Die Diskussion über die Erreichung des 30-Hektar-Ziels wird bislang ausschließlich gesamtstaatlich geführt. Da das Ziel nur in Ansätzen regionalisiert wurde, entziehen sich regionale Beiträge zur Zielerreichung weitgehend einer analytischen Betrachtung. In diese Lücke stößt dieser Beitrag, in dem er eine hypothetische Allokation von Flächenausweisungskontingenten auf 33 deutsche Stadtregionen vornimmt und diese der realen Flächeninanspruchnahme in den Jahren 2011 bis 2017 gegenüberstellt. Ermöglicht wird somit eine Bilanz, in welchem Maße die Stadtregionen Beiträge zur Erreichung des bundesweiten Flächensparziels leisten konnten. Erkennbar wird eine starke Heterogenität, die sich nicht allein mit unterschiedlichen demografischen und ökonomischen Entwicklungen der Regionen erklären lässt.

Die Flächenneuinanspruchnahme (FNI) ist in Deutschland anhaltend hoch und liegt weit über dem Flächensparziel (30 ha/Tag). Nach wie vor werden jährlich zu viele Freiraumflächen als Bauland ausgewiesen. Um das Flächensparziel zu erreichen, ist eine Steuerung auf Grundlage eines verlässlichen Flächenmonitorings notwendig. In diesem Feld hat sich ergänzend zur amtlichen Flächenerhebung der Monitor der Siedlungs- und Freiraumentwicklung (IÖR-Monitor) etabliert. Dieser soll um eine Abschätzung der zu erwartenden Flächenneuinanspruchnahme perspektivisch ergänzt werden. Dazu wird hier eine Methodik vorgestellt, die auf Grundlage von Bebauungsplänen (B-Plänen) die Berechnung überplanter Freiraumfläche vornimmt. Die entwickelte Methodik wurde anhand von Daten der Bundesländer getestet, die bereits jetzt ihre B-Pläne zentral und mit GIS auswertbar online und kostenfrei zur Verfügung stellen. Das sind derzeit die Bundesländer Sachsen, Brandenburg, Baden-Württemberg, Mecklenburg-Vorpommern, Berlin und Hamburg (Stand 2020). Für diese wurden alle B-Pläne der Nutzungskategorie Siedlung bzw. Verkehr mit den ortsscharfen, aktuellen Flächennutzungsinformationen verschnitten und eine statistische Auswertung vorgenommen. Im Ergebnis stehen Informationen zu überplanten Freiraumflächen zur Verfügung, welche ein Maß für die zu erwartende FNI sind, wenn diese Planungen umgesetzt werden. Zudem kann mit dieser Methodik der Realisierungsstand von B-Plänen und die Betroffenheit verschiedener Flächennutzungsarten des Freiraums durch die geplanten Überbauungen auf allen Planungsebenen bilanziert werden.

Nachhaltigkeitsprozesse der Vereinten Nationen haben für Kommunen spätestens seit Verabschiedung der Agenda 21 eine hohe Relevanz. Mit dem SDG 11 und anderen (Unter-)Zielen, die zur nachhaltigen Stadt- und Gemeindeentwicklung beitragen sollen, wurde ihnen explizit eine entscheidende Rolle zugesprochen. Gleichwohl beziehen sich die 17 SDGs, die 169 Unterziele und die zugehörigen Indikatoren zur Erfolgskontrolle der globalen Ziele auf die nationale Ebene und benötigen somit Übertragungs- und Anpassungsleistungen für die kommunale Ebene. Im Rahmen der Arbeitsgruppe „SDG-Indikatoren für Kommunen“ hat das Deutsche Institut für Urbanistik im Auftrag und gemeinsam mit der Bertelsmann Stiftung und den kommunalen Spitzenverbänden (Deutscher Städtetag, Deutscher Städte-und Gemeindebund, Deutscher Landkreistag), dem Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung (BBSR), der Servicestelle Kommunen in der Einen Welt (SKEW) und weiteren begleitenden Gremien ein umfassendes Monitoring zum Status quo der SDGs auf kommunaler Ebene erarbeitet. Die inhaltliche Weiterentwicklung des ersten Indikatorenkatalogs von 2018 erfolgte nun auf Basis von Praxis-Erprobungen und umfassenden Evaluationen. Die Bewertung der gesammelten und entwickelten 120 Indikatoren stellte dabei in einigen Themenbereichen wie der Flächennutzung eine Herausforderung dar, die Diskrepanzen der Relevanz von SDGs je nach Perspektive und Ebene offenbaren.

Große gesellschaftliche Transformationen sind langwierige und komplexe Prozesse, die zahlreiche Wissensbereiche auