Adapting sectors to new conditions under climate change requires an understanding of regional vulnerabilities. Conceptually, vulnerability is defined as a function of sensitivity and exposure, which determine climate impacts, and adaptive capacity of a system. Vulnerability assessments for quantifying these components have become a key tool within the climate change field. However, there is a disagreement on how to make the concept operational in studies from a scientific perspective. This conflict leads to many still unsolved challenges, especially regarding the quantification and aggregation of the components and their suitable level of complexity. This thesis therefore aims at advancing the scientific foundation of such studies by translating the concept of vulnerability into a systematic assessment structure. This includes all components and implies that for each considered impact (e.g. flash floods) a clear sensitive entity is defined (e.g. settlements) and related to a direction of change for a specific climatic stimulus (e.g. increasing impact due to increasing days with heavy precipitation). Regarding the challenging aggregation procedure, two alternative methods allowing a cross-sectoral overview are introduced and their advantages and disadvantages discussed. This assessment structure is subsequently exemplified for municipalities of the German state North Rhine-Westphalia via an indicator-based deductive approach using information from literature. It can be transferred also to other regions. As for many relevant sectors, suitable indicators to express the vulnerability components are lacking, new quantification methods are developed and applied in this thesis, for example for the forestry and health sector. A lack of empirical data on relevant thresholds is evident, for example which climatic changes would cause significant impacts. Consequently, the multi-sectoral study could only provide relative measures for each municipality, in relation to the region. To fill this gap, an exemplary sectoral study was carried out on windthrow impacts in forests to provide an absolute quantification of the present and future impact. This is achieved by formulating an empirical relation between the forest characteristics and damage based on data from a past storm event. The resulting measure indicating the sensitivity is then combined with wind conditions. Multi-sectoral vulnerability assessments require considerable resources, which often hinders the implementation. Thus, in a next step, the potential for reducing the complexity is explored. To predict forest fire occurrence, numerous meteorological indices are available, spanning over a range of complexity. Comparing their performance, the single variable relative humidity outperforms complex indicators for most German states in explaining the monthly fire pattern. This is the case albeit it is itself an input factor in most indices. Thus, this meteorological factor alone is well suited to evaluate forest fire danger in many Germany regions and allows a resource-efficient assessment. Similarly, the complexity of methods is assessed regarding the application of the ecohydrological model SWIM to the German region of Brandenburg. The inter-annual soil moisture levels simulated by this model can only poorly be represented by simpler statistical approach using the same input data. However, on a decadal time horizon, the statistical approach shows a good performance and a strong dominance of the soil characteristic field capacity. This points to a possibility to reduce the input factors for predicting long-term averages, but the results are restricted by a lack of empirical data on soil water for validation. The presented assessments of vulnerability and its components have shown that they are still a challenging scientific undertaking. Following the applied terminology, many problems arise when implementing it for regional studies. Advances in addressing shortcomings of previous studies have been made by constructing a new systematic structure for characterizing and aggregating vulnerability components. For this, multiple approaches were presented, but they have specific advantages and disadvantages, which should also be carefully considered in future studies. There is a potential to simplify some methods, but more systematic assessments on this are needed. Overall, this thesis strengthened the use of vulnerability assessments as a tool to support adaptation by enhancing their scientific basis. / Die Anpassung von Sektoren an veränderte klimatische Bedingungen erfordert ein Verständnis von regionalen Vulnerabilitäten. Vulnerabilität ist als Funktion von Sensitivität und Exposition, welche potentielle Auswirkungen des Klimawandels darstellen, und der Anpassungsfähigkeit von Systemen definiert. Vulnerabilitätsstudien, die diese Komponenten quantifizieren, sind zu einem wichtigen Werkzeug in der Klimawissenschaft geworden. Allerdings