeitperiode zu erhalten, betrachtet werden. Die statistischen Verfahren werden sowohl für regionale Mittelwerte als auch für einzelne Gitterpunkte berechnet. Für jede dieser Berechnungen werden die SRES Szenarien A1B, A2 und B1 herangezogen. Zudem wird der räumliche Ansatz der ANOVA ebenso durch einen zeitlichen ersetzt, wodurch die zeitliche Entwicklung der einzelnen Variabilitäten dargestellt wird. Des Weiteren wird durch gezielte statistische Methoden versucht, künstlich verstärkte Signale zu detektieren.

Durch die detaillierte Untersuchung wird offenkundig, dass die unterschiedlichen Randbedingungen (hier die Länge der Zeitperiode, der geographische Ort, die Bezugsvariable, die Saison, das Szenario, das Modell, etc…) eine entscheidende Rolle für das Ergebnis spielen, indem sie einerseits durch deren unterschiedlicher Kombination es sowohl verstärken als auch glätten können. Dies gilt sowohl für die Mittelwerte und die Trends als auch für die unterschiedlichen Partitionen der Variabilitäten, die wiederum die Unsicherheiten und das Signal beeinflussen. Während Temperatur starke Signale über alle dieser Randbedingungen aufweist, so zeigt sich für Niederschlag hauptsächlich ein starkes Rauschen, während für Druck eine sehr ambivalente Verteilung hervortritt. Dies wiederum beweist, dass dieser differenzierte Ansatz bezüglich der Betrachtung der Abhängigkeit dieser Randebedingungen unabdinglich in Klimafolgestudien und der Modellentwicklung ist, da diese Bedingungen auch Informationen über die Wechselbeziehungen im System beinhalten.
Schließlich wird noch die Entwicklung von Extremereignissen hinsichtlich der Niederschlagsmengen von Extremereignissen, der Häufigkeit der Ereignisse von extremen Niederschlagsmengen, dem prozentualen Anteil der Niederschlagsmenge aus Extremereignissen zu der Gesamtniederschlagsmenge und der mittleren täglichen Intensität von Niederschlagsextremereignissen untersucht. Hierbei wird ein Extremereignis als ein Ereignis definiert, das in seiner Menge oberhalb des 95.Perzentils der Menge der Gesamtereignisse liegt. So werden Mittelwerte dieser Variablen für ECHAM5/MPI-OM und über alle Modelle  sowie deren Veränderungen zwischen ihren Mittelwerten aus den Zeiträumen der Vergangenheit 1981-2000 und den zukünftigen Perioden von 2046-2065 oder 2081-2100 gezeigt. Der Struktur dieser Studie folgend,  wird wiederum eine ANOVA angewendet um eine quantitative Ermessung der Stärke der Veränderung im Erscheinungsbild von Extremniederschlagsereignissen über eine Vielzahl verschiedener Zirkulationsmodelle zu gewinnen. 
Ungeachtet der schwierigen Tatsache, Extremniederschlagsereignisse aus GCMs abzuleiten, ist es erwähnenswert, dass die betrachteten Modelle stark in ihren Projektionen abweichen, was wiederum zu einem in einem gemäßigten und aussagekräftigerem Multi-Modell Mittelwert führt. Saisonale Unterschiede in diesem Verhalten können durch die ANOVA quantitativ belegt werden.
KW  - Klimaschwankung
KW  - Klimaänderung
KW  - Mittelmeerraum
KW  - Varianzanalyse
KW  - Hochschulschrift
KW  - Climate
KW  - Climate Change
KW  - Analysis of Variance
KW  - ANOVA
KW  - Mediterranean
KW  - Signal Noise
KW  - Uncertainty
KW  - General Circulation Model
KW  - Klima
KW  - Extremwert
KW  - Modell
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-117369
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TY  - THES
A1  - Tran, Nam Binh
T1  - Climate change assessment in Southeast Asia and implications for agricultural production in Vietnam
T1  - Der Klimawandel : Beurteilung in Südostasien und Implikationen für die landwirtschaftliche Produktion in Vietnam
N2  - Seit vielen Jahren ist die Erforschung von Klimawandel und -schwankungen das zentrale Thema der Klimatologie. Besonderes deutlich wird dies anhand der IPCC-Berichte, ebenso wie der zahlreichen Einzelstudien zur Entwicklung des Klimas auf unterschiedlichsten raum-zeitlichen Skalen. Insbesondere seit den 1980er Jahren befassen sich zahlreiche Forschungsgruppen weltweit mit der systematischen Sammlung, Aufbereitung und auch Auswertung von Klimadaten. Diese Datengrundlage erlaubt Analysen zur Entwicklung der globalen Lufttemperatur, des Niederschlags und anderer Klimaelemente (Jones et al., 1986; Hansen und Lebedeff, 1987; Vinnikov et al., 1987, 1990). Das wichtigste übergreifende Ergebnis dieser Untersuchungen ist die Feststellung einer globalen Erwärmung während des 20. Jahrhunderts, die sich in den beiden letzten Jahrzehnten besonders intensivierte. Abschätzungen über die Art und Stärke des Klimawandels auf größeren, planungsrelevanten Massstäben sind jedoch nach wie vor mit großen Unsicherheiten verbunden. Für eine detailliertere Erforschung der Auswirkungen der globalen Erwärmung auf regionaler oder gar lokaler Ebene besteht daher noch großer Forschungsbedarf. In dieser Dissertation wird zu diesem Zweck ein statistischer Ansatz verfolgt. Dieser erlaubt die Identifikation systematischer Unterschiede zwischen den Ausprägungen klimatologischer Feldgrößen (bodennahe Lufttemperatur und Niederschlag) wie sie von sogenannten General Circulation Models (GCMs) simuliert werden im Vergleich zu den betreffenden Parametern aus Beobachtungsdaten. Als Beobachtungsdaten werden die NCEP Reanalysen, die statistisch interpolierten Datensätze der CRU sowie Stationsdaten aus Vietnam verwendet. Hierbei zeigt sich, dass die aktuellen Klimamodelle die räumlichen Muster der betrachteten Variablen in befriedigender Weise reproduzieren. Die Analyse des regionalen Klimawandels in Südost-Asien erfolgt durch die Auswertung von Klimamodellrechnungen. Diese wurden von verschiedenen GCMs durchgeführt, wobei unterschiedliche Annahmen über die zukünftigen Treibhausgasemissionen berücksichtigt wurden. Der Fokus dieser Dissertation ist die Analyse der projizierten zeitlichen Entwicklung von bodennaher Temperatur und Niederschlag im 21. Jahrhundert. Hierbei werden sowohl jährliche als auch saisonale Mittelwerte bzw. Summen berücksichtigt. Neben diesen rein physikalisch-klimatologischen Betrachtungen behandelt diese Dissertation auch einen angewandten Aspekt, nämlich den Impakt des Klimawandels auf die Landwirtschaft, exemplarisch untersucht am Beispiel Vietnams. Für die Abschätzung der Vulnerabilität dieses essentiellen Wirtschaftsbereiches wird ein statistisches Modell entwickelt in das an klimatischen Parametern die bodennahe temperatur sowie der Niederschlag einfliessen. Diese Untersuchung leistet damit einen wichtigen Beitrag zum Wissenstand über die Auswirkungen des Klimawandels in den niederen Breiten. Die sozio-ökonomische Entwicklung jedes Staates der Erde wird von den Folgen des Klimawandels beeinflusst, allerdings variiert der Grad der Beeinträchtigung erheblich. Vermutlich werden Entwicklungsländer wie Vietnam die Auswirkungen des Klimawandels besonders stark zu spüren bekommen. Die Ursachen für diese hohe Vulnerabilität liegen unter anderem in der Wirtschaftsstruktur: der allgemein hohe Stellenwert natürlicher Ressourcen und eine geringe Diversität verringern hier die Möglichkeiten zur Adaption an die beobachteten und projizierten Veränderungen. Die vorliegende Dissertation gliedert sich wie folgt: In Kapitel 1 stellt eine allgemeine Einführung zur Thematik dar. Die Begriffe Klima und Klimawandel sowie einige übliche Modelle zum Klimawandel, verbunden mit einer Abwägung der spezifischen Vor- und Nachteile, werden erläutert. Kapitel 2 beschäftigt sich mit der Methodik. Hier werden die räumliche Interpolation sowie die angewendeten explorativen und inferentiellen statistischen Verfahren diskutiert. Die Kapitel 3 und 4 beschreiben die Datengrundlage und die betrachtete Region. Im Kapitel 5 werden die Untersuchungsergebnisse dargelegt. In Kapitel 6 erfolgt die Abschlussbetrachtung und ein Ausblick auf die Zukunft. Am Ende der Dissertation finden sich die verwendeten Quellen sowie ein Appendix mit landwirtschaftlichen Daten.
N2  - For many years, the study of climatic changes and variations has become the main objective of climatic research, as has been appreciated in the IPCC's reports and several publications regarding climatic evolution on different space-time scales. Since the 80's, many research groups have generated the extensive database from which the analysis of temperature, precipitation and other climatic parameters has been performed on a global scale (Jones et al., 1986; Hansen and Lebedeff, 1987, 1988; Vinnikov et al., 1987, 1990). The most important result of these research projects is the evidence of global warming during the 20th century, especially in the last two decades. However, numerous challenges still exist about the structure and dimension of the climatic change on a considerable scale. Therefore, it is necessary to carry out studies on a local and regional scale that allow for a more precise evaluation of the global warming phenomenon. A statistical analysis approach was developed to identify systematic differences between large-scale climatic variable from the General Circulation Models (GCM), NCEP, CRU re-analysis data set and climatic parameters (temperature and precipitation data). Models are able to satisfactorily reproduce the spatial patterns of the regional temperature and precipitation field. The response of the climate system to various emission scenario simulated by the GCM was used to analyze and predict the local climate change. The main objective of this study is to analysis the time evolution of the annual and seasonal temperature and precipitation during the 21st century and in order to contribute to our knowledge of temperature and precipitation trends over the century on a regional scale, not only in Southeast Asia but also in Vietnam; the study focuses to develop a dynamical – statistical model describing the relationship between the major climate variation and agricultural production in Vietnam. This study will be an important contribution to the present-day assessment of climate change impacts in the low latitudes. Regional scenarios of climate change, including both rainfall and mean temperature were then used to assess the impact of climate change on crop production in the region in order to evaluate the vulnerability of the system to global warming. Climate change has adverse impacts on the socio - economic development of all nations. But the degree of the impact will vary across nations. It is expected that changes in the earth's climate will impact on developing countries like Vietnam, in particular, hardest because their economies are strongly dependent on crude forms of natural resources and their economic structure is less flexible to adjust to such drastic changes. In Chapter 1: Introduction and background I describe in general terms climate, climate change, climate change model with benefits and problems. Chapter 2: methodology discusses the methods including interpolation, validation, clustering, correlation and regression which were applied in the study. Chapter 3 and chapter 4 describe the database and study area. The most important is chapter 5 Results. The last is chapter 6 Conclusion and outlook followed by the reference list and an appendix.
