Die Untersuchung von Klimaszenarien ergab, dass die Grundwasserneubildung in Nordostdeutschland abnehmen könnte. Um Süßgewässer zu erhalten müssen neue Strategien entwickelt werden. Im Gebiet des Lietzengrabens wird Klarwasser eingeleitet, um Feuchtgebiete und Seen zu erhalten. Diese Strategie wurde durch eine Szenarioanalyse erarbeitet, die sich auf das hydrologische iterative Modell ArcEGMO-ASM stützte. In dieser Arbeit wurde das voll integrierte Modell HydroGeoSphere genutzt, um den Fluss von Wasser an der Oberfläche und im Untergrund zu simulieren. Basierend auf dieser Simulation wurden Fließpfade und Aufenthaltszeiten abgeschätzt. Die Ergebnisse beider Modelle wurden analysiert und verglichen. Mit beiden Modellen war es möglich, die Abfluss- und Grundwasserdynamiken im Einzugsgebiet zu reproduzieren. Bei der Anwendung von HydroGeoSphere fehlten Möglichkeiten zur Berücksichtigung von z.B. Schneefall und Wehren, welche in ArcEGMO-ASM vorhanden sind. Die Kalibrierung des Modells lieferte Parameterwerte, die eine Reproduktion der Dynamiken erlaubten. Allerdings könnte HydroGeoSphere nur eingeschränkt nutzbar sein, da die Werte teils unrealistisch waren. HydroGeoSphere ermöglichte aber die Abschätzung von unterirdischen Fließpfaden und Aufenthaltszeiten. Weiter wurde der Austritt von Grundwasser in einen Bachabschnitt durch Messungen bestimmt und mit Simulationsergebnissen verglichen. Keines der Modelle war geeignet, die räumlichen Muster auf dieser Skala zu reproduzieren. Die simulierten Exfiltrationsraten wichen von den beobachteten ab. Der Vergleich von ArcEGMO-ASM und HydroGeoSphere zeigte die Vorteile und Grenzen der Modelle auf. Der Einsatz von HydroGeoSphere bei Untersuchungen von Bewirtschaftungsstrategien macht sich noch nicht bezahlt, vergleicht man den Aufwand mit den Vorteilen. Da HydroGeoSphere weiterentwickelt wird und die Rechenkapazitäten zunehmen, könnte das Modell in der nahen Zukunft in der Praxis nutzbar sein. / Analysis of climatic scenarios for North-East Germany showed that groundwater recharge could decline. In order to sustain freshwaters, new strategies must be developed. At the Lietzengraben catchment treated wastewater is discharged to sustain wetlands and lakes in the catchment. This management strategy was developed previously by scenario analysis, performed by the hydrological iterative model ArcEGMO-ASM. In this work, the fully integrated model HydroGeoSphere was used to simulate the surface and subsurface water flow in the catchment. Based on the simulation results, flow paths and residence times were estimated. The results of the simulations by both models were investigated and compared. It was possible to reproduce the catchment dynamics regarding discharge and groundwater heads reasonably well with both models. The application of HydroGeoSphere was limited due to the inability of the model to represent features like snowfall and weirs, which are represented in ArcEGMO-ASM. The calibrated parameter values enabled the model to reproduce the catchment dynamics reasonably well. HydroGeoSphere may be limited in its use since the obtained values are partially unrealistic. HydroGeoSphere allowed the approximation of subsurface flow paths and residence times. The exfiltration of groundwater to a stream reach was estimated by measurements and compared to simulation results. Both models were not able to reproduce the spatial patterns on a sub-reach scale and the calculated exfiltration rates did not match the observed rates. The comparison of ArcEGMO-ASM and HydroGeoSphere showed the advantages and limitations of both models. Comparing the overall additional effort to the benefits, however, the application of HydroGeoSphere to investigations regarding management strategies or scenario analyses may not pay off. Since HydroGeoSphere is under steady development and computational resources improve, the use of HydroGeoSphere may be applicable in the near future.