besteht von der wissenschaftlichen Perspektive aus gesehen Uneinigkeit darüber, wie diese Definition in Studien umgesetzt werden soll. Ausdiesem Konflikt ergeben sich viele Herausforderungen, vor allem bezüglich der Quantifizierung und Aggregierung der einzelnen Komponenten und deren angemessenen Komplexitätsniveaus. Die vorliegende Dissertation hat daher zum Ziel die Anwendbarkeit des Vulnerabilitätskonzepts voranzubringen, indem es in eine systematische Struktur übersetzt wird. Dies beinhaltet alle Komponenten und schlägt für jede Klimaauswirkung (z.B. Sturzfluten) eine Beschreibung des vulnerablen Systems vor (z.B. Siedlungen), welches direkt mit einer bestimmten Richtung eines relevanten klimatischen Stimulus in Verbindung gebracht wird (z.B. stärkere Auswirkungen bei Zunahme der Starkregentage). Bezüglich der herausfordernden Prozedur der Aggregierung werden zwei alternative Methoden, die einen sektorübergreifenden Überblick ermöglichen, vorgestellt und deren Vor- und Nachteile diskutiert. Anschließend wird die entwickelte Struktur einer Vulnerabilitätsstudie mittels eines indikatorbasierten und deduktiven Ansatzes beispielhaft für Gemeinden in Nordrhein-Westfalen in Deutschland angewandt. Eine Übertragbarkeit auf andere Regionen ist dennoch möglich. Die Quantifizierung für die Gemeinden stützt sich dabei auf Informationen aus der Literatur. Da für viele Sektoren keine geeigneten Indikatoren vorhanden waren, werden in dieser Arbeit neue Indikatoren entwickelt und angewandt, beispielsweise für den Forst- oder Gesundheitssektor. Allerdings stellen fehlende empirische Daten bezüglich relevanter Schwellenwerte eine Lücke dar, beispielsweise welche Stärke von Klimaänderungen eine signifikante Auswirkung hervorruft. Dies führt dazu, dass die Studie nur relative Aussagen zum Grad der Vulnerabilität jeder Gemeinde im Vergleich zum Rest des Bundeslandes machen kann. Um diese Lücke zu füllen, wird für den Forstsektor beispielhaft die heutige und zukünftige Sturmwurfgefahr von Wäldern berechnet. Zu diesem Zweck werden die Eigenschaften der Wälder mit empirischen Schadensdaten eines vergangenen Sturmereignisses in Verbindung gebracht. Der sich daraus ergebende Sensitivitätswert wird anschließend mit den Windverhältnissen verknüpft. Sektorübergreifende Vulnerabilitätsstudien erfordern beträchtliche Ressourcen, was oft deren Anwendbarkeit erschwert. In einem nächsten Schritt wird daher das Potential einer Vereinfachung der Komplexität anhand zweier sektoraler Beispiele untersucht. Um das Auftreten von Waldbränden vorherzusagen, stehen zahlreiche meteorologische Indices zur Verfügung, welche eine Spannbreite unterschiedlicher Komplexitäten aufweisen. Bezüglich der Anzahl monatlicher Waldbrände weist die relative Luftfeuchtigkeit für die meisten deutschen Bundesländer eine bessere Vorhersagekraft als komplexere Indices auf. Dies ist er Fall, obgleich sie selbst als Eingangsvariable für die komplexeren Indices verwendet wird. Mit Hilfe dieses einzelnen meteorologischen Faktors kann also die Waldbrandgefahr in deutschen Region ausreichend genau ausgedrückt werden, was die Ressourceneffizienz von Studien erhöht. Die Methodenkomplexität wird auf ähnliche Weise hinsichtlich der Anwendung des ökohydrologischen Modells SWIM für die Region Brandenburg untersucht. Die interannuellen Bodenwasserwerte, welche durch dieses Modell simuliert werden, können nur unzureichend durch ein einfacheres statistisches Modell, welches auf denselben Eingangsdaten aufbaut, abgebildet werden. Innerhalb eines Zeithorizonts von Jahrzehnten, kann der statistische Ansatz jedoch das Bodenwasser zufriedenstellend abbilden und zeigt eine Dominanz der Bodeneigenschaft Feldkapazität. Dies deutet darauf hin, dass die Komplexität im Hinblick auf die Anzahl der Eingangsvariablen für langfristige Berechnungen reduziert werden kann. Allerdings sind die Aussagen durch fehlende beobachtete Bodenwasserwerte zur Validierung beschränkt. Die vorliegenden Studien zur Vulnerabilität und ihren Komponenten haben gezeigt, dass eine Anwendung noch immer wissenschaftlich herausfordernd ist. Folgt man der hier verwendeten Vulnerabilitätsdefinition, treten zahlreiche Probleme bei der Implementierung in regionalen Studien auf. Mit dieser Dissertation wurden Fortschritte bezüglich der aufgezeigten Lücken bisheriger Studien erzielt, indem eine systematische Struktur für die Beschreibung und Aggregierung von Vulnerabilitätskomponenten erarbeitet wurde. Hierfür wurden mehrere Ansätze diskutiert, die jedoch Vor- und Nachteile besitzen. Diese sollten vor der Anwendung von zukünftigen Studien daher ebenfalls sorgfältig abgewogen werden. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass ein Potential besteht einige Ansätze zu vereinfachen, jedoch sind hierfür weitere Untersuchungen nötig. Insgesamt konnte die Dissertation die Anwendung von Vulnerabilitätsstudien als Werkzeug zur Unterstützung von Anpassungsmaßnahmen stärken.

