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.

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.

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.

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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

Spinal muscular atrophy (SMA), the leading genetic cause of infant death, is a motor neuron disease (MND) caused by mutations or deletion of the survival motor neuron 1 (SMN1) gene, which codes for SMN protein. While SMN protein is ubiquitously expressed and crucial for the survival of all types of cells, motor neuron (MN) degeneration is the primary pathological result of SMN protein reduction. The origin of this selective vulnerability in SMA remains unsolved. In agreement with the large number of identified SMN binding partners, SMN has been linked to a vast number of cellular functions (e.g. splicing, transport and local translation of messenger ribonucleic acid (mRNA), endocytosis or autophagy), many of which impact protein homeostasis. The correct functionality of the mentioned housekeeping processes is critical for all cellular types, and thus it is puzzling why MNs are especially vulnerable to the reduction of SMN protein. The role that SMN plays in the regulation of the autophagy-lysosomal pathway (ALP), a major cellular degradative system, is not well studied. Recent studies have shown that SMN deficient cells display defects in the catabolic endosomal-autophagy pathway, leading to accumulation of autophagosomes (APs) and their undegraded cargo. The fact that APs form properly in SMN deficient cells, but are not correctly cleared from the cell, suggests a failure in the final step of the ALP, the AP degradation mediated by lysosomes. The main goal of this thesis was therefore to investigate the molecular mechanisms underlying the regulation of ALP by SMN, and whether and how alterations in this axis can result in the selective degeneration of MNs in SMA. To this end, MNs, derived from human induced pluripotent stem cell (hiPSC) lines, generated from patients affected by SMA and healthy individuals, have been used to uncover specific alterations in the ALP upon SMN reduction and the underlying molecular factors. Utilizing image-based experiments, I was able to discover that SMA MNs display a reduced number of lysosomes, compared to healthy MNs and isogenic controls, which leads to a defective AP-lysosome fusion. Interestingly, the remaining reduced pool of lysosomes in these SMA MNs exhibits an increased acidity, protease activity and axonal transport, none of which, seems to be sufficient to prevent MN loss. These findings demonstrate that SMN loss leads to a dysregulation of several key elements of the ALP, ultimately resulting in a reduced capacity of SMA MNs to degrade superfluous and potentially harmful material and to obtain essential building blocks from its recycling. To assess if the observed alterations in the ALP are specific to MNs or shared among other neuronal types that are typically not affected upon SMN reduction, I generated cortical neurons (CxNs) from the same hiPSCs and performed similar studies. These SMA CxNs did not show a reduction in the number of lysosomes or a change in their acidification status. Therefore, these findings indicate that the defective ALP upon SMN protein deficiency seems to be specific to spinal MNs and does not occur in all neuronal types. To explore the potential origin of the observed ALP abnormalities in SMA MNs, I focused on the transcription factor EB (TFEB), a master regulator of lysosomal biogenesis and autophagy functionality. The main inhibitor of TFEB activity, the mammalian target of rapamycin (mTOR), has been previously shown to be over-activated in SMA, but whether SMN protein exerts any regulation over TFEB had not been explored before. During this thesis, I found that TFEB, and several of its downstream targets essential for autophagy function, are indeed dysregulated in SMA. The decline in the expression levels of several TFEB target genes that I have discovered in SMA MNs confirmed the reduced activity of TFEB in these cells. In addition, overexpression of TFEB in SMA MNs and in an in vivo SMA zebrafish model did ameliorate the reduced survival of MNs and axonal dystrophy characteristic of these models, respectively, further confirming TFEB as a potential key protein in the loss of protein homeostasis of SMA MNs. These results also strengthened the observed over-activation of mTOR as potential key link between SMN reduction, defective ALP and MN vulnerability, but the mechanistic origin of this abnormally active mTOR in SMA MNs is unknown. I was able to find a potential candidate for this link in a previously