KW  - Klimaänderung
KW  - Südostasien
KW  - agrarwirtschaftliche Produktion
KW  - Vietnam
KW  - agricultural production
KW  - climate change
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-64570
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TY  - THES
A1  - Strauch, Ulrike
T1  - Wassertemperaturbedingte Leistungseinschränkungen konventioneller thermischer Kraftwerke in Deutschland und die Entwicklung rezenter und zukünftiger Flusswassertemperaturen im Kontext des Klimawandels
N2  - Mit der vorliegenden Arbeit werden konventionelle thermische Kraftwerke an deutschen Flüssen identifiziert, bei denen aufgrund hoher Flusswassertemperaturen im Zusammenhang mit wasserrechtlichen Grenzwerten Leistungseinschränkungen auftraten. Weiterhin wird aufgezeigt, wie sich die Wassertemperaturen der Flüsse in der Vergangenheit (rezent) entwickelt haben und wie sie sich zukünftig im Kontext des Klimawandels entwickeln könnten.
Mittels Literaturrecherche, Medienanalyse und schriftlicher Befragung wurden konventionelle thermische Kraftwerke identifiziert, welche wassertemperaturbedingte Leistungseinschränkungen verzeichneten. Die meisten dieser Leistungseinschränkungen zwischen 1976 und 2007 zeigen sich bei großen Kraftwerken mit einer elektrischen Bruttoleistung über 300 Megawatt, bei Steinkohle- und Kernkraftwerken, bei Kraftwerken mit Durchlaufkühlung und bei solchen, die zwischen 1960 und 1990 in Betrieb gingen.
Trendanalysen interpolierter und homogenisierter, rezenter Wassertemperaturzeitreihen deutscher Flüsse ergeben positive Trends v. a. im Frühjahr und Sommer. Die Zählstatistik zeigt in den Jahren 1994, 2003 und 2006 die meisten Tage mit sehr hohen und extrem hohen Wassertemperaturen in den Sommermonaten. In diesen Jahren traten gleichzeitig 63 % aller identifizierter wassertemperaturbedingter Leistungseinschränkungen bei Kraftwerken, meist zwischen Juni und August, auf.
Für die Trendanalysen und den Mittelwertvergleich simulierter zukünftiger Wassertemperaturzeitreihen wurden drei Szenarien – B1, A1B und A2 sowie drei Zukunftsperioden 2011-2040, 2011/2041-2070, 2011/2071-2100 betrachtet. Es ergeben sich für die Zukunftsperiode 2011-2040 des A1B- oder A2-Szenarios in mindestens einem der Sommermonate eine Erwärmung und für das B1-Szenario negative oder keine Trends. Die mittleren Wassertemperaturen der Zukunftsperiode 2011-2040 zeigen in allen drei Szenarien gegenüber denen der Klimanormalperiode 1961-1990 positive Unterschiede in mindestens einem der Sommermonate. Für die beiden späteren Zukunftsperioden bis 2070 bzw. bis 2100 liegen in allen Wassertemperaturzeitreihen der drei Szenarien im Sommer positive Trends bzw. Differenzen gegenüber den mittleren Wassertemperaturen der Klimanormalperiode vor.
Durch die Synthese der drei Analysen ist erkennbar, dass Isar, Rhein, Neckar, Saar, Elbe und Weser die meisten Kraftwerksstandorte mit wassertemperaturbedingten Leistungseinschränkungen verzeichnen. Es zeigen sich hier positive Trends sowohl in den rezenten als auch zukünftigen Wassertemperaturen für die Zukunftsperiode 2011-2040 des A1B- und A2-Szenarios in jeweils mindestens einem der Sommermonate. Gegenüber den mittleren Wassertemperaturen der Klimanormalperiode liegen für alle drei Szenarien positive Unterschiede der Wassertemperaturen vor.
Bei einer Kraftwerkslaufzeit von 40-50 Jahren und einem Kernenergieausstieg 2022 bzw. 2034, werden 48-64 % bzw. 67-91 % der Kraftwerke mit wassertemperaturbedingten Leistungseinschränkungen bis 2022 bzw. 2034 außer Betrieb gehen. Bei einer Laufzeitverlängerung würden nach 2022 fünf der elf betroffenen Kernkraftwerke weiter am Netz bleiben. Somit kann es wieder zu wassertemperaturbedingten Leistungseinschränkungen kommen. In Deutschland sind nach wie vor große Kraftwerke an Flüssen geplant. Deren Kühlsysteme müssen entsprechend ausgewählt und konstruiert werden, um der zu erwartenden Erhöhung der Flusstemperaturen Rechnung zu tragen.
N2  - The research described in this thesis identified a subset of German power plants that suffered from power generation reductions (WT-GR) due to high water temperature (WT) of the rivers along which they lie and due to statutory thresholds concerning mixed WT after waste heat discharge. An analysis of the recent WT and a prediction of those temperatures due to global warming were conducted.
Power plants with WT-GR were identified based on a through literature search, scan of press releases and surveys. Most of WT-GR in the years between 1976 and 2007 occured in a) power plants with a gross power output of larger than 300 MW b) black coal and nuclear power plants c) power plants with once-through cooling system and d) power plants, which started operation between 1960 and 1990.
Trend analysis of interpolated and harmonised recent WT of German rivers shows rising trends, predominantly in the spring and summer. Statistical analysis on numbers indicates most of days per year with either ‘very high’ or ‘extremely high’ WT in the years 1994, 2003 and 2006 in the summer. Those years also represent 63 % of all identified WT-GR, mostly between the months of June and August.
The simulation of future WT considered three scenarios (named B1, A1B and A2) and three different time periods (TP) (2011-2040, 2011/2041-2070 and 2011/2071-2100). The trend analysis for 2011-2040 shows an increase in WT of the A1B and A2 scenario for at least one summer month and negative or no trends for the B1 scenario. Positive differences exist between mean WT of all three scenarios for TP 2011-2040 and mean WT of climate normal period (CNP) for at least one summer month. Estimates for the TP 2011/2041-2070 and 2011/2071-2100 and the three scenarios also show rising trends and an increase in mean WT in comparison to the CNP.
Integration of above mentioned analyses indicates that plants along the rivers Isar, Rhine, Neckar, Saar, Elbe and Weser suffered most of WT-GR. Positive trends were identified by analyzing recent WT as well as the predictive WT for the period 2011-2040 and the scenarios A1B and A2 for at least one summer month.
The average lifetime of a conventional thermal power plant in Germany is between 40 and 50 years. Hence it can be assumed that between 48-64 % and 67-91 %, respectively, of the power plants with an identified WT-GR will be decommissioned before 2022 and 2034, respectively, depending on the nuclear phaseout. In the case of hot summers further power generation reductions can be expected. The implication for new German power plants along rivers is that the selection, design and sizing of cooling systems must consider a further increase in river temperatures.
T3  - Würzburger Geographische Arbeiten - 106 
KW  - Deutschland
KW  - Wärmekraftwerk
KW  - Fluss
KW  - Wassertemperatur
KW  - Klimaänderung
KW  - Germany
KW  - power plant
KW  - river
KW  - water temperature
KW  - global warming
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-231015
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TY  - THES
A1  - Steger, Christian
T1  - Simulation ausgewählter Zeitscheiben des Paläoklimas in Asien mit einem hochaufgelösten Regionalmodell
T1  - Simulation of selected timeslices of the paleoclimate in Asia with a high-resolution regional climate model
N2  - Das Tibetplateau (TP) ist das höchste Gebirgsplateau der Erde und bildete sich im Verlauf der letzten 50 Millionen Jahre. Durch seine Ausmaße veränderte das TP nicht nur das Klima im heutigen Asien, sondern bewirkte Veränderungen weltweit. Heute stellt das TP einen Hotspot des Klimawandels dar und ist als Quellgebiet vieler großer Flüsse in Asien für die Wasserversorgung von Milliarden von Menschen von zentraler Bedeutung. Vor diesem Hintergrund ist es wichtig, die Prozesse, die das Klima in der Region steuern, besser zu verstehen und die Variabilität des Klimas auf unterschiedlichen Zeitskalen abschätzen zu können.
Grundlegendes Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, räumlich hochaufgelöste quantitative Informationen über die Veränderung der klimatischen Verhältnisse in Asien während der Bildungsphase des TP und unter warm- und kaltzeitlichen Randbedingungen zur Verfügung zu stellen und dadurch eine Verbindung zwischen den verschiedenen Zeitskalen herzustellen. Hierfür werden das heutige Klima und das Paläoklima der Region mit Hilfe von Klimamodellen simuliert. Da frühere Studien zeigen konnten, dass die Ergebnisse von hochaufgelösten Modellen besser mit Paläoklimarekonstruktionen übereinstimmen, als die von vergleichsweise niedrig aufgelösten Globalmodellen, erfolgt ein dynamisches Downscaling des globalen Klimamodells ECHAM5 mit dem regionalen Klimamodell REMO.
Die Heraushebung des TP wird durch eine Serie von fünf Simulationen (Topogra- phieexperimente) approximiert, in denen die Höhe des TP in 25%-Schritten von 0% bis 100% der heutigen Höhe verändert wird. Die Schwankungen des Klimas im spä- ten Quartär sind durch Simulationen für das mittlere Holozän und den Hochstand der letzten Vereisung, das Last-Glacial-Maximum, repräsentiert (Quartärexperi- mente). In den Quartärexperimenten wurden die Treibhausgaskonzentrationen, Orbitalparameter, Landbedeckung und verschiedene Vegetationsparameter an die Bedingungen der jeweiligen Zeitscheibe angepasst. Die Auswertung der Simulati- onsergebnisse konzentriert sich auf jährliche und jahreszeitliche Veränderungen der bodennahen Temperatur und des Niederschlags. Außerdem werden die sich erge- benden Änderungen in der Intensität des indischen Monsuns anhand verschiedener Monsunindizes analysiert. Für das TP und die sich unmittelbar anschließenden Ge- biete wird zusätzlich eine Clusteranalyse durchgeführt, um die dort vorkommenden regionalen Klimatypen identifizieren und charakterisieren zu können.
