Diese Arbeit entwickelt zunächst einen Ansatz, der die Quantifizierung der Angemessenheit von Lebensbedingungen für Wohlbefinden und Entwicklung (Adequate Human livelihood conditions for wEll-being And Development (AHEAD)) auf globaler Ebene ermöglicht. Der Ansatz erlaubt es, sektorale Klimaauswirkungen direkt in Beziehung zu den Voraussetzungen für adäquate Lebensbedingungen zu setzen. Weiterhin befasst sich die Arbeit im Detail mit den Themen Wasserverfügbarkeit und menschlicher Gesundheit und zeigt auf, wie regionale und lokale Untersuchungen die Aussagekraft von allgemeinen, globalen Studien erweitern können. Die Ergebnisse des zeigen, dass Wasser als Element von AHEAD eine besonders aktive Komponente des Systems ist, so dass durch Klimawandel bedingte Veränderungen starke Auswirkungen auf das Gesamtsystem zur Folge haben können. Die Quantifizierung von AHEAD zeigt außerdem, dass Wasserknappheit die Lebensbedingungen bereits heute in vielen Regionen limitiert und Auswirkungen des Klimawandels diese Limitierungen weiter verstärken. Die detaillierte Analyse zum Thema Wasser ermöglicht die Ableitung von geeigneten Ansatzpunkten zur Verbesserung der Bedingungen. In einem ähnlichen Ansatz werden die vielfältigen sozio-ökonomischen und natürlichen Einflussfaktoren, die die Auswirkungen von Hitzestress auf die menschliche Gesundheit beeinflussen integriert, so dass die Ableitung relevanter Informationen zur Reduktion von Klimaauswirkungen auf das menschliche Wohlbefinden möglich wird. Eine Verbindung der vorgestellten Ansätze erlaubt es, Aussagen über die Art, die Intensität sowie die räumliche Ausprägung von aktuellen und zukünftigen Einschränkungen von Lebensbedingungen zu treffen. / This thesis develops an approach to assess Adequate Human livelihood conditions for wEll-being And Development (AHEAD) on a global scale. The approach allows to relate sectoral impacts of climate change to an integrated measure of livelihood limitations, taking into account important determinants of the society as well as the environment. Additionally, detailed sectoral studies on water availability and human health show how local and regional studies of specific livelihood aspects can complement generic, global assessments and provide an overall indication of the nature, severity and spatial distribution of limitations to human livelihoods. The results show, that water as an element of AHEAD is one of the most active system components. Impacts of climate change on water may have strong indirect effects on livelihood adequacy. The potential impacts of changes in water availability on AHEAD are quantified, showing that water scarcity limits livelihood adequacy in many regions of the world. The utilisation of an ensemble of climate change and water models further allows to assess the relevance of model related uncertainty in this regard. As water availability plays a crucial role for the fulfilment of livelihood needs, the global assessment is complemented by a detailed analysis of the adequacy of water availability for relevant sectors. By taking into account sector-specific determinants, the approach allows to depict limitations in detail, also giving indications as to how water adequacy may be improved. Similarly, the analysis of heatwave impacts on human health provides a methodology to assess the multiple environmental and human influences which affect vulnerability and provides specific information on potential adaptation measures to reduce climate impacts. By identifying the most decisive limiting factors, applicable information on how to most effectively improve human livelihoods is generated.