published RNA-sequencing dataset, namely the mTOR activating tumor protein, translationally-controlled 1 (TPT1). A previous study showed that TPT1 acts as a negative regulator of basal autophagy, through activation of mTOR. Intriguingly, TPT1 was over-represented in the mentioned dataset. Upon TPT1 knock down in SMN deficient cells, autophagy flux and MN survival was ameliorated, which suggests TPT1 as a promising candidate downstream of SMN loss to revert the lysosomal and autophagic defects identified in SMA MNs. The dysregulation of the ALP, including alterations in TFEB levels, has been linked to the appearance of toxic protein aggregates in many neurodegenerative diseases (NDs). I therefore wondered if the observed reduction in ALP functionality in SMA MNs could result in an overlooked aberrant protein aggregation phenotype, similar to other NDs. Indeed, I showed in this study that three commonly used markers for protein aggregation, p62 protein - an autophagy cargo that accumulates when autophagy does not function properly -, vimentin - an integral component of the aggresome structure - and Proteostat - a fluorescent dye that binds protein aggregates - were increased in SMA hMNs compared to healthy controls. Together, these findings show that SMA MNs selectively display an accumulation of undegraded material, including APs, likely due to a dysregulation of TFEB, which additionally leads to a reduction in the number of lysosomes per MN and therefore to a decreased proteostasis capacity. Additionally, clear signs of intracellular protein aggregation were observed in SMA MNs, which could further increase the vulnerability of these neurons. These phenomena seem to be specific to MNs as no similar decrease in survival or lysosomal defects were observed in SMA CxNs and could at least partially explain the observed selective vulnerability of spinal MNs in SMA patients. Collectively, the presented Ph.D. thesis demonstrates that SMN protein regulates the correct activity of the ALP, and that low SMN levels result in the dysfunction of this critical pathway, specifically in MNs. This study highlights the importance of this axis in the survival of MNs, and places it in the spotlight for further research aiming to improve MN health, not only in SMA but potentially as well for other MNDs.

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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.

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.

Die Trauben-Eiche (Quercus petraea [MATT.] LIEBL.) ist ökologisch wie ökonomisch eine prägende Baumart im nordostdeutschen Tiefland. Seit längerer Zeit haben jedoch lokal bis regional drastische Vitalitätseinbußen zu Diskussionen um ihre Verwendbarkeit für den Wald der Zukunft geführt. Vor dem Hintergrund fortschreitender Veränderungen des Klimas stellen sich Fragen nach der Anpassungsfähigkeit der Baumart im Sinne der Überlebensfähigkeit, nach den Beziehungen zwischen Vitalitätszustand und Wuchsverhalten sowie nach möglichen Entwicklungstendenzen dieser Parameter. Die vorliegende Arbeit untersucht die Zusammenhänge zwischen Vitalität und Zuwachs sowie die Effekte der Witterung auf die Jahrringbreite als wesentlichem Vitalitätsindikator. Die retrospektive Analyse dieser Beziehungen dient dazu, das mögliche Verhalten des Witterungs-Zuwachs-Komplexes in der Zukunft abzuschätzen und damit die Risiken einer forstlichen Schwerpunktsetzung auf die Trauben-Eiche in Nordostdeutschland genauer zu fassen. Die Untersuchungen fußen auf zwei Versuchsflächen-Sets. Die Kernflächen K1-K5 umfassen fünf Mischbestände aus Trauben-Eichen und Kiefern (Pinus sylvestris L.) entlang eines Gradienten von Sachsen-Anhalt bis Ostpolen im Altern von etwa 110-150 Jahren auf Standorten mittlerer Nährkraft und durchschnittlicher Wasserversorgung. Dieses Set wird erweitert durch 20 Zusatzflächen im Osten bis Süden des Landes Brandenburg, ebenfalls zum größten Teil in Mischbeständen mit Kiefer. Neben den ertragskundlichen Basisaufnahmen wurden auf den Versuchsflächen Bohrkerne an Stichproben des herrschenden Bestandes entnommen. Zu allen Flächen liegen die Angaben der forstlichen Standortkartierung über die Nährkraftstufe und die Wasserversorgung sowie Zeitreihen von Tagesmitteltemperaturen und Niederschlagstagessummen vor. Als Szenariodaten werden die Medianläufe des 2-Kelvin-Szenarios mit dem Regionalisierungsmodell STAR 2 auf Grundlage des SRES-A1B-Szenarios verwendet. Zur Einschätzung der Vitalität der Trauben-Eichen in den Untersuchungsbeständen wurde 2006-2011 der prozentuale Laubverlust im Sommerzustand nach dem Standard der Waldzustandserhebungen erfasst (EICHHORN et al. 2006). Parallel wurde der Kronenzustand im Winter nach dem