Klima und Wetter üben einen tief greifenden Einfluss auf die menschliche Gesundheit aus. Die prognostizierten Folgen des Klimawandels haben Forschung auf diesem Gebiet in den Mittelpunkt des wissenschaftlichen Interesses gerückt. Bis zum jetzigen Zeitpunkt konnten verschiedene Studien einen Zusammenhang zwischen atmosphärischen Zuständen und Mortalität aufzeigen. Jedoch bezieht sich der Großteil dieser Forschung auf die Industrieländer der Mittelbreiten und Erkenntnisse aus solchen Arbeiten erlauben nur wenige Schlussfolgerungen über die Beziehung zwischen Atmosphäre und Gesundheit in tropischen Entwicklungsländern. Das vorrangige Ziel dieser Arbeit war es, das Verständnis über atmosphärische Einflüsse auf Sterblichkeit in Bangladesch, einem tropischen Land mit niedrigen sozioökonomischen Standards und starken Urbanisierungsprozessen, zu erweitern. Zentralen Bestandteil der Arbeit bilden umfangreiche Analysen zu atmosphärischen Einflüssen auf Mortalität mittels verschiedener Generalisierter Linearer und Additiver Modelle. Im Allgemeinen zeigt die Studie einen starken Zusammenhang zwischen atmosphärischen Zuständen und Mortalität auf. Mittel- bis langfristige saisonale Effekte ebenso wie unmittelbarere kurz- bis mittelfristige thermische Effekte wurden verdeutlicht. Trotz des tropischen Klimas wurde eine ausgeprägte Übersterblichkeit im Winter und bei niedrigen Temperaturen beobachtet. Dennoch wurde in einigen Fällen ein sekundäres Sommermaximum und ein Anstieg der Mortalität bei erhöhten Temperaturen gefunden. Insbesondere Gesamt- und kardiovaskuläre Mortaliät in Städten zeigte einen starken und lang andauernden Anstieg in Folge von Hitze. Ebenso waren Bevölkerungsgruppen über 65 Jahren stark von hitzebedingter Mortalität betroffen. Intensiven Urbanisierungstendenzen, die Alterung der Gesellschaft, die Zunahme kardiovaskulärer Erkrankungen sowie der Anstieg der Temperatur in Folge des Klimawandels legen nahe, dass schädlichen Hitzeeffekte in Zukunft zunehmen werden. / Climate and weather have profound effects on human health. With the projected consequences of climate change, research on the health-atmosphere relationship has increasingly been brought into the focus of scientific attention. To date, several studies have established a relationship between atmospheric short- or long -term conditions and human mortality. Nevertheless, the majority of scientific evidence refers to industrialised countries located in the mid-latitudes. The insights gained from these studies permit few conclusions to be drawn about the atmosphere-health relationship in tropical developing countries. The primary objective of this thesis was to advance our understanding of atmospheric effects on mortality in Bangladesh, a tropical country with low socio-economic status and strong urbanisation processes. An extensive analysis of atmospheric short- and long-term effects on mortality was conducted using various generalised linear and additive models. Generally, this thesis revealed a strong association between atmospheric conditions and mortality. Mid- to long-term seasonal effects were demonstrated as well as more immediate short- to mid-term thermal effects. Despite the tropical climate associated with constantly high temperatures, a strong dominance of winter and cold-related excess mortality was observed. Nevertheless, a secondary summer maximum and an increase in mortality with elevated temperatures were observed for several strata. In particular, all-cause and cardiovascular mortality in urban areas was found to be subject to intense and long-lasting heat effects. Likewise, the elderly population above 65 years was subject to heat-related mortality. Given the strong urbanisation trends, the ageing of populations, the increase in cardiovascular diseases, and the projected consequences of climate change adverse heat effects are likely to become more prevalent in Bangladesh and other developing countries.

