Fererkundliches monitoring von Landnutzungswandel ist eine Grundvoraussetzung um negative Auswirkungen globaler Umweltveränderungen zu reduzieren. Verfügbare Methoden unterliegen jedoch räumlichen und zeitlichen Einschränkungen. Die Öffnung des Landsat Archivs, bessere Datenqualität, fortgeschrittene Algorithmen und Rechenkapazitäten erlauben verbessertes Verständnis von Muster-Prozess Zusammenhängen, falls diese Einschränkungen überwunden werden. Das Ziel dieser Dissertation war es, Methoden zu entwickeln und anzuwenden, die eine bessere Nutzung des Landsat Archivs ermöglichen, um Landnutzungswandel in den Karpaten seit 1985 zu quantifizieren. Das sekundäre Ziel war es zu untersuchen, wie der Zusammenbruch des Sozialismus und der Beitritt zur Europäischen Union den regional Landnutzungswandel beeinträchtigt hat. Dafür wurde zunächst ein zeitreihenbasiertes Verfahren genutzt, um mittels verbesserter zeitlicher Auflösung ein besseres Verständnis von Waldstörungsdynamiken während der Umstrukturierung von Forstbesitzverhältnissen zu erlangen. Anschliessend wurden Compositing Algorithmen entwickelt, und mittels dieser die regionalen forst- und landwirtschaftlichen Veränderungen quantifiziert. Die Ergebnisse zeigten, dass das Ende des Sozialismus zu einer drastischen Reduzierung der Waldstörungen geführt hat und gleichzeitig weitflächig Ackerland aufgegeben wurde. Insgesamt nahm die Waldfläche leicht zu aber übermäßige Störungen erfolgten in verschiedenen Gebieten, verursacht durch den kombinierten Effekt forstwirtschaftlicher Vermächtnisse, natürlicher Störungen sowie Waldbewirtschaftung. Nach dem EU-Beitritt nahmen Störungsdynamiken in den Karpaten im Vergleich zu den ersten Übergangsjahren wieder zu, was auf neuorganiserte Forstwirtschaft mit Zugang zu EU Märkten hindeuten kann. Aufgegebene Ackerflächen wurden in den letzten Jahren vermehrt wiederbewirtschaftet, wahrscheinlich bedingt durch die Agrarpolitik der EU sowie einen zunehmenden Einfluss globaler Märkte. / Remote sensing based monitoring of land change is a prerequisite to reduce the negative impacts of global environmental change. However, available monitoring methods suffer from spatial and/or temporal limitations. The opening of the Landsat archive, advancements in data quality, processing algorithms and capabilities, can improve pattern-process understanding if these limitations are overcome. The overall aim of this dissertation was first, to develop and apply methods that better utilize the rich Landsat record and to map and quantify land change in the Carpathian ecoregion since 1985. The secondary objective is to investigate how the collapse of socialism and accession to the European Union (EU) affected regional land change. First, a trajectory based change detection approach was used to investigate how increased observation frequency helps understanding how forest ownership changes affected forest disturbance dynamics. Second, compositing algorithms are developed to facilitate mapping and change detection over large areas. This allowed assessing changes in forest cover and agriculture. Results showed that overall the collapse of socialism led to drastic declines in forest disturbances and simultaneously to widespread cropland abandonment. Forest cover overall expanded but excessive harvesting prevailed in certain areas, due to combined effects of land use legacies, natural disturbances and forest management. Following the EU accession, disturbance levels increased compared to the transition years, potentially relating to a re-established forestry sector with access to EU timber markets. Abandoned cropland was recultivated throughout the Carpathians during the most recent years, likely influenced by the EU Common Agricultural Policy and increasingly by global markets. This dissertation exemplifies the value of the Landsat archive for land change research which can improve our understanding of land change globally and thus help mitigate its negative impacts.