Schema von KÖRVER et al. (1999) beurteilt. Als Indikatoren für die Vitalität der Trauben-Eichen standen die Jahrringbreite und die Zuwachsrate ("Jahrringindex") im Mittelpunkt der Untersuchungen. Für die Zeitreihen der Jahrringbreite wurden die Parameter Autokorrelation und Sensitivität für die gesamte Zeitreihe sowie als gleitende Mittel hergeleitet und interpretiert. Im Programmpaket "CLIMTREG" (BECK et al. 2013) erfolgten anschließend die Trendeliminierung und die AR(1)-Modellierung zur Entfernung autokorrelativer Effekte aus den baumspezifischen Jahrringindex-Zeitreihen. Die Identifikation von Weiserjahren stützte sich auf die Verteilungsparameter Mittelwert und Standardabweichung der Einzelbaum-Jahrringindizes pro Jahr. Aus den individuellen Zeitreihen des Jahrringindexes wurde die mittlere bestandesbezogene Index-Zeitreihe (= Chronologie) errechnet. Zur Quantifizierung der Witterungs-Zuwachs-Beziehungen wurden die Analyse-Tools CLIMTREG (mit tagesgenauer Auflösung) sowie "bootRes" für R (monatliche Auflösung; ZANG & BIONDI 2012) verwendet, in die Daten der jeweils nächstliegenden Wetterstationen sowie Zeitreihen des mittleren Jahrringindexes eingesteuert wurden. Die Auswertungen zeigten, dass sich im Untersuchungszeitraum 2006-2011 Belaubungsgrad und Kronenstruktur für die Mehrzahl der untersuchten Bäume deutlich verbessert haben. Mit dem relativen Kreisflächenzuwachs ist die Kronenstruktur (hochsignifikant) über alle Kernflächen hinweg straffer positiv korreliert als der Laubverlust (nicht signifikant). Bei gleichem BHD sind größere Kronenflächen sowohl mit besseren Kronenstrukturwerten als auch mit einem geringeren Laubverlust gekoppelt. Der jährliche Radialzuwachs nimmt im Mittel der Kernflächen seit mehreren Jahrzehnten zu. Auf den Zusatzflächen liegen die mittleren Jahrringbreiten etwa auf Ertragstafelniveau (ERTELD 1963). Die absolut und relativ höchsten Zuwächse 2006-2011 zeigten die polnischen Kernflächen. Die Korrelationen der Jahrringindizes (JRI) mit dem Niederschlag sind etwas straffer als mit der Temperatur, aber nur selten signifikant. Die für die Vegetationsperiode berechneten Korrelationskoeffizienten sind in keinem Fall höher als die für das Gesamtjahr ermittelten. Bei der Prüfung dendroklimatologischer Zusammenhänge auf Monatsebene mit bootRes zeigen die Flächen K1 und K3 ein ähnliches Bild: Höhere Jahrringindizes sind mit überdurchschnittlichen Niederschlägen vor allem in den Wintermonaten sowie im Spätsommer bis Frühherbst des Wuchsjahres gekoppelt. Auf den übrigen Kernflächen sind die Zusammenhänge im Vergleich weniger straff. Zwischen herrschendem und beherrschtem Bestand gibt es kaum Unterschiede in der Reaktion des Jahrringindex auf die Witterung. Die Beziehungen zu den Mitteltemperaturen sind etwas schwächer ausgeprägt. Auf allen Flächen sind vorrangig kühle Spätfrühlings- und Frühsommermonate mit überdurchschnittlichen Jahrringindizes verbunden. Analysen durch moving windows zeigen für einige Flächen im Lauf der Zeit zunehmende Korrelationen zwischen Witterung und Jahrringindex. In Zusammenfassung aller Flächen ergeben sich für die zweite Hälfte der Untersuchungsperiode deutlich mehr signifikante Zusammenhänge als in der ersten. Nach den Auswertungen mit CLIMTREG führen fast überall hohe Niederschläge bei niedrigen Temperaturen im Hochsommer des Vorjahres zu überdurchschnittlichen Zuwachsraten. Außerdem fördern erhöhte Niederschlagsmengen von Ende November bis in den Februar, zum Teil auch höhere Temperaturen, die Jahrringbildung. Das dritte auffällige Intervall ist die Zeit von Anfang April bis Mitte Juli mit höheren Zuwachsraten bei niedrigen Temperaturen und überdurchschnittlichen Niederschlägen. Die Modellierung von Jahrringindex-Zeitreihen für den Szenariozeitraum 2001-2055 auf Basis unterschiedlicher Kalibrierungszeiträume ergibt in den meisten Fällen die höchsten mittleren Jahrringindizes (JRI) für das mit der zweiten Hälfte des Gesamtuntersuchungsintervalls 1951-2006 parametrisierte Modell. Im Vergleich unterschiedlicher Kalibrierungszeiträume verändern die von CLIMTREG identifizierten zuwachswirksamen Zeiträume in der Regel weder ihre Lage noch ihre Länge in wesentlichem Ausmaß. Auffällig ist jedoch, dass die Richtung der Zusammenhänge in der jüngeren Vergangenheit uneinheitlicher wird. Auf Basis der Untersuchungsergebnisse leitet die Studie Chancen und Risiken ab, die für die Trauben-Eiche unter dem Einfluss des genutzten Witterungsszenarios im Untersuchungsgebiet maßgeblich sind. Die Handlungsoptionen zum Stärken der Anpassungsfähigkeit umfassen im Wesentlichen die Steuerung der negativen und positiven Einflüsse, die dem menschlichen Einfluss zugänglich sind. Dazu gehört die Förderung der individuellen