In den Topographieexperimenten zeigt sich, dass die 2m-Temperatur im Bereich des TP im Jahresmittel mit abnehmender Höhe des Plateaus um bis zu 30◦C zunimmt, während es in den übrigen Teilen des Modellgebiets nahezu überall kälter wird. Die Jahressumme des Niederschlags nimmt mit abnehmender Höhe des TP westlich und nördlich davon zu. Im Bereich des TP sowie südlich und östlich davon gehen die Niederschläge zurück. Die starke Niederschlagszunahme nördlich des TP kann durch die Ausbildung eines Höhentrogs statt eines Höhenrückens in diesem Bereich erklärt werden. Das grundsätzliche räumliche Muster der Veränderungen besteht dabei bereits bei einer Plateauhöhe von 75% des Ausgangswertes und ändert sich bei weiterer Verringerung der Höhe nicht wesentlich. Lediglich der Betrag der Veränderungen nimmt zu. Dies gilt für die 2m-Temperatur und den Niederschlag und sowohl im Jahresmittel als auch für die einzelnen Jahreszeiten. Bezüglich der Intensität des indischen Sommermonsuns zeigt sich, dass zwischen 25% und 75% der heutigen Höhe des TP die stärkste Intensivierung stattfindet. Eine mit heute vergleichbare Monsunintensität tritt erst auf, wenn das TP die Hälfte seiner jetzigen Höhe erreicht hat.
Im mittleren Holozän ist es im Jahresmittel in den meisten Teilen des Modellge- biets kälter und feuchter als heute. Die Unterschiede sind jedoch größtenteils gering und nicht signifikant. Hinsichtlich der Temperatur zeigen die Modelldaten nur vereinzelt eine gute Übereinstimmung mit den rekonstruierten Werten. Allerdings weisen die Rekonstruktionen eine hohe räumliche Variabilität auf, wodurch die in diesem Datensatz vorhandenen Unsicherheiten widergespiegelt werden. Hinsicht- lich des Niederschlags ist die Übereinstimmung besser. Hier deuten sowohl die simulierten als auch die rekonstruierten Daten auf feuchtere Bedingungen hin.
In der Simulation für das Last-Glacial-Maximum liegen die Temperaturen überall im Modellgebiet im Jahresmittel und in allen Jahreszeiten um bis zu 8◦C unter den heutigen Werten. Es besteht eine gute Übereinstimmung mit den rekonstruierten Temperaturwerten für diese Zeitscheibe. Zu einer signifikanten Abnahme der jährlichen Niederschlagsmenge kommt es westlich und nordwestlich des TP, in Indien, Südostasien und entlang der Ostküste Chinas. Für die Bereiche, für die Niederschlagsrekonstruktionen verfügbar sind, stimmen die Modellergebnisse gut mit diesen überein. Zu einer signifikanten Niederschlagszunahme kommt es nur zwischen der Nordküste des Golfs von Bengalen und dem Himalaya, wobei dies möglicherweise ein Modellartefakt darstellt.
Hinsichtlich der Monsunintensität bestehen große Unterschiede zwischen den Indizes. Während der Extended Indian Monsoon Rainfall Index eine starke Ab- schwächung des indischen Sommermonsuns anzeigt, ist der Wert des Webster and Yang Monsoon Index verglichen mit heute nahezu unverändert. Ein Vergleich der Monsunintensität in den Topographie- und den Quartärexperimenten macht deut- lich, dass der indische Monsun durch den Wechsel von warm- und kaltzeitlichen Randbedingungen mindestens so stark beeinflusst wird wie durch die Hebung des TP.
N2  - The Tibetan Plateau (TP) is the world’s most elevated highland which was built over the past 50 million years. With its extent, the TP did not only influence the climate in Asia, but also caused global changes. Today, the TP represents a climate change hot spot and is, as the source region of many large rivers in Asia, crucial for the water supply of billions of people. Considering this background, it is important to obtain a better understanding of the processes that control the climate in the region and to estimate the climate variability on different time scales.
The basic goal of this study is to provide spatial highly resolved quantitative information about the changes in the climatic conditions in Asia during the uplift of the TP and during periods with warmer and colder boundary conditions and thus to put these different timescales in relation. Therefore, the modern climate and the paleoclimate of the region are being simulated with climate models. The global climate model ECHAM5 is dynamically downscaled with the regional climate model REMO, because previous studies have shown, that the results of models with higher resolution are more consistent with paleoclimate reconstructions than the results of models with lower resolution.
The uplift of the TP is approximated by a series of five simulations (topography experiments) in which the elevation of the TP is varied in steps of 25% from 0% to 100% of its present day height. The late Quaternary climate variations are represented by two simulations with boundary conditions for the Mid-Holocene and the Last-Glacial-Maximum (Quaternary experiments). For the Quaternary experiments, the greenhouse gas concentration, orbital parameters, land cover and some vegetation parameters have been adopted for the particular time slice. The evaluation of the simulations’ results focusses on annual and seasonal changes of the near surface temperature and precipitation. Variations in the strength of the Indian monsoon are analyzed by means of different monsoon indices. In order to identify and characterize the regional climate types there, a cluster analysis is conducted for the TP and adjacent regions.
The topography experiments show that the annual mean 2m-temperature drops by up to 30◦C in the region of the TP when the height of the plateau is reduced while it becomes colder nearly everywhere else in the model domain. The annual precipitation amount is reduced in the west and north of the TP when its height is reduced. The immense precipitation increase to the north of the TP can be explained by the formation of a trough instead of a ridge in the mid-troposphere of this region. The general spatial pattern of the changes already persists when the height of the TP is reduced to 75% of the present day value and it does not change fundamentally when the height is reduced further. This pertains for the 2m-temperature, the precipitation and for the annual as well as the seasonal means. The analysis of the intensity of the Indian Summer Monsoon shows that the strongest intensification appears between 25% to 75% of the TP’s present day elevation. Half of the current elevation is necessary to get a monsoon intensity comparable to the one of today.
In the Mid-Holocene, it is on average colder and more humid in most parts of the model domain compared to present day. But the differences are mostly small and not significant. Concerning the temperature, the model data coincides only sporadically with reconstructed values. However, the reconstructions show great spatial variability, which reflects the uncertainties that are present in this data set. Regarding precipitation, the simulated data matches the reconstructions better. Both the simulated and the reconstructed data point towards wetter conditions.
Compared to present day values, the simulation of the Last-Glacial-Maximum shows up to 8◦C lower annual and seasonal mean temperatures everywhere in the model domain compared to present day values. The results are in good conformity with reconstructed temperature values for this time slice. A significant reduction of the annual precipitation amount appears in the west and north of the TP, in India, Southeast Asia and along the east coast of China. Where precipitation reconstructions are available, the model results show good accordance with these values. A significant increase in precipitation appears only between the northern coast of the Bay of Bengal and the Himalayas, but this potentially represents a model artifact.
There are big differences between the indices in terms of the monsoon intensity. The Extended Indian Monsoon Rainfall Index shows a strong reduction of the Indian Summer Monsoon,whereas the value of the Webster and Yang Monsoon Index remains nearly unchanged compared to the present day value. A comparison of the monsoon intensity in the topography and the quaternary experiments reveals that the change in boundary conditions between warm and cold intervals affects the Indian monsoon at least as much as the uplift of the TP.
KW  - Paläoklima
KW  - Asien
KW  - Monsun
KW  - Paläoklimamodellierung
KW  - Regionalmodell
KW  - Klimaänderung
KW  - Tibet
KW  - Klimavariation
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-122606
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TY  - THES
A1  - Sieber, Jeannette
T1  - Impacts of Extreme Hydro-Meteorological Events on Electricity Generation and Possible Adaptation Measures – A GIS-based Approach for Corporate Risk Management and Enhanced Climate Mitigation Concepts in Germany
T1  - Einflüsse extremer hydro-meteorologischer Ereignisse auf Elektrizitätserzeugung und mögliche Anpassungsmaßnahmen – ein GIS-basierter Ansatz für ein betriebliches Umweltrisikomanagement und erweiterte Klimaschutzkonzepte in Deutschland
N2  - This thesis on the “Impacts of extreme hydro-meteorological events on electricity generation and possible adaptation measures – a GIS-based approach for corporate risk management and enhanced climate mitigation concepts in Germany” presents an identification of hydro-meteorological extreme events in Germany and their effects on electricity generating units, i.e. on conventional thermal and nuclear power plants as well as on installations of the renewable energies of hydropower, wind energy and photovoltaic installations. In addition, adaptation measures and strategies are named that help power plant operators to prepare for a changing climate. Due to the different requirements of large facility operators and local planners and owners of renewable energies, the work contains the two approaches of corporate risk management and climate mitigation concepts. A changing climate not only consists of a shift in mean values of weather parameters such as global and regional air temperature and precipitation, but may also result in more frequent and more severe single events such as extreme precipitation, tornadoes and thunderstorms. In two case studies, these findings are implemented into an adjusted general risk management structure. This is enhanced by the use of Geographical Information Systems (GIS) to accomplish a localisation of events and infrastructure. The first example gives insight into the consequences of ice throw from wind turbines and how climate mitigation concepts can act as a framework for an adapted, sustainable energy planning. The second example on the other hand highlights a GIS-based flood risk management for thermal power plants and the benefits of an adjusted corporate risk management cycle. The described approach leads to an integrated management of extreme hydro-meteorological events at power plant site respectively district level by combining two cycles of site-related and local planning in addition to GIS-based analyses. This is demonstrated as an example by the comparison of two districts in Germany. The practical outcome is a comprehensive support for decision-making processes.