Der Klimawandel hat weitreichende Folgen auf die Gesundheit der Menschen. Insbesondere Übertragungskrankheiten wie Dengue bekommen global gesehen eine zunehmende Bedeutung. Über die raumzeitliche Verteilung und das Umwelt-Dengue Risiko ist bisher wenig bekannt. Das Hauptziel dieser Dissertation war es daher, die Ätiologie von Dengue in einem hoch endemischen Gebiet besser zu verstehen. Es wurden räumliche Muster des Krankheitsauftretens untersucht, die anschließend in einer Umwelt-Risiko Analyse mit örtlichen Wetterdaten und Landnutzungsinformationen in Zusammenhang gebracht wurden. Zunächst wurde ein raumzeitlicher Ansatz durchgeführt, um herauszufinden, in wie weit Analysen, die verschiedene Aggregationsebenen miteinander kombinieren, zu neuen Erkenntnissen von raumzeitlichen Mustern von Dengue beitragen können. Anschließend wurde ein auf nicht-lineare zeitliche Einflüsse kontrolliertes, Poisson-generalisiertes additives Regressionsmodell genutzt, um herauszufinden, welchen Einfluss Wetterparameter auf die Verbreitung von Dengue haben. Schließlich wurden Boosted regression trees verwendet, um auf nicht-lineare Zusammenhänge und Interaktionen zwischen einzelnen Landnutzungsfaktoren und Dengue zu kontrollieren und um eine Risikokarte zu erstellen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass mehr als eine geographische Ebene notwendig ist, um Krankheitscluster zu bestätigen. Minimaltemperatur, Regenmenge, und Windgeschwindigkeit waren mit der Verbreitung von Dengue im Untersuchungsgebiet assoziiert. Räumliche Dengue-Muster konnten durch Siedlungen, Wasser, gemischte Landwirtschaftsflächen, offene Flächen und stillgelegte Grünflächen erklärt werden. Dengue-Risiko ist auf der Ergebniskarte des Studiengebietes ersichtlich. Diese Dissertation liefert sowohl wertvolle Informationen für die Gesundheitspolitik in Malaysia als auch wichtige Herangehensweisen für die Entwicklung von Dengue-Kontrollmechanismen in und über die Untersuchungsregion hinaus. / Global changes to our earth system have impacts on human health; specifically vector-borne diseases such as dengue are of epidemiological importance. Dengue is a global disease burden. Little is known about the spatio-temporal distribution and environmental risk association of dengue disease. The main goal of this dissertation was to improve understanding of the etiology of dengue disease in a highly endemic region by focusing on, initially, vulnerability mapping of the disease occurrences and, next, environmental risk assessment between disease clusters and both weather and land use. First, a Spatio-temporal scan statistics approach was used to assess to what extent analyses that combine sub-district and address level data contribute to new insights into spatio-temporal dengue disease patterns to better inform health interventions. Second, a Poisson generalized additive model was used to assess the weather effects on dengue disease accounting for non-linear temporal effects. Third, a Boosted regression trees approach was used to account for nonlinearities and interactions between the land use factors and dengue disease and to generate a risk map. Results suggested that more than one geographical level was needed to confirm the disease clusters. Minimum temperature, rainfall and wind speed, were associated with the dengue cases in the study area. Spatial patterns of dengue cases could be explained by land use types, including human settlements, water bodies, mixed horticulture land, open land and neglected grassland. The predicted risk map depicted dengue risk in the study area. This dissertation provided compelling approaches that are highly valuable for dengue vector control policy advice; applicability is not confined to Malaysia but is transferable to other studies in similar settings.

Das erste Ziel dieser Arbeit ist eine umfassende Analyse der Wasserflüsse durchzuführen und Quellen und Senken des kontinentalen Niederschlags zu identifizieren. Als Analysemethode werden komplexe Netzwerke verwendet, ein Ansatz, mit dessen Hilfe das neuartige Konzept des “cascading moisture recycling'''' (CMR) eingeführt wird. CMR wird als vielfache Verdunstung von Niederschlag während des Feuchtigkeitstransports über bewaldeten Gebieten definiert. Dieses Verfahren ermöglicht es, den Anteil von CMR an der Menge des regionalen Niederschlags zu quantifizieren und Schlüsselregionen des CMR zu identifizieren. Die Analyse zeigt, dass der südliche Bereich des Amazonasbeckens nicht nur eine direkte Quelle für Niederschlag im La-Plata Becken ist, sondern auch als ``Brückenregion'''' dient, über die die verdunstete Feuchtigkeit des ganzen Amazonasbeckens auf dem Weg in die Subtropen transportiert wird. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Neubewertung der Vulnerabilität des Amazonasregenwalds unter Umweltveränderungen unabdingbar ist. Dies ist das zweite Ziel der vorliegenden Arbeit. Durch diese Veränderungen könnten große Teile des Regenwaldes in eine Savanne umgewandelt werden. Dies würde wiederum den Niederschlag reduzieren, was sich negativ auf die Stabilität der verbleibenden Waldgebiete auswirken und ein Waldsterben verursachen kann. Für die Analyse dieser Zusammenhänge werden ebenfalls komplexe Netzwerke verwendet, um das Konzept der Ökosystem-Resilienz und CMR basierend auf Beobachtungsdaten zu kombinieren. Es werden die Schlüsselregionen, in denen Entwaldung zu einer Destabilisierung der verbleibenden Wald führt, identifiziert und die Möglichkeit eines großflächigen Absterben des Regenwaldes aufgrund von verlängerter Trockenzeit untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die Diversität des Regenwaldes und die durch den Feuchtigkeitstransport gegebene Konnektivität der Waldgebiete eine wichtige Rolle für die Stabilität und ökologische Integrität dieses Ökosystems spielen. / The first aim of this thesis is to improve the understanding of vegetation-atmosphere interactions by means of complex network analysis of water fluxes from the sources to the sinks of rainfall in South America. This novel approach allows to introduce the concept of “cascading moisture recycling” defined as moisture recycling on the continent involving re-evaporation cycles along the way. A methodological framework is developed to quantify the importance of cascading moisture recycling and to identify key regions that sustain this process. It reveals, for instance, that the southern part of the Amazon basin is not only a direct source of rainfall for the La Plata basin as previously thought but also an intermediary region that re-distribute moisture evaporating from the entire Amazon basin towards the subtropics. This new concept lays the foundation for evaluating the vulnerability of the Amazon forest to environmental perturbations, which is the second aim of this thesis. Land-use and rainfall variability are expected to be intensified at the end of the twenty-first century and may push the south-eastern part of the Amazon forest towards a grass-dominated ecosystem. Such a forest loss would reduce local dry-season evapotranspiration and the resulting moisture supply for down-wind rainfall. In turn, this might erode the resilience of the remaining forest and lead to further forest losses. Using a complex network approach, the concepts of forest resilience and cascading moisture recycling are combined in a data-driven modeling framework. Key regions are identified where deforestation would greatly destabilize the remaining forest, as well as tipping points in dry-season intensification for large-scale self-amplified Amazon forest loss. The findings highlight the need to maintain the diversity and connectivity of forest patches in order to sustain the ecological integrity of the largest remaining tropical forest on Earth.

Die Landschaften Mitteleuropas sind das Resultat einer langwierigen Geschichte menschlicher Landnutzung mit ihren unterschiedlichen, z.T. konkurrierenden Nutzungsansprüchen. Durch eine überwiegend intensive Beanspruchung haben die direkten und indirekten Auswirkungen der Landnutzung in vielen Fällen zu Umweltproblemen geführt. Die Disziplin der Landschaftsökologie hat es sich zur Aufgabe gemacht, Konzepte für eine nachhaltige Nutzung der Landschaft zu entwickeln. Eine wichtige Fragestellung stellt dabei die Abschätzung der möglichen Folgen von Landnutzungsänderungen dar.<br /> Für die Analyse der relevanten Prozesse in der Landschaft werden häufig mathematische Modelle eingesetzt, welche es erlauben die Landschaft unter aktuellen Verhältnissen oder hinsichtlich veränderter Rahmenbedingungen zu untersuchen. Die hypothetische Änderung der Landnutzung, die als Landnutzungsszenario bezeichnet wird, verkörpert eine wesentliche Modifikation der Rahmenbedingungen, weil Landnutzung maßgeblich Einfluss auf die natürlichen Prozesse der Landschaft nimmt. Während die Antriebskräfte einer solchen Änderung überwiegend von sozio-ökonomischen und politischen Entscheidungen gesteuert werden, orientiert sich die exakte Verortung der Landnutzungsänderungen an den naturräumlichen Bedingungen und folgt z.T. erkennbaren Regeln. Anhand dieser Vorgaben ist es möglich, räumlich explizite Landnutzungsszenarien zu entwickeln, die als Eingangsdaten für die Modellierung verschiedener landschaftsökologischer Fragestellungen wie z.B. für die Untersuchung des Einflusses der Landnutzung auf den Wasserhaushalt, die Erosionsgefahr oder die Habitatqualität dienen können. <br /> <br /> Im Rahmen dieser Dissertation wurde das rasterbasierte deterministische Allokationsmodell luck (Land Use Change Scenario Kit) für die explizite Verortung der Landnutzungsänderungen entwickelt. Es basiert auf den in der Landschaftsökologie üblichen räumlichen Daten wie Landnutzung, Boden sowie Topographie und richtet sich bei der Szenarienableitung nach den Leitbildern der Landschaftsplanung. Das Modell fußt auf der Hypothese, dass das Landnutzungsmuster als Funktion seiner landschaftsökologischen Faktoren beschrieben werden kann. Das Veränderungspotenzial einer Landnutzungseinheit resultiert im Modell aus einer Kombination der Bewertung der relativen Eignung des Standortes für die jeweilige Landnutzung und der Berücksichtigung von Standorteigenschaften der umliegenden Nachbarn. Die Durchführung der Landnutzungsänderung im Modell ist iterativ angelegt, um den graduellen Prozess des Landschaftswandels nachvollziehen zu können.