abstract: Cities are in need of radical knowledge system innovations and designs in the age of the Anthropocene. Cities are complex sites of interactions across social, ecological, and technological dimensions. Cities are also experiencing rapidly changing and intractable environmental conditions. Given uncertain and incomplete knowledge of both future environmental conditions and the outcomes of urban resilience efforts, today’s knowledge systems are unequipped to generate the knowledge and wisdom needed to act. As such, cities must modernize the knowledge infrastructure underpinning today’s complex urban systems. The principal objective of this dissertation is to make the case for, and guide, the vital knowledge system innovations that coastal cities need in order to build more resilient urban futures. Chapter 2 demonstrates the use of knowledge systems analysis as a tool to stress-test and upgrade the Federal Emergency Management Agency flood mapping knowledge system that drives flood resilience planning and decision-making in New York City. In Chapter 3, a conceptual framework is constructed for the design and analysis of knowledge co-production by integrating concepts across the co-production and urban social-ecological-technological systems literatures. In Chapter 4, the conceptual framework is used to analyze two case studies of knowledge co-production in the Miami Metropolitan Area to better inform decisions for how and when to employ co-production as a tool to achieve sustainability and resilience outcomes. In Chapter 5, six propositions are presented – derived from a synthesis of the literature and the three empirical cases – that knowledge professionals can employ to create, facilitate, and scale up knowledge system innovations: flatten knowledge hierarchies; create plural and positive visions of the future; construct knowledge co-production to achieve desired outcomes; acknowledge and anticipate the influence of power and authority; build anticipatory capacities to act under deep uncertainty; and identify and invest in knowledge innovations. While these six propositions apply to the context of coastal cities and flood resilience, most can also be useful to facilitate knowledge innovations to adapt to other complex and intractable environmental problems. Cities must move swiftly to create and catalyze knowledge system innovations given the scale of climate impacts and rapidly changing environmental conditions. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Sustainability 2020

Klimawandel und Biodiversitätsverlust sowie Verstädterung und demografischer Wandel haben tiefgreifende Auswirkungen auf Städte und ihre Ökosysteme und damit auf die Lebensbedingungen der Mehrheit der Menschheit. Die Geschwindigkeit des Wandels und die Dringlichkeit der Folgen macht Umweltmonitoring zu einem potentiell interessanten Tool für nachhaltige und resiliente Stadtentwicklung. Der erste Artikel gibt einen Überblick über den aktuellen Stand der Fernerkundung in Bezug auf Stadtökologie und zeigt, dass Fernerkundung relevant für nachhaltige Stadtplanung ist. Es bestehen jedoch bestehen Mängel, da viele Studien nicht direkt umsetzbar sind. Der zweite Artikel zeigt, dass eine wachsende Stadt Möglichkeiten für den Ausbau der grünen Infrastruktur bieten kann. Im dritten Artikel wird untersucht, wie sich die städtische Dichte auf die Bereitstellung von Ökosystemdienstleistungen der grünen Infrastruktur auswirkt. Es wird gezeigt, dass eine hohe Siedlungsdichte nicht zwangsläufig zu einem geringeren Biodiversitätspotenzial oder einer geringeren Kühlkapazität führt. Allerdings sind dicht bebaute Gebiete mit geringer Vegetationsbedeckung besonders auf grüne Infrastruktur angewiesen. Der vierte Artikel befasst sich mit der Frage, wie naturbasierte Lösungen durch eine bessere Vernetzung der Beteiligten gestärkt werden können. Auf der Grundlage einer gezielten Literaturrecherche über Informationstechnologie zur Unterstützung sozial-ökologischer Systeme wird ein Instrument zur Entscheidungshilfe entwickelt. Dieses kombiniert ökologische und soziale Indikatoren, um Klimawandeladaption in Übereinstimmung mit den sozio-ökologischen Bedingungen entwickeln zu können. Der fünfte Artikel bietet eine grundsätzliche Perspektive zur Unterstützung der städtischen Nachhaltigkeit, die auf dem ökologischen-Trait Konzept basiert. Zusammen bieten die fünf Artikel Wege für die Fernerkundungswissenschaft und die angewandte Raumplanung für nachhaltige und resiliente Entwicklungen in Städten. / Climate change and biodiversity loss, as well as urbanisation and demographic change, are major global challenges of the 21st century. These trends have profound impacts on cities and their ecosystems and thus on the living conditions of the majority of humanity. This raises the need for timely environmental monitoring supporting sustainable and resilient urban developments. The first article is an overview of the state of the art of remote sensing science in relation to urban ecology. The review found that remote sensing can contribute to sustainable urban policy, still insufficiencies remain as many studies are not directly actionable. The second article shows that a growing city can provide opportunities for an increase in green infrastructure. Here, remote sensing is used for long-term analysis of land-use in relation to urban forms in Berlin. The third article examines how urban density affects ecosystem service provision of urban green infrastructure. It is shown that residential density does not necessarily lead to poor biodiversity potential or cooling capacity. However, dense areas with low vegetation cover are particularly dependent on major green infrastructure. The fourth article explores ways to reinforce nature-based solutions by better connecting and informing stakeholders. Based on a focussed literature review on information technology supporting urban social-ecological systems, a decision support tool is developed. The tool combines indicators based on ecological diversity and performance with population density and vulnerability. This way, climate change adaptation can be developed in accordance with socio-ecological conditions. The concluding fifth article offers an outlook on a larger framework in support of urban sustainability, based on the ecological trait concept. Together the five research papers provide pathways for urban remote sensing science and applied spatial planning that can support sustainable and resilient developments in cities.