Slums bilden einen wesentlichen Bestandteil vieler Stadtregionen des globalen Südens, wobei Indien die höchste Zahl an Slumbewohnern beherbergt. Die internationalen Unterschiede in der Definition des Begriffs "Slum" sowie Mängel bei der Datenerfassung haben eine hohe Fehlerwahrscheinlichkeit bei der Aufnahme von Slumbevölkerungszahlen und -standorten in globalem, nationalem und städtischem Massstab zur Folge. Das Hauptziel dieser Dissertation besteht darin, eine Vorgehensweise zur automatischen Erkennung von Slums mit Hilfe von hochauflösenden Satellitenbildern zu entwickeln, und diese Methode in der indischen Metropole Hyderabad anzuwenden. Diese Arbeit entwickelt ein mehrstufiges Satellitenbildbearbeitungsverfahren, welches in der Lage ist, eine schnelle Slumerkennung in Hyderabad durchzuführen. Das Verfahren beruht auf dem Verhältnis zwischen einem bestimmten Bereich räumlicher Heterogenität, ausgedrückt durch Lakunarität, und der Wahrscheinlichkeit, dass die Struktur eines Gebietes der Oberflächenstruktur eines Slums entspricht. Die Anwendung der hier vorgeschlagenen Methode produzierte zum ersten Mal einen plausiblen, räumlich kohärenten und politisch unverzerrten Datensatz über Slumstandorte und Slumbevölkerung für das gesamte Stadtgebiet von Hyderabad. Die Ergebnisse verdeutlichen die Unstimmigkeiten bei der bisherigen Erfassung der Slumbevölkerungszahlen sowie bei der offiziellen Anerkennung von Slums. Die multitemporale Satellitenbildauswertung zeigt ein Wachstum der Slumbevölkerungszahlen im Grossraum Hyderabad an und bietet Einblick in den zeitlich-räumlichen Slumwachstumprozess zwischen den Jahren 2003 und 2010. Diese Dissertation stellt einen wissenschaftlichen Beitrag zu den Themen Fernerkundung der Siedlungen und fortgeschrittene Bildbearbeitungsmethoden dar und bietet den unterschiedlichsten Parteien, für welche Slumdaten von Bedeutung sind, ein wichtiges Instrument. / Slums are a pervasive feature of many urban regions in the global South, with India hosting the largest number of the global slum dwellers. Differences in slum definitions across countries and deficiencies of data collection are the cause of a large error margin in establishing slum population numbers and slum locations at a global, national and city scale. The main goal of this thesis is to develop an approach to automated identification of slums using sub-metre resolution satellite imagery, and to apply the new method to the slum-plagued South Indian megacity of Hyderabad. This dissertation establishes a multi-step satellite imagery analysis framework, which is capable of performing rapid identification of slums in Hyderabad without extensive ground surveys or manual image analysis. It is based on the relation of a specific range of spatial heterogeneity expressed through lacunarity to the probability of an area to be morphologically similar to the surface texture of a slum. The application of the proposed method has for the first time produced plausible, spatially coherent and politically unbiased slum coverage and slum population datasets for the whole of Hyderabad. The results expose inconsistencies in slum population data reporting and the slum recognition process currently in place in the city. The analysis of multitemporal remote sensing data indicates a considerable slum population increase in the metropolitan area of Hyderabad and provides an insight into spatiotemporal slum development patterns between the years 2003 and 2010. This dissertation contributes to the body of knowledge on remote sensing of human settlements and advanced image processing techniques and presents an essential instrument to be used by a the United Nations bodies, national and city governments as well as non-governmental organisations engaged in slum-related work.

Das betrachtete Einzugsgebiet der Neiße weist sowohl morphologisch als auch bezüglich der Landnutzung eine Zweiteilung auf, die sich in den hydrologischen Prozessen und auch in der Gewässergüte widerspiegelt. Morphologie, Bodeneigenschaften und Landnutzung steuern die hydrologischen Prozesse, besonders die Abflussbildung und damit den Stofftransport und die Gewässergüte. Das Projekt zeigt u.a. die Bedeutung der kombinierten Anwendung chemischer und isotopischer Verfahren, um die Unterschiede in der Abflussbildung und den Einfluss der Schneedecke auf den Abfluss zu erfassen. Die Wasserqualität in der Neiße und ihrer untersuchten Nebenflüsse ist bezüglich der betrachteten Parameter gut. Es gab nur wenige Überschreitungen von Grenzwerten, entweder in Trockenperioden bei Niedrigwasserabfluss oder nach starken Niederschlagsereignissen. Im Vergleich mit den langjährigen Daten des Standard-Monitorings ist für die letzte Periode eine Abnahme in der Konzentration für einige Stoffe festzustellen. Geringe Stoffkonzentrationen wurden im Bodenwasser unter unterschiedlich bewirtschaftetem Grünland unabhängig vom Management gemessen. Für Grünland wurde ein hohes Rückhaltevermögen konstatiert. Die Einleitungen aus Punktquellen (Kläranlagen) ändert die Gewässergüte besonders während der Niedrigwasserperioden. Während Hochwasserereignissen traten dagegen hohe Schwebstofffrachten auf, die auf den Eintrag aus diffusen Quellen (hauptsächlich von Ackerflächen) zurückzuführen sind. Die Herkunft der Schwermetalle in den Fließgewässern lässt sich nicht eindeutig zuordnen. Dafür müssten detailliertere Untersuchungen entlang der Fließgewässer unter Einbeziehung aller potenziellen Einleiter durchgeführt werden. Zink wird beispielsweise auch in wenig besiedelten Gebieten in erheblichem Maß über die Atmosphäre eingetragen, wie die Messungen zeigen. Werden die während der Projektlaufzeit erhobenen Daten für die 30 Probenahmestellen analysiert, so stellen sich entsprechend ihrer physiko-chemischen Signatur sechs Gruppen heraus. Jeder dieser Probenahmestellen kann ein Einzugsgebiet zugeordnet werden mit bestimmten Anteilen an den verschiedenen Landnutzungskategorien. Diese Gruppen weisen eine weitgehend ähnliche Landnutzungsstruktur auf. Bei der Analyse der Abflussbildungsprozesse im Gesamtgebiet werden auch hierfür die gleichen Teileinzugsgebiete statistisch zusammengefasst. Für das Einzugsgebiet wurden kritische Punkte bestimmt, an denen die Gefahr besteht, dass Stoffablagerung (Sedimente) bebaute Gebiete und Infrastruktur bedrohen. Es wurden vulnerable Flächen hinsichtlich der Bedrohung der Gewässergüte ausgewiesen.