<br /> Als Fallbeispiel für die Anwendung solcher räumlich expliziten Landnutzungsszenarien dient die Fragestellung, inwieweit Landnutzungsänderungen die Hochwasserentstehung beeinflussen. Um den Einfluss auf die Hochwasserentstehung für jede der Landnutzungskategorien &ndash; bebaute, landwirtschaftlich genutzte und naturnahe Flächen &ndash; abschätzen zu können, wird im Landnutzungsmodell luck exemplarisch für jede Kategorie ein Teilmodell für die Veränderung von Landnutzung angeboten: <br /> 1) Ausdehnung der Siedlungsfläche: Dieses Teilmodell fußt auf der Annahme, dass sich Siedlungen nur in direkter Nachbarschaft bereits bestehender Bebauung und bevorzugt entlang von Entwicklungsachsen ausbreiten. Steile Hangneigungen stellen für potenzielle Standorte ein Hemmnis bei der Ausbreitung dar. <br /> 2) Stilllegung von Grenzertragsackerflächen: Gemäß der Hypothese, dass sich die Stilllegung von Ackerflächen an der potenziellen Ertragsleistung der Standorte orientiert, werden in diesem Teilmodell alle Ackerstandorte dahingehend bewertet und die Flächen mit der geringsten Leistungsfähigkeit stillgelegt. Bei homogenen Gebietseigenschaften werden die Stilllegungsflächen zufällig auf die Ackerfläche verteilt.<br /> 3) Etablierung von Schutzgebieten in Ufer- und Auenbereichen: Ausgehend von der These, dass sich entlang von Flüssen sensible Flächen befinden, deren Schutz positive Folgen für das Leistungsvermögen der Landschaft haben kann, werden in diesem Teilmodell schützenswerte Ufer- und Auenbereiche auf derzeit landwirtschaftlich genutzten Flächen ausgewiesen. Die Größe der Schutzgebietsfläche orientiert sich an der Morphologie der umgebenden Landschaft.<br /> <br /> Die drei Teilmodelle wurden hinsichtlich der implizierten Hypothesen mit vielen unterschiedlichen Ansätzen validiert. Das Resultat dieser intensiven Analyse zeigt für jedes Teilmodell eine zufriedenstellende Tauglichkeit. <br /> Die Modellierung der Landnutzungsänderungen wurden in drei mesoskaligen Flusseinzugsgebieten mit einer Fläche zwischen 100 und 500 km&#178; durchgeführt, die sich markant in ihrer Landnutzung unterscheiden. Besonderer Wert wurde bei der Gebietsauswahl darauf gelegt, dass eines der Gebiete intensiv landwirtschaftlich genutzt wird, eines dicht besiedelt und eines vorwiegend bewaldet ist. <br /> Im Hinblick auf ihre Relevanz für die vorliegende Fragestellung wurden aus bestehenden Landnutzungstrends die Szenarien für (1) die prognostizierte Siedlungsfläche für das Jahr 2010, (2) die möglichen Konsequenzen des EU-weiten Beschlusses der Agenda 2000 und (3) die Novelle des Bundesnaturschutzgesetzes aus dem Jahr 2001 abgeleitet.<br /> Jedes Szenario wurde mit Hilfe des Modells auf die drei Untersuchungsgebiete angewendet. Dabei wurden für die Siedlungsausdehnung in allen drei Gebieten realistische Landnutzungsmuster generiert. Einschränkungen ergeben sich bei der Suche nach Grenzertragsstilllegungsflächen. Hier hat unter homogenen Gebietseigenschaften die zufällige Verteilung von Flächen für die Stilllegung zu einem unrealistischen Ergebnis geführt. Die Güte der Schutzgebietsausweisung ist maßgeblich an die aktuelle Landnutzung der Aue und die Morphologie des Geländes gebunden. Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn die Flächen in den Ufer- und Auenbereichen mehrheitlich unter derzeitiger Ackernutzung stehen und der Flusslauf sich in das Relief eingetieft hat.<br /> Exemplarisch werden für jeden Landnutzungstrend die hydrologischen Auswirkungen anhand eines historischen Hochwassers beschrieben, aus denen jedoch keine pauschale Aussage zum Einfluss der Landnutzung abgeleitet werden kann.<br /> Die Studie demonstriert die Bedeutung des Landnutzungsmusters für die natürlichen Prozesse in der Landschaft und unterstreicht die Notwendigkeit einer räumlich expliziten Modellierung für landschaftsökologische Fragestellungen in der Mesoskala. / Today&prime;s landscapes in Central Europe are the result of a long history of land-use, which is characterised by many different demands. The immediate and long-term consequences of predominantly intensive land-use have led to environmental problems in many cases. Therefore it is necessary to develop strategies for the maintenance of landscape efficiency which take into account the different claims of utilisation. In this context the estimation of possible impacts of land-use changes represents an important statement of problem. <br /> For the analysis of the relevant processes within the landscape, it is common to apply mathematical models. Such models enable the investigation of the landscape under current conditions or with regard to modified boundary conditions. A hypothetic alteration of land-use, which is termed as land-use scenario, represents a substantial modification of the boundary conditions, because land-use exerts a strong influence on the natural processes of the landscape. While the