Der Zustrom von Grundwasser zu Seen (lacustrine groundwater discharge, LGD) kann signifikante Auswirkungen auf Qualität und Quantität des Seewassers haben. Viele Ansätze zur Identifikation und Quantifizierung von LGD basieren auf Temperaturunterschieden zwischen Grund- und Seewasser und der Messung des damit einhergehenden Wärmetransports. Ziel der Doktorarbeit ist es, Signalfortpflanzung und -ausbreitung des Grundwasserzustroms von der Punktskala an der Sediment-Wasser-Grenzfläche über den Wasserkörper bis zur Grenzfläche Wasseroberfläche-Atmosphäre zu untersuchen. Getestet wird die Hypothese, dass das im Verhältnis zum Umgebungswasser wärmere und daher leichtere Grundwasser in der kalten Wassersäule aufsteigt und die Detektion von LGD an der Wasseroberfläche mit thermalen Infrarot Aufnahmen (TIR) erlaubt. Zunächst wird mit der hierarchical patch dynamics ein Konzept entwickelt, das eine angemessene Kombination multipler Techniken zur Erfassung von Wärme- und Wasserflüssen anbietet (Kap. 2). Dabei werden verschiedene räumliche Skalen und ökohydrologische Grenzflächen abgedeckt. Darauf basierend werden in einem Mesokosmos-Experiment unterschiedliche LGD-Raten durch den Zustrom von warmem Wasser am Grund eines Outdoor-Pools simuliert (Kap. 3 und 4). Ein Glasfaserkabel (fibre-optic distributed temperature sensing, FO-DTS) wird in verschiedenen Tiefen installiert, um das Wärmesignal des Grundwasserzustroms unter verschiedenen Bedingungen zu verfolgen. Mit einer TIR-Kamera wird die Temperatur des Oberflächenwassers aufgezeichnet. Die Aufnahmen werden mit FO-DTS-Temperaturen von 2 cm unter der Wasseroberfläche validiert. Die Anwendung von TIR und FO-DTS ermöglicht die Detektion von LGD in der Wassersäule und an der Grenzfläche Wasseroberfläche-Atmosphäre. Wolkenbedeckung und der Tagesgang der Netto-Strahlung kontrollieren den Auftrieb von LGD und die Zuverlässigkeit der TIR-Ergebnisse. Die besten Ergebnisse werden bei Bewölkung und nachts erzielt. / Lacustrine groundwater discharge (LGD) can have significant impacts on lake water quantity and quality. There is a need to understand LGD mechanisms and to improve measurement methods for LGD. Approaches to identify and quantify LGD are based on significant temperature differences between GW and lake water. The main goal of this PhD thesis is to trace heat signal propagation of LGD from the point scale at the sediment-water interface across the overlying water body to the water surface-atmosphere interface. The PhD thesis tests the hypothesis that the positive buoyancy of warm GW causes upwelling across the cold water column and allows detection of LGD at the water surface by thermal infrared imaging (TIR). First, a general conceptual framework is developed based on hierarchical patch dynamics (HPD). It guides researchers on adequately combining multiple heat tracing techniques to identify and quantify heat and water exchange over several spatial scales and ecohydrological interfaces (Chapter 2). Second, the conceptual framework is used for the design of a mesocosm experiment (Chapters 3 and 4). Different LGD rates were simulated by injecting relatively warm water at the bottom of an outdoor mesocosm. A fiber optic distributed temperature sensing (FO-DTS) cable was installed in a 3D setup in the water column to trace the heat signal of the simulated LGD under different weather conditions and over entire diurnal cycles. Finally, a TIR camera was mounted 4 meters above the mesocosm to monitor water surface temperatures. TIR images were validated using FO-DTS temperature data 2 cm below the water surface (Chapter 4). The positive buoyancy of relatively warm LGD allows the detection of GW across the water column and at the water surface-atmosphere interface by FO-DTS and TIR. Cloud cover and diurnal cycle of net radiation strongly control the upwelling of simulated LGD and the reliability of TIR for detection of LGD at the water surface-atmosphere interface. Optimal results are obtained under overcast conditions and during night.

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.