Das Jungmoränenland südlich Berlins stellt ein Mosaik aus ausgedehnten Schmelzwasserabflussbahnen und inselartig daraus aufragenden Platten dar. Teile des Großreliefs wurden bereits saalezeitlich angelegt. Der weichselzeitliche Eisvorstoß beeinflusste relativ schwach den Untergrund und hinterließ einen meist geringmächtigen, lückenhaften Till. Das jüngste Inlandeis wirkte vor allem über die Schmelzwässer. Es bildeten sich zahlreiche Glaziale Rinnen und mächtige Vorschütt- und Sandersande. Die lückenhaft ausgebildete Brandenburger Eisrandlage markiert nicht das weiteste Vordringen des weichselzeitlichen Inlandeises. Der Maximalvorstoß stieß 2 bis 12 km weiter nach Süden vor. Östlich von Luckenwalde erreichte er den Südrand des Baruther Urstromtales. Dem Maximalvorstoß wird im Baruther Urstromtal die älteste von vier Abflussphasen zugeordnet. Dem Ältesten Baruther Urstrom folgte der Ältere Urstrom, der die Brandenburger Eisrandlage entwässerte. Der Jüngere und der Jüngste Baruther Urstrom führten die Schmelzwässer ab, die beim Zurückschmelzen des Eises von der Brandenburger Eisrandlage anfielen. Zwischen denen einzelnen Abflussphasen erfolgte kein Trockenfallen des Urstromtales. Deutliche Terrassenkanten fehlen innerhalb der Urstromtalungen. Die Entwicklung der Abflussbahnen nördlich des Baruther Urstromtales verlief, vom Unterspreewald ausgehend, in drei Hauptphasen mit den aufeinanderfolgenden Abflusszielen Beelitz (?), Potsdam und Berlin. Es existiert keine Rückzugsstaffel nördlich der Brandenburger Eisrandlage. Die Spree hat im Unterspreewald vier Gerinnebettgenerationen ausgebildet. Braided river-Strukturen, Großmäander, Kleinmäander und das rezente Anastomosieren folgten seit dem Weichselspätglazial aufeinander. Die Spree floss vom Unterspreewald immer nach Osten und nie nach Nordwesten ab. Die Ursache dieses Umweges wird im späten Durchbruch der Spree durch den Lausitzer Grenzwall gesehen, so dass die Aufwehung von Dünen den kürzeren Weg in das Berliner Urstromtal blockierte. / The young moraine area to the south of Berlin is a patchwork of elongated meltwater streamways with raised island-like quarternary plateaus. Parts of the relief were already formed during the Saalian ice age. The ice advance in the Weichselian ice age only affected the subsoil relatively weakly and left behind a mostly modest and incomplete till. The most recent glacier had its greatest effect with its meltwaters. Many subglacial channels and massive proglacial sands were formed. The incompletely formed Brandenburg ice stage doesn't mark the furthest extent of the Weichselian glacier. The maximum reach advanced a further 2 to 12 km to the south. To the east of Luckenwalde, the glacier reached as far as the southern edge of the Baruth ice marginal valley. The maximum ice advance has been connected with the oldest of four drainage phases in the Baruth ice marginal valley. The oldest Baruth Urstrom followed the older urstrom which drained the Brandenburg ice stage. The younger and youngest Baruth Urstrom drained off the meltwater resulting from the thawing back of the ice at the Brandenburg ice stage. Between the individual drainage phases, the ice marginal valley didn't dry out. There are no clearly defined terraced steps within all meltwater streamways. The development of the meltwater streamways to the north of the Baruth ice marginal valley proceeded, starting from the Unterspreewald area, in three main phases with consecutive drainage destinations, Beelitz (?), Potsdam and Berlin. No more recent ice stages exist to the north of the Brandenburg ice stage. The Spree River has formed four generations of river bed types in the Unterspreewald area. Braided river structures, large and small palaeomeanders and the surviving anastomosing riverbed have followed consecutively since the late Weichselian ice age. The Spree River always flowed from the Unterspreewald area to the east and never to the north-west. The reason for this diversion is deemed to be the late breaching of Lausitzer Grenzwall by the Spree River. The shorter route north-westward to the Berlin ice marginal valley was blocked by the formation of dunes.

In den letzten Jahren finden die prägendsten Stadtentwicklungsprozesse in Mexiko-Stadt ausschließlich in der Peripherie statt. Heutzutage leben hier 90% der Gesamtbevölkerung (Sobrino 2004). Seit dem Ende des letzten Jahrtausends ist in der Metropole eine polyzentrische Entwicklung zu beobachten, was sich in einer Bevölkerungsabnahme im Stadtzentrum ausdrückt, ohne dass das Bevölkerungswachstum insgesamt innehält. Damit bestätigt sich hier das hochaktuelle Modell einer Stadt-Region, welches sich durch eine ungleichmäßige Ausdehnung und diffuse Urbanisation (Delgado 2008) charakterisieren lässt. Diese schließt auch weiter außerhalb gelegene Regionen mit ein, die gleichzeitig ländlichen und städtisch Merkmalen aufweisen. Es ist eine noch nicht gelöste Aufgabe, den Bedarf nach städtischen Wohnungen zu decken. Dazu wurde der Immobilienmarkt den privaten Finanzmärkten überlassen, und gleichzeitig beendete der Staat die öffentlichen Wohnungsbaumaßnahmen und erleichterte den Zugang zu privaten Krediten, was den Weg zur Immobilienspekulation öffnete. Die Möglichkeit Sozialwohnungen als Wohneigentum zu erwerben ist, wie alle sozialen Garantien der Vergangenheit, im Strudel neoliberaler Politik verschwunden, die ganz Mexiko