Vitalität und Elastizität durch optimal entwickelte Kronen und Wurzelsysteme. Die Mischung mit anderen Baumarten steigert die Bestandesstabilität, wobei die relative Konkurrenzschwäche der Eiche zu berücksichtigen ist. Verjüngungsmaßnahmen sollten auf die Erhaltung und Steigerung der genetischen Vielfalt ausgerichtet sein und Individuen mit überdurchschnittlicher Vitalität besonders fördern. Die Konkurrenz um Wasser kann – unter Beachtung des Risikos zusätzlicher Verdunstung –durch geringere Bestandesdichten reduziert werden. Die größten Erfolgsaussichten für diese Aktivitäten bestehen auf Standorten höherer Wasserspeicherkapazität und Nährkraft. Ein angepasstes Monitoring sollte Bedrohungen zum Beispiel durch Insektenmassenvermehrungen rechtzeitig erkennen, gegen die alle Bekämpfungsmöglichkeiten auszuschöpfen sind. Auf gesellschaftlicher Ebene ist eine umfassende Diskussion zu den Zielen und Methoden der Waldbewirtschaftung zu führen, um eine höhere Wertschätzung und Langfristigkeit gezielter Eichenförderung zu erreichen. / Sessile oak (Quercus petraea [MATT.] LIEBL.) is an important tree species in the northeastern lowlands of Germany. The widespread introduction of the species into mature Scots pine (Pinus sylvestris L.) stands as a means of ecological forest conversion has further enhanced its relevance in forest science and management. For a few decades, however, increasing numbers of trees and stands showing a severe decline in vitality have led to critical discussions on the possible role of oaks in today's forest development strategies. The adaptive capacity of Sessile oak will be further challenged by climate change in the future. In this context, more information is needed on the relations between the vitality status and growth, including the development of these relations in the next decades. Thus, the study investigates the dependencies between annual radial increment in Quercus petraea (measured as tree-ring width, TRW) and individual-tree vitality as well as the effects of climatic variables on TRW on different temporal scales. Investigations were carried out using two sets of trial plots. The core plot sequence K1-K5 comprises five mature mixed stands of Sessile oak with Scots pine along a gradient from Saxony-Anhalt to eastern Poland. Trees are 110-150 years old and grow on sandy and partly podsolic cambisols with average water supply. A set of 20 additional plots was established in mixed oak-pine stands in Brandenburg. In addition to growth and yield data for the whole plot, increment cores were extracted from a representative sample of 20 trees per plot. Time series data of local daily mean temperatures and daily precipitation sum were provided by the Potsdam-Institute for Climate Impact Research. Data for 2007-2060 come from the median scenario of the regional climate model "STAR 2" based on the SRES-scenario A1B and assumes an increase in temperature of two Kelvin until 2060. Individual vitality was recorded from 2006 to 2011on the core plots (i) according to the European standard method for the assessment of crown condition based on defoliation percentages in summer (EICHHORN et al. 2006) and (ii) following the approach by KÖRVER et al. (1999) for crown structure classification in winter. Both methods were applied to all dominant and co-dominant oaks in the five subsequent years. Trees on the additional plots were assessed only once. Because they are regarded a reliable indicator of tree vitality, annual radial increment as expressed in tree-ring width (TRW) and the resulting growth rate (tree-ring index) are at the center of the analyses. For TRW time series the parameters autocorrelation and sensitivity were calculated both for the whole investigation period and as floating means ("moving windows"). The program "CLIMTREG" (BECK et al. 2013) was applied to eliminate long-term trends in individual TRW series by means of cubic spline functions and to minimize auto-correlation within the resulting TRI time series. Pointer years were identified on the basis of the mean and standard deviation of annual TRI distributions. Plot-specific "chronologies" were calculated as arithmetic means of all "typical" tree-specific TRI series per plot. To analyze the relations between climate and growth, the programs CLIMTREG (for daily climate data resolution) and "bootRes" for R (monthly resolution; ZANG & BIONDI 2012) were applied to local climate data and the TRI chronologies. The repeated assessments show that during the interval 2006-2011 crown condition as expressed in summer foliage as well as in crown structure has improved considerably. Crown structure values are correlated more closely to individual basal area increment than defoliation