Im Rahmen des globalen Klimawandels werden für Mitteleuropa vermehrt klimatische Extremereignisse prognostiziert, wozu auch Hitzewellen gehören. In Ballungsräumen kommt zusätzlich zur globalen Komponente durch das Entstehen der städtischen Wärmeinsel noch eine lokale hinzu. Besonders die Gesundheit älterer Personen ist dabei gefährdet. Vor dem Hintergrund des demographischen Wandels und der fortschreitenden Urbanisierung auf der Erde wird die Zahl der unter Risiko stehenden Personen zukünftig ansteigen. Um die Entwicklungen für den Raum Berlin-Brandenburg abschätzen zu können, wird über einen Zeitraum von 17 Jahren (1990 bis 2006) zunächst einmal die Vulnerabilität in der Vergangenheit untersucht. Anhand von Messreihen an sechs über den Raum verteilten Stationen wird das Auftreten von thermischer Belastung durch Hitze festgestellt. Dabei finden drei in der Literatur verbreitet zum Einsatz kommende Analysemethoden Anwendung: das 95er Perzentil, die Regression sowie die Gefühlte Temperatur. Für die Erklärung der Hitzebelastung über das 95er Perzentil wird ein gleitendes Verfahren eingeführt. Unter der Berücksichtigung aller drei Analysemethoden erfolgt die Bewertung dreiwöchiger Perioden hinsichtlich ihrer thermischen Belastung. Die Einführung des Systems der Perioden-Belastungspunkte (PBP) ermöglicht die Identifikation der am stärksten belasteten Periode eines jeden Jahres. Die Perioden der Jahre 1993, 1994 und 1997 sowie 2003 und 2006 werden im Anschluss zunächst nach Witterung und klimatischen Elementen untersucht, anschließend hinsichtlich der aufgetretenen Mortalität; hierbei spielen zum einen die Bevölkerungseigenschaften ''Alter'' und ''Geschlecht'' eine Rolle, zum anderen das räumliche Auftreten auf kommunaler Ebene. Abschließend wird das in den jeweiligen Perioden entstehende Muster der Mortalität mit dem Grad der Versiegelung bzw. dem Anteil der über-65-Jährigen abgeglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass während thermisch stark belasteten Perioden bei den unter-50-Jährigen die Männer stärker als Frauen gefährdet sind; dieses Verhältnis kehrt sich in der Altersklasse über 50 um. In der räumlichen Analyse wird deutlich, dass sich mit zunehmender Belastung ein hoher Versiegelungsgrad als Risikofaktor darstellt. Bei weniger belastenden Situationen stehen Senioren dagegen gerade in Räumen mit geringer Versiegelung stärker unter Risiko. Künftige Studien sollten auf die Todesursachen eingehen und zusätzliche Risikofaktoren berücksichtigen. Auf dieser Basis können dann einerseits Interventionsmaßnahmen ausgearbeitet als auch Szenarien zukünftiger Entwicklungen valide aufgebaut werden. / In central Europe, global climate change will increase the number of meteorological extreme events, including thermal stress caused by heat. In metropolitan areas the effect of urban heat island is added. As the elderly population is vulnerable to high temperatures they are especially at risk. Considering urbanization and demographic changes the number of people under risk will further increase. To estimate future developments in vulnerability it is necessary to know the present ones. Therefore, 17 years between 1990 and 2006 are investigated. At first, data of six weather stations within the area of Berlin-Brandenburg are examined. In these climatic time series the occurrence of thermal stress is determined with three different methods – 95 percentile, regression, and the index of perceived temperature. The 95 percentile is adjusted to a moving mode. Using all three methods, periods of three weeks are evaluated concerning heat stress. To identify the most loaded period of each year the system of ''points of period heat load'' (PBP) is introduced. The periods of the years 1993, 1994, and 1997 as well as 2003 and 2006 were chosen to be examined in more detail. Atmospheric conditions and climatic elements are described first. Then the observed mortality is evaluated concerning age and sex as well as the spatial distribution on municipal level. The resulting pattern is compared with that of the level of sealing and with that of the proportion of people aged 65 and more. Results show that up to an age of 50 years periods with heat stress affect more men than women. Above this age the ratio of sex is reciprocal. The spatial analysis reveals that a high level of sealing is a risk factor especially during very strong heat load, while during periods with less strong heat load elderly people are more endangered living in a lower level of sealing. Future studies should examine the causes of death as well as further risk factors. This will build the basis for detailed intervention plans and scenarios of upcoming developments.

Die globalen Mitteltemperaturen könnten bis 2100 um 2◦C bis 4.5◦C über vorindustriellem Wert steigen sollten CO2 Emissionen nicht oder nur unzureichend gesenkt werden. Klima-Engineering befasst sich deshalb mit der gezielten Abkühlung des Klimas, z.B. durch terrestrischen Kohlendioxidentzugs (tCDR). Insbesondere wird der Anbau von großflächigen Biomasseplantagen (BP) in Kombination mit der Erstellung von langlebigen Kohlenstoffprodukten wie Bioenergie oder Biokohle in Betracht gezogen. Die vorliegende Doktorarbeit untersucht die tCDR Potentiale und möglichen Konsequenzen von BP auf Nahrungsmittelproduktion, Ökosysteme und das Klima selbst mit Hilfe der Analyse von Landnutzungszenarien simuliert mit einem Biosphärenmodell. Insgesamt wird das tCDR Potential von BP als gering befunden, unabhängig vom Emissionsszenario und ab wann oder wie flächendeckend BP angebaut werden. Demgegenüber stehen meist die zuvor genannten, ungewünschten Konsequenzen. In einem Szenario mit hohen CO2 Konzentrationen kann selbst unbeschränkte Landverfügbarkeit für tCDR die bisherigen Emissionen nicht ausgleichen. Anders jedoch, wenn gleichzeitig Emissionen eingespart. In beiden Fällen führen diese Landumwandlungen jedoch zu sehr hohen “Kosten” für Ökosysteme und die Nahrungsmittelproduktion. Um deren Schutz zu gewährleisten kann die Landverfügbarkeit für tCDR beschränkt werden, was jedoch die tCDR Potentiale trotz baldiger Etablierung sehr einschränkt. Auch die Potentiale des RCP2.6 bleiben deutlich unter den Anforderungen. Das Potential könnte jedoch durch Erhöhung der Umwandlungseffizienzen