ergriffen hat. Ixtapaluca liegt in der östlichen Peripherie Mexiko-Stadts und ist eine der am meisten von der Immobilienspekulation betroffenem Regionen, die Ende der neunziger Jahre begonnenen hat. Seither wurden hier mehrere Megawohnungsbauprojekte umgesetzt, die somit in der weitentferntesten Peripherie von Mexiko-Stadt liegen. Bei der hier stattfindende “Massenproduktion” von Wohnraum für die untere Mittelklasse ergeben sich wesentliche Vorteile für die dahinterstehenden privaten Bauunternehmen: die Lage der Baugrundstücke in suburbanen ländlichen Gebieten verringert den Bodenpreis; da es keine staatliche Regelungen gibt, kann minderwertiges Baumaterial verwendet werden, weshalb diese Bauprojekte sichere Gewinne garantieren - wenn auch nicht für die Käufer der Wohnungen. Für die angesprochene Bevölkerungsschicht stellen die “Unidades Habitacionales” die einzige Möglichkeit dar, eigenes Wohneigentum für die Familie zu erwerben. Die dahinterstehende Verkaufsstrategie profitiert von einer Illusion: dem Mythos des Eigenheims mit tiefgründiger Bedeutung in der mexikanischen Kultur. Die Konsequenzen dieses Urbanisierungsmodels sind vielschichtig. Sie reichen von der Ebene der Metropole über die lokale Ebene bis hin zum Privaten. Über Interviews mit Betroffenen nähert sich diese Arbeit den Personen an, die bereits Wohneigentum in den “Unidades Habitacionales“ in Ixtapaluca und Umgebung erworben haben. Darüber soll eine Reflexion des Lebens in den Familien nach dem Immobilienkauf stattfinden. Mittels detaillierter Aufschlüsselung der täglichen Routinen war es möglich, Schemata für das Zeitbudget der Betroffenen herauszuarbeiten und diejenigen Aktivitäten zu erkennen, die das Familienleben in der neuen Wohnumgebung prägen. Resultierend aus der Wohnlage wird das nun notwendige Pendeln zum Arbeitsplatz zur zeitfressendsten Aktivität. So wird der Traum vom Wohneigentum zum Albtraum, da der tägliche Weg zum Arbeitsplatz angesichts der extrem schlechten Verkehrs-Infrastruktur immer komplizierter wird. Dafür müssen täglich bis zu drei bis fünf Stunden aufgewendet werden, die für andere wichtige “Aktivitäten” wie das Familienleben, Essenspausen oder Ruhephasen fehlen. / It has been Mexico City’s periphery, currently home to more than 90% of the city’s total population (Sobrino, 2004), which has played the leading role in the urban processes of the past years. Since the end of the last millenium the city has become polycentric and sustained a loss of inhabitants in central areas. However, it has continued to grow and the present model would suggest the formation of a City-Region (Región Centro de México), whose excentric expansion and diffuse urbanization (Delgado, 2008) integrates outlying territories of an ambiguous nature, displaying rural as well as urban characteristics. While providing urban housing continues to be an unsolved problem and with a real estate market that has been surrendered to private capital, the State has cancelled its housing policy and facilitated access to loans, which has paved the way for real estate speculation. Like all the social guarantees of the past, access to housing has been reduced to a neoliberal model, which now prevails throughout the state of Mexico. Ixtapaluca, situated on Mexico City’s eastern periphery, is one of the municipalities in the metropolitan area most affected by such real estate speculation, which started in the late 1990s. Since then, several large-scale housing projects have been constructed in areas most removed from the center: in the municipalities on the conurbation’s outer periphery. Such a model of mass production for the working classes presents several advantages for private construction companies: the fact that the housing complexes are situated in periurban agricultural areas means prices for land are low; at the same time, the total lack of state regulation make it possible to use building materials of inferior quality. Most importantly, such projects are a guaranteed investment, but not for the people who buy the houses. For them, these housing projects are the only option to have a place of their own, of acquiring a family home and family fortune. The marketing strategies used to sell them disguise an illusion: the myth of the privately owned house a theme of great cultural relevance in Mexico, the perfect trap. There are various consequences of this model are played out on several levels: from the metropolitan to the local to the individual. Basing this study on personal interviews made it possible to get as close as possible to the inhabitants and to map the impact on their family life of purchasing a home in one of the Housing Projects of the region (Ixtapaluca, Chalco). By means of a detailed list of daily routine activities, it was possible to schematize and visualize the families’ time-budget as well as to identify those activities for which people use most of their time after moving into the new house. As these new settlements are situated on the periphery, commuting to and from work becomes one of the most time-consuming activities. Because of this, the dream of the family home turns into a nightmare: getting to the workplace becomes more complicated (inadequate public transport) and takes up between three and five hours every day, which means that there is less time for other fundamental activities like resting, meals and family life.

