abstract: Human endeavors move 7x more volume of earth than the world’s rivers accelerating the removal of Earth’s soil surface. Measuring anthropogenic acceleration of soil erosion requires knowledge of natural rates through the study of 10Be, but same-watershed comparisons between anthropogenically-accelerated and natural erosion rates do not exist for urbanizing watersheds. Here I show that urban sprawl from 1989 to 2013 accelerated soil erosion between 1.3x and 15x above natural rates for different urbanizing watersheds in the metropolitan Phoenix region, Sonoran Desert, USA, and that statistical modeling a century of urban sprawl indicates an acceleration of only 2.7x for the Phoenix region. Based on studies of urbanization’s erosive effects, and studies comparing other land-use changes to natural erosion rates, we expected a greater degree of urban acceleration. Given that continued urban expansion will add a new city of a million every five days until 2050, given the potential importance of urban soils for absorbing anthropogenically-released carbon, and given the role of urban-sourced pollution, quantifying urbanization’s acceleration of natural erosion in other urban settings could reveal important regional patterns. For example, a comparison of urban watersheds to nearby non-urban watersheds suggests that the Phoenix case study is on the low-end of the urban acceleration factor. This new insight into the urban acceleration of soil erosion in metropolitan Phoenix can help reduce the acute risk of flooding for many rapidly urbanizing desert cities around the globe. To reduce this risk, properly engineered Flood Control Structures must account for sediment accumulation as well as flood waters. While the Phoenix area used regional data from non-urban, non-desert watersheds to generate sediment yield rates, this research presents a new analysis of empirical data for the Phoenix metropolitan region, where two regression models provide estimates of a more realistic sediment accumulation for arid regions and also urbanization of a desert cities. The new model can be used to predict the realistic sediment accumulation for helping provide data where few data exists in parts of arid Africa, southwest Asia, and India. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Geography 2019

Because of the harsh climate of Saudi Arabia, residential buildings on average, consume more than half of the total consumed energy. A substantial share of energy goes to the air-conditioning of buildings. Cooling buildings during summer is a major environmental problem in many Middle Eastern countries, especially since the electricity is highly dependent on fossil fuels. The aim of this study is to obtain a clearer picture of how various measures on the building envelope affects the buildings energy consumption, which can be used as a tool to save energy for buildings in the Middle East. In this study, different energy efficiency measures are evaluated using energy simulations in IDA ICE 4.7 to investigate how much energy can be saved by modifying the building envelope. A two-storey residential building with 247 m2 floor area is used for the simulations. The measures considered are; modifications of the external walls, modification of the roof, window type, window area/distribution, modification of the foundation, shading, exterior surface colour, infiltration rate and thermal bridges. All measures are compared against a base case where the building envelope is set to resemble a typical Saudi Arabian residential. First, all measures are investigated one by one. Thereafter, combinations of the measures are investigated, based on the results from single measure simulations. All simulations are carried out for two cities in Saudi Arabia, both with arid desert climate. Riyadh (midlands) with moderately cold winters and Jeddah (west coast) with mild winter. The results from simulations of single measures show the highest energy savings when changing the window type from single clear glass to double glass with reflective surface saving 27 % energy (heating & cooling) in Riyadh and 21 % in Jeddah. Adding insulation to an uninsulated roof saved up to 23 % and 21 % energy for Riyadh respectively Jeddah. Improvements of the thermal resistance of the exterior walls show 21 % energy savings in Riyadh and only 11 % in Jeddah. Lowering the window to wall ratio from 28 % to 10 % and changing the window distribution results in 19 % (Riyadh) and 17 % (Jeddah) energy savings. Adding fixed shades saves up to 8 % (Riyadh) and 13 % energy (Jeddah) when dimensioned for the peak cooling load. Using bright/reflective surface colour on the roof saves up to 9% (Riyadh) and 17 % (Jeddah) when the roof is uninsulated. For the exterior walls, bright/reflective surface saves up to 5 % (Riyadh) and 10 % (Jeddah) when the walls are uninsulated. The other single measures investigated show less than 7 % energy savings. The results for combined measures show the highest energy savings for two combined measures when improving the thermal resistance of the exterior walls and changing window area/distribution saving up to 52 % (Riyadh) and 39 % (Jeddah). When performing three measures the addition of improved thermal resistance and reflectance of the windows resulted in the highest energy savings, saving up to 62 % (Riyadh) and 48 % (Jeddah). When adding a fourth measure, improving the thermal