N2  - Die vorliegende Arbeit zum Thema “Einflüsse extremer hydro-meteorologischer Ereignisse auf Elektrizitätserzeugung und mögliche Anpassungsmaßnahmen – ein GIS-basierter Ansatz für ein betriebliches Umweltrisikomanagement und erweiterte Klimaschutzkonzepte in Deutschland” identifiziert zunächst die relevanten hydro-meteorologischen Ereignisse und ihre Auswirkungen auf elektrizitätserzeugende Einheiten in Deutschland. Dies sind hier konventionelle thermische Kraftwerke und Kernkraftwerke sowie die Installationen der Erneuerbaren Energien Wasserkraft, Windenergie und Photovoltaik. Im Anschluss werden Anpassungsmaßnahmen und strategien aufgezeigt, die es den Betreibern von Kraftwerken ermöglichen, sich auf ein sich veränderndes Klima vorzubereiten. Durch die verschiedenen Voraussetzungen für Betreiber großer Anlagen und die Regionalplanung und Besitzer von Anlagen Erneuerbarer Energien werden zwei Ansätze verfolgt. Der eine Ansatz beinhaltet betriebliches Umweltrisikomanagement, der andere beleuchtet den Aspekt Anpassung als Erweiterung von Klimaschutzkonzepten. Der Klimawandel in diesem Sinne beinhaltet nicht nur die Veränderungen in Mittelwerten, wie zum Beispiel der regionalen und globalen Lufttemperaturen oder des Niederschlages, sondern auch ein verändertes Verhalten von extremen Einzelereignissen, wie häufigere und schwerere Extremniederschläge, Tornados und Gewitter. In zwei Fallbeispielen werden diese Ergebnisse in eine Risikomanagementstruktur eingebunden und durch die Verwendung von Geographischen Informationssystemen (GIS) lokalisiert und erweitert. Das erste Beispiel zeigt die Konsequenzen von Eiswurf von Windenergieanlagen und wie Klimaschutzkonzepte als Rahmen für eine angepasste, nachhaltige Energieplanung dienen können. Das zweite Beispiel hebt die Notwendigkeit von GIS-gestützten Hochwasserrisikoanalysen für thermische Kraftwerke und die Vorteile eines angepassten betrieblichen Umweltrisikomanagements hervor. Die beschriebene Vorgehensweise kombiniert zwei Managementzyklen. Dabei werden die standortspezifische Planung und Regionalplanung sowie GIS-basierte Analysen verknüpft. Dies wird am Beispiel zweier Landkreise verdeutlicht. Das Resultat ist ein umfassender Ansatz zur Unterstützung von Entscheidungsprozessen.
KW  - Deutschland
KW  - Klimaänderung
KW  - Geoinformationssystem
KW  - Elektrizitätserzeugung
KW  - Unwetter
KW  - Umweltgefährdung
KW  - Klimaschutz
KW  - Extremwetterereignisse
KW  - Klimaschutzkonzept
KW  - Landkreis
KW  - Risikoindex
KW  - Entscheidungsprozess
KW  - Wärmekraftwerk
KW  - Wetter
KW  - Energie
KW  - Klimaschutz
KW  - extreme weather event
KW  - adaptation
KW  - climate action plan
KW  - renewable energies
KW  - district
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-79000
ER  - 
TY  - THES
A1  - Rödder, Tobias
T1  - Spatio-temporal assessment of dynamics in discontinuous mountain permafrost - Investigation of small-scale influences on the ground thermal regime and active layer processes during snow melt
T1  - Die raum-zeitliche Analyse der Dynamiken in diskontinuierlichem Gebirgspermafrost - Untersuchungen zu kleinräumigen Einflüssen auf Untergrundtemperaturen und Prozesse in der Auftauschicht während der Schneeschmelze
N2  - The discontinuous mountain permafrost zone is characterized by its heterogeneous distribution of frozen ground and a small-scale variability of the ground thermal regime. Large parts of these areas are covered by glacial till and sediments that were exposed after the recession of the glaciers since the 19th century. As response to changed climatic conditions permafrost-affected areas will lose their ability as sediment storage and on the contrary, they will act as source areas for unconsolidated debris. Along with modified precipitation patterns the degradation of the  discontinuous mountain permafrost zone will (temporarily)
increase its predisposition for mass movement processes and thus has to be monitored in a differentiated way.
Therefore, the spatio-temporal dynamics of frozen ground are assessed in this study based on results obtained in three glacier forefields in the Engadin (Swiss Alps) and at the Zugspitze (German Alps). Sophisticated techniques are required to uncover structural differences in the subsurface. Thus, the applicability of advanced geophysical methods is tested for alpine environments and proved by the good 3D-delineation of a permafrost body and by the detection of detailed processes in the active layer during snow melt. Electrical resistivity tomography (ERT) approaches (quasi-3D, daily monitoring) reveal
their capabilities to detect subsurface resistivity changes both, in space and time. Processes and changes in regard to liquid water content and ice content are observed to exist at short distances even though the active layer is not subject to a considerable thickening
over the past 7 years. The stability of the active layer is verified by borehole temperature data. No synchronous
trend is recognized in permafrost temperatures and together with multi-annual electrical resistivity data they indicate degradation and aggradation processes to occur at the same time. Different heat transfer mechanisms, especially during winter, are recognized by means of temperature sensors above, at, and beneath the surface. Based on surface and borehole temperature data the snow cover is assessed as the major controlling factor for the thermal regime on a local scale. Beyond that, the debris size of the substrate, which modifies the snow cover and regulates air exchange processes above the ground, plays a crucial role as an additional buffer layer. A fundamental control over the stability of local permafrost patches is attributed to the ice-rich transient layer at the base of the active layer. The refreezing of melt water in spring is illustrated with diurnal ERT monitoring data from glacier forefield Murtèl.
Based on these ERT and borehole temperature data a conceptual model of active layer processes between autumn and spring is developed. The latent heat that is inherent in the transient layer protects the permafrost beneath from additional energy input from the surface as long as the refreezing of melt water in spring prevails and sufficient ice is build up each spring. Permafrost sites without a transient layer show considerably higher
temperatures at their table and are more prone to degradation in the years and decades ahead. As main investigation area a glacier forefield beneath the summits of Piz Murtèl and Piz Corvatsch in the Swiss Engadin was chosen. It is located west of the well-known
rock glacier Murtèl. Here, a permafrost body inside and adjacent to the lateral moraine was investigated and could be delineated very well. In the surrounding glacier forefield no further indications of permafrost occurrence could be made. Geophysical data and temperature values from the surface and from a permafrost borehole were compared with long-term data from proximate glacier forefield Muragl (Engadin). Results from both
sites show a considerable stability of the active layer depth in summer while at the same time geophysical data demonstrate annual changes in the amount of liquid water content and ice content in the course of years.
A third investigation area is located in the German Alps. The Zugspitzplatt is a high mountain valley with considerably more precipitation and thicker snow cover compared to both Swiss sites. In close proximity to the present glacier and at a large talus slope beneath the summit crest ground ice could be observed. The high subsurface resistivity values and comparable data from existing studies at the Zugspitze may indicate the presence of sedimentary ice in the subsurface of the karstified Zugspitzplatt. Based on these complementary data from geophysical and temperature measurements as
well as geomorphological field mapping the development of permafrost in glacier forefields under climate change conditions is analyzed with cooperation partners from the SPCC project. Ground temperature simulations forced with long-term climatological data are modeled to assess future permafrost development in glacier forefield Murtèl. Results suggest that permafrost is stable as long as the ice-rich layer between the active layer and
the permafrost table exists. After a tipping point is reached, the disintegration of frozen ground starts to proceed rapidly from the top.
N2  - Die Zone des diskontinuierlichen Gebirgspermafrosts in den Europäischen Alpen ist durch das kleinräumige Auftreten von gefrorenem Untergrund und eine hohe Variabilität des thermischen Regimes gekenn\-zeichnet. Weite Bereiche dieser Zone sind mit glazialen Sedimenten und Felsschutt bedeckt, die mit dem Abschmelzen der Gletscher seit Mitte des 19.~Jahrhunderts freigelegt wurden. Im Zuge von klimatischen Veränderungen werden Gebiete, in denen Permafrost auftritt, ihre Funktion als Sedimentspeicher verlieren und stattdessen als Sedimentquelle für Lockermaterial wirken. Zusammen mit Änderungen im Niederschlagsregime kann sich dadurch die Disposition für Massenbewegungen (zeitweilig) erhöhen, so dass differenzierte Beobachtungsstrategien dieser lokalen Permafrostvorkommen erforderlich sind.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die raum-zeitliche Dynamik von Permafrost in drei Gletschervorfeldern im Engadin (Schweizer Alpen) und an der Zugspitze (Deutsche Alpen) untersucht. Um strukturelle Unterschiede im Untergrund zu erkennen ist der Einsatz von modernen, sich ergänzenden Techniken und Methoden unbedingt erforderlich. Mit der genauen dreidimensionalen Abgrenzung eines Permafrostkörpers sowie der Beobachtung von aktiven Prozessen während der Schneeschmelze in der Auftauschicht, konnte die Anwendbarkeit der geophysikalischen Methoden in unzugänglichem alpinen Gelände unter Beweis gestellt werden. Insbesondere die elektrische Widerstandstomographie (ERT), basierend auf einem quasi-3D Ansatz und einem täglichen Monitoring, erlaubt eine detaillierte Untersuchung von Widerstandsveränderungen (räumlich und zeitlich). Obwohl die Mächtigkeit der Auftauschicht über die letzten 7 Jahren kaum variierte, konnten Prozesse und Veränderungen im Permafrost beobachtet werden.

Die Stabilität der Auftauschicht im Untersuchungszeitraum wird durch Temperaturmessungen in den Bohrlöchern bestätigt. Die Permafrosttemperaturen zeigen einen gleichlaufenden Trend. Zusammen mit den mehrjährigen ERT-Daten unterstreicht dies die Variabilität in der Zusammensetzung des Untergrunds in Bezug auf den jeweiligen Anteil von flüssigem bzw. gefrorenem Wasser.

Mit Hilfe von Temperatursensoren oberhalb, auf und unterhalb der Erdoberfläche konnten verschiedene Wärmetransportprozesse, insbesondere im Winter, beobachtet werden. Auf Grundlage dieser Temperaturdaten wird die Schneedecke als der größte Einflussfaktor auf das thermische Regime des Untergrundes auf lokaler Ebene angesehen. Zusätzlich spielt die Größe des vorhandenen Schuttmaterials eine wesentliche Rolle, da zum einen die Schneedecke verändert und zum anderen die Luftaustauschprozesse an der Oberfläche stark reguliert werden. Dies bestätigt die bereits bekannte mikroklimatische Wirkung von grobem Blockschutt.