Trockengebiete, die etwa 40% der globalen Landoberfläche abdecken, Lebensgrundlage für 2 Millionen Menschen bilden, einzigarte Biodiversität enthalten und wichtige Ökosystemdienstleistungen bereitstellen, sind beträchtlichem Druck durch Landnutzungs- und Klimawandel ausgesetzt. Die räumlichen Muster dieser Landnutzungsänderungen sowie deren Ursachen sind jedoch nur in Ansätzen verstanden. Fernerkundung kann Veränderungen großräumig beobachten, aber Methoden fehlen, um diese Veränderungen, die graduell und abrupt (z.B. Feuer) auftreten können, abzuleiten. Die Ziele dieser Dissertation waren die Entwicklung fernerkundlicher Methoden, um verschiedene Landnutzungsänderungen in mediterranen Ökosystemen zu quantifizieren und um den Einfluss verschiedener Landnutzungsprozesse auf das Feuerregime besser zu verstehen. Die griechische Insel Kreta wurde als Untersuchungsgebiet gewählt. Zuerst wurden basierend auf Trendanalysen von Landsatzeitreihen verschiedene Vegetationsmaße verglichen. Demnach führen einfache Vegetationsmaße zu ähnlich guten Ergebnissen und ermöglichen eine effiziente Beobachtung großer Gebiete. Anschließend wurden Veränderungstrajektorien abgeleitet, um graduelle und abrupte Prozesse zu unterscheiden und um zu analysieren, wie Landnutzungssysteme und Feuerregime sich auf Kreta ausgewirkt haben. Mittels einer statistischen Modellierung wurde der relative Einfluss von Landnutzungsprozessen auf das Feuerregime quantifiziert. Die Ergebnisse zeigten ein komplexes Muster von graduellen Vegetationsveränderungen und Feuern und deuten darauf hin, dass Feuer hauptsächlich vom Beweidungssystem abhängt. Feuer traten häufig am Fuße der Berge auf, wohingegen in den Berggebieten Vegetationszunahme vorherrscht. Die statistische Modellierung bestätigte, dass Extensivierung und Klima die Hauptursachen des kretischen Feuerregimes sind. So ist zu vermuten, dass sich das ehemals durch Brennmaterial limitierte Feuerregime zu einem trockenheitsgetriebenen entwickeln wird. / Drylands cover about 41% of the earth’s surface, sustain the livelihoods of 2 billion people, harbor unique biodiversity and provide important ecosystem services, but land use and climate change exert considerable pressure on these ecosystems. However, pattern and drivers of land use change are weakly understood. Remote sensing can monitor these changes for large areas but methods to detect both gradual and abrupt events like fires are missing. The main objectives of this thesis were to develop remote sensing based methods to better quantify the impact of land use change on fire-prone Mediterranean ecosystems, and to apply these methods to better understand the influence of different land use processes on fire regimes. The island of Crete (Greece) served as study region where diverging land use transformation are extensive, fires are frequent and environmental gradients are large. First, the trade-off between different vegetation estimates when using Landsat-based trend analyses was quantified. The results suggested that simple vegetation estimates perform equally well and thus, allow for effective mapping of large areas. Second, a trajectory change detection approach was applied to separate gradual changes from abrupt events and to answer the question how land use systems and fire regimes have affected Crete’s rangelands. Statistical modeling was then used to quantify the relative importance of land use processes in driving the fire regime. The results show that vegetation changes resulted in complex pattern of gradual changes and fires likewise. The fire regime appeared to be mainly driven by changing grazing systems. Fires were frequent in foothills whereas mountains showed increasing vegetation as a result of land abandonment. The statistical modeling confirmed that land extensification and climate are the primary drivers of fire regimes on Crete. The results suggest that the former fuel-limited fire regime will likely shift towards a drought-driven fire regime.

In dieser Arbeit werden Berechnungen zur klimatischen Sensitivität der Eiskappe von Devon Island (Nunavut, Kanada) durchgeführt, die auf einem mit Wärmesummen arbeitenden Massenbilanzmodell basieren. Wichtigste Datenbasis für die Modellrechnungen sind dabei höhenabhängige Massenbilanzreihen der Devon-Eiskappe sowie tägliche Klimadaten der WMO-Station Resolute Bay. Durch die Bestimmung geeigneter Modellparameter (Temperaturgradienten, Wärmesummenkoeffizienten) ist es möglich, das mittlere Massenbilanzprofil gut zu simulieren. Das auf diese Weise kalibrierte Modell kann dann – als einfache Alternative zu Energiebilanzmodellen – zur Berechnung der Sensitivität der Massenbilanz auf Veränderungen von Temperatur und Niederschlag genutzt werden. Anwendungen des Modells verdeutlichen, dass die Massenbilanz der Devon-Eiskappe stark abhängig von der Entwicklung der Sommertemperaturen und die klimatische Sensitivität im Vergleich mit anderen Eismassen aus feuchteren Klimaten sehr klein ist. Die Einbeziehung der saisonalen Abhängigkeit der Massenbilanz kann schließlich helfen, eine mit Schwierigkeiten verbundene Rekonstruktion der jährlichen Massenbilanz zu verbessern. / In this study, a degree-day approach is used to carry out model simulations to determine the climatic sensitivity of the mass balance of the Devon Island ice cap (Nunavut, Canada). The most important data the model is fed by are a 38 yr long series of specific mass balance data and daily air temperature data from the WMO station Resolute Bay. By determining suitable model parameters (temperature lapse rates, degree-day coefficients) it is possible to simulate the mean mass balance profile convincingly. As a simple alternative to energy balance models, the calibrated degree-day model can then be used to determine the sensitivity of the mass balance to changes in temperature and precipitation. Results show that the mass balance of the Devon Ice Cap is strongly dependent on the summer temperatures and that the overall climatic sensitivity is small compared to those of other ice masses in more humid regions. The reconstruction of the mass balance series is attended with difficulties, but can be improved by including the mass balance''s seasonal sensitivity.