driving forces are predominantly governed by socio-economical and political decisions, the exact location of land-use changes within the landscape mainly depends on the natural conditions and follows partly transparent rules. With these presumptions it is possible to develop land-use scenarios, which can serve as input data for the modelling of different questions of landscape ecology such as the influence of land-use on the water balance, the danger of erosion or the quality of habitat characteristics. <br /> In the context of this thesis the grid-based deterministic allocation model luck (Land Use Change Scenario Kit) for the allocation of land-use changes was developed. It is based upon the types of spatial data, which are commonly used in landscape ecology, such as information on land-use, soils as well as topography. The derivation of scenarios follows the approaches of landscape planning. The model is based upon the hypothesis, that land-use structure can be described as a function of its landscape ecological factors. The potential of a site to become subject to land-use changes, results from a combination of its local qualities and the site characteristics of its neighbourhood. Land-use change is realised iteratively in order to simulate the gradual process of changes in the landscape.<br /> The influence of land-use changes on flood generation serves as a case study to demonstrate the need for spatial explicit land-use scenarios. For each land-use category &ndash; built up areas, agriculturally used areas and natural/semi-natural land &ndash; the model luck offers a submodel for investigating the effect of land-use changes on flood generation: <br /> <br /> 1) Expansion of settlement area: This submodel is based upon the assumption that settlements spread only in the neighbourhood of already existing built-up areas and preferentially along infrastructural axes of development. Steep slopes inhibit the spreading on potential locations.<br /> 2) Set-aside of marginal yield sites under agricultural use: Setting-aside of arable land is based on the hypothesis that the selection of arable land to be set-aside depends on the potential yield efficiency of the locations. Within this submodel all fields under agricultural use are valued to that effect and the ones with the least productive efficiency are selected as set-aside locations. In case of homogeneous area qualities the set-aside locations are selected randomly. <br /> 3) Establishment of protected areas in waterside and ripearian areas: This submodel takes into consideration that the protection of sensitive areas along the river courses may have positive consequences for the efficiency of the landscape. Therefore this submodel establishes protection zones on waterside and ripearian sites under currently agricultural use, that might be of value for nature conservation. The size of the protection area depends on the morphology of the surrounding landscape. <br /> <br /> The three submodels were validated with respect to the implied hypotheses by the help of many different approaches. The result of this intensive analysis shows a satisfying suitability for each of the submodels.<br /> <br /> The simulation of land-use changes was carried out for three mesoscale river catchments with an area between 100 and 500 km&#178;. Special attention was paid to the fact that these areas should be markingly different in their land-use: One study area is predominantly under intensive agricultural use, one is densely populated and the third one is covered by forest in large parts of the area. <br /> With regard to their relevance to the onhand question from existing land-use trends scenarios were derived for the prognosed settlement area for the year 2010, for the possible consequences of the EU-wide agreement of Agenda 2000 and for the amending federal conservation law dating to the year 2001, which enhances the enlargement of protected areas. <br /> Each scenario was applied to the three study areas utilizing the model luck. For the expansion of the settlement areas in all three study areas realistic land-use patterns were generated. Limitations arose only in the context of the search for marginal yield fields. Here, the random distribution of areas to be set-aside under homogeneous conditions led to unrealistic results. The quality of the establishment of protected areas in waterside and ripearian areas is substantially bound to current land-use and the morphology of the area. The best results for this submodel are achieved if waterside and ripearian areas are mainly arable land and if the river has lowered its course into the morphology. <br /> The hydrological consequences are described exemplarily for each land-use trend with a historical flood event. The interpretation of the hydrographs does not allow global statements about the influence of land-use. <br /> The study demonstrates the significance of land-use pattern for the natural processes in the landscape and underlines the necessity of spatially explicit modelling for landscape ecological questions at the mesoscale.