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Das betrachtete Einzugsgebiet der Neiße weist sowohl morphologisch als auch bezüglich der Landnutzung eine Zweiteilung auf, die sich in den hydrologischen Prozessen und auch in der Gewässergüte widerspiegelt. Morphologie, Bodeneigenschaften und Landnutzung steuern die hydrologischen Prozesse, besonders die Abflussbildung und damit den Stofftransport und die Gewässergüte. Das Projekt zeigt u.a. die Bedeutung der kombinierten Anwendung chemischer und isotopischer Verfahren, um die Unterschiede in der Abflussbildung und den Einfluss der Schneedecke auf den Abfluss zu erfassen. Die Wasserqualität in der Neiße und ihrer untersuchten Nebenflüsse ist bezüglich der betrachteten Parameter gut. Es gab nur wenige Überschreitungen von Grenzwerten, entweder in Trockenperioden bei Niedrigwasserabfluss oder nach starken Niederschlagsereignissen. Im Vergleich mit den langjährigen Daten des Standard-Monitorings ist für die letzte Periode eine Abnahme in der Konzentration für einige Stoffe festzustellen. Geringe Stoffkonzentrationen wurden im Bodenwasser unter unterschiedlich bewirtschaftetem Grünland unabhängig vom Management gemessen. Für Grünland wurde ein hohes Rückhaltevermögen konstatiert. Die Einleitungen aus Punktquellen (Kläranlagen) ändert die Gewässergüte besonders während der Niedrigwasserperioden. Während Hochwasserereignissen traten dagegen hohe Schwebstofffrachten auf, die auf den Eintrag aus diffusen Quellen (hauptsächlich von Ackerflächen) zurückzuführen sind. Die Herkunft der Schwermetalle in den Fließgewässern lässt sich nicht eindeutig zuordnen. Dafür müssten detailliertere Untersuchungen entlang der Fließgewässer unter Einbeziehung aller potenziellen Einleiter durchgeführt werden. Zink wird beispielsweise auch in wenig besiedelten Gebieten in erheblichem Maß über die Atmosphäre eingetragen, wie die Messungen zeigen. Werden die während der Projektlaufzeit erhobenen Daten für die 30 Probenahmestellen analysiert, so stellen sich entsprechend ihrer physiko-chemischen Signatur sechs Gruppen heraus. Jeder dieser Probenahmestellen kann ein Einzugsgebiet zugeordnet werden mit bestimmten Anteilen an den verschiedenen Landnutzungskategorien. Diese Gruppen weisen eine weitgehend ähnliche Landnutzungsstruktur auf. Bei der Analyse der Abflussbildungsprozesse im Gesamtgebiet werden auch hierfür die gleichen Teileinzugsgebiete statistisch zusammengefasst. Für das Einzugsgebiet wurden kritische Punkte bestimmt, an denen die Gefahr besteht, dass Stoffablagerung (Sedimente) bebaute Gebiete und Infrastruktur bedrohen. Es wurden vulnerable Flächen hinsichtlich der Bedrohung der Gewässergüte ausgewiesen.:Abbildungsverzeichnis VI Tabellenverzeichnis XI 1 Einleitung 1 2 Das Projekt 2 2.1 Projektziele 2 2.2 Projektpartner 2 3 Das Einzugsgebiet 3 3.1 Klima 4 3.2 Geologie und Boden 4 3.3 Hydrologie 6 3.4 Landnutzung 6 3.5 Die Teileinzugsgebiete 8 4 Methoden 10 4.1 Probenahme 10 4.2 Beschreibung der experimentellen Standorte 11 4.2.1 Zittauer Ökologische Forschungsstation 11 4.2.2 Experimentalgebiete des VURV 12 4.2.3 Experimentalflächen der ČVUT in Prag 16 4.3 chemische Analysen 17 4.4 Auswertung langjähriger Messreihen 17 4.4.1 Auswahl der Kennwerte für die Auswertung 22 4.4.2 Auswertemethoden 23 4.5 Berechnung des Wasserqualitätsindexes (WQI) 24 4.6 Analyse räumlich verteilter Daten 25 4.6.1 Landnutzung 25 4.6.2 Digitales Geländemodell 28 4.6.3 Hydrologische Bodengruppen 28 4.6.4 Linienartige Layer 30 4.7 Statistische Analysen 32 4.8 Modellierung 33 4.8.1 Das CN-Verfahren 34 4.8.1.1 Ermittlung der Abflussmengen mit Hilfe der CN-Kurven 34 4.8.1.2 Berechnung des Spitzendurchflusses aus dem Bemessungsniederschlag 36 4.8.2 WBS-FLAB 37 4.8.3 Erosion und Sedimenttransport 39 4.9 Vulnerabilität des Untersuchungsgebietes 43 4.9.1 Grundlagen 43 4.9.2 Auswertung der Ökologischen Stabilität des Gebietes 43 4.9.3 Bewertung der Vulnerabilität des Untersuchungsgebietes 46 5 Ergebnisse 48 5.1 Landnutzungsanalyse 48 5.2 Hydrologische Prozesse und Isotope 49 5.3 Gewässergüte 54 5.3.1 Bewertung der Qualität der Oberflächengewässer und Identifikation vonsignifikanten anthropogenen Belastungen 54 5.3.1.1 Ergebnisse der Auswertung des Standard-Monitorings des Oberflächenwassers 54 5.3.1.2 Ergebnisse der Auswertung des projektspezifischen Monitorings 62 5.3.2 