von Biomasse, neuen Managementoptionen oder der Aufwertung degradierter Flächen durch BP erhöht werden. Diese Doktorarbeit kann abschließend nicht die Annahme unterstützen, dass tCDR eine effektive und umweltfreundliche Methode der Kohlenstoffsequestrierung, und damit eine Ersetzung von strengen Mitigationspfaden, sein könnte. / Global mean temperatures could change by 2◦C to 4.5◦C above pre-industrial levels until 2100 if mitigation enforcement of CO2 emissions fails. To counteract this projected global warming, climate engineering techniques aim at intendedly cooling Earth’s climate for example through terrestrial carbon dioxide removal (tCDR). Here, tCDR refers to the establishment of large-scale biomass plantations (BPs) in combination with the production of long-lasting carbon products such as bioenergy with carbon capture and storage or biochar. This thesis examines the potentials and possible consequences of tCDR by analysing land-use scenarios with different spatial and temporal scales of BPs using an advanced biosphere model forced by varying climate projections. Synthesised, the potential of tCDR to permanently extract CO2 out of the atmosphere is found to be small, regardless of the emission scenario, the point of onset or the spatial extent. On the contrary, the aforementioned trade-offs and impacts are shown to be unfavourable in most cases. In a high emission scenario even unlimited area availability for tCDR could not reverse past emissions sufficiently. However, simultaneous emission reductions could result in strong carbon extractions reversing past emissions. In both cases, land transformation for tCDR leads to high “costs” for ecosystems and food production. Restricting the available land for BPs by these trade-off constraints leaves very small tCDR despite a near-future onset. Similarly, simulated tCDR potentials on dedicated BP areas defined in the RCP2.6 scenario stay below the aimed values using current management practices. Some potential may lie the reduction of carbon losses from field to end-products, new management options and the restoration of degraded soils with BPs. This thesis contradicts the assumption that tCDR could be an effective and environmentally friendly way of complementing or substituting strong and rapid mitigation efforts.

Obwohl es sehr detaillierte Studien zur Nährstoffretention in einzelnen Auen und Feuchtgebieten gibt, ist die Bedeutung von Auen für die Nährstoffbilanz auf Landschaftsebene wenig untersucht. Dies liegt an dem geringen Wissensstand über die wichtigsten Parameter der Nährstoffretention, nämlich die überflutete Auenfläche sowie die in die Aue strömende Nährstofffracht. Zusätzlich gibt es bislang keinen Ansatz, demzufolge beide Parameter abhängig vom Abfluss, und damit variabel für verschiedene zeitliche Einheiten, berechnet werden können. Aus diesem Grund analysiert diese Arbeit die Überflutungshäufigkeiten der Auen von drei Flüssen, Elbe, Main und Rhein. Darauf aufbauend wird eine Abhängigkeit zwischen der überfluteten Fläche und dem Abfluss empirisch abgeleitet, die auf detaillierten Berechnungen der etablierten Software Flys basieren. Ausgehend auf diesen im Folgenden generalisierten Ergebnissen werden eine letztendlich Ereignis basierte mittlere überflutete Auenfläche sowie einströmende Nährstofffracht abhängig vom jeweiligen Abfluss berechnet. Diese und weitere Geoinformationsdaten wie auch Pegel und Gütedaten finden Eingang in jährliche und monatliche empirische Retentionsmodelle. Die berechnete Nährstoffretention in den Auen ist abhängig von der hydrologischen Konnektivität der Auen und dem tatsächlichen Abfluss. Deshalb wird letztendlich das weiterentwickelte Konzept der Ereignis bezogenen Nährstoffretention angewendet und als am realistischsten in Kombination mit hydro-exponentiellen Retentionsmodellen erachtet. Für die naturnahe Elbe werden in Monaten mit Hochwässern bis zu 9% bzw. 10% Retention der transportierten TP bzw. der NO3-N Fracht berechnet. Die Übertragbarkeit dieser Ergebnisse auf eine deutschlandweite Kulisse ist durch die generalisierten Methoden geschaffen. Die vorliegende Arbeit leistet damit einen Beitrag, die Bedeutung der Auen für die Nährstoffbilanz auf Landschaftsebene abhängig von hydrologischen Gegebenheiten zu quantifizieren. / Although there are detailed studies on nutrient retention in single wetlands and floodplains, the role of riparian floodplains for nutrient retention is not investigated very well on a landscape scale, since knowledge on the most important parameters for nutrient retention, inundated floodplains and incoming load, is insufficient. Additionally, a method for describing these parameters as discharge dependent variables is missing. Therefore, the present work analyzes the flooding frequencies on floodplains of three study rivers, Elbe, Main and Rhine. The relation of inundated floodplain extent and current discharge conditions based on detailed results of the established Software Flys is deduced empirically. Based on these subsequently generalized results, finally event related average inundated floodplain extent respectively, incoming nutrient loads are calculated by considering the effects of the hydrologic conditions of each river system. Therefore, available geodata as well as data on water quality and discharge is processed and serves as input data for yearly and monthly empirical retention models. The calculated nutrient retention in floodplains varies with hydrological connectivity of the floodplain to the surface waters as well as with the current hydrologic condition of the river system. For this reason the finally developed concept of event related nutrient retention is suggested as the most realistic in combination with hydro-exponential retention models. The Elbe floodplains are the most natural, and in years with high floods nutrient retention in the floodplains contributes up to 9% respectively 10% of the monthly transported load of TP and NO3-N, which is significant. The transfer of the results to a German-wide application is possible due the generalization of the methods carried out. With the presented results the hydrology dependent role of floodplains for nutrient balances in river systems can be quantified on a landscape scale.

Die Abwägung von Wirtschaftswachstum, Nahrungsmittelsicherheit und Bewahrung natürlicher Ökosystemdienstleistungen ist eine der wesentlichen Herausforderungen für die heutige Gesellschaft. Diese Dissertation zielt darauf ab, mit Hilfe von zeitreihenbasierten Fernerkundungsmethoden den Status und die Veränderungen von Landnutzung, und Landbedeckung im brasilianischen Regenwald und der Savanne zu erfassen. Dabei wurde untersucht, inwieweit der Einsatz zeitlicher Information die Trennung von Ackerland, Weideland und natürlicher Vegetation in einer heterogenen Savannenlandschaft erleichtert. Im Anschluss wurden langfristige Zeitreihen von Satellitenbildern genutzt, um die historische Entwaldung und das Nachwachsen der Sekundärvegetation nachzuvollziehen. Der verfolgte Ansatz stellte deutlich den Mehrwert zeitlicher Information zur Trennung von Ackerland, Weideland und natürlicher Vegetation in den komplexen Landnutzungssystemen der Savannenlandschaften heraus. Die langzeitlichen Analysen zur Entwaldungsdynamik zeigten erstmals die Bedeutung der historischen Abholzung im Untersuchungsgebiet. Hier wurde die Hälfte aller Abholzung zwischen 1984-2012 vor dem Jahr 2000 registriert. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass auf bis zu 50% der Abholzungsflächen in Pará und maximal 25% der Abholzungsflächen in Mato Grosso Sekundärvegetation aufgewachsen ist. Die höheren Aufwuchsraten in Pará deuten auf eine geringere Bewirtschaftungsintensität der dominierenden Weidesysteme im Vergleich zu Mato Grosso hin. Zudem werfen die unterschiedlichen Dynamiken von Abholzungs- und Aufwuchsprozessen ein neues Licht auf die politischen und ökonomischen Rahmenbedingungen der 90er Jahre, nach dem Zusammenbruch des Militärregimes. Darüber hinaus helfen die räumlich expliziten Informationen zur langfristigen Entwaldung und Wiederaufwuchs dabei, die Schätzungen der regionalen Kohlenstoffbilanz zu verfeinern und Kernbereiche für die Wiederherstellung der Landschaft zu identifizieren. / Reconciling trade-offs between economic growth, food security and ecosystem services is one of the major challenges for today’s society. This dissertation aims to monitor status and changes of land use and land cover (LULC) in the Brazilian rainforest and savanna employing time series-based analysis of Landsat imagery. First, it was investigated how temporal information facilitates the separation of cropland, pasture and natural vegetation in a heterogeneous savanna landscape of the Brazilian Cerrado. Second, a long-term record of satellite imagery was used to uncover historic deforestation and regrowth processes. Outcomes of the LULC assessment demonstrated a high additional value of temporal information for separating cropland, pasture and natural vegetation in complex land use systems of savanna landscapes. In regard to the long-term deforestation analysis (1984-2012), spatio-temporal clearing patterns emphasized the relevance of historical deforestation with half of the overall deforestation being detected before 2000. Investigating post-deforestation regrowth dynamics, results revealed secondary vegetation on up to 50% of the deforested area in Pará and a maximum of 25% in Mato Grosso. Higher regrowth rates in Pará indicated a lower management intensity on the dominating pasture systems compared to Mato Grosso. Differences in historic deforestation and regrowth dynamics shed a new light on possible impacts of political incentives in the 90s after the collapse of the military regime in 1984. In this context, the results set a valuable basis to investigate the influence of proximate and underlying drivers on land change in the region. Spatially explicit information on long- term deforestation and regrowth dynamics further allows to refine estimates on the regional carbon balance and to identify core areas for landscape restoration.

Kollisionen von Vögeln mit Windturbinen haben sich zu einer bedenklichen Quelle für die Gefährdung besonders von Populationen seltenerer Vogelarten entwickelt. Allerdings wird im Allgemeinen auch bestätigt, dass die Nutzung der Windenergie unverzichtbar ist. Das Hauptziel dieser Arbeit war es, die Relevanz der Wechselwirkungen zu verstehen, die zwischen technischen Infrastrukturen und den von Kollisionen betroffenen Vogelarten auf der Landschaftsebene stattfinden. Da sowohl von der Landschaft beeinflusst werden. Unter Nutzung der durch gezielte Nachsuche gefundenen Opfer der am häufigsten von Kollisionen betroffenen Artengruppen paradoxerweise as als Proxy für das Vorkommen von Arten, und Durch die Anwendung verschiedener Techniken zur Modellierung der Artenverbreitung (SDMs) die “kollisionsempfindliche Nische “für jede der Vogelgruppen beschrieben. Obwohl die vorhergesagten Gebiete mit potenziellen Kollisionsrisiko insgesamt nur kleine, aber stark verteilt im ungefährdes Bundeslandes hatten. Greifvögel mit die breiteste Nische, die zudem signifikante Überlappungen mit den kollisionsempfindlichen Nischen der anderen Gruppen aufwies. Die niedrig bewerteten Gebiete weiter differenziert, die als tatsächliche „Bereiche ohne Risiko“ interpretiert wurden, für weitere geplante Winkraftanlagen. Zusätzlich die jeweiligen Potentiale und Gefärdungen für Kollisionen auf der Basis der regionalen Dichteverteilungen der Arten in Brandenburg mit Ensemble-Methoden von Boosted Regression Trees wird ebenfalls bewertet. Zusammenfassend, diese Analysen paradigmatisch, sowohl die Gebiete als auch die Entfernungen zu den Grenzlinien der verschiedenen Landnutzungsformen ein höheres Risiko für die Kollision von Individuen der untersuchten Arten mit Windkraftanlagen ergibt ermitteln . Dieser Ansatz kann es möglich machen, zukünftige Windparkerweiterungen in der Landschaft im die möglichst kollisionsfreie und naturverträglicheStandorte in der Landschaft. / Although, it is well recognized that harnessing wind energy is highly indispensable, but collisions of birds at wind turbines has also developed simultaneously, concerning multiple bird species. With wind being strongly affected by the landscape and the behaviour of birds also being strongly influenced by the landscape, the main objective of the thesis was to understand the relevance of interactions between wind energy infrastructures and bird species from an ecological perspective of the landscape. Utilizing the carcass collision datasets of the frequently-hit bird-groups paradoxically as proxies for species presence, collision sensitive ecological distances to different land-use types were ascertained, by employing multiple techniques of species distribution modelling (SDMs), to delineate their respective collision sensitive niche employing the capabilities of machine learning algorithms. The predicted areas were specialized and highly dispersed across the federal state, with raptors showing the broadest niche and significant overlaps with the other groups. Based on estimated collision probabilities of the assessed areas (between 0 and 1), further segregations differentiated only those areas with negligible collision probabilities, <0.05, which were interpreted as the actual "no risk areas, suggesting any further planned additions of wind turbines to be suitably positioned only in these “safer” areas. Additionally, these collision probabilities were translated to strike susceptibilities, by relating them to the regional density distributions of the species as well. Summarizing, these analyses paradigmatically ascertained collision risk areas, and especially the collision sensitive distances from different land-use types to these areas, enabling the accurate guidance of future wind farm expansions in the landscape. Ultimately, formulating novel wind turbine allocation strategies to minimize avian collisions, making them as compatible as possible.