In der vorliegenden Dissertation wird die Bedeutung nahräumlich praktizierter Freizeitwege für Bewohner in zehn Untersuchungsgebieten im Berliner Umland untersucht. Im Zentrum der Analyse steht dabei die Identifizierung der diese Bedeutung verursachenden Erklärungsfaktoren, wobei als theoretische Zugänge zum einen der Rational Choice-Ansatz, zum anderen der Lebensstilansatz verwendet werden. Die durch die empirische Analyse quantitativer und qualitativer Daten erzielten Ergebnisse zeigen, dass die Umlandbewohner ihre Freizeitwege zu einem erheblichen Anteil nahräumlich praktizieren. Den Hintergrund dafür bildet das im suburbanen Untersuchungsraum geringe Ausstattungsniveau mit Arbeitsstätten und Freizeiteinrichtungen, das die Bewohner vor die Herausforderung einer komplexen Alltags- und Mobilitätsorganisation stellt. Um den damit verbundenen Mobilitätsaufwand zu minimieren, versuchen die Bewohner, ihre Freizeitziele auf die im nahräumlichen Umland vorhandenen Einrichtungen zu konzentrieren, womit die Befragten ein den Annahmen des Rational Choice-Ansatzes entsprechendes nutzenmaximales Verhalten zeigen. Die nahräumliche Freizeitorientierung wird außerdem durch einen weiteren Einflussfaktor begünstigt: Die Entscheidung der Bewohner für ein im suburbanen Raum realisiertes Lebenskonzept impliziert gleichzeitig ihren Verzicht auf ein abwechslungsreiches, erlebnisorientiertes und damit mobilitätsintensives Freizeitverhalten. Insofern unterscheiden sich die Umlandbewohner wesentlich von den Bewohnern in Berlin, wie ein Vergleich mit den Ergebnissen einer ähnlichen Mobilitätsstudie für Berlin zeigt. Aus diesen Ergebnissen leitet sich die praxisrelevante Schlussfolgerung ab, den suburbanen Raum nicht länger zu vernachlässigen, sondern entsprechend den Bedürfnissen seiner Bewohner und im Interesse einer verkehrssparsamen Freizeitmobilität mit Freizeiteinrichtungen aufzuwerten. / In this dissertation the importance of leisure mobility patterns near the place of living will be examined for ten investigation areas in the hinterland of Berlin. The analysis focuses on the identification of explanations that cause this importance. The applied theoretical foundation is mainly drawn from the Rational choice theory and the lifestyle theory. The results that have been achieved by empiric analysis of quantitative and qualitative data show that people living in the hinterland mainly concentrate their leisure activities on the neighbourhood environment. The low endowment with places of work and leisure facilities in the suburban investigation areas is identified as main reason for this specific spatial orientation. Consequently, the inhabitants have to face the challenge of a complex organization of their everyday life and daily mobility. In order to minimize the necessary effort of daily mobility they try to concentrate their leisure activities on infrastructure near their place of living. In terms of time-consuming mobility management the respondents showed a most economical behaviour. This result is in accordance to the assumptions of the Rational choice theory. Furthermore, leisure activities near the place of living are influenced by another factor: People’s decision on a concept of life in the suburban area simultaneously implies their abandonment on diversified and fun-oriented leisure activities that would lead to a time-consuming leisure mobility. According to a similar study on daily mobility for Berlin, the leisure behaviour and mobility pattern of the inhabitants of the suburbs differ considerably in comparison to that of the inhabitants of the urban core. The results lead to a conclusion that might be important for practice: In the context of regional planning, the suburban area should not be neglected any longer but rather revaluated with leisure infrastructure according to its inhabitant’s needs and to a traffic saving leisure mobility.