percentages. At the same DBH, trees with larger crowns exhibit a significantly better crown structure and less defoliation. Annual radial increment has been increasing on the core plots over the past decades, thus the increment level of the dominant trees is on average slightly higher than that of the first yield class in the table by ERTELD (1963). On the additional plots, mean TRW is parallel to yield table values but shows a slowly decreasing trend in a number of stands. The two core plots in Poland exhibited the highest radial increments 2006-2011, both absolutely and relatively. On the annual level, TRI time series are correlated more closely to precipitation sums than to annual mean temperatures. Except for one of the additional plots, the respective correlation coefficients are statistically insignificant. Correlations did not increase when climate parameters were calculated exclusively for the vegetation period instead of the whole year. According to dendroclimatological analyses on the monthly scale with bootRes, trees on core plots K1 and K3 respond almost similarly to climatic influences: High TRI values are related to above-average precipitation mainly during the winter months, as well as in late summer and early fall of the year of growth. On the other core plots, dependencies are less clear. The relations of TRI to monthly temperature are weaker than those to precipitation with the same ranking of plots regarding their sensitivity. The most favorable influence on TRI is exerted by cool spring to early summer months in the year of growth. Correlation patterns are very similar for both dominant and suppressed trees. Separate analyses of the first and the last half of the investigated interval show that the strength of correlations between TRI and climatic variables has been increasing over the past decades. When summarized over all plots, there were distinctly more significant correlation coefficients in the period from 1984-2006 than from 1951-1983. The analyses using CLIMTREG showed that high summer precipitation in the preceding year clearly promotes above-average TRI values. Another conspicuous climate-influenced time period ranges from late November to February with positive correlations both to precipitation and to temperature (at least partly). The third important period for TRI in most trees on the core plots starts in early April and lasts until Mid-July. During this time, high TRI values are correlated with low temperatures and high precipitation. For most of the plots, the average modeled TRI is higher if the second half of the data interval 1951-2006 is used for calibration rather than the entire interval or its first half. The results of the models based on different calibration periods do not differ very much in terms of the identified variables (i.e. length of influential period and type of climatic parameter). However, the direction of correlations becomes more variable in the more recent past. The results of this study are summarized in a number of risks and opportunities regarding future vitality and growth of Sessile oak under regional conditions. Finally, several options of silvicultural management to support vitality and growth of the species are recommended. These consist basically in promoting favorable conditions and limiting negative influences. A large crown with dense foliage and a well-developed root system are crucial conditions for individual vitality which should be strengthened for instance by reducing stand densities at an early age. Mixed stands have a higher stability towards disturbances and provide more diverse habitats for natural antagonists against defoliators. The relatively weak competitiveness of oaks should be taken into account when advocating mixed stands. Regeneration activities should enhance genetic diversity, promote phenotypes with above-average vitality, and accelerate the adaptation of the species by "assisted migration" of drought-tolerant provenances. Competition for water may be eased by lower stand densities. However, the canopy should be kept sufficiently closed to prevent excessive growth of ground vegetation or increased evapotranspiration. An adapted system to monitor forest growth and vitality should be used to technically assist the species in counteracting major insect outbreaks and other severe biotic risks as early as possible. On a more general level, productive discussions are needed between all stakeholders, interest groups, and the public on the social and political role of forests and the required level of management. This should lead to a stable social and political appreciation of forestry and provide the resources and staff necessary to cope with an uncertain future.