Zusammenfassung - Fazit 66 5.3.3 Vergleich der aktuellen mit historischen Messwerten 68 5.3.4 Chemische Zusammensetzung des Niederschlags 69 5.3.5 Ausgewählte Stoffkonzentrationen in unterschiedlichen Kompartimenten 71 5.3.5.1 Mittlere zeitliche Verläufe von Bor und Calcium 71 5.3.5.2 Gelöster organischer Kohlenstoff (DOC) 73 5.3.6 Einfluss von Grünland-Managementsystemen 76 5.3.6.1 Historische Daten 76 5.3.6.2 Im Rahmen des Projektes AquaNisa erfasste Daten 79 5.3.6.3 Fazit 82 5.3.7 Einfluss der Landnutzung auf die physiko-chemische Güte der Fließgewässer 83 5.3.8 Längsprofile 90 5.4 Gewässergüteindex 93 5.5 Frachten 94 5.6 Erosion und Sedimenttransport 97 5.6.1 Ergebnisse der Modellierung 97 5.6.2 Identifikation von gefährdeten Standorten und mögliche Maßnahmen 100 5.6.3 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen 103 5.7 Ergebnisse des CN-Verfahrens 104 5.7.1 Produktion von Oberflächenabfluss 104 5.7.2 Direktabfluss und Spitzendurchflüsse an kritischen Stellen 111 5.7.2.3 Kombination der Abflussakkumulierung und der CN-Kurven 117 5.8 Abflusskomponenten im Einzugsgebiet 119 5.9 Analyse der Vulnerabilität der Landschaft in dem Einzugsgebiet der oberen Neiße 122 5.9.1 Indikatoren 122 5.9.2 Synthese der Indikatoren 126 6 Vorschläge und Empfehlungen hinsichtlich der Landnutzungsänderung im Untersuchungsgebiet 127 6.1 Maßnahmen zur Förderung des Wasserrückhaltes 127 6.1.1 Reduzierung des Hochwasserrisikos 127 6.1.2 Erhöhung des Wasserrückhaltes in der Landschaft 129 6.2 Maßnahmen zur Einschränkung der Erosion und der Sedimentation 130 6.3 Maßnahmen zum Hochwasserschutz 131 6.4 Maßnahmen zur Reduzierung der Wasserverunreinigung aus diffusen Quellen 132 6.5 Maßnahmen zur Erhöhung der ökologischen Stabilität 132 7 Zusammenfassung 133 8 Literatur 135 9 Steckbriefe der Probenahmestellen

Angelerfolg hängt vom Fischverhalten ab und selektiver Fang aufgrund vererbbarer Verhaltensmerkmale kann sich auf Fischpopulationen auswirken. Die anglerische Vulnerabilität ergibt sich aus einer Kombination aus dem Zustand des Fisches, dem Zusammentreffen mit dem Fanggerät und den Eigenschaften desselben. Höhere Aktivität sollte die Begegnungswahrscheinlichkeit mit dem Fanggerät und dadurch die Vulnerabilität steigern. Ziel dieser Arbeit war es zu verstehen, wie Bewegungsmuster die Vulnerabilität durch die Angelfischerei beeinflussen. Dazu habe ich das Verhalten von vier Arten (Karpfen, Cyprinuscarpio, Schleie, Tinca tinca, Barsch, Perca fluviatilis, und Hecht, Esox lucius) in einem See mittels akustischer Telemetrie gemessen. Zudem habe ich verhaltensselektives Angeln auf Benthivore (Karpfen und Schleie) von festen Plätzen mit dem mobilen Angeln auf einen aktiven Raubfisch (Barsch) und einen Lauerjäger (Hecht) verglichen. Barsche wurden gezielt von freiwilligen, unterschiedlich versierten Anglern in GPS-überwachten Booten beangelt, um zu verstehen, wie Anglerfähigkeiten verhaltensbasierte Selektion beeinflussen. Für die individuell wiederholbare Aktivität von Karpfen, Schleie und Barsch lag keine Angelselektivität vor, da das Zusammentreffen mit Fanggeräten in keinem Zusammenhang mit der Vulnerabilität stand. Beim Barsch hingegen hing die Vulnerabilität mit der Habitatwahl zusammen. Die Geschicklichkeit der Angler verstärkte die Selektion durch höhere Mortalität. Für große Hechte mit großem Aktionsradius kann ein auf Begegnungen basierender Mechanismus nicht ausgeschlossen werden. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die wichtigsten Verhaltensweisen, die die Vulnerabilität durch die Angelfischerei ausmachen und nach denen eine Selektion erwartet wird, häufig erst nach dem Zusammentreffen von Fisch und Fischer stattfinden. Jedoch kann die Bedeutung dieser Fisch-Fischer Begegnungen für die Vulnerabilität art- und fischereispezifisch sein. / Capturing fish by angling depends on fish behaviour. Selective capture based on heritable behaviours may have ramifications for fish populations and fishing communities, but the behavioural components of angling vulnerability are unclear. Conceptually, vulnerability derives from a combination of a fish’s internal state, gear encounter rate and gear quality. Accordingly, greater activity or space use is expected to increase vulnerability via elevated encounter rates with fishing gear. However, behaviourally selective angling may also