Die Modellierung aller auf der gesamten Einzugsgebietsebene relevanten Abflussbil-dungsprozesse ist unter aktuellen Fragestellungen unumgänglich. Ziel dieser Arbeit ist die quantitative Analyse und Abbildung der Wechselwirkungen zwischen Oberflächen- und Grundwasser mit Hilfe von gekoppelten Modellen, die vor allem bei der Simulation von Wassermangelsituationen eine wesentliche Rolle spielen. Dazu wurden die notwendigerweise zu berücksichtigenden Prozesse und die Anforderungen seitens der Modellierung diskutiert. Es wurde herausgestellt, dass Rückkopplungen und Wechselwirkungen einerseits zwischen Grund- und Oberflächengewässer, andererseits zwischen Grund- und Bodenwasser unter Einbeziehung der saisonal wechselnden Vegetationswirkung im Modell berücksichtigt werden müssen. Aus einer großen Modellvielzahl wurde das Modellierungssystem ArcEGMO-PSCN-ASM als geeignet ausgewählt und für diese Fragestellung weiterentwickelt. Die Interaktionen zwischen Oberflächen- und Grundwasser wurden anhand verschiedener Modellsimulationen analysiert. Der Austausch zwischen Fließgewässer und Grundwasser, sowie die Rückwirkung der Grundwasserstände auf das Oberflächenwasser zeigte den größten Einfluss auf die Modellergebnisse. Die Wasserstandsdynamik in den Fließgewässern und der Kapillaraufstieg zeigten nur lokale Effekte. Die Praxistauglichkeit des gekoppelten Modells wurde in zwei Fallbeispielen getestet, die sich mit verschiedenen Lösungen zur Bekämpfung von Wassermangelsituationen beschäftigen. Die Ergebnisse der Simulationen zeigen deutlich, dass mit Hilfe des gekoppelten Modells Bewirtschaftungsmaßnahmen im Gewässer selbst sowie im ober- und unterirdischen Einzugsgebiet adäquat abgebildet und quantitative Aussagen mit einer hohen Praxisrelevanz gewonnen werden können. Diese Arbeit leistet damit sowohl einen wissenschaftlichen Beitrag zum Modellverständnis als auch den Nachweis einer praktikablen Modellanwendung in unterschiedlichen Einzugsgebieten. / The modeling of all relevant runoff processes in a catchments area is indispensable considering the actual questions (like Water Framework Directive and climatic change). This investigation aims the quantitative analysis and demonstration of surface- and subsurface water interactions, which are relevant for simulating northeastern German regions with water scarcity, by using coupled models. Therefore processes, which necessarily must be considered, and requirements on the part of the modeling, were discussed. It was exposed / presented that feedbacks and interactions of surface water and subsurface water on one hand and (oder besser: as well as?) groundwater and soil water including seasonal vegetation development on the other hand must be considered in the model. The modeling system ArcEGMO-PSCN-ASM was chosen / selected out of a huge amount of models as appropriate for this task. It was further adopted / developed to this task in co-operation with Dr. Pfützner (BAH-Berlin). The interactions of surface water and groundwater where analyzed by various simula-tions. The exchange between stream water and groundwater as well as the feedback of groundwater levels to surface water had the most influence to the model results. Dynamic stream water levels and capillary rise had only local effects and low impact on the catchments average. The suitability for practical use of this coupled model where tested at two sample areas, with various solutions to deal with water scarcity. The model results illustrate clearly that using coupled models water management treatments as well in the river itself as in surface and subsurface catchment areas can be shown adequately and quantitative statements with a high practice relevance can be achieved. The results of the present study contribute both a scientific contribution to the model understanding and the proof of a practicable application of models in different catchment areas.

Diese Arbeit, die auf persönlichen Erfahrungen als Asylbewerber in Deutschland basiert, fokussiert sich auf die sozioökonomische Integration von schwarzafrikanischen Asylbewerber:innen, d.h. mit einer Aufenthaltserlaubnis nach § 55 des deutschen Asylgesetzes, und von geduldeten Migrant:innen, d.h. mit einem Duldungsstatus nach § 60a des deutschen Aufenthaltsgesetzes. Die Arbeit untersucht ihre Teilnahme an deutschen Integrationskursen und ihren Zugang zu Arbeitserlaubnissen in den sechzehn Bundesländern, die von der Ausländerbehörde und der Bundesagentur für Arbeit streng kontrolliert werden. Die Ergebnisse zeigen, dass die Personen einer wirtschaftlichen Tätigkeit nachgehen, um ihren Lebensunterhalt in Deutschland zu bestreiten als auch um Familienangehörige in ihren Heimatländern zu unterstützen. Methodisch bedient sich die Arbeit eines Methodenmix, der ethno-soziogeographische Instrumente zur Datenerhebung, -verarbeitung und -analyse einsetzt. Zwischen 2016 und Juni 2021 wurden zwanzig Einzelfallstudien, dreihundert halbstrukturierte Fragebögen, sechs Fokusgruppendiskussionen mit der Zielgruppe und deutschen Beamten des Gerichts und der Ausländerbehörde sowie zwei Experteninterviews mit Abgeordneten deutscher Parlamente durchgeführt. Zu den aufgedeckten wirtschaftlichen Aktivitäten gehören der Drogenhandel, das Ausliefern von Zeitungen, informeller Streetfood-Verkauf, Friseurhandwerk, der Handel und das Testen auf Corona. Da informelle (illegale, halblegale und kriminelle) Wirtschaftspraktiken als Einstieg in den Arbeitsmarkt und als Reaktion auf die begrenzten Möglichkeiten der deutschen Behörden häufig genutzt werden, schließt die Arbeit mit der Aufforderung an die politischen Entscheidungsträger, den derzeitigen sozioökonomischen Integrationsrahmen für diese beiden Kategorien von