Maßgeblich für die Stabilität der Auftauschicht ist der eisreiche Übergangsbereich zwischen Auftauschicht und Permafrost. Tägliche ERT-Daten aus dem Gletschervorfeld Murtèl zeigen das Wiedergefrieren von Schmelzwasser in diesem Bereich im Frühjahr. Auf Grundlage von Bohrlochtemperaturen und ERT-Daten wurde ein konzeptionelles Modell der Prozesse innerhalb der Auftauschicht für den Zeitraum Herbst bis Frühjahr erstellt. So lange der Eiszuwachs im Frühjahr dominiert, schützt die eisreiche Schicht durch die ge\-speicherte latente Wärme den Permafrost vor zusätzlichem Wärmeeintrag. Standorte mit einem niedrigen Eisgehalt an der Permafrosttafel unterliegen damit in größerem Maße dem Einfluss des Wärmetransports und sind in den kommenden Jahren und Jahrzehnten stärker anfällig für Degradationserscheinungen.

Hauptuntersuchungsgebiet ist ein Gletschervorfeld unterhalb der Gipfel von Piz Murtèl und Piz Corvatsch im Schweizer Engadin westlich des gut untersuchten Blockgletscher Murtèl. Hier wurde ein Permafrostkörper am Rande bzw. innerhalb der Lateralmoräne untersucht und die Abgrenzung des Untergrundeises detektiert. Im übrigen Gletschervorfeld konnte Permafrost nicht nachgewiesen werden. Die geophysikalischen Daten und Temperaturdaten von der Oberfläche bzw.~aus einem Permafrostbohrloch wurden mit langjährigen Messreihen aus dem Gletschervorfeld Muragl (ebenfalls im Engadin) verglichen. Die Ergebnisse an beiden Standorten zeigen eine gewisse Stabilität der jährlichen Auftauschicht. Zur gleichen Zeit zeigen die geophysikalischen Ergebnisse Veränderungen im Verhältnis von flüssigen Wasser zu gefrorenem Eis im Untergrund an. 

Als drittes Untersuchungsgebiet wurde das Zugspitzplateau ausgewählt, ein alpines Hochtal mit deutlich mehr Niederschlag und größerer Schneedecke als an den beiden Standorten im Engadin. Hier konnten in unmittelbarer Nähe zum heutigen Gletscherrand und unter steilen Hangschuttkegeln durch Widerstandstomographie deutliche Hinweise auf Untergrundeis gegeben werden. Feldbeobachtungen und die bekannt hohen Widerstandswerte aus vergleichbaren Untersuchungen am Zugspitzgipfel lassen auf sedimentäres Eis im verkarsteten Untergrund schließen.

Abschließend wurde die zukünftige Entwicklung am Standort Murtèl anhand von Simulationsläufen, die auf langfristigen Energiebilanzdaten von regionalen Klimamodellen beruhen, abgeschätzt. Auf Basis der umfangreichen Daten aus den Geländemessungen und der geomorphologischen Kartierung, wurde mit Hilfe einer Sensivitätsanalyse mit Partnern aus dem SPCC-Projekt die Termperaturentwicklung im Permafrost modelliert. Die Ergebnisse zeigen eine kurzfristige Stabilität des Permafrosts bis ein kritischer Schwellenwert erreicht ist, der vermutlich mit dem Tauen der eisreichen Zone verbunden ist. Nachdem dieser Zeitpunkt überschritten ist, setzt sich die Permafrostdegradation rasch in die Tiefe fort.
KW  - Engadin
KW  - Zugspitze
KW  - Gletschervorfeld
KW  - Dauerfrostboden
KW  - Klimaänderung
KW  - Mountain permafrost
KW  - Geophysics
KW  - Ground surface temperature
KW  - Glacier forefield
KW  - Transient layer
KW  - Auftauschicht
KW  - Gebirgspermafrost
KW  - Gletschervorfeld
KW  - Untergrundtemperaturen
KW  - Geophysikalische Methoden
KW  - Schneeschmelze
KW  - Monitorüberwachung
KW  - Massenbewegung <Geomorphologie>
KW  - Sedimentation
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-90629
ER  - 
TY  - THES
A1  - Pollinger, Felix
T1  - Bewertung und Auswirkungen der Simulationsgüte führender Klimamoden in einem Multi-Modell Ensemble
T1  - Evaluation and effects of the simulation quality of leading climate modes in a multi-model ensemble
N2  - Der rezente und zukünftige Anstieg der atmosphärischen Treibhausgaskonzentration bedeutet für das terrestrische Klimasystem einen grundlegenden Wandel, der für die globale Gesellschaft schwer zu bewältigende Aufgaben und Herausforderungen bereit hält. Eine effektive, rühzeitige Anpassung an diesen Klimawandel profitiert dabei enorm von möglichst genauen Abschätzungen künftiger Klimaänderungen.
Das geeignete Werkzeug hierfür sind Gekoppelte Atmosphäre Ozean Modelle (AOGCMs). Für solche Fragestellungen müssen allerdings weitreichende Annahmen über die zukünftigen klimarelevanten Randbedingungen getroffen werden. Individuelle Fehler dieser Klimamodelle, die aus der nicht perfekten Abbildung der realen Verhältnisse und Prozesse resultieren, erhöhen die Unsicherheit langfristiger Klimaprojektionen. So unterscheiden sich die Aussagen verschiedener AOGCMs im Hinblick auf den zukünftigen Klimawandel insbesondere bei regionaler Betrachtung, deutlich. Als Absicherung gegen Modellfehler werden üblicherweise die Ergebnisse mehrerer AOGCMs, eines Ensembles an Modellen, kombiniert. Um die Abschätzung des Klimawandels zu präzisieren, wird in der vorliegenden Arbeit der Versuch unternommen, eine Bewertung der Modellperformance der 24 AOGCMs, die an der dritten Phase des Vergleichsprojekts für gekoppelte Modelle (CMIP3) teilgenommen haben, zu erstellen. Auf dieser Basis wird dann eine nummerische Gewichtung für die Kombination des Ensembles erstellt. Zunächst werden die von den AOGCMs simulierten Klimatologien für einige
grundlegende Klimaelemente mit den betreffenden klimatologien verschiedener Beobachtungsdatensätze quantitativ abgeglichen. Ein wichtiger methodischer Aspekt
hierbei ist, dass auch die Unsicherheit der Beobachtungen, konkret Unterschiede zwischen verschiedenen Datensätzen, berücksichtigt werden. So zeigt sich, dass die Aussagen, die aus solchen Ansätzen resultieren, von zu vielen Unsicherheiten in den Referenzdaten beeinträchtigt werden, um generelle Aussagen zur Qualität von AOGCMs zu treffen. Die Nutzung der Köppen-Geiger Klassifikation offenbart jedoch, dass die prinzipielle Verteilung der bekannten Klimatypen im kompletten CMIP3 in vergleichbar guter Qualität reproduziert wird. Als Bewertungskriterium wird daher hier die Fähigkeit der AOGCMs die großskalige natürliche Klimavariabilität, konkret die hochkomplexe gekoppelte
El Niño-Southern Oscillation (ENSO), realistisch abzubilden herangezogen. Es kann anhand verschiedener Aspekte des ENSO-Phänomens gezeigt werden, dass nicht alle AOGCMs hierzu mit gleicher Realitätsnähe in der Lage sind. Dies steht im Gegensatz zu den dominierenden Klimamoden der Außertropen, die modellübergreifend überzeugend repräsentiert werden. Die wichtigsten Moden werden, in globaler Betrachtung, in verschiedenen Beobachtungsdaten über einen neuen Ansatz identifiziert. So können für einige bekannte Zirkulationsmuster neue Indexdefinitionen gewonnen werden, die sich sowohl als äquivalent zu den Standardverfahren erweisen und im Vergleich zu diesen zudem eine deutliche Reduzierung
des Rechenaufwandes bedeuten. Andere bekannte Moden werden dagegen als weniger bedeutsame, regionale Zirkulationsmuster eingestuft. Die hier vorgestellte
Methode zur Beurteilung der Simulation von ENSO ist in guter Übereinstimmung mit anderen Ansätzen, ebenso die daraus folgende Bewertung der gesamten Performance
der AOGCMs. Das Spektrum des Southern Oscillation-Index (SOI) stellt somit eine aussagekräftige Kenngröße der Modellqualität dar.
Die Unterschiede in der Fähigkeit, das ENSO-System abzubilden, erweisen sich als signifikante Unsicherheitsquelle im Hinblick auf die zukünftige Entwicklung einiger fundamentaler und bedeutsamer Klimagrößen, konkret der globalen Mitteltemperatur,
des SOIs selbst, sowie des indischen Monsuns. Ebenso zeigen sich signifikante Unterschiede für regionale Klimaänderungen zwischen zwei Teilensembles des CMIP3, die auf Grundlage der entwickelten Bewertungsfunktion eingeteilt werden. Jedoch sind diese Effekte im Allgemeinen nicht mit den Auswirkungen der
anthropogenen Klimaänderungssignale im Multi-Modell Ensemble vergleichbar, die für die meisten Klimagrößen in einem robusten multivariaten Ansatz detektiert und
quantifiziert werden können. Entsprechend sind die effektiven Klimaänderungen, die sich bei der Kombination aller Simulationen als grundlegende Aussage des
CMIP3 unter den speziellen Randbedingungen ergeben nahezu unabhängig davon, ob alle Läufe mit dem gleichen Einfluss berücksichtigt werden, oder ob die erstellte nummerische Gewichtung verwendet wird. Als eine wesentliche Begründung hierfür kann die Spannbreite der Entwicklung des ENSO-Systems identifiziert werden. Dies
bedeutet größere Schwankungen in den Ergebnissen der Modelle mit funktionierendem ENSO, was den Stellenwert der natürlichen Variabilität als Unsicherheitsquelle
in Fragen des Klimawandels unterstreicht. Sowohl bei Betrachtung der Teilensembles als auch der Gewichtung wirken sich dadurch gegenläufige Trends im SOI
ausgleichend auf die Entwicklung anderer Klimagrößen aus, was insbesondere bei letzterem Vorgehen signifikante mittlere Effekte des Ansatzes, verglichen mit der
Verwendung des üblichen arithmetischen Multi-Modell Mittelwert, verhindert.