interact with angler behaviour (e.g. skill). My aim was to understand the role of fish movement and space use in driving angling vulnerability. I measured the behaviour and angling vulnerability of four species (viz. carp, Cyprinus carpio, tench, Tinca tinca, perch, Perca fluviatilis, and northern pike, Esox lucius) using whole-lake high resolution acoustic telemetry. Perch were targeted by variably skilled anglers in GPS tracked boats to understand how skill affects selection. I have therefore contrasted behaviourally selective angling of benthivores (carp and tench) targeted from fixed angling sites, an active top predator (perch) targeted by searching anglers and an ambush predator (northern pike) targeted by searching anglers. Angling was unselective for repeatable carp, tench or perch activity and movement as encounter was unrelated to vulnerability. Vulnerability related to perch habitat choice as shown by a latitudinal division of captured and uncaptured perch and high skilled anglers only strengthened selection via greater enacted mortality. Finally, large pike with greater space use were most vulnerable to angling and an encounter based mechanism cannot be ruled out. In conclusion, the key behaviours distinguishing angling vulnerability, upon which selection should be expected, frequently operate after a fish-fisher encounter, but the importance of fish-fisher encounters for vulnerability may be species and fishery specific.

Projektionen der Effekte von Umweltveränderungen auf sozio-ökologische Systeme sind ein fester Bestandteil der Nachhaltigkeitsforschung. Solche Projektionen beruhen auf Modellen und Modellketten. In jedem Modellierungsschritt werden modelspezifische Unsicherheiten bezüglich Parameterwerten, Eingabedaten und Modelstruktur akkumuliert und führen zu einer Kaskade der Unsicherheiten. Ziel dieser Dissertation ist es, die Kaskade der Unsicherheiten der Wirkungen von Umweltveränderungen am Beispiel der Waldökosystemmodellierung zu behandeln. Dies führt zu zwei übergreifenden Forschungsfragen: 1. Wie beeinflussen unterschiedliche Typen von Unsicherheiten die Projektionen der Wirkungen sich verändernder Umweltbedingungen auf Waldökosysteme? 2. Gibt es einen übergeordneten Rahmen für nachhaltiges Ressourcenmanagement in sozio-ökologischen Systemen, in den Unsicherheiten eingebettet werden können? Diese Dissertation zeigt, dass die Produktivität von Wäldern unter Bedingungen des Klimawandels in kühleren und feuchteren Regionen zunehmen und in wärmeren und trockeneren abnehmen kann. Diese Ergebnisse sind qualitativ konsistent über eine Vielzahl von Modellstrukturen, Klimaszenarien und Modelparameter, die jedoch quantitativ zu nennenswerten Unsicherheiten in Projektionen führen. Diese Arbeit zeigt, dass es Methoden gibt, um bestimmte Unsicherheiten einzuschätzen, aber auch, dass viele Klimawirkungsstudien die Wirkung von Veränderungen im Mittelwert von Klimavariablen betrachten und nicht die von Extremwerten. Außerdem zeigt diese Arbeit, dass adaptive, sektorenübergreifende Strategien für ein nachhaltiges Ressourcenmanagement existieren, die mit Unsicherheiten von Klimawirkungen umgehen können und nachhaltige, regionale Entwicklungen fördern. Die Kaskade der Unsicherheiten ist eine zentrale Herausforderung für nachhaltiges Ressourcenmanagement. Eine systematischere Behandlung von Unsicherheiten ermöglicht robuste Projektionen der Wirkungen sich verändernder Umweltbedingungen. / Projecting the effects of environmental change on social-ecological systems is a crucial component of sustainability science. Such projections rely on models and modeling chains. At each modeling step, model-specific uncertainties about parameter values, input data or structure accumulate and lead to a cascade of uncertainty. The aim of this thesis is to explore the cascade of uncertainties in responses to environmental change in a structured way at the example of forest ecosystem modeling. This leads to two overarching research questions: 1. How do different types of uncertainties affect projections of the effects of environmental change on forest ecosystems? 