Migrant:innen in Deutschland dringend zu überdenken. / This thesis, based on personal experience as an asylum seeker in Germany, focuses on the socio-economic integration of Black African asylum seekers, i.e. with a residence permission § 55 of the German Asylum Act, as well as tolerated migrants, i.e. with a toleration status § 60a German Residence Act. The thesis sheds light on their participation in German integration courses and their access to work permits across the sixteen German states, which are subject to strict regulations by the Foreigner Registration Office and the Federal Office of Work. The findings reveal that individuals engage in economic activities to financially sustain themselves within the territory and also to support family members in their home countries. Methodically, the thesis employs mixed methods, utilizing ethno-sociogeographical tools for data acquisition, processing, and analysis. Between 2016 and June 2021, the thesis conducted twenty individual case studies, three hundred semi-structured questionnaires, two expert interviews with members of German parliaments, six focus group discussions with the target group and German officials from the court, the Foreigner registration office. The economic activities uncovered include drug dealing, newspaper delivery, informal street food selling, hairdressing, trading, and COVID-19 testing. As there is a massive use of informal economic practices (illegal, semi-legal, and criminal) as entry point to the job market and as a response to limited opportunities provided by the German authorities, the thesis concludes with a call to policymakers to urgently reconsider the current socio-economic integration framework for this two categories of migrants in Germany.

Zahlreiche Studien belegen schädigende Assoziationen zwischen Atemwegserkrankungen und gasförmigen und partikulären Luftschadstoffen. Feinstaub erwies sich als besonders schädigend. Es ist jedoch noch nicht geklärt, welche Partikelfraktionen des Feinstaubes für die Zusammenhänge verantwortlich sind. In dieser Arbeit werden die Kurzzeit-Effekte von grobem Feinstaub (TSP) sowie den gasförmigen Schadstoffen Schwefeldioxid (SO2) und Stickstoffdioxid (NO2) auf Krankenhauseinweisungen aufgrund von Atemwegserkrankungen in Drobeta, Rumänien untersucht. Zudem wird der Zusammenhang von PM10 (Partikel mit einem Durchmesser < 10 µm), NO2, SO2 und größenabhängigen Partikelanzahlkonzentrationen (PNC) mit respiratorischen Notfallaufnahmen und Sterbefällen in Peking, China, analysiert. Für Peking wird zudem ein statistisches Modell entwickelt, um fehlende PNC zu modellieren. Ziel der Arbeit ist es, die relevanten Faktoren in den Beziehungen zwischen Atemwegserkrankungen und Luftverschmutzung, vor allem Feinstaub, zu untersuchen. In beiden Städten wurde ein schädigender Einfluss von Luftschadstoffen auf Atemwegserkrankungen festgestellt. In Drobeta waren TSP und SO2 mit Atemwegserkrankungen assoziiert, wobei der schädigende Einfluss von TSP durch trockene Luft verstärkt wurde. In Peking zeigten vor allem Akkumulationspartikel (Durchmesser 0.1 – 1 µm) eine schädigende Wirkung, welche für ultrafeine Partikel (UFP, < 100 nm) nicht festgestellt werden konnte. Dabei war der Einfluss von PNC unabhängig von PM10. Der Effekt von PNC war für stagnierende Luftmassen größer, was darauf hinweist, dass neben der Partikelanzahl und -oberfläche die Partikelchemie einen negativen Einfluss hat. Darüber hinaus wurde eine Assoziation von NO2 mit Notfallaufnahmen und von SO2 mit der Mortalität festgestellt. Die Ergebnisse bestätigen den schädigenden Einfluss von gasförmigen sowie partikulären Luftschadstoffen auf Atemwegserkrankungen und weisen auf größenabhängige Effekte von Feinstaub hin. / Numerous epidemiological studies have described adverse effects of particulate and gaseous air pollution on respiratory health. Especially particulate matter (PM) seems to be relevant for the observed associations. However, it is not yet clear which particle fractions are responsible for the observed health effects of PM. In the presented studies, we analyse the short-term associations of total suspended particles (TSP) as well as of sulphur dioxide (SO2) and nitrogen dioxide (NO2) with respiratory hospital admissions in Drobeta, Romania. Moreover, effects of PM10 (PM with a diameter < 10 µm), NO2, SO2, and size-segregated particle number concentrations (PNC) on respiratory mortality and emergency room visits (ERV) are investigated for Beijing, China. For Beijing, we also develop a statistical model to impute missing PNC. The aim of the studies is to investigate the factors influencing the short term associations between respiratory health and air pollution, especially PM. Air pollution was adversely associated with respiratory health in Drobeta and Beijing. In Drobeta, TSP and SO2 were adversely associated with hospital admissions for chronic bronchitis; thereby, dry air aggravated the adverse associations of TSP. In Beijing, mostly accumulation mode particles (0.1 – 1 µm) showed adverse associations with respiratory health, whereas, there was a lack thereof for ultrafine particles (UFP). The effects of PNC were found to be independent of PM10. Adverse health effects of PNC were stronger for stagnant air masses indicating that, besides particle number and surface area, also particle chemistry influences the observed associations, as stagnant air masses result in chemically diverse particles. Also, NO2 was adversely associated with respiratory ERV and SO2 with respiratory mortality. These findings underline the strong influence of gaseous and particulate air pollution on respiratory health and indicate size dependent effects of particulate matter.