N2  - The recent and future increase in atmospheric greenhouse gases will cause fundamental change in the terrestrial climate system, which will lead to enormous tasks and challenges for the global society. Effective and early adaptation to this climate change will benefit hugley from optimal possible estimates of future climate
change. Coupled atmosphere-ocean models (AOGCMs) are the appropriate tool for this. However, to tackle these questions, it is necessary to make far reaching
assumptions about the future climate-relevant boundary conditions. Furthermore there are individual errors in each climate model. These originate from flaws in
reproducing the real climate system and result in a further increase of uncertainty with regards to long-range climate projections. Hence, concering future climate
change, there are pronounced differences between the results of different AOGCMs, especially under a regional point of view. It is the usual approach to use a number
of AOGCMs and combine their results as a safety measure against the influence of such model errors. In this thesis, an attempt is made to develop a valuation
scheme and based on that a weighting scheme, for AOGCMs in order to narrow the range of climate change projections. The 24 models that were included in the
third phase of the coupled model intercomparsion project (CMIP3) are used for this purpose. First some fundamental climatologies simulated by the AOGCMs are quantitatively
compared to a number of observational data. An important methodological aspect of this approach is to explicitly address the uncertainty associated with the observational data. It is revealed that statements concerning the quality of climate models based on such hindcastig approaches might be flawed due to uncertainties
about observational data. However, the application of the Köppen-Geiger classification reveales that all considered AOGCMs are capable of reproducing the fundamental distribution of observed types of climate.
Thus, to evaluate the models, their ability to reproduce large-scale climate variability is chosen as the criterion. The focus is on one highly complex feature,
the coupled El Niño-Southern Oscillation. Addressing several aspects of this climate mode, it is demonstrated that there are AOGCMs that are less successful in doing so than others. In contrast, all models reproduce the most dominant extratropical climate modes in a satisfying manner. The decision which modes are the most important is made using a distinct approach considering several global sets of observational data. This way, it is possible to add new definitions for the time series of some well-known climate patterns, which proof to be equivalent to the standard definitions. Along with this, other popular modes are identified as less important regional patterns. The presented approach to assess the simulation of ENSO is in good agreement with other approaches, as well as the resulting rating of the overall model performance. The spectrum of the timeseries of the Southern Oscillation Index (SOI) can thus be regarded as a sound parameter of the quality of AOGCMs.
Differences in the ability to simulate a realistic ENSO-system prove to be a significant source of uncertainty with respect to the future development of some
fundamental and important climate parameters, namely the global near-surface air mean temperature, the SOI itself and the Indian monsoon. In addition, there are significant differences in the patterns of regional climate change as simulated by two ensembles, which are constituted according to the evaluation function
previously developed. However, these effects are overall not comparable to the multi-model ensembles’ anthropogenic induced climate change signals which can
be detected and quantified using a robust multi-variate approach. If all individual simulations following a specific emission scenario are combined, the resulting
climate change signals can be thought of as the fundamental message of CMIP3.
It appears to be quite a stable one, more or less unaffected by the use of the derived weighting scheme instead of the common approach to use equal weights
for all simulations. It is reasoned that this originates mainly from the range of trends in the SOI. Apparently, the group of models that seems to have a realistic
ENSO-system also shows greater variations in terms of effective climate change. This underlines the importance of natural climate variability as a major source
of uncertainty concerning climate change. For the SOI there are negative Trends in the multi-model ensemble as well as positive ones. Overall, these trends tend
to stabilize the development of other climate parameters when various AOGCMs are combined, whether the two distinguished parts of CMIP3 are analyzed or the
weighting scheme is applied. Especially in case of the latter method, this prevents significant effects on the mean change compared to the arithmetic multi-model mean.
KW  - Modell
KW  - Klima
KW  - Statistik
KW  - Anthropogene Klimaänderung
KW  - El-Niño-Phänomen
KW  - multi-model ensemble
KW  - großskalige Klimavariabilität
KW  - Gewichtung von Klimamodellen
KW  - large scale climate variability
KW  - weighting of climate models
KW  - Allgemeine atmosphärische Zirkulation
KW  - Klimatologie
KW  - Klimaänderung
KW  - Modellierung
KW  - Mathematisches Modell
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-97982
ER  - 
TY  - THES
A1  - Paxian, Andreas
T1  - Future changes in climate means and extremes in the Mediterranean region deduced from a regional climate model
T1  - Zukünftige Veränderungen von Klimamittelwerten und -extremwerten im Mittelmeerraum abgeleitet von einem regionalen Klimamodell
N2  - The Mediterranean area reveals a strong vulnerability to future climate change due to a high exposure to projected impacts and a low capacity for adaptation highlighting the need for robust regional or local climate change projections, especially for extreme events strongly affecting the Mediterranean environment. The prevailing study investigates two major topics of the Mediterranean climate variability: the analysis of dynamical downscaling of present-day and future temperature and precipitation means and extremes from global to regional scale and the comprehensive investigation of temperature and rainfall extremes including the estimation of uncertainties and the comparison of different statistical methods for precipitation extremes. For these investigations, several observational datasets of CRU, E-OBS and original stations are used as well as ensemble simulations of the regional climate model REMO driven by the coupled global general circulation model ECHAM5/MPI-OM and applying future greenhouse gas (GHG) emission and land degradation scenarios.
N2  - Der Mittelmeerraum weist eine starke Vulnerabilität gegenüber dem zukünftigen Klimawandel auf, da für diese Region starke klimatische Auswirkungen vorhergesagt werden, aber nur eine geringe Anpassungsfähigkeit besteht. Daher werden präzise Vorhersagen des regionalen oder lokalen Klimawandels benötigt, v.a. für Extremereignisse, welche den Mittelmeer-Lebensraum stark beeinträchtigen. Die vorliegende Studie untersucht zwei Hauptaspekte der Klimavariabilität im Mittelmeerraum: Zum Einen wird das dynamische Downscaling gegenwärtiger und zukünftiger Mittelwerte und Extremereignisse von Temperatur und Niederschlag von der globalen zur regionalen Skala analysiert. Zum Anderen wird eine umfassende Untersuchung von Temperatur- und Niederschlagsextremen samt Unsicherheitsabschätzung und Vergleich unterschiedlicher statistischer Methoden zur Bestimmung von Niederschlagsextremen durchgeführt. Für diese Untersuchungen stehen verschiedene Beobachtungsdaten von CRU, E-OBS und Messstationen sowie Ensemble-Simulationen des regionalen Klimamodells REMO zur Verfügung, das vom gekoppelten globalen “General Circulation Model” ECHAM5/MPI-OM angetrieben wird und zukünftige Treibhausgasemissions- und Landnutzungsänderungs-Szenarien verwendet.
KW  - Mittelmeerraum
KW  - Klima
KW  - Klimaänderung
KW  - Temperatur
KW  - Modell
KW  - Niederschlag
KW  - Klimaschwankung
KW  - Klimamodellierung
KW  - regionales Klimamodell
KW  - Mittelmeer
KW  - Modellierung
KW  - Extremwertstatistik
KW  - climate modelling
KW  - regional climate model
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-72155
ER  - 
TY  - THES
A1  - Neuhäuser, Bettina
T1  - Landslide Susceptibility and Climate Change Scenarios in Flysch Areas of the Eastern Alps
T1  - GIS-basierte Rutschgefährdungsmodellierung unter Berücksichtigung von Klimaänderungsszenarien in Flysch-Gebieten des Wienerwaldes
N2  - The topic of the present study focuses on landslide susceptibility assessment in the Northern Vienna Forest by GIS-based, statistic-probabilistic and deterministic modelling. The study is based on two complementary approaches for integrated landslide susceptibility assessment, which is not limited to one single methodology and its inherent assumptions.
A statistic-probabilistic method is applied to the whole region of the Northern Vienna Forest. This regional model investigates the basic disposition for landslides under consideration of controlling factors, which are persistent and more or less constant over time. A deterministic method is applied on a larger scale in a sub-study site of the Hagenbach Valley. These detailed models aim to investigate the variable disposition as a function of substrate wetness, which is in turn dependent on meteorological conditions. A main aspect of the work is the development of various wetness scenarios, which consider short-term weather phenomena, like heavy or long-lasting rainfall, but which also investigate the influence of meteorological and climate conditions on slope stability, which may vary in mid-term and long-term. 
Furthermore, the assessment of the effects of climate change on the disposition for landslides is a major aspect of the study. Hence, average changes in air temperature and precipitation as predicted by Regional Climate Models are incorporated into modelling. In this context, it is tested whether changes in substrate wetness and thus in slope stability can be identified and quantified as a consequence of changed climate conditions.
As further objective shallow slope movements are incorporated into disposition modelling. According to geomorphological and sedimentological studies, these quaternary sediments are essential for slope formation in the Vienna Forest. In general, it is assumed that landslides primarily occur in weathered flysch sandstones rich in marl. Field-based surveys, however, identified shallow landslide activity in the quaternary sediments covering the flysch bedrock in wide areas. Therefore, the influence of these sediments on slope dynamics is studied in the present work within GIS-based slope stability models.
The results of the statistic-probabilistic landslide susceptibility assessment provide information on the basic disposition of the Northern Vienna Forest for landslides. The resulting regional susceptibility map reveals that the Northern Zone, a tectonic unit in the north of the study area, has extensive areas with the highest degree of landslide susceptibility. In this overthrust area in transition to the Molasse Zone there are geological units which are highly susceptible to landslides. The “Wolfpassing Formation” and the “Calcareous Klippen” of the Northern Zone show significant landslide densities. These geological zones start in the north near St. Andrä-Wördern and continue in south-western direction along the ridges of Tulbinger Kogel, Klosterberg, Frauenberg, and Eichberg.