2. What is the general framework of sustainable natural resource management in coupled social-ecological systems in which uncertainties need to be integrated? This thesis shows that forest productivity under climate change may increase in cool and wet regions and decrease in already warm and dry regions. These findings are robust despite large differences in model structure, climate change scenarios and model parameters that induce considerable uncertainty into future projections. It also stresses that there are methods available to assess uncertainties but also that many climate change impact studies have focused on testing the response of plants to changes in mean climate rather than climatic extremes. Finally, this thesis shows that adaptive, cross-sectoral natural resource management strategies exist that accommodate uncertain impacts of environmental and societal change and foster sustainable regional development. I conclude that the cascade of uncertainty challenges sustainable natural resource management and that a more systematic treatment of uncertainties is strongly needed to generate robust projections of the impacts of environmental change. The findings of this thesis provide a general framework in which both modelers and decision-makers can integrate model results and assess their robustness.

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In komplexen Grundwasserleitern lassen sich grundlegende Informationen zur Abgrenzung von Quelleinzugsgebieten, zur Ableitung von Grundwasserfließrichtungen oder zur Bewertung der Vulnerabilität nicht allein über konventionelle hydrogeologische Methoden (beispielsweise Grundwassergleichenpläne, Quellschüttungsmessungen, Pumpversuche) gewinnen, so dass vielfach ergänzend hydrochemische Methoden eingesetzt werden. Zu den gängigen hydrochemischen Methoden gehören Auswertungen der Hauptionenverhältnisse, stabiler und radioaktiver Isotope, von Umwelttracern und Metallen der Seltenen Erden einschließlich des Yttriums sowie der aktive Einsatz künstlicher Markierungsstoffe. Die Anwendung gängiger hydrochemischer Methoden ist durch natürliche oder anthropogene Hintergrundkonzentrationen, die die Ausbildung eines ausreichenden Kontrasts behindern können, limitiert. Da diese Methoden meist nur an der Quelle als integrales Signal des gesamten Einzugsgebiets ansetzen, kann die Abgrenzung des Einzugsgebiets nur indirekt durch die Abschätzung von Volumina und darauf aufbauender Abschätzung der Flächengröße vorgenommen werden. Zur konkreten Lokalisierung der Einzugsgebietsgrenzen und der Ableitung von Grundwasserfließrichtungen sind also zusätzliche Informationen notwendig. Durch die menschliche Produktion organischer Verbindungen steht ein riesiges Spektrum potentieller Indikatoren zur Verfügung, das die Anzahl der bei etablierten Methoden eingesetzten Stoffe um ein Vielfaches übertrifft. Aufgrund ihrer rein anthropogenen Herkunft haben organische Spurenstoffe keine natürlichen Hintergrundkonzentrationen und sind daher bereits auf einem sehr geringen Konzentrationsniveau nutzbar. Im Gebiet der „Waldecker Scholle“ konnten sowohl die räumliche Verteilung organischer Spurenstoffe als auch deren saisonale Konzentrationsschwankungen in einem komplexen Grundwassersystem mit moderat verkarsteten Grundwasserleitern untersucht werden. Die auftretenden Stoffmuster reflektieren die hydrogeologischen Verhältnisse und können zur Lokalisierung von Quelleinzugsgebietsgrenzen genutzt werden. Weitere Hinweise liefern die organischen Spurenstoffe zur Identifikation von punktuellen Eintragsquellen und zur Ausbreitung der aus Punktquellen freigesetzten Stoffe im Grundwasserleiter sowie zum Attenuationspotential dieser Stoffe. Weiterhin kann die hydraulische Wirksamkeit von geringleitenden Zwischenschichten und Störungszonen mittels Identifikation einer Fließkomponente mit einer Verweilzeit von mehr als 20 Jahren abgeschätzt werden. Auch Annahmen hinsichtlich der Vulnerabilität lassen sich validieren. Der Vergleich mit dem hydrogeologisch gut untersuchten Einzugsgebiet der Gallusquelle, zeigt, dass Stoffgruppen wie Triazine und Triazole eine weite Verbreitung haben, andere Stoffe jedoch an bestimmte Gegebenheiten im Gebiet gebunden sind (beispielsweise Altablagerungen, Kanalsystem). Außerdem bestätigt sich in beiden Gebieten, dass das Auftreten von Stoffen sowohl von den Stoffeigenschaften als auch von den hydrogeologischen Eigenschaften abhängig ist. Das bedeutet, dass die Art der in einer Karstquelle auftretenden Stoffe selbst ohne aufwändige zeitlich hochaufgelöste Beprobung