In dieser Studie wurden stabile Isotopenverhältnisse genutzt um die Mechanismen der aquatisch-terrestrischen C – und N-Dynamiken über verschiedene Skalenebenen hinweg in der Moränenlandschaft von Nordostdeutschland zu identifizieren; einer Landschaft, die stark landwirtschaftlich genutzt wird und in der es eine Vielzahl von kleinen Wasserkörpern (Sölle) gibt. Auf der regionalen Landschaftsskala spiegeln d13C-Isotopenkarten des org. Materials in Oberböden und von Pflanzenblättern eines 38.2 km2 großen Gebietes den Eintrag von org. Material von C3-Pflanzen, deren Wassernutzungseffizienz im org. Material des Bodens eingeprägt wurde, sowie den Eintrag von Mais (C4-Pflanze), wider. Die d15N-Isotopenkarte des org. Materials in Böden weist verschiedene Düngepraktiken hin. Auf der regionalen Sollskala deuten die d13C- und d15N-Isotopenwerte von Oberflächensedimenten von 51 Söllen auf kürzliche Einträge des org. Materials und Bewirtschaftungseffekte im Einzugsgebiet hin. Tiefere Sedimente sind durch die Ablagerung org. Materials von terrestrischen Pflanzen sowie dessen Umsetzungsgrad geprägt in Abhängigkeit von der Wasserführung. Auf der Transekt-Skala, d.h. entlang von Transekten von Erosions- zu Depositionsgebieten im Einzugsgebiet eines Solls, beeinflussen Erosion, Pflanzenproduktion, mikrobielle Umsetzung und Gülledüngung verschiedene Fraktionen des org. Materials. Auf der Aggregat-Skalenebene sind die Art und der Anteil spezifischer organo-mineral Assoziationen entlang des Transekts variabel. Bodenpartikel vom Feld und hereinwachsende Makrophyten sind die Quellen des org. Materials in Sedimenten. Diese Studie hat erfolgreich stabile Isotopenverhältnisse zur Identifikation von Mechanismen der C- und N-Dynamik auf individuellen Skalenebenen angewendet. Kleine Inlandwasserkörper sind Schlüsselelemente für die C- und N-Dynamik in landwirtschaftlich genutzten Moränenlandschaften. / In moraine landscapes, carbon (C) and nitrogen (N) dynamics can vary greatly across landscape structures and soil types especially when small water bodies are interspersed in the landscape. This study used stable isotope ratios to identify the mechanisms regulating the aquatic-terrestrial C and N dynamics across different scales in the young moraine landscape of NE Germany – a landscape intensively used for agriculture and interspersed with countless of small water bodies, the so-called kettle holes. At the regional landscape scale, d13C isoscapes of topsoil bulk soil organic matter (SOM) and plant leaves collected from a 38.2 km2 area revealed long-term inputs OM from C3 crops, which imprinted their water use efficiency status onto the soil, as well as short-term inputs from corn. The d15N SOM isoscape identified fertilization-induced impacts on the N dynamics of agricultural fields and grasslands. At the regional kettle hole scale, d13C and d15N of surface sediments of 51 kettle holes reflected recent OM inputs and management practices in the catchment. Deeper sediments recorded the degree to which the OM has been processed within the kettle hole depending on the water-logging period. At the transect scale, erosion, plant productivity, microbial decomposition and slurry fertilization affected OM fractions in topsoil along transects spanning erosional to depositional areas in the catchment of one arable kettle hole. At the aggregate scale, the pathway and magnitude of OM-mineral associations changed along the transect. OM in sediments was derived from clay- and silt-sized particles from the field, together with emergent macrophyte contributions. By means of stable isotopes techniques, different mechanisms were identified at the individual scales. Consideration of the spatial heterogeneity of all scales is essential to understand landscape C and N dynamics. Small inland water bodies are key constituents of C and N dynamics in moraine agricultural landscapes.