Statistical weighting carried out in the course of regional landslide susceptibility assessment provides information on the spatial relation between landslide processes and specific controlling factors. The modelling highlights the relevance of zones rich in clay within the flysch formations as controlling geofactor. The highest landslide susceptibility is calculated for the geological units, which contain layers of Gaultflysch rich in clay and shale. Furthermore, a close correlation between the distribution of landslides on the one hand and the spatial distribution of the fault system and nappe boundaries on the other hand is ascertained. Hence, the tectonic conditions can be seen as crucial controlling geofactor for landslide activity in the study area. In the proximity of drainage lines an increased landslide frequency is revealed. In combination with heavy rainfall, torrential discharge can occur in creeks and may cause instabilities in adjacent hillslopes. In addition, the model documents an enhancement of landslide susceptibility on north-west facing slopes. In comparison to meteorological data it is obvious that the north-west exposition corresponds to the prevailing wind direction of the study area. Therefore, north-west facing slopes might be exposed to enhanced advective rainfall amounts, which can increase substrate wetness and thus landslide susceptibility. The latter geofactors indicate the significance of meteorological and hydrological conditions for the occurrence of landslides in the study area.
As described above, the regional assessment is based on controlling factors that are persistent over a long period of time and can therefore be considered as constant. On the contrary, the large-scale, physically based deterministic modelling investigates the disposition for landslides under variable humidity conditions in the substrate.  In conclusion it can be stated that the disposition for slope instability is strongly varying in dependence of the humidity conditions in the substrate. A heavy rainfall event causes a drastic reduction of stable areas by 23% compared to monthly average wetness conditions in summer (July). In summary the wetness scenarios demonstrate, that apart from short-term weather conditions, like long-lasting or heavy rainfall, the long-term-development of substrate moisture has impact on slope stability. The more persistent, seasonally fluctuating wetness conditions show measureable influence on slope stability:  As a consequence of increased topographic wetness in the winter month February there is an increase of instable areas by 5% in comparison with the summer month July. The modelling further revealed that quaternary sediments are more moisture sensitive and the influence of changing wetness conditions is stronger in these layers than in the bedrock. 
The results of modelling, which are based on climate change, indicate that a moderate change of slope stability on a monthly average is possible in comparison to the conditions of the climate normal period. An assumed average monthly temperature increase of 2°C in combination with a precipitation increase of 30% in the winter months lead to an augmentation of recharge of 7% in the model in comparison with the long-term average conditions. Due to this increased recharge, there is a slight increase of topographic wetness in the model. This wetness augmentation results in an extension of instable slope areas by 3% and a reduction of the stable slope areas proportional to this extension. This slightly increased instability reduces critical triggering thresholds for single rainfall events meaning that even lower precipitation amounts or intensities can cause instabilities. 
In contrast to the winter months, the incorporation of forecasted climate change into the modelling reveals a reduction of instable slope areas in favour of stable areas in the summer scenario. The forecasted average air temperature increase of 2.5°C in combination with a reduction of the average monthly precipitation amount of 15% drastically decreases substrate moisture. Consequently, instable slope areas are reduced by 11% of the study area. This effect on slope stability in the model mainly results from the reduced monthly rainfall amounts, but also from increased evapotranspiration as a consequence of the increased air temperature causing reduced recharge amounts. However, in spite of the monthly decrease of precipitation amounts, precipitation intensities are probable to rise according to climate studies.  In this context the results of the modelling indicate, that a drastic, short-term increase of  landslide  disposition due to heavy rainfall events has to be expected more frequently in summer. 
The results of the complementary methods are then assembled. Based on this synthesis the following conclusion can be drawn: The regional landslide susceptibility assessment yields that hillslopes with an inclination of 26° to 31° are highly landslide prone. The physically based models indicate that in this slope gradient range the presence of quaternary sediments is of major importance for landslides. Therefore, it can be concluded that a considerable portion of known landslides mapped in flysch actually occurred in quaternary sediments.
N2  - Das Thema der vorliegenden Arbeit umfasst die Beurteilung der Hangrutschungsgefährdung im nördlichen Wienerwald mit Hilfe von GIS-basierten, deterministischen und statistisch-probabilistischen Modellierungen. Für eine integrierte Beurteilung der Rutschanfälligkeit, welche nicht auf einen einzigen methodischen Ansatz und dessen inhärente Annahmen beschränkt ist, werden in dieser Arbeit zwei komplementäre Methoden durchgeführt.
Die statistisch-probabilistische Methode wird auf die gesamte Region des nördlichen Wienerwalds angewandt. Dieses regionale Modell untersucht die Grunddisposition zur Entstehung von Rutschungen unter Berücksichtigung von Steuerungsfaktoren, die über einen längeren Zeitraum hinweg als konstant angesehen werden können. Die deterministische Methode wird in einem Detailgebiet im Hagenbachtal angewandt. Diese Detailmodellierungen zielen darauf ab, die variable Disposition für Rutschungen in Abhängigkeit von Substratfeuchte zu unter-suchen, die wiederum von meteorologischen Bedingungen abhängig ist. Ein Hauptaspekt der Arbeit ist dabei die Entwicklung von Feuchteszenarien, die sowohl kurzfristige Witterungsphänomene, wie langanhaltenden Niederschlag oder Starkregen, berücksichtigen, die aber auch den Einfluss von mittelfristig bis langfristig veränderlichen meteorologischen und klimatischen Faktoren auf die Hangstabilität untersuchen.
Weiters ist die Abschätzung der Folgen der prognostizierten Klimaänderung auf die Rutschdisposition ein zentraler Aspekt der Arbeit. Dabei werden durchschnittliche monatliche Veränderungen der Lufttemperatur und des Niederschlages in den Modellierungen berück-sichtigt,  wie   sie  durch Regionale Klimamodelle vorhergesagt werden. Hierbei soll geprüft werden, inwieweit Änderungen in der Substratfeuchte und der Hangstabilität als Folge von veränderten Klimabedingungen feststellbar und quantifizierbar sind.
Ein weiteres Ziel ist die Berücksichtigung von flachgründigen Rutschungen in quartären Sedimenten im Rahmen der Dispositions-modellierung. Auf Grundlage geomorpho-logischer und sedimentologischer Studien kann davon ausgegangen werden, dass diese entscheidend die Hangentwicklung im Wienerwald beeinflussen. Bisher wurde allgemein davon ausgegangen, dass Rutschungen vor allem in den mergelreichen, verwitterten Sandsteinen des Flyschs entstehen. Gelände-basierte Untersuchungen identifizieren allerdings häufig Rutschungen in den quartären Deckschichten, welche weite Bereiche des Anstehenden überlagern. In der vorliegenden Arbeit wird daher der Einfluss dieser Sedimente auf die Hangdynamik innerhalb der GIS-basierten Stabilitätsmodelle untersucht.
Die Ergebnisse der statistisch-probabilistischen Modellierung liefern Informationen über die Grunddisposition zur Rutschungsaktivität im nördlichen Wienerwald. Die resultierende Rutschanfälligkeitskarte zeigt, dass die Nordrandzone, eine tektonische Einheit im Norden des Untersuchungsgebietes, die ausgedehntesten Gebiete mit der höchsten Rutschanfälligkeit aufweist. In diesem Überschiebungsbereich zur Molassezone treten geologische Einheiten auf, die dem Modell zufolge als sehr rutschanfällig eingestuft werden. Die „Wolfpassing Formation“ und die „Kalkigen Klippen“ der Nordrandzone zeigen eine signifikant erhöhte Dichte an Rutschungen. Diese geologischen Einheiten beginnen im Norden in der Nähe von St. Andrä-Wördern und verlaufen weiter in Richtung Süd-Westen entlang der Bergrücken von Tulbinger Kogel, Klosterberg, Frauenberg und Eichberg.
Die statistische Gewichtung, die im Zuge der regionalen Bewertung der Rutschanfälligkeit durchgeführt wird, liefert Informationen über den räumlichen Zusammenhang zwischen Rutschungen und den Steuerungsfaktoren. Die Modellierung hebt die Bedeutung von tonschieferreichen Schichten als Dispositions-faktor hervor. Die höchste Rutschanfälligkeit wird in den geologischen Einheiten berechnet, welche die tonschieferreichen Schichten des Gaultflysch enthalten. Darüber hinaus wird festgestellt, dass die Verbreitung von Rutschungen eng mit der räumlichen Verbreitung von Störungszonen und Deckengrenzen verbunden ist. Die tektonischen Bedingungen können daher als wesentlicher Steuerungsfaktor der Rutschungsaktivität im Untersuchungsgebiet angesehen werden. Eine erhöhte Häufigkeit von Massenbewegungen wird in unmittelbarer Nähe zum Gewässernetz festgestellt. In Verbindung mit starken Regenfällen kommt es im Untersuchungsgebiet zu wildbachähnlichen Abflüssen in den Gerinnen, wodurch in angrenzenden Hängen Instabilitäten auftreten können. Es wird ferner durch das Modell belegt, dass die Anfälligkeit für Rutschungen auf Nord-West exponierten Hängen erhöht ist. Der Vergleich mit meteorologischen Daten zeigt, dass die Nord-West-Hangexposition der dominierenden Windrichtung im Untersuchungsgebiet entspricht. Dadurch können entsprechend exponierte Hänge erhöhten advektiven Niederschlagsmengen ausgesetzt sein, welche die Bodenfeuchte und folglich die Rutschanfälligkeit erhöhen. Letztere Geofaktoren zeigen die Bedeutung der meteorologischen und hydrologischen Bedingungen für das Auftreten von Rutschungen im Untersuchungsgebiet.
Wie oben beschrieben basiert das regionale Bewertungsmodell auf Steuerungsfaktoren, die über längere Zeit hinweg gleichbleibend sind und daher als konstant angesehen werden können. Im Gegensatz dazu wir durch physikalisch-basierte, deterministische Modellierungen die Disposition für Rutschungen unter variablen Feuchtebedingungen im Substrat untersucht. Zusammenfassend ist festzustellen, dass die Disposition zur Hanginstabilität im Untersuchungsgebiet stark in Abhängigkeit von der Substratfeuchte variiert. Ein Starkregen von 60mm/h kann eine Reduzierung der stabilen Bereiche um 23% im Vergleich zu durchschnittlichen monatlichen Feuchte-bedingungen im Sommer (Juli) verursachen. Insgesamt zeigen die Feuchteszenarien, dass neben kurzfristigen Witterungserscheinungen, wie langanhaltendem Niederschlag oder Starkregen, auch langfristige Feuchte-bedingungen im Substrat die Hangstabilität beeinflussen. So zeigen saisonal schwankende Feuchtebedingungen leichten aber messbaren Einfluss auf die Hangstabilität: Als Folge der erhöhten topographischen Feuchte im Wintermonat Februar ergibt sich eine Zunahme der instabilen Bereiche um 5% gegenüber dem Sommermonat Juli. Die Feuchteszenarien zeigen außerdem, dass die quartären Sedimente empfindlicher auf die wechselnden Feuchte-bedingungen reagieren, als das Flyschgestein.