bereits Rückschlüsse auf Systemeigenschaften zulässt. Die vorliegende Arbeit zeigt somit, dass organische Spurenstoffe bereits auf der Untersuchungsebene des konzeptionellen Modells wertvolle Indikatoren zur Charakterisierung komplexer Grundwassersysteme sein können. Die große Menge an zur Verfügung stehenden Stoffen bietet die Möglichkeit, bestimmte Stoffe auszuwählen, die die jeweiligen Systemcharakteristika widerspiegeln. Mit organischen Spurenstoffen können sowohl Grundwasserkomponenten unterschiedlicher Verweilzeiten von wenigen Tagen bis zu mehreren Jahrzehnten identifiziert werden als auch räumliche Zusammenhänge von wenigen Metern bis über Einzugsgebietsgrenzen hinaus untersucht werden. Die Einbeziehung organischer Spurenstoffe in die Erkundungsstrategien komplexer Grundwassersysteme hat daher ein vielversprechendes zukunftsweisendes Potential.

Diese Arbeit zeigt die Reproduktion ungleicher Risikolandschaften von Überschwemmungen auf. Die fortschreitende Urbanisierung in den Küstenregionen der Welt ist mit zahlreichen unterschiedlichen Risiken verbunden, denen sozio-ökonomisch benachteiligte Gruppen in besonderem Grad ausgesetzt sind. Dennoch ist Wissen über soziale Dynamiken, die solch ungleichen Risikolandschaften zugrunde liegen, gegenwärtig begrenzt. Das Densu Delta, ein dynamisch urbanisierendes Feuchtgebiet westlich von Accra, dient hier als Fallstudie, die anhand von qualitativen Daten mit Methoden der Humangeographie untersucht wird. Die übergeordnete Forschungsfrage lautet: Was sind die Beziehungen und Dynamiken, die die Verteilung von Überschwemmungsrisiken gestalten, und wie verfestigen sich diese in den gegenwärtig stark ungleichen Mustern von Überschwemmungsrisiken rund um das Densu Delta? Das Konzept ‚Risikolandschaften‘ (‚riskscape‘) wird hier mit Sichtweisen des kritischen Institutionalismus und der Argumentation verbunden, um Prozesse zu analysieren, die eine ungleiche Verteilung von Vulnerabilität und Anpassungskapazität bedingen. Die Ergebnisse zeigen erstens, dass institutionelle und bio-physische Dynamiken eine vielfältige Landschaft von Vulnerabilität erzeugen. Zweitens wird Anpassungskapazität von dynamischen Autoritätsverhältnissen geprägt. Drittens erweitern Unterschiede in Policy-Argumenten auf verschiedenen Ebenen und in unterschiedlichen Sektoren die Implementierungslücke in der Anpassung an Überschwemmungen. Die Arbeit leistet einen Beitrag zur bestehenden Forschung, indem die Rollen von Schlüsselakteuren und von unsichtbaren Praktiken und Institutionen in der (Re-) Produktion von ungleichen Risikolandschaften betont werden. Diese werden hier am Beispiel von Überschwemmungen im Densu Delta in Accra aufgezeigt. Skalenübergreifende Interaktionen in Risikolandschaften und deren praktische Implikationen für die Minimierung von Überschwemmungsrisiken bedürfen der weiteren Forschung. / The thesis shows how uneven landscapes of urban flood risk are (re)produced. Coastal urbanisation comes with multiple risks, to which the poor are particularly exposed. Social dynamics underlying uneven riskscapes are however poorly understood. The Densu delta in Accra, a dynamically urbanising wetland, is analysed as a case based on qualitative data with methods from human geography. The overall research question is: What are the relations and dynamics that shape the distribution of flood risks, and how are they materialised in the currently highly uneven patterns of flood risk around the Densu delta? The concept of ‘riskscape’ is applied through lenses of critical institutionalism and argumentation to analyse the processes behind uneven distribution of vulnerability and adaptive capacity. Findings are that firstly, institutional and bio-physical dynamics produce a diverse landscape of vulnerability. Secondly, dynamics of authority shape adaptive capacity. Thirdly, disparities in policy arguments widen implementation gaps in adaptation to flooding. The research contributes to the existing literature in highlighting the role of actors and underlying practices and institutions in shaping multiple uneven riskscapes. In the present research the reproduction of uneven riskscapes of flooding is shown for the Densu delta case. Further research ought to look at cross-scale interactions between riskscapes and their practical implications for flood risk reduction.