Auf der Ostseeinsel Rügen wurde eine 3-jährige Untersuchung zur Siedlungsstruktur, Raum- und Habitatnutzung des Dachses (Meles meles L., 1758) unter besonderer Berücksichtigung der Landschaftszerschneidung und des Landnutzungsmusters durchgeführt. Über 70 % der Inselfläche ist landwirtschaftlich, überwiegend ackerbaulich, genutzt und nur knapp ein Fünftel wird von Wald bedeckt. Während die Zersiedelung und Zerschneidung der Landschaft durch Siedlungs- und Verkehrsfläche im bundesdeutschen Vergleich als sehr gering einzustufen war, ist nach der ?Wende? eine stete Verdichtung des Straßennetzes zu beobachten, die von einem enormen Anstieg der Verkehrsdichte begleitet wird. Die Auswirkungen dieser Rahmenbedingungen wurden anhand von Nahrungsanalysen, eines inselweiten Baukatasters, Fang und Telemetrie einiger Dachse sowie einer Erfassung verkehrstoter Dachse untersucht. Die erfassten Totfunde dienten einer Abschätzung des Gefährdungspotentials unterschiedlicher Straßentypen (Bundesstraße, Landesstraße usw.). Zusätzlich wurde auf Grundlage des Baukatasters, des Totfundkatasters und von Verkehrszählungen der Zusammenhang zwischen Verkehrslast, Siedlungsdichte (des Dachses) und Verkehrsmortalität des Dachses mit Hilfe eines einfachen Modells ermittelt. / On the baltic island of Rügen investigations had been carried for 3 years with regard to distribution, space use and habitat utilization of the European badger (Meles meles L., 1758). Special attention was focused on landscape fragmentation and patterns of land use. More than 70 % of the island is agricultural, almost arable land and just under a fifth is woodland. Before 1990, fragmentation and dessection of the landscape due to housing and roads was low compared with the german average, but after the political &amp;quot;turn&amp;quot; the road system has increased constantly combined with an enormous increase in traffic density. The effect of these conditions on badgers was investigated studying diet composition, surveying and registrating badger setts all over the island, badger-watching and trapping, radio-tracking some badgers and collecting all reported badgers fallen victim to traffic accidents. Relating the road-killed badgers to the length and traffic density of the different road categories, potential danger to be killed by car was estimated. Relating the density of traffic, the density of the badger's local population and its road-mortality was done by simply using data of the sett survey, the road-killed badgers and traffic census.

Sudan as a Sahelian country faced numerous drought periods resulting in famine and mass immigration. Spatial data on dynamics of land use and land cover is scarce and/or almost nonexistent. The study area in the North Kordofan State is located in the centre of Sudan and falls in the Sahelian eco-climatic zone. The region generally yields reasonable harvests of rainfed crops and the grasslands supports plenty of livestock. But any attempts to develop medium- to longterm strategies of sustainable land management have been hampered by the impacts of drought and desertification over a long period of time. This study aims to determine and analyse the dynamics of change of land use/land cover classes. The study attempts also to improve classification accuracy by using different data transformation methods like PCA, TCA and CA. In addition it tries to investigate the most reliable methods of pre-classification and/or post-classification change detection. The research also attempts to assess the desertification process using vegetation cover as an indicator. Preliminary mapping of major soil types is also an objective of this study. Landsat data of MSS 187/51 acquired on 01.01.1973 and ETM+ 174/51 acquired on 16.01.2001 were used. Visual interpretation in addition to digital image processing was applied to process the imagery for determining land use/land cover classes for the recent and reference image. Pre- and post-classification change detection methods were used to detect changes in land use/land cover classes in the study area. Pre-classification methods include image differencing, PC and Change Vector Analysis. Georeferenced soil samples were analysed to measure physical and chemical parameters. The measured values of these soil properties were integrated with the results of land use/ land cover classification. The major LULC classes present in the study area are forest, farm on sand, farm on clay, fallow on sand, fallow on clay, woodyland, mixed woodland, grassland, burnt/wetland and natural water bodies. Farming on sandy and clay soils constitute the major land use in the area, while mixed woodland constitutes the major land cover. Classification accuracy is improved by adopting data transformation by PCA, TCA and CA. Pre-classification change detection methods show indistinct and sketchy patterns of change but post-classification method shows obvious and detailed results. Vegetation cover changes were illustrated by use of NDVI. In addition preliminary soil mapping by using mineral indices was done based on ETM+ imagery. Distinct patterns of clay, gardud and sand areas could be classified. Remote sensing methods used in this study prove a high potential to classify land use/land cover as well as soil classes. Moreover the remote sensing methods used confirm efficiency for detecting changes in LULC classes and vegetation cover during the addressed period.