Die Ergebnisse der Modellierung, die auf  prognostizierter Klimaänderung basiert, deuten darauf hin, dass eine moderate Änderung der Hangstabilität im Monatsdurchschnitt im Vergleich zu den Bedingungen in der Klimanormalperiode möglich ist. Eine angenommene durchschnittliche Erhöhung der Lufttemperatur um 2°C in Kombination mit einer um 30% erhöhten Niederschlagsmenge in den Wintermonaten führt im Modell zu einer Erhöhung des Grundwasserzuflusses um 7% gegenüber dem langjährigen Durchschnitt. Durch diesen erhöhten Zufluss zeigt sich im Modellvergleich eine leicht erhöhte topographische Feuchte im Winter. Diese Feuchtigkeitszunahme führt dazu, dass sich stabile Hangbereiche um rund 3% verringern und sich instabile Hangbereiche um den gleichen Betrag ausweiten. Diese leicht erhöhte Instabilität kann dazu führen, dass bereits geringere Niederschlagsmengen bzw. Intensitäten einzelner Regenereignisse eine Überschreitung der Grenzwerte im Stabilitätsgleichgewicht verursachen.
Im Sommer ist hingegen unter Berücksichtigung prognostizierter Klimaänderungen eine Verringerung instabiler zugunsten stabiler Hangbereiche festzustellen. Die berücksichtigte durchschnittliche Erhöhung der Lufttemperatur um 2,5°C hat in Kombination mit einem Rückgang der durchschnittlichen Niederschlagsmenge um 15% eine erhöhte Trockenheit im Substrat zur Folge. Folglich weiten sich stabile Bereiche um rund 11% der Fläche des Untersuchungsgebietes aus. Dieser Effekt ergibt sich im Modell durch eine geringere Niederschlagsmenge, aber auch durch erhöhte Evapotranspiration in Folge des Temperaturanstieges und des  dadurch verringerten Zuflusses. Allerdings gilt künftig, trotz insgesamt verringerter monatlicher Niederschlagsmengen im Sommer, eine Zunahme der Niederschlagsintensitäten als wahrscheinlich. In diesem Zusammenhang lassen die Modellierungsergebnisse den Schluss zu, dass häufiger mit einer kurzfristig drastisch erhöhten Rutschanfälligkeit durch Starkregen im Sommer zu rechnen ist. 
Die Ergebnisse der komplementären Methoden, werden anschließend zusammengeführt. Aus dieser Synthese  kann folgendes Fazit gezogen werden: Die regionale Modellierung der Suszeptibilität ergibt, dass Hänge mit einer Neigung von 26° bis 31° hoch rutschanfällig sind. Die physikalisch-basierten Modellierungen deuten darauf hin, dass in diesem Hangneigungsbereich das Vorkommen quartärer Sedimente für Rutschungen von besonderer Bedeutung ist. Daher kann der Schluss gezogen werden, dass ein erheblicher Teil der im Flysch kartierten Rutschungen eigentlich in quartären Sedimenten aufgetreten sind.
KW  - Wienerwald
KW  - Klimaänderung
KW  - Erdrutsch
KW  - Landslide Susceptibility
KW  - GIS-based Modelling
KW  - Climate Change
KW  - Natural Hazards
KW  - Vienna Forest
KW  - Rutschung
KW  - Geoinformationssystem
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-108582
ER  - 
TY  - THES
A1  - Mutz, Sebastian
T1  - Dynamic Statistical Modelling of Climate-Related Mass Balance Changes in Norway
T1  - Dynamisch-Statistische Modellierung Klimabedingter Gletschermassenveränderungen in Norwegen
N2  - The glaciers in Norway exert a strong influence on Norwegian economy and society. Unlike many glaciers elsewhere and despite ongoing climate change and warming, many of them showed renewed advances and positive net mass changes in the 1980's and 1990's, followed by rapid retreats and mass losses since 2000. This difference in behaviour may be attributed to differences and shifts in the glaciological regime - the differences in the magnitude of impacts of climatic and non-climatic geographical factors on the glacier mass. 
This study investigates the influence of various atmospheric variables on mass balance changes of a selection of glaciers in Norway by means of Pearson correlation analyses and cross-validated stepwise multiple regression analyses. The analyses are carried out for three time periods (1949-2008, 1949-1988, 1989-2008) separately in order to take into consideration the possible shift in the glaciological regime in the 1980's. The atmospheric variables are constructed from ERA40 and NCEP/NCAR re-analysis datasets and include regional means of seasonal air temperature and precipitation rates and atmospheric circulation indices. The multiple regression models trained in these time periods are then applied to predictors reconstructed from the CMIP3 climate model dataset to generate an estimate for mass changes from the year 1950 to 2100. The temporal overlap of estimates and observations is used for calibration. Finally, observed atmospheric states in seasons that are characterised by a particularly positive or negative mass balance are categorised into time periods of modelled climate by the application of a Bayesian classification procedure. 
The strongest influence on winter mass balance is exerted by different indices of the North Atlantic Oscillation (NAO), Northern Annular Mode (NAM) and precipitation. The correlation coefficients and explained variances determined from the multiple regression analyses reveal an East-West gradient, suggesting a weaker influence of the NAO and NAM on glaciers underlying a more continental regime. The highest correlation coefficients and explained variances were obtained for the 1989-2008 time period, which might be due to a strong and predominantly positive phase of the NAO. Multi-model ensemble means of the estimates show a mass loss for all three eastern glaciers, while the estimates for the more maritime glaciers are ambivalent. In general, the estimates show a greater sensitivity to the training time period than to the greenhouse gas emission scenarios according to which the climates were simulated. The average net mass change by the end of 2100 is negative for all glaciers except for the northern Engabreen. For many glaciers, the Bayesian classification of observed atmospheric states into time periods of modelled climate reveals a decrease in probability of atmospheric states favouring extremes in winter, and an increase in probability of atmospheric states favouring extreme mass loss in summer for the distant future (2071-2100). This pattern of probabilities for the ablation season is most pronounced for glaciers underlying a continental and intermediate regime.
N2  - Gletscher in Norwegen stellen einen starken Einflussfaktor auf Wirtschaft und Gesellschaft dar. Trotz des Klimawandels und Erwärmung kam es zu einem Vorstoß der Gletscher in den späten 1980er und 1990ern, welcher erst ab dem Jahr 2000 durch einen starken Massenverlust abgelöst wurde. Dieses Verhalten lässt sich möglicherweise durch Unterschiede und Veränderungen im glaziologischen Regime erklären, d.h. Unterschiede in der Stärke der Einflüsse von klimatisch und nicht-klimatischen Faktoren auf die Gletschermassenbilanzen. 
Diese Arbeit untersucht den Einfluss verschiedener atmosphärischer Variablen auf die Massenveränderungen einiger Gletscher in Norwegen mit Hilfe von Korrelationsanalysen und kreuzvalidierten schrittweise multiple Regressionsanalysen. Diese werden für die Zeitabschnitte 1949-2008, 1949-1988 und 1989-2008 separat durchgeführt um den möglichen Regimewechsel in the 1980ern zu berücksichtigen. Die atmosphärischen Variablen werden aus ERA40 und NCEP/NCAR Re-analysen erstellt und beinhalten unter anderem atmosphärische Zirkulationsindizes und regionale Mittel von saisonalem Niederschlag und Temperatur. Die Regressionmodelle werden dann auf die aus den Daten des CMIP3 Klimamodelldatenarchiv rekonstruierten Prädiktoren angewandt um eine Abschätzung der Gletschermassenveränderung für den Zeitraum von 1950 bis 2100 zu erstellen. Die zeitliche Überschneidung von Abschätzungen und Beobachtungen wird zur Eichung genutzt. Zuletzt wird durch einen Bayesischen Klassifizierungsansatz beobachtete atmosphärische Zustände in Jahren, die durch besonders negative oder positive Massenbilanzen geprägt sind, in Zeitabschnitte von modelliertem Klima eingeordnet.
Der größte Einfluss auf Wintermassenbilanzen stellt die Nordatlantische Oszillation, Arktische Oszillation und Niederschlagsmittel dar. Die Höhe der Korrelationskoeffizienten und der durch diese Prädiktoren erklärte  Varianz der Wintermassenbilanz nimmt für die östlich gelegenen, kontinental geprägteren Gletscher ab. Die stärksten stochastischen Zusammenhänge und höchsten erklärten Varianzen werden aus dem 1989-2008 Zeitabschnitt gewonnen und lassen sich möglicherweise durch eine meist starke und positive Phase der Winter-NAO in diesem Zeitraum erklären. Multi-model Ensemble Means der Abschätzungen der Gletschermassenveränderungen zeigen den größten Massenverlust für die östlich gelegenen, kontinentaleren Gletscher auf. Die Abschätzungen für die eher maritim geprägten Gletscher sind weniger eindeutig. Im Allgemeinen reagieren die Abschätzungen empfindlicher auf die Wahl des Trainingszeitraums für die Regressionsmodelle als auf die  Emissionsszenarien der Klimamodellläufe. Im Durchschnitt ist die kumulative Massenbilanz im Jahr 2100 jedoch für fast alle Gletscher negativ.  Der nördlich gelegene Engabreen stellt die einzige Ausnahme dar. Die Resultate des Bayesischen Klassifikationsansatzes zeigen eine Abnahme in der Wahrscheinlichkeit für atmospphärischen Zustände, die Minima und Maxima winterlicher Akkumulation begünstigen. Des Weiteren zeigen die Resultate eine Zunahme in der Wahrscheinlichkeit der atmosphärischen Zustände, die starken Massenverlust im Sommer begünstigen. Dies ist besonders bei den Gletschern der Fall, die einem kontinentalen oder Übergangsregime unterliegen.
KW  - Norwegen
KW  - Klimatologie
KW  - Klimaänderung
KW  - Gletscherschwankung
KW  - Geschichte 1949-2008
KW  - dynamic-statistical
KW  - statistica modelling
KW  - glaciers
KW  - climate change
KW  - norway
KW  - statistics
KW  - bayesian
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-114799
ER  -