resistance of the slab shows the highest energy savings, 71 % (Riyadh) and 54 % (Jeddah). Applying all measures on the building envelope results in 78 % (Riyadh) and 62 % (Jeddah) energy savings. Significant energy savings can be achieved with measures on the building envelope. Major savings can be made by adding only 50-100 mm of insulation to the exterior walls and roof. Decreased window area and improvements on the thermal resistance and reflectance on the windows result in significant energy savings. Energy savings achieved with shadings and reflective surface colours decrease significantly when the thermal resistance of the roof and external walls are improved. All measures concerning thermal resistance have a higher impact in Riyadh than in Jeddah due to that a large part of the total heating and cooling is air handling unit (AHU) cooling in Jeddah. AHU cooling is not affected significantly by measures on the building envelope. To optimise energy savings, measures on the building envelope should be considered in combination with measures concerning the AHU. / På grund av det hårda klimatet i Saudiarabien, konsumerar bostadshus mer än hälften av den totala energi som förbrukas. En stor del av den förbrukade energin går till luftkonditionering. Kylningen av byggnader är ett stort miljöproblem i många länder i Mellanöstern, särskilt eftersom elektriciteten till stor del är helt beroende av förbränning av fossila bränslen. Syftet med denna studie är att få en tydligare bild av hur olika åtgärder på klimatskalet påverkar byggnaders energiförbrukning. Tanken är att resultaten ska kunna användas som ett hjälpmedel vid design av mer energieffektiva byggnader i Mellanöstern. I denna studie är olika energieffektivitetsåtgärder utvärderade med hjälp av energisimuleringar i IDA ICE 4.7 för att undersöka hur mycket energi som kan sparas genom att modifiera klimatskalet. Ett bostadshus med 247 m2 golvyta i två våningar används för simuleringarna. De åtgärder som övervägs är; modifieringar av ytterväggar, modifiering av tak, fönstertyp, fönster area/ distribution, modifiering av fundamentet, skuggning, ytskikt, infiltration och köldbryggor. Alla åtgärder jämförs mot ett Base Case där klimatskalet är inställt för att likna en typisk bostad i Saudiarabiens. Först undersöks alla åtgärder en åt gången. Därefter undersöks kombinationer av de studerade åtgärderna, baserat på resultat från simuleringar av enskilda åtgärder. Alla simuleringar utförs för två städer i Saudiarabien, både med torrt ökenklimat. Riyadh (inlandet) med måttligt kalla vintrar och Jeddah (västkusten) med mild vinter. Resultatet från simuleringar av enskilda åtgärder visar högst energibesparing när fönstertypen byts ut från enkelt klarglas till dubbelt reflekterande glas. Med byte av fönstertyp sparas upp till 27 % energi (uppvärmning och kylning) i Riyadh och 21 % i Jeddah. Att isolera taket sparar upp till 23 % och 21 % för Riyadh respektive Jeddah. Förbättrat värmemotstånd i ytterväggarna resulterar i upp till 21 % energibesparing i Riyadh och endast 11 % i Jeddah. Minskning av fönsterarean från 28 % av väggytan till 10 % och omplacering av fönsterna ger19 % (Riyadh) och 17 % (Jeddah) energibesparingar. Solavskärmning med hjälp av fasta skärmtak och fenor sparar 8 % (Riyadh) och 13 % energi (Jeddah) när de är dimensionerad för maximalt kylbehovet. Använda ljus/reflekterande yta på taket sparar upp till 9 % (Riyadh) och 17 % (Jeddah) när taket är oisolerad. För ytterväggar, sparar ljust/reflekterande ytskikt upp till 5 % (Riyadh) och 10 % (Jeddah) när väggarna är oisolerad. De övriga enskilda åtgärderna som undersökts visar mindre än 7 % energibesparing. Resultaten för kombinerade åtgärder visar högst energibesparingar för två kombinerade åtgärder när ytterväggens värmemotstånd förbättras tillsammans med mindre fönsterarea och ändrad fönsterplacering. De två åtgärderna sparar upp till 52 % energi i Riyadh och 39 % i Jeddah. När tre åtgärder utförs, fås den högsta energibesparingen med de två åtgärderna ovan med tillägg av förbättrade fönster med lägre u-värde och högre reflektants. Tillsammans resulterar de tre åtgärderna i en energibesparing upp till 62 % för Riyadh och 48 % för Jeddah. När man lägger till en fjärde åtgärd, fås den högsta besparingen med tillägg av förbättrat u-värde på grunden till de tre tidigare åtgärderna. De fyra åtgärderna sparar upp till 71 % energi i Riyadh och 54 % i Jeddah. Tillämpning av alla åtgärder på klimatskalet resulterar i 78 % (Riyadh) och 62 % (Jeddah) energibesparing. Betydlig reducering av energianvändningen kan uppnås med åtgärder på byggnadens klimatskal. Stora besparingar fås med endast 50 – 100 mm isolering i ytterväggar och tak. Att minska fönsterarean och förbättra fönsternas u-värde och reflektivitet bidrar till stora energibesparingar.  Besparingarna som fås vid solavskärmning och reflektiva ytor på tak och väggar minskar signifikant när taket och ytterväggarna isoleras. Alla åtgärder som förbättrar u-värdet på klimatskalet har en större inverkan i Riyadh än i Jeddah på grund av att en större andel av total uppvärmning och kylning upptas av kylning av inkommande luft i ventilationen. Energin som behövs för att kyla inkommande luft påverkas inte nämnvärt av åtgärderna på klimatskalet. För att optimera energibesparingarna ytterligare, bör åtgärder på klimatskalets övervägas tillsammans med energieffektivitetsåtgärder av ventilationen.