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Evapotranspiration ET is a dominant Earth System process that couples the water and energy cycles at the earth surface. The pressure of global environmental changes foster the broad scientific aim to understand impacts of climate and land-use on evapotranspiration under transient conditions. In this work, the spatial scale of river catchments is addressed through data analysis of hydrological and meteorological archives with ET classically derived through water balance closure. Through a synthesis of various catchments with different climatic forcings and hydrological conditions, the core objectives of this thesis are: - Did environmental changes in the past, such as climatic- or land-use and land cover (LULC) changes, result in detectable non-stationary changes in the hydro-climate time series? - How can the impacts of climatic- from LULC changes on the hydroclimatology of catchments be separated? - What are the factors that control the sensitivity of ET and streamflow to external changes? These research questions are addressed for the climatic scales of long-term annual averages and seasonal conditions which characterise the hydroclimatology of river catchments. Illustrated by a rich hydro-climatic archive condensed for 27 small to medium sized river catchments in Saxony, a method is proposed to analyse the seasonal features of river flow allowing to detect shifting seasons in snow affected river basins in the last 90 years. Observations of snow depth at these same times lead to the conclusion, that changes in the annual cycle of air temperature have a large influence on the timing of the freeze-thaw in late winter and early spring. This causes large changes in storage of water in the snow pack, which leads to profound changes of the river regime, particularly affecting the river flow in the following months. A model-based data analysis, based on the fundamental principles of water and energy conservation for long-term average conditions, is proposed for the prediction of ET and streamflow, as well as the separation of climate related impacts from impacts resulting from changes in basin conditions. The framework was tested on a large data set of river catchments in the continental US and is shown to be consistent with other methods proposed in the literature. The observed past changes highlight that (i) changes in climate, such as precipitation or evaporative demand, result in changes of the partitioning within the water and energy balance, (ii) the aridity of the climate and to a lesser degree basin conditions determine the sensitivity to external changes, (iii) these controlling factors influence the direction of LULC change impacts, which in some cases can be larger than climate impacts. This work provides evidence, that changes in climatic and land cover conditions can lead to transient hydrological behaviours and make stationary assumptions invalid. Hence, past changes present the opportunity for model testing and thereby deriving fundamental laws and concepts at the scale of interest, which are not affected by changes in the boundary conditions. / Die Verdunstung ist ein maßgeblicher Prozess innerhalb des Klimasystems der Erde, welche den Wasserkreislauf mit dem Energiehaushalt der Erde verbindet. Eine zentrale wissenschaftliche Herausforderung ist, zu verstehen, wie die regionale Wasserverfügbarkeit durch Änderungen des Klimas oder der physiographischen Eigenschaften der Landoberfläche beeinflusst wird. Mittels einer integrierten Datenanalyse von vorhandenen langjährigen Archiven hydroklimatischer Zeitreihen werden die folgenden wissenschaftlichen Fragestellungen dieser Dissertation diskutiert: - Haben beobachtete Änderungen der Landoberfläche und des Klimas zu nachweisbaren, instationären hydroklimatischen Änderungen geführt? - Lassen sich die hydroklimatischen Auswirkungen von Klimaänderungen und Änderungen der Landoberfläche voneinander unterscheiden? - Welche Faktoren beeinflussen die Sensitivität von Abfluss und Verdunstung auf Veränderungen der klimatischen und physiographischen Randbedingungen? Hierbei fokussiert sich die Arbeit auf Änderungen im langjährige