In den letzten Jahren hat die Rolle naturbasierter Lösungen (Nature-based Solutions, NbS) –Aktivitäten, die in und mit der Natur arbeiten, um globale gesellschaftliche Herausforderungen zu bewältigen – bei der Abschwächung und Anpassung an den Klimawandel, dem Schutz der Artenvielfalt und der Verbesserung des menschlichen Wohlbefindens an Bedeutung gewonnen. Die Einführung von NbS verläuft jedoch weiterhin schleppend, und es besteht nach wie vor eine deutliche Kluft zwischen den langsamen Maßnahmen in großem Maßstab und den vielversprechenden Forschungsergebnissen und politischen Aussagen. Dies zeigt, dass es dringend notwendig ist, die Umsetzungsbedingungen für NbS besser zu verstehen. Derzeit ist die Evidenzbasis zu NbS noch unvollständig, insbesondere wenn es um die systematische Bewertung der Wirksamkeit und der Umsetzungsanforderungen geht. Insbesondere fehlen bei groß angelegten Bewertungen wichtige kontextbezogene Informationen über Kultur, Verhalten und andere soziale und institutionelle Faktoren. Auch die vielfältigen Vorteile von NbS werden nach wie vor unterschätzt oder in einigen Fällen überhaupt nicht gewürdigt. Ziel dieser Arbeit ist es daher, politikrelevante Forschung zu betreiben, die dazu beitragen kann, die Lücke zwischen dem großen Potenzial naturbasierter Lösungen zur Bewältigung globaler Herausforderungen, insbesondere der Eindämmung des Klimawandels, und der langsamen Umsetzung in der Praxis zu schließen. Ausgehend von der vorhandenen Literatur zu NbS argumentiere ich, dass drei Bausteine für die erfolgreiche Umsetzung jeder NbS-Aktivität, insbesondere in großem Maßstab, wesentlich sind: (1) Wissenssynthese; (2) Planung und Entscheidungsfindung; (3) Politik und Finanzierungsmechanismen. In dieser Arbeit untersuche ich diese Bereiche, indem ich Nachweise und Überlegungen zu theoretischen und methodischen Lücken in ihrer Bewertung sowie neue Perspektiven beisteuere. / Recent years have seen increased attention to the role that nature-based solutions (NbS) – activities that work in and with nature to address global societal challenges – can play in mitigating and adapting to climate change, protecting biodiversity, and improving human well-being. Natural climate solutions (NCS) – a subset of NbS – can contribute up to a third of the cost-effective carbon dioxide mitigation needed to hold global warming below 2 degrees Celsius. To have the biggest effect on reducing global temperatures, however, NbS must be scaled up now and designed for the long-term. Yet, uptake of NbS continues to be slow and there remains a clear gap between the lagging action at scale and the promising research and policy narratives. This demonstrates an urgent need to better understand the implementation conditions for NbS. Currently, the evidence base on NbS remains incomplete, especially when it comes to systematically assessing effectiveness and implementation requirements. In particular, important contextual information on culture, behavior, and other social and institutional factors are lacking in large-scale assessments. The multiple benefits of NbS also remain undervalued, or in some cases are not valued at all. As such, the objective of this thesis is to conduct policy-relevant research that can contribute to closing the gap between the high potential for nature-based solutions to address global challenges, particularly climate change mitigation, and the realities of slow implementation in practice. Drawing on the existing literature on NbS, I argue that three building blocks are essential to driving successful implementation of any NbS activity, in particular at scale: (1) knowledge synthesis; (2) planning & decision-making; (3) policy & financing mechanisms. I explore these in this thesis, contributing evidence and reflection on theoretical and methodological gaps in their assessment, as well as new perspectives.