Eine Auswertung der Unfallzahlen der Kommunalen Unfallversicherung Bayerns von 2007 bis 2011 zeigte, dass es innerhalb Bayerns große regionale Unterschiede im fahrradbezogenen Unfallgeschehen auf dem Schulweg gibt. Durch ein mehrstufiges multimethodisches Studiendesign wurde der Frage nachgegangen, ob es in den unfallbelasteten Landkreisen tatsächlich gefährlicher ist mit dem Rad zur Schule zu fahren und nach den Ursachen der räumlichen Diskrepanzen gesucht. Mittels regressionsanalytischer Verfahren konnte ein Großteil der räumlichen Varianz der Unfallraten auf die unterschiedlichen Voraussetzungen zum Radfahren zurückgeführt werden: Je weiter und je hügeliger der Weg zur Schule ist, umso weniger Unfälle ereignen sich, wobei vermutet werden kann, dass dieser Zusammenhang Folge der niedrigen Radnutzung ist. Doch auch bei Landkreisen mit ähnlichen Radfahrbedingungen, etwa bei den kreisfreien Mittelstädten Rosenheim und Schweinfurt, lassen sich große Unterschiede im fahrradbezogenen Unfallgeschehen feststellen. Um zu überprüfen, ob auch hierfür die variierende Radnutzung verantwortlich ist, fand im Rahmen einer Fall-Kontroll-Studie eine Messung der Schulwegmobilität in diesen beiden Städten statt, wodurch das jeweilige expositionsbereinigte Unfallrisiko berechnet werden konnte. Die Erhebung zeigte, dass die distanz- und zeitbezogenen Inzidenzraten der beiden Untersuchungsregionen nahezu identisch sind. Dies belegt, dass das Unfallgeschehen hauptsächlich von der Radnutzung abhängt, wobei die Ursachen für die abweichende Radnutzung durch eine Schüler- und Lehrerbefragung empirisch untersucht wurde. Unfallschwerpunkte im Schülerradverkehr sind also statistische Artefakte, da aus der Unfallrate ohne die Kenntnis der Radnutzung auf das Unfallrisiko geschlossen wurde. Regionsunabhängig aber ist das fahrradspezifische Unfallrisiko auf Schulwegen deutlich höher als etwa auf dem Weg zur Arbeit, was die Dringlichkeit verdeutlicht, präventiv tätig zu werden. / Analyzing the number of accidents between 2007 and 2011, registered by the Kommunale Unfallversicherung Bayern, revealed great regional differences in bicycle traffic accidents on the way to school in Bavaria. A multi-stage, multi-methodical study design was set up to find answers to the question, if it is actually more dangerous to cycle to school in districts with high accident rates. The reasons for regional discrepancies in these accident rates were identified, while a varying rate of bicycle use was detected the main cause for interregional differences in the number of accidents.Regression analysis indicated that the majority of spatial variance in accident rates is based on different cycling conditions; the further and more hilly the way to school, the less accidents occur. However, it can be assumed that this correlation is a consequence of lower bicycle use. On the other hand in regions with similar cycling conditions great differences in bicycle traffic accidents can be observed, which the study shows for the district-free, mid-sized cities Rosenheim and Schweinfurt. This case-control-study on the way-to-school mobility measured for the two cities the exposition-adjusted risk of accident and was performed to reveal if this effect is also caused by varying bicycle use rates. The study pinpointed the fact that distance- and time-related incidence rates are almost identical in both study regions,which is an evidence for bicycle use rates mainly affecting the number of accidents. The reasons for differing bicycle usage were examined empirically by questioning pupils and teachers. As a conclusion, accident black spots in pupils` bicycle traffic are statistical artefacts, as the accident risk was gathered from the accident rate without knowing bicycle use rates. However, regardless of the region, cycling to school is remarkably more dangerous than cycling to work, a fact that underlines the urgency to act preventively.