Hitzestress beeinflusst nicht nur das Wohlbefinden, sondern vor allem auch die menschliche Gesundheit. Während Hitzestress im Außenraum bereits detailliert untersucht wurde, gibt es nur wenige Studien, welche sich mit thermischen Belastungen im Innenraum befassen. Dabei hält sich die Bevölkerung der Industriestaaten im Durchschnitt durchschnittlich 90 % des Tages im Innenraum auf. Analysen der klimatischen Bedingungen im Innenraum sind essenziell, um zugrundeliegende Prozesse zu verstehen, die Auswirkungen auf den Menschen zu erfassen und passende Anpassungsstrategien entwickeln zu können. Ziel der Arbeit ist es daher, verschiedene Innenraumklimata zu untersuchen und zu bewerten. Zur Untersuchung ihrer Charakteristika wurden Räume ohne Nutzerverhalten innerhalb eines Gebäudes bemessen und analysiert. Die Ergebnisse wurden dann verwendet, um ein detailliertes Innenraummesssystem zu entwickelt und an verschiedenen Standorten in Berlin aufzubauen. Die erhobenen Daten wurden dann verwendet, um die Variabilität von Hitzestress im Innenraum zeitlich und räumlich anhand des UTCI (Universal Thermal Climate Index) zu untersuchen. Den Abschluss bilden umfangreiche Analysen zu den Einflüssen von Innenraum- und Außenraumtemperaturen auf die Mortalität mittels Generalisierter Additiver Modelle (GAM). Die Ergebnisse zeigen, dass Hitzestress im Innenraum eine ernstzunehmende Gefahr darstellt. Alle Untersuchungsräume weisen hohe thermische Belastungen auf. UTCI Werte im Innenraum schwanken innerhalb eines Gebäudes und weisen im Vergleich zum Außenraum sehr hohe Belastungswerte während der Nacht auf. Die höchsten Werte wurden in modernen Gebäuden mit großen Fensterflächen ermittelt. Bezüglich der unterschiedlichen Einflussfaktoren auf das Innenraumklima konnte das Außenklima als wichtigste Einflussgröße bestätigt werden. Des Weiteren zeigt sich, dass die Innenraumtemperatur im Vergleich zur Außenraumtemperatur ein ebenso guter Prädiktor für Mortalität ist. / Heat stress influences not only the comfort of humans but also human health. Heat stress in outdoor environments has been investigated extensively, whereas only a few studies have focused on indoor environments. People in industrialized countries spend approximately 90 % of their day in confined spaces. Analyses of indoor climatic conditions are essential to understanding the underlying processes, determining the impacts on humans and developing appropriate adaptation measures. The aim of this work is to investigate and assess different indoor climates and provide a valuable contribution to future research questions. To analyze indoor climate characteristics or, rather, the influence of different meteorological parameters, the indoor climate in four rooms in one building without user behavior was measured and examined. The results were used to establish a detailed indoor measurement system at different study sites distributed over Berlin. The gathered data were then used to assess indoor heat stress variability on a temporal and spatial scale using the UTCI (Universal Thermal Climate Index). Finally, an extensive analysis of the influence of indoor climate and outdoor climate on mortality was conducted by applying generalized additive models (GAM). The results indicate that indoor heat stress is a severe threat. All study rooms experienced high thermal loads, regardless of the building type they were located in or their location within the building. Indoor UTCI values varied within buildings and further exhibited very high heat stress levels during night compared to outdoors. The highest values were measured in modern buildings with a high percentage of windows. Among the different driving factors of indoor climate, outdoor climate was confirmed to have the highest impact. Moreover, this thesis shows that indoor air temperature is an equally good predictor of mortality compared to outdoor climate.

Erdbeben gehören zu den zerstörerischsten Naturgefahren auf diesem Planeten. Obwohl Erdbeben seit Jahrtausenden dokumentiert sing, bleiben viele Fragen zu Erdbeben unbeantwortet. Eine Frage ist die Vorhersagbarkeit von Brüchen: Inwieweit ist es möglich, die endgültige Größe eines Bebens zu bestimmen, bevor der zugrundeliegende Bruchprozess endet? Diese Frage ist zentral für Frühwarnsysteme. Die bisherigen Forschungsergebnisse zur Vorhersagbarkeit von Brüchen sind widersprüchlich. Die Menge an verfügbaren Daten für Erdbebenforschung wächst exponentiell und hat den Tera- bis Petabyte-Bereich erreicht. Während viele klassische Methoden, basierend auf manuellen Datenauswertungen, hier ihre Grenzen erreichen, ermöglichen diese Datenmengen den Einsatz hochparametrischer Modelle und datengetriebener Analysen. Insbesondere ermöglichen sie den Einsatz von maschinellem Lernen und deep learning. Diese Doktorarbeit befasst sich mit der Entwicklung von Methoden des maschinellen Lernens zur Untersuchung zur Erbebenanalyse. Wir untersuchen zuerst die Kalibrierung einer hochpräzisen Magnitudenskala in einem post hoc Scenario. Nachfolgend befassen wir uns mit Echtzeitanalyse von Erdbeben mittels deep learning. Wir präsentieren TEAM, eine Methode zur Frühwarnung. Auf TEAM aufbauend entwickeln wir TEAM-LM zur Echtzeitschätzung von Lokation und Magnitude eines Erdbebens. Im letzten Schritt untersuchen wir die Vorhersagbarkeit von Brüchen mittels TEAM-LM anhand eines Datensatzes von teleseismischen P-Wellen-Ankünften. Dieser Analyse stellen wir eine Untersuchung von Quellfunktionen großer Erdbeben gegenüber. Unsere Untersuchung zeigt, dass die Brüche großer Beben erst vorhersagbar sind, nachdem die Hälfte des Bebens vergangen ist. Selbst dann können weitere Subbrüche nicht vorhergesagt werden. Nichtsdestotrotz zeigen die hier entwickelten Methoden, dass deep learning die Echtzeitanalyse von Erdbeben wesentlich verbessert. / Earthquakes are among the largest and most destructive natural hazards known