Many agricultural landscapes in India are irrigated with wastewater, and it is a common livelihood practice particularly in urban and peri-urban areas. Farmers around urban agglomerations continuously depend on the wastewater released from nearby urban centres. While providing opportunities with respect to water and nutrient supply, irrigating with wastewater has adverse environmental impacts, particularly on the local aquifer systems. Therefore, addressing the wastewater irrigation influence on local aquifer systems is crucial for sustainable groundwater management. The present research demonstrates the impacts of wastewater irrigation, seasonality and spatio-temporal variations in the groundwater quality and its geochemical evolution and mixing processes in different land use and crop settings. The doctoral research aims at understanding the aquifer heterogeneity, land use conditions, groundwater dynamics and contaminant fate and transport in the long-term wastewater irrigation system to develop sustainable and suitable groundwater management strategies. The selected study watershed is located on the banks of Musi River in a peri-urban catchment of the Musi River basin in India. Statistical techniques, land use change modelling and solute flow and transport modelling tools are employed to identify and quantify the linkages between contaminants, agricultural use and environmental variables, particularly those characterizing the groundwater qualities. The research results suggest that concentrations of the major ionic substances increase after the monsoon season, especially in wastewater irrigated areas and the major polluted groundwaters to come from the wastewater irrigated parts of the watershed. Clusters of chemical variables identified indicate that groundwater pollution is highly impacted by mineral interactions and long-term wastewater irrigation. The groundwater geochemistry of the watershed is largely controlled by long-term wastewater irrigation, local rainfall patterns and water-rock interactions. The detected land use changes in the watershed indicate that, as a consequence of urban pressures, agricultural landscapes are being converted into built-up areas and, at the same time, former barren land is converted to agricultural plots. The mapped land use data are used in modelling the aquifer conditions and to observe the groundwater dynamics in the peri-urban environment. The study results provide the basis for sustainable agriculture and groundwater development using the efficient scenarios identified for wastewater irrigation management. The resulting strategies for integrated management of water and waste will contribute to the water security and achieve the respective Sustainable Development Goals (SDGs 2, 3, 6, 11 and 15).

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Die Schriftenreihe informiert über den geologischen Erkenntnisgewinn in bisher unzureichend erschlossenen Gebieten von Sachsen entlang der Erdgastrasse EUGAL. Die gewonnenen geologischen Daten liegen georeferenziert in digitalisierter Form vor, was ein Abgleich mit bereits vorhandenen Kartenwerken erleichtert. Es wurden neue, bisher unbekannte Granitvorkommen beprobt, die Anlass zur Implementierung zukünftiger Projekte sind. Die Veröffentlichung richtet sich sowohl an geologisch interessierte Laien ohne fachlichen Hintergrund als auch an ein Fachpublikum. Redaktionsschluss: 13.11.2020

Der Staatsbetrieb Zentrales Flächenmanagement Sachsen (ZFM) ist zum 1. Januar 2017 gegründet worden und hat seit dem 1. Oktober 2017 zusätzlich die Aufgabe als staatliche Ökoflächenagentur übernommen. Mit Gründung des Staatsbetriebs ZFM wurde eine Zentralisierung von Flächeninformationen erreicht. Die umfassende Kenntnis über Flächennutzungen im Freistaat eröffnet die Möglichkeit, notwendige Flächenbedarfe einerseits und bestehende, teilweise brachliegende Flächenpotenziale andererseits zusammenzuführen. Zielstellung ist es, Flächenkonkurrenzen möglichst frühzeitig zu erkennen und Lösungen zu finden, die die Flächeninanspruchnahme auf ein Mindestmaß reduziert und sensible Flächennutzungen, wie z. B. Landwirtschaft, möglichst schont. Eines der Instrumente des Staatsbetriebes ZFM dafür ist eine vorausschauende Flächenpolitik, die auch die frühzeitige Bevorratung mit Ökokontomaßnahmen beinhaltet.

Ziel der Wohnungsmarktbeobachtung auf Länderebene ist, eine kontinuierliche Informationsgrundlage für die verschiedenen Wohnungsmarktakteure, die politischen Entscheidungsträger sowie die interessierte Öffentlichkeit zu liefern. Im Freistaat Sachsen geschieht dies seit Ende der 1990er Jahre. Das Leibniz-Institut für ökologische Raumentwicklung (IÖR) ist mittlerweile seit 10 Jahren dabei, zusammen mit der Sächsischen Aufbaubank – Förderbank (SAB), die Veränderungen auf den sächsischen Wohnungsmärkten zu beschreiben und die Perspektiven und Trends der künftigen Entwicklung zu benennen. Der vorliegende Beitrag gibt einen Einblick in die aktuelle Situation der sächsischen Wohnungsmärkte, verdeutlicht die regionalen Entwicklungsunterschiede und stellt mögliche Ursachen der heterogenen Entwicklung dar. Grundlage der Beschreibung bildet der Bericht „Wohnungsbaumonitoring 2016/2017“ (Rosteck, Eichhorn 2017), den die SAB gemeinsam mit dem IÖR erarbeitet hat. Zusätzlich wurden die Analysen durch neueste Daten ergänzt.