Mittel und im Jahresgang von hydroklimatischen Variablen auf der räumlichen Skala von Flusseinzugsgebieten. Zur Untersuchung des hydrologischen Regimes wurde ein harmonischer Filter angewandt, der es erlaubt, die Eintrittszeit des Jahresgangs (Phase) zu quantifizieren. Diese klimatologische Kenngröße wurde für eine Vielzahl von Einzugsgebieten in Sachsen untersucht, wobei sich vor allem für die Gebiete in den Kammlagen des Erzgebirges signifikante Veränderungen ergaben. Es konnte gezeigt werden, dass die signifikante Phasenverschiebung der Temperatur seit Ende der 1980er Jahre zu einer verfrühten Schneeschmelze und dadurch zu einem Rückgang des Abflusses bis in die Sommermonate hinein geführt hat. Desweiteren wurde eine modellbasierte Datenanalyse entwickelt, welche auf Massen- und Energieerhalt von Einzugsgebieten im langjährigen Mittel beruht. Das entwickelte Konzept erlaubt es, Auswirkungen von Klimaänderungen von anderen Effekten, welche z.B. durch Landnutzungsänderungen bedingt sind, abzugrenzen und zu quantifizieren. Die Ergebnisse einer Sensitivitätsanalyse dieses Konzeptes sowie die Anwendung auf einen umfangreichen hydroklimatischen Datensatz der USA zeigen: (i) Veränderungen im Wasser- oder Energiedargebot beeinflussen auch die Aufteilung der Wasser- und Energieflüsse. (ii) Die Aridität des Klimas und nachgeordnet die physiographischen Faktoren bestimmen die Sensitivität von Verdunstung und Abfluss. (iii) Beide Faktoren beeinflussen die Stärke und Richtung der Auswirkungen von physiographischen Änderungen. (iv) Anthropogene Veränderungen der Landoberfläche führten zum Teil zu stärkeren Auswirkungen als klimatisch bedingte Änderungen. Zusammenfassend zeigt sich, dass Änderungen von Landnutzung und Klima zu Verschiebungen im Wasserhaushalt führen können und damit auch die Annahme von Stationarität verletzen. Hydroklimatische Veränderungen bieten aber auch eine Gelegenheit zum Testen von Theorien und Modellen, um somit die grundlegenden Zusammenhänge zu erkennen, welche nicht durch Änderungen der Randbedingungen hinfällig werden.

Ziel der Arbeit war die Beurteilung der räumlichen Verteilung und Struktur von Feldhecken hinsichtlich ihrer Wirkung für Hochwasser- und Naturschutz, sowie die Analyse von agrarökonomischen Faktoren, welche die Anlage von Hecken fördern beziehungsweise behindern. Folgende Fragen standen bei den Untersuchungen im Mittelpunkt: Wie muss eine Hecke sowohl aus naturschutzfachlicher als auch hydrologischer Sicht aufgebaut sein, um eine optimale Wirkung zu erzielen, und wie müssen die Rahmenbedingungen für Landwirte aussehen, damit Heckenstrukturen nicht nur erhalten, sondern auch neu angelegt werden können? Um diese komplexen Fragen zu beantworten, wurden verschiedene methodische Ansätze zur Analyse ökologischer, hydrologischer und entscheidungsbildender Prozesse gewählt. Um die Ergebnisse der verschiedenen Skalenarten (ordinal / kardinal) zu vergleichen und dabei aus verschiedenen Optionen eine für alle Ziele optimale Vorzugsvariante zu ermitteln, wurde am Ende eine Nutzwertanalyse durchgeführt. / There were two main purposes of the study; the evaluation of the spatial distribution and structural patterns of hedgerows in regard to their impact on flood prevention and nature conservation, and the investigation of factors facilitating or constraining the establishment of hedgerows. On the basis of this assessment, knowledge based recommendations were developed for the facilitation of hedgerows in agricultural landscapes in mountainous areas such as the Erzgebirge. The following questions were the main focus of the investigation: how should a hedgerow be composed to obtain the optimal effect from the nature conservation as well as the flood prevention point of view, and how should the general requirements for farmers be constructed so that hedgerows are not only maintained but also newly established. To answer these complex questions different methodologies were applied for analysing ecological, hydrological and decision-forming processes. In order to compare the results and hedgerow alternatives to determine the optimal choice, a value-benefit analysis was performed.

Zugl.: Marburg, Univ., Diss., 2009