to humankind. While records of earthquakes date back millennia, many questions about their nature remain open. One question is termed rupture predictability: to what extent is it possible to foresee the final size of an earthquake while it is still ongoing? This question is integral to earthquake early warning systems. Still, research on this question so far has reached contradictory conclusions. The amount of data available for earthquake research has grown exponentially during the last decades reaching now tera- to petabyte scale. This wealth of data, while making manual inspection infeasible, allows for data-driven analysis and complex models with high numbers of parameters, including machine and deep learning techniques. In seismology, deep learning already led to considerable improvements upon previous methods for many analysis tasks, but the application is still in its infancy. In this thesis, we develop machine learning methods for the study of rupture predictability and earthquake early warning. We first study the calibration of a high-confidence magnitude scale in a post hoc scenario. Subsequently, we focus on real-time estimation models based on deep learning and build the TEAM model for early warning. Based on TEAM, we develop TEAM-LM, a model for real-time location and magnitude estimation. In the last step, we use TEAM-LM to study rupture predictability. We complement this analysis with results obtained from a deep learning model based on moment rate functions. Our analysis shows that earthquake ruptures are not predictable early on, but only after their peak moment release, after approximately half of their duration. Even then, potential further asperities can not be foreseen. While this thesis finds no rupture predictability, the methods developed within this work demonstrate how deep learning methods make a high-quality real-time assessment of earthquakes practically feasible.

An einer rieselfeldbürtigen Altlast werden Ausbreitungs- und Abbaumechanismen von Ammonium basierend auf hydrogeochemischen Parametern und stabilen Isotopen identifiziert und modelliert. Da das Rieselfeld seit fast 20 Jahren geschlossen ist, können auch die Dekontaminationsprozesse untersucht werden. Die Ammoniumausbreitung wird durch Kationenaustausch gesteuert, der durch Eintrag und Akkumulation von abwasserbürtigem organischem Material (OM) zusätzlich erhöht ist. Die stabilen Isotope von Ammonium und Nitrat zeigen vollständigen Abbau des reaktiv verfügbaren Ammoniums durch Nitrifikation in der aeroben Zone direkt an der Schadstoffquelle an. Das entstehende Nitrat wird abstromig durch heterotrophe Denitrifikation abgebaut. Wie die reaktive Stofftransportmodellierung zeigt, sind die am oberen Rand der Fahne im Abstrom des Rieselfeldes auftretenden erhöhten delta15N-Signaturen von Ammonium entweder auf dortige Nitrifikation oder Anammox nahe der Schadstoffquelle zurückzuführen. Das akkumulierte OM liefert durch seine Austauschwirksamkeit zusätzliches Ammonium während der Dekontaminationsphase. Andererseits ermöglicht eingelöstes DOC die Entfernung des sekundären Nitrats durch heterotrophe Denitrifikation. Sollte OM aufgebraucht werden, besteht die Gefahr der Ausbreitung von Nitrat. Sollte innerhalb der Ammoniumfahne Sulfidminerale akkumuliert worden sein, bestünde dann die Gefahr erhöhter Sulfatfrachten durch autotrophe Denitrifikation. Es kann gezeigt werden, dass mit einem reaktiven Multikomponenten-Transportmodell das Langzeitverhalten von Ammonium im Feldmaßstab besser simuliert werden kann als mit einem auf Sorptionsisothermen (Henry, Freundlich) beruhenden Transportmodell. Prognosesimulationen liefern einen deutlich längeren Dekontaminationszeitraum bei Verwendung des reaktiven Modells. Die Anwendbarkeit der Sorptionsisothermen im Feldmaßstab ist deshalb, vor allem bei der Ermittlung von Dekontaminationszeiträumen, grundsätzlich in Frage zu stellen. / Using the example of a contaminant site caused by sewage farm operation ammonium fate and attenuation are identified and modelled based upon hydrogeochemical parameters and stable isotopes. A feature of the site is the chance to investigate the decontamination processes in a contaminant source, which was closed 20 years ago. The ammonium plume migration is controlled by cation exchange, which is increased due to infiltration and accumulation of sewage based organic matter (OM). Complete nitrification of available, i.e. desorbed, ammonium in the aerobic zone directly below the sewage farm is detectable based upon stable isotopes of ammonium and nitrate. The secondary nitrate is degraded downstream the contamination source by heterotrophic denitrification. It is shown by reactive contaminant transport modelling, that increased delta15N signatures at the upper fringe of the plume downstream of the source are caused by nitrification on site or by Anammox close to the contaminant source. The exchange affecting accumulated OM cause a release of additional ammonium. On the other hand DOC dissolved from OM facilitates degradation of secondary nitrate due to heterotrophic denitrification. In the case of depleted OM the risk of nitrate migration is arising. In the case of accumulated sulphide minerals which are precipitated due to redox processes during the sewage water infiltration, there may be a risk of increased sulphate loads due to autotrophic denitrification. It can be shown that a reactive multicomponent transport model is better suited to simulate the long term migration of ammonium in field scale than a transport model based on sorption isotherms (Henry, Freundlich). With regard to the aquifer decontamination the application of the reactive transport model yields a longer future decontamination period than the simple retardation model. Hence the applicability of sorption isotherms in field scale is doubtful, especially for investigations of aquifer decontamination.