Die anhaltende und sich in vielen Teilen der Welt noch verstärkende Verstädterung mit immer neuen Siedlungs- und Verkehrsflächen führt zu nachteiligen Umweltwirkungen, vor allem zum Verlust von fruchtbaren Böden für eine nachhaltige Landwirtschaft und benötigten Waldflächen zur CO2-Minderung. Außerdem führt die anhaltende Zersiedelung zu erhöhten Infrastrukturkosten und Verkehrsaufwendungen; neue Verkehrstraßen zerschneiden die Landschaft mit einhergehendem Verlust an Biodiversität. In Europa und speziell in Deutschland ist der ungeminderte Flächenverbrauch auf weiter steigende Wohnflächenansprüche, neue Industrie- und Gewerbegebiete sowie Infrastrukturprojekte zurückzuführen. Inzwischen setzt sich die Erkenntnis durch, dass Bodenschutz durch Verzicht auf neue Siedlungs- und Verkehrsflächen mit der einhergehenden Bodenversiegelung auch Klima- und Landschaftsschutz ist. Darum geht kein Weg daran vorbei, noch haushälterischer als bisher mit der Ressource Fläche umzugehen. Eine verantwortliche Flächensparpolitik bedarf vieler guter, kreativer Ideen, Instrumente, Maßnahmen und Umsetzungsakteure auf allen Entscheidungsebenen. Dabei dürfte die Bedeutung informatorischer Instrumente unbestritten sein. Nur so können Zustand und Veränderung der Flächennutzung schnell, genügend genau und verlässlich beschrieben werden. Das ist eine Grundvoraussetzung zielgenauer Steuerungsinstrumente zur Senkung der Flächeninanspruchnahme. Hier kommen nun alte und neue Geodaten ins Spiel, denn nur auf deren Grundlage sind die notwendigen Informationen berechenbar. Dabei steigen die Anforderungen an Qualität und Verfügbarkeit raumbezogener Daten- und Informationsangebote, die immer genauer, aktueller und frei verfügbar sein sollten. Aus Wissenschaft und Praxis wird aber auch immer stärker die Kennzeichnung von statistischen Unsicherheiten in den Daten, Indikatorwerten und Zeitreihen gefordert. Neben neuen und weiterentwickelten amtlichen Geobasisdaten spielen nutzergenerierte Daten eine immer wichtigere Rolle. Ebenso werden die Daten des europäischen Copernicus-Programmes immer stärker genutzt und zunehmend produktiv. So wird intensiv an Verfahren zur halbautomatischen Erfassung von Landschaftsveränderungen gearbeitet als Informationsgrundlage für die amtliche Vermessung zur Aktualisierung ihrer Geodatenmodelle. Auch städtisches Grün kann heute mithilfe von Satellitenbilddaten viel genauer als bisher klassifiziert und in Zustand und Veränderung abgebildet werden. Derartige neue Entwicklungen vorzustellen und mit der Praxis zu diskutieren, ist das Ziel des alljährlichen Dresdner Flächennutzungssymposiums (DFNS). Der vorliegende Band vereint Beiträge der 11. Auflage dieser Veranstaltungsreihe, die vom 08. April bis 09. April 2019 stattfand und folgende Themen behandelte: internationale und nationale Entwicklungen in der Flächenpolitik, Flächenmanagement, Flächenmonitoring und -analysen, Bodenversiegelung, Indikatoren und Methoden, smarte Datenerhebung. Einen besonderen Schwerpunkt bildet diesmal das Grün in der Stadt. Die Präsentationen des Symposiums sind unter http://11dfns.ioer.info/programm/ zu finden. Darunter befinden sich auch neue Entwicklungen und Ergebnisse des Monitors der Siedlungs- und Freiraumentwicklung (www.ioer-monitor.de). Diese kostenfreie wissenschaftliche Dienstleistung des Leibniz-Institutes für ökologische Raumentwicklung ermöglicht die kartographische Visualisierung, die statistische Analyse sowie den Vergleich von inzwischen 85 Indikatoren zur Flächennutzung und damit eng zusammenhängender Themen. Die Indikatorwerte sind auf allen relevanten administrativen Ebenen bis zu Gemeinden sowie als hochauflösende Rasterkarten verfügbar. Die Zeitreihen gehen bis ins Jahr 2000 zurück.