Le palmier-dattier constitue une des rares cultures à vocation alimentaire adaptées aux conditions climatiques extrêmes (sécheresse, salinité), telles que rencontrées à Djibouti. Dans un contexte de ressources en eau fortement limitées, la connaissance des modalités de l’alimentation hydrique du palmier dattier est essentielle. L’objectif de ce travail de recherche est d’acquérir cette connaissance, dans le contexte pédoclimatique de Djibouti, par la réalisation d’un suivi in situ du fonctionnement hydrique du système sol-palmier, à l’échelle d’un individu, et la quantification du puits racinaire du palmier-dattier. Un palmier-dattier, pleinement développé, a été instrumenté à l’échelle de la cuvette d’irrigation, à l’aide de plusieurs tubes d’accès de sonde à neutrons, pour le suivi de la teneur en eau volumique du sol, et de plusieurs tensiomètres, répartis de 10 à 160 cm de profondeur. Trois expériences d’infiltration/redistribution a été réalisées successivement, la première sans altérer le fonctionnement du système sol-palmier, la seconde après avoir coupé le palmier, tout en permettant l’évaporation de la surface du sol, la dernière après avoir couvert la surface du sol afin d’empêcher l’évaporation. Les résultats mettent en évidence une forte hétérogénéité des propriétés hydriques du sol, avec une stratification liée au contexte sédimentaire littoral. L’impact du puits racinaire sur la dynamique hydrique du sol est observé jusqu’à 80 cm de profondeur. Pour la période fraîche, les besoins en eau du palmier dattier sont estimés à 130 L par jour, avec une fréquence d’irrigation d’une fois toutes les 2 semaines. Pour la première fois, le coefficient cultural du palmier dattier (kc = 1,39) a été établi dans les conditions climatiques de Djibouti. Les résultats obtenus contribueront à une meilleure gestion de l’irrigation et à une meilleure maîtrise du risque de salinisation du sol dans le contexte pédoclimatique de la République de Djibouti. / Date palm is one of the few food crops adapted to the extreme weather conditions (drought, salinity), such as encountered in Djibouti. In the context of highly limited water resources, knowledge of the date palm water requirements is essential. The objective of this research was to determine the date palm water requirements, in the Djibouti pedoclimatic context, using in situ monitoring of water transport in the soil-plantatmosphere system, at the scale of a single date palm tree, and to quantify the date palm root water uptake. A fully developed date palm tree was instrumented at the irrigation basin scale, using several access tubes for neutron probe for monitoring the soil volumetric water content, and several tensiometers, installed from 10 to 160 cm depth. Three infiltration/redistribution experiments have been performed successively, the first without alteration of the soil-plant system, the second after cutting off a date palm tree while allowing the surface evaporation, the last with covering the soil surface to avoid evaporation. The results show large heterogeneity in soil hydraulic properties, with stratification linked to the coastline sedimentary context. The root water uptake is observed up to 80 cm depth. The date palm water requirements in the fresh period are estimated at 130 liters per day with a frequency of irrigation of one time every two weeks. For the first time, the date palm cultural coefficient has been established in the Djibouti climatic conditions (kc = 1.39). The obtained results will contribute to better management of irrigation and to improve the control of soil salinization in the pedoclimatic context of the Republic of Djibouti.