Einhergehend mit schnellem Bevölkerungs- und Wirtschaftswachstum erlebt die Welt innerhalb der letzten Jahrzehnte eine schnelle Akkumulation langlebiger Ressourcen in Gebäuden und Infrastruktur, auch gesellschaftlicher Materialbestand genannt. Im 21. Jahrhundert wird die Fortsetzung dieser Entwicklung zur großen Herausforderung für den sozioökonomischen Stoffwechsel der Erde und zum Erreichen biophysikalischer Grenzen führen. Siedlungen sind von besonderem Interesse, da Menschen dort Nachfrage nach Leistungen wie Nahrung oder Mobilität generieren und mit ihnen interagieren. Zukünftig wird neben einer globalen Entwicklungsperspektive auf Materialbestände und Bevölkerung auch ein räumlich explizites, hochauflösendes Verständnis lokaler Muster und Prozesse von Relevanz für eine datenbasierte Antwort auf Herausforderungen des globalen Wandels sein. Diese Arbeit präsentiert einen Workflow zur Kartierung und Quantifizierung von Materialbeständen und Bevölkerungsverteilung und -dynamik mittels hochaufgelöster mehrdimensionaler Siedlungskartierung mit Multisensor-Erdbeobachtungsdaten auf nationaler Ebene. Der erste Abschnitt demonstriert das Potenzial der Verwendung von Sentinel-1 und -2 Zeitreihendaten mit Methoden des maschinellen Lernens für die Kartierung von Siedlungsstrukturen, d.h. Subpixel-Landbedeckung, Gebäudehöhe und Gebäudetyp. Der zweite Abschnitt quantifiziert Schlüsselparameter des sozioökonomischen Metabolismus, d. h. Bevölkerung und Materialbestand, anhand zuvor generierter Datensätze zur Siedlungsstruktur. Der dritte Abschnitt nutzt das Landsat-Datenarchiv und Zeitreihenanalyse, um räumliche Muster und Dynamiken von Bevölkerung und Materialbeständen in Deutschland seit 1985 zu quantifizieren. Frei verfügbare und global konsistente Erdbeobachtungsdaten und Techniken des maschinellen Lernens haben großes Potenzial, das räumlich explizite hochaufgelöste Verständnis sozioökologischer Variablen basierend auf mehrdimensionaler Siedlungskartierung zu verbessern. / During the recent decades of the Anthropocene, the world has experienced rapid growth of population and economic activity. This went along with a considerable accumulation of long-lived resources, for example in buildings and infrastructure, i.e., societal material stock. In the 21st century, a continuation of this development will be a major challenge to the Earth’s socio-economic metabolism, as some limitations of the Earth’s biophysical basis might be reached. Settlements are of particular interest, because they are the places where people generate demand for, and interact with services. Both an overarching perspective on the global long-term development of material stock and population as well as a spatially explicit, high-resolution understanding of local patterns and processes will be of particular relevance for a more data-informed response to challenges of global change. This dissertation presents a workflow to map and quantify material stocks and population distribution and dynamics by means of multi-dimensional settlement mapping with decameter resolution multi-source Earth Observation data on a national scale. The first part demonstrates the potential of using Sentinel-1 and -2 time series imagery with machine learning regression and classification for settlement structure mapping, including sub-pixel land cover, building height and building type mapping. The second part quantifies key parameters of the socio-economic metabolism, i.e., population and material stock, using previously generated datasets on settlement structure. The third part uses the Landsat data archive and Change-Aftereffect-Trend analysis to quantify spatial-temporal patterns and dynamics of population and material stock development in Germany since 1985. Findings demonstrate that freely available and globally consistent Earth Observation data and machine learning techniques have great potential to improve the spatially explicit high-resolution understanding of socio-metabolic variables based on multi-dimensional settlement mapping in a seamless workflow.