Die weltweite Inanspruchnahme von natürlichen Böden für Siedlungs- und Verkehrszwecke ist weiterhin hoch. Das gilt auch für Deutschland, wo es noch immer nicht gelungen ist, die Flächenneuinanspruchnahme von der wirtschaftlichen Entwicklung zu entkoppeln. Das aber ist Ziel einer Flächenkreislaufwirtschaft mit einem Null-Hektar-Flächenverbrauch, wie sie die Bundesregierung in ihrem Klimaschutzplan 2050 anstrebt. Die IÖR-Veröffentlichungsreihe Flächennutzungsmonitoring informiert über Ursachen, Wirkungen, indikatorbasierte Beschreibung von Stand und Entwicklung, Prognosen sowie Best-Practice-Beispielen einer nachhaltigen Flächenhaushaltspolitik. Damit sollen der Praxis Informationen an die Hand gegeben werden, um dem Flächenverbrauch, der Bodenversiegelung, der Zersiedelung und der Landschaftszerschneidung wirksam zu begegnen. Dazu werden aktuelle Ergebnisse aus Wissenschaft und Praxis vorgestellt, die auf dem Dresdner Flächennutzungssymposium 2020 präsentiert und diskutiert wurden. Der vorliegende Band fokussiert auf die Themen Flächenpolitik, Flächenmanagement, Flächenmonitoring, SDG-Indikatoren, Ökosystemmonitoring sowie neue Analysenmöglichkeiten durch neue Daten.

In this thesis spectral solar zenith radiances are analyzed which were obtained from ship-based measurements over the Atlantic ocean. In combination with high-resolution lidar and microwave remote sensing optical and microphysical cloud properties were retrieved using spectral radiation data. To overcome problems of existing transmissivity-based cloud retrievals, a new retrieval algorithm is introduced which circumvents retrieval ambiguities and reduces the influence of measurement uncertainties. The method matches radiation measurements of ratios of spectral transmissivity at six wavelengths with modeled transmissivities. The new retrieval method is fast and accurate, and thus suitable for operational purposes. It is applied to homogeneous and inhomogeneous liquid water and cirrus clouds. The results from the new algorithm are compared to observations of liquid water path obtained from a microwave radiometer, yielding an overestimation for thick liquid water clouds but a slight underestimation for thin clouds. A statistical analysis of retrieved cloud properties during three Atlantic transects is introduced. Similar characteristics of cloud properties are found in the mid latitudes and northern subtropics but the large variability of meridional distribution in the remaining regions imply the prevailing influence of weather systems compared to typical cloud distributions. With about 63% homogeneous stratocumulus clouds are found to be the prevailing cloud type over ocean, while scattered and inhomogeneous liquid water clouds amount to 16% and 21%, respectively. All analyzed distributions are affected by an increased frequency of small values of cloud properties caused by 3D radiative effects. The comparison with satellite-based and ship-based cloud retrievals along the cruise track show comparable results for the cloud optical thickness with limitations for thick liquid water clouds. The meridional distribution of effective radius agreed within the uncertainties of both methods, however, the satellite-derived values are biased toward larger mean values.

Aerosols show type-specific characteristics, which depend on intensive aerosol optical and microphysical properties that influence the radiation processes in the atmosphere in several ways. There are still large uncertainties in the calculation of the aerosol direct radiative effect. The classification of aerosols and the characterization of the vertical aerosol distribution is needed in order to provide more accurate information for radiative-transfer simulations. In the framework of the present thesis, the vertical and spatial distribution as well as optical properties of atmospheric aerosols over the European continent were investigated based on lidar measurements. Possibilities for an aerosol classification or so-called aerosol typing were presented and major aerosol types were specified. Former studies about the classification of aerosols were summarized and representative values for aerosol-type-dependent parameters were given. Case studies were used to demonstrate how observations of the European lidar network EARLINET from 2008 until 2010 were analyzed for aerosol layers and how model simulations and auxiliary data including the assessment of meteorological conditions were applied to determine the origin of each single aerosol layer. Thus, aerosol-type dependent parameters were evaluated and a novel method for the typing of aerosols was developed, which can be used, e.g., within algorithms of satellite data retrievals. Additionally, conversion factors were determined, which are needed for the harmonization of satellite data of present and upcoming missions. Furthermore, findings of the aerosol typing based on EARLINET data were compared to results of the aerosol classification scheme for satellite-borne lidar measurements onboard CALIPSO. It could be shown that deficient classifications of the aerosol type emerged systematically within the automated CALIPSO algorithm. Those wrong classification leads to an underestimation of the single-scattering albedo and hence to an overestimation of the warming effect of the respective aerosol layer. This overestimated warming effect has to be kept in mind for simulations of the global aerosol radiative effect based on CALIPSO data. / Die Bestimmung des direkten Strahlungsantriebs von Aerosolen ist mit großen Unsicherheiten behaftet. Inwiefern Aerosole die Strahlungsprozesse in der Atmosphäre beeinflussen ist abhängig von ihren optischen und mikrophysikalischen Eigenschaften. Zur Optimierung von Strahlungstransfersimulationen werden daher ergänzende Informationen über typspezifische Aerosoleigenschaften sowie die vertikale Aerosolverteilung benötigt. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden anhand von Lidarmessungen die vertikale und räumliche Verteilung atmosphärischer Aerosole über Europa analysiert sowie deren optische Eigenschaften ermittelt. Einleitend werden Möglichkeiten der Aerosolklassifizierung erläutert und Aerosoltypen spezifiziert, die über Europa beobachtet werden können. Vorherige Studien zur Aerosolklassifizierung sind in einer Literaturübersicht zusammengefasst. Anhand von Fallstudien wurde zunächst die Analyse von Beobachtungen des europäischen Lidarnetzwerkes EARLINET von 2008 bis 2010 auf das Vorhandensein von Aerosolschichten verdeutlicht. Die Herkunft jeder einzelnen Aerosolschicht wurde anschließend unter Verwendung von Modellrechnungen sowie weiteren Informationen bestimmt und aerosoltypspezifische Kenngrößen berechnet. Mit Hilfe dieser Kenngrößen ist es möglich, den Typ des Aerosols abzuleiten. Daraus wurde eine neuartige Methode zur Typisierung von Aerosolen entwickelt, die z.B. in Algorithmen zur Verarbeitung von Satellitendaten verwendet werden kann. Zusätzlich wurden Umrechnungsfaktoren bestimmt, die zur Zusammenführung und zum Vergleich von Daten aktueller und zukünftiger Satellitenmissionen benötigt werden. Die Ergebnisse der Aerosoltypisierung auf Basis von EARLINET-Daten wurden anschließend mit Ergebnissen der automatischen Typisierung weltraumbasierter Lidarmessungen des CALIPSO-Satelliten verglichen. Es konnte gezeigt werden, dass innerhalb des CALIPSO-Algorithmus systematisch fehlerhafte Klassifizierungen des Aerosoltyps auftreten. Diese falsche Klassifizierung führt zu einer Unterschätzung der Einfachstreualbedo und zu einer Überschätzung der erwärmenden Wirkung der betreffenden Aerosolschicht. Die überschätzte Wärmewirkung hat wiederum fehlerhafte Ergebnisse bei Strahlungstransferrechnungen, die auf CALIPSO-Daten basieren, zur Folge.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Einfluss einer hyperthermischen Stickstoffionenbestrahlung (Ekin < 25 eV) auf das Galliumnitrid-Schichtwachstum. Dabei wird insbesondere der Einfluss einer Oberflächenrekonstruktion, einer Strukturierung der Oberfläche, einer Zwischenschicht (Pufferschicht) und der Einfluss verschiedener Siliziumsubstratorientierungen auf das epitaktische Wachstum von dünnen Galliumnitrid-Schichten nach einer hyperthermischen Stickstoffionenbestrahlung diskutiert. Ziel war es, möglichst dünne, epitaktische und defektarme Galliumnitrid-Schichten zu erhalten. Für die Charakterisierung der Galliumnitrid-Schichten und der Siliziumsubstrate standen diverse Analysemethoden zur Verfügung. Die kristalline Oberflächenstruktur konnte während des Wachstums mittels Reflexionsbeugung hochenergetischer Elektronen beobachtet werden. Nachfolgend wurde die Oberflächentopografie, die kristalline Struktur und Textur, sowie die optischen Eigenschaften der Galliumnitrid-Schichten mittels Rasterkraftmikroskopie, Röntgenstrahl-Diffraktometrie, hochauflösender Transmissionselektronenmikroskopie und Photolumineszenzspektroskopie untersucht.