O presente trabalho apresenta-se como um marco inovador na área de gestão de recursos hídricos, já que o mesmo consegue inserir aspectos de qualidade da água para os processos de outorga e cobrança pelo uso da água, de forma articulada a todos os instrumentos da Política Nacional de Recursos Hídricos (Lei 9.433 de 1997), possibilitando a efetiva aplicação da Política e da Resolução n° 48, de 21 de março de 2005, que estabelece critérios gerais para a cobrança pelo uso dos recursos hídricos. Traz também para a Política um novo conceito, o de Justiça Hídrica, ou seja, quem capta água com qualidade superior paga mais do que quem capta água com qualidade inferior, assim como, quem mais polui e prejudica os usuários de jusante, mais paga. Neste trabalho, a variável de decisão do sistema é o volume outorgado e o estudo leva em consideração a capacidade de autodepuração, o enquadramento em classes de uso, o regime de vazão do corpo hídrico, a qualidade da água captada e os prejuízos, em termos de qualidade da água, ocasionados pelos usuários-poluidores aos usuários de jusante. A ferramenta de auxílio aqui oferecida é um Sistema de Suporte a Decisão (SSD), denominado RB, que apresenta: um módulo Interface, um módulo Modelos, constituído pelo modelo de outorga e cobrança pelo uso da água RM1 e pelo modelo de qualidade das águas QUAL2E e, por fim, um módulo Dados, que representa os dados de entrada e saída do sistema. O SSD RB foi aplicado à bacia do rio Jundiaí, afluente do rio Tietê, localizado no Estado de São Paulo. Na aplicação do SSD RB, foi realizada uma análise comparativa para a variação de cenários relativa a Classes de Uso do corpo hídrico, vazões de referência e diferentes valores de cobrança que podem ser utilizados. A aplicação do SSD RB reflete a necessidade de uma articulação sistemática entre os instrumentos da Política Nacional de Recursos Hídricos, apoiada na diretriz de gestão integrada de recursos hídricos, ou seja, existe um único corpo de trabalho (a gestão de recursos hídricos) cujos membros (instrumentos de gestão) só ganham sentido quanto articulados entre si com um mesmo objetivo: a garantia de água de boa qualidade com a quantidade necessária à atual e às futuras gerações. / The main objective of this study is to develop a set of tools to help with the implementation of water management mechanisms such as the analysis of authorization of water uses (permits) and water charging. An integrated analysis of both water quality and quantity is needed and the decision process must also take into account watershed plans and the designated uses of the water. In this study, the decision variable is the volume of water authorized in each permit. The tool developed in this study is a Decision Support System named RB, based on the QUAL2E model and an water permit and charging simulation system named RM1. The RB system was tested in the Jundiaí watershed, a tributary of the Tietê river located in the State of São Paulo. In this case study, several scenarios with different classification of water bodies, reference flows and water values were tested. The application of the system shows that water management tools must be applied in an integrated manner, mainly to reflect both aspects of water quality and quantity. Water management tools are to be articulated so that the main objective of supplying water with good quality and in an adequate amount is sustainable in the long run.

Die Brasilianische Savanne, auch bekannt als der Cerrado, bedeckt ca. 24% der Landoberfläche Brasiliens. Der Cerrado ist von einer einzigartigen Biodiversität und einem starken Gradienten in der Vegetationsstruktur gekennzeichnet. Großflächige Landnutzungsveränderungen haben dazu geführt, dass annähernd die Hälfte der Cerrado in bewirtschaftetes Land umgewandelt wurde. Die Kartierung ökologischer Prozesse ist nützlich, um naturschutzpolitische Entscheidungen auf räumlich explizite Informationen zu stützen, sowie um das Verständnis der Ökosystemdynamik zu verbessern. Neue Erdbeobachtungssensoren, frei verfügbare Daten, sowie Fortschritte in der Datenverarbeitung ermöglichen erstmalig die großflächige Erfassung saisonaler Vegetationsdynamiken mit hohem räumlichen Detail. In dieser Arbeit wird der Mehrwert von Landsat-basierten Landoberflächenphänologischen (LSP) Metriken, für die Charakterisierung der Cerrado-Vegetation, hinsichtlich ihrer strukturellen und phänologischen Diversität, sowie zur Schätzung des oberirdischen Kohlenstoffgehaltes (AGC), analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass LSP-Metriken die saisonale Vegetatiosdynamik erfassen und für die Kartierung von Vegetationsphysiognomien nützlich sind, wobei hier die Grenzen der Einteilung von Vegetationsgradienten in diskrete Klassen erreicht wurden. Basierend auf Ähnlichkeiten in LSP wurden LSP Archetypen definiert, welche die Erfassung und Darstellung der phänologischen Diversität im gesamten Cerrado ermöglichten und somit zur Optimierung aktueller Kartierungskonzepte beitragen können. LSP-Metriken ermöglichten die räumlich explizite Quantifizierung von AGC in drei Untersuchungsgebieten und sollten bei zukünftigen Kohlenstoffschätzungen berücksichtigt werden. Die Erkenntnisse dieser Dissertation zeigen die Vorteile und Nutzungsmöglichkeiten von LSP Metriken im Bereich der Ökosystemüberwachung und haben demnach direkte Implikationen für die Entwicklung und Bewertung nachhaltiger Landnutzungsstrategien. / The Brazilian savanna, known as the Cerrado, covers around 24% of Brazil. It is characterized by a unique biodiversity and a strong gradient in vegetation structure. Land-use changes have led to almost half of the Cerrado being converted into cultivated land. The mapping of ecological processes is, therefore, an important prerequisite for supporting nature conservation policies based on spatially explicit information and for deepening our understanding of ecosystem dynamics. New sensors, freely available data, and advances in data processing allow the analysis of large data sets and thus for the first time to capture seasonal vegetation dynamics over large extents with a high spatial detail. This thesis aimed to analyze the benefits of Landsat based land surface phenological (LSP) metrics, for the characterization of Cerrado vegetation, regarding its structural and phenological diversity, and to assess their relation to above ground carbon. The results revealed that LSP metrics enable to capture the seasonal dynamics of photosynthetically active vegetation and are beneficial for the mapping of vegetation physiognomies. However, the results also revealed limitations of hard classification approaches for mapping vegetation gradients in complex ecosystems. Based on similarities in LSP metrics, which were for the first time derived for the whole extent of the Cerrado, LSP archetypes were proposed, which revealed the spatial patterns of LSP diversity at a 30 m spatial resolution and offer potential to enhance current mapping concepts. Further, LSP metrics facilitated the spatially explicit quantification of AGC in three study areas in the central Cerrado and should thus be considered as a valuable variable for future carbon estimations. Overall, the insights highlight that Landsat based LSP metrics are beneficial for ecosystem monitoring approaches, which are crucial to design sustainable land management strategies that maintain key ecosystem functions and services.

Gemeinschaftsgärten unterscheiden sich von anderen urbanen Grünflächen dadurch, dass sie gemeinschaftlich und überwiegend unentgeltlich angelegt und gepflegt werden und einer breiteren Öffentlichkeit zur Verfügung stehen. Marit Rosol führt in ihrer stadtgeographischen Dissertation Gemeinschaftsgärten als einen neuen Freiraumtyp ein und analysiert ihn im Kontext aktueller Tendenzen der Freiraumpolitik, der Forschungen zum bürgerschaftlichen Engagement sowie des Wandels von Staat und Planung. Anhand von neun Berliner Fallbeispielen werden Gemeinschaftsgärten umfassend charakterisiert. Motive und Ziele der relevanten AkteurInnen werden ebenso herausgearbeitet wie Potenziale, Schwierigkeiten und Risiken. Schließlich leitet die Autorin praktische Handlungsempfehlungen sowohl für die GartenaktivistInnen als auch für die räumliche Planung ab. Dabei wird auch auf aktuelle Erfahrungen „grüner Zwischennutzungen“ sowie der community gardens in New York, Toronto und Seattle verwiesen. Gemeinschaftsgärten entstehen derzeit – so die These der Arbeit –vor dem Hintergrund eines gesellschaftlichen Wandels, der einerseits Freiräume für BewohnerInnen schafft, andererseits auch die Gefahr einer Abwälzung bislang kommunaler Aufgaben sowie eine ungleiche Versorgung mit öffentlichen Freiräumen befürchten lässt. Mit der Untersuchung der Bedingungen und Grenzen freiwilligen Engagements leistet die Arbeit einen empirischen und theoretischen Beitrag zur Diskussion um Stand und Entwicklung kommunaler Infrastrukturen. / Community gardens differ from other urban green spaces like parks or allotments, because they are managed collectively and mostly voluntarily and are open to a broader public. Marit Rosol introduces community gardens as a new type of urban green spaces in Germany and analyses it in the context of landscape planning politics, research concerning civic engagement and changes of the (local) state and spatial planning. Based on qualitative research, especially in-depth interviews, nine Berlin case study community gardens are described comprehensively. Motivation and aims of the relevant actors as well as potentials, difficulties and risks are shown. Moreover the author gives practical advise both for gardening activists as for urban planners. For this purpose she also draws on experiences with “green” temporary uses as well as with community gardens in New York, Toronto and Seattle. Community gardens are currently coming into being in Berlin - so the thesis of the work - because of changes in society, which open up new opportunities for residents, but also imply the risk of downloading former state responsibilities onto them and unequal provision with open green spaces. With the study on conditions and barriers of voluntary engagement the work makes a theoretical and empirical contribution to the debates of state and development of municipal infrastructures.

Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Konzept entwickelt und umgesetzt, welches eine umfassende Bewertung von Daten flugzeuggetragener hyperspektraler Systeme ermöglicht. Es baut auf mehreren aktuellen Initiativen zur Erfassung der Datenqualität flugzeuggetragener Sensoren auf: Der ''European Facility for Airborne Reseach'', der ''Quality Assessment for Earth Observation Workgroup'' und dem ''Joint Committee for Guides in Metrology''. Bei der Befliegung eines Gebietes mit hyperspektralen Sensorsystemen werden mehrere, teilweise sich überlappende, Flugstreifen aufgenommen. Es wird vorgeschlagen, die Bildinformationen dieser Überlappungsbereiche als redundant anzusehen und so die innere Variabilität der Daten zu erfassen. Die jeweils zwischen zwei Flugstreifen auftretende Variabilität kann (aufgrund unterschiedlicher Blickrichtungen) als ungünstigster anzunehmender Fall (''worst-case'') betrachtet werden und ergänzt daher existierende Ansätze, die sich auf die Auswertung homogener Flächen konzentrieren. Das entwickelte Konzept ist auf unterschiedliche Sensorsysteme anwendbar, somit generisch und kann problemlos in die aktuelle Datenprozessierungskette des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. integriert werden. Im ersten Abschnitt der Arbeit wird dargelegt, wie korrespondierende Pixelpaare, die in den jeweiligen Streifen an gleicher Geolokation liegen, ermittelt werden können. Darauf aufbauend erfolgt eine Plausibilitätsüberprüfung der erfaßten Pixelpaare unter Verwendung von Zuverlässigkeitsmetriken, die auf Basis höherwertigerer Datenprodukte berechnet werden. In einem weiteren Schritt werden die Ergebnisse genutzt, um die notwendigen Parameter für eine optimierte Bildauswertung - hier im Sinne der Zuverlässigkeit - abzuleiten. Abschließend werden die Pixelpaare benutzt, um die globale Variabilität der Reflektanzwerte abzuschätzen. Insgesamt werden durch diese Arbeit die existierenden Methoden zur Qualitätskontrolle optischer Bilddaten umfassend ergänzt. / This work proposes a methodology for performing a quality assessment on the complete airborne hyperspectral system, thus ranging from data acquisition up to land-product generation. It is compliant with other quality assessment initiatives, such as the European Facility for Airborne Research (EUFAR), the Quality Assessment for Earth observation work-group (QA4EO) and the Joint Committee for Guides in Metrology (JCGM). These are extended into a generic framework allowing for a flexible but reliable quality assessment strategy. Since airborne hyperspectral imagery is usually acquired in several partially overlapping flight-lines, it is proposed to use this information redundancy to retrieve the imagery''s internal variability. The underlying method is generic and can be easily introduced in the German Aerospace Center DLR''s hyperspectral processing chain. The comparison of two overlapping flight-lines is not straightforward, should it only be because the presence of geo-location errors present in the data. A first step consists in retrieving the relative variability of the pixel''s geo-locations, hence providing pairs of pixels imaging the same areas. Subsequently, these pairs of pixels are used to obtain quality indicators accounting for the reproducibility of mapping-products, thus extending the EUFAR''s quality layers up to land-products. The third stage of the analysis consists of using these reliability results to improve the mapping-products: it is proposed to maximise the reliability over the mapping-methods'' parameters. Finally, the repeatability assessment is back propagated to the hyperspectral data itself. As a result, an estimator of the reflectance variability (including model-, and scene-induced uncertainties) is proposed by means of a blind-deconvolution approach. Altogether, this complements and extends the EUFAR quality layers with estimates of the data and products repeatability while providing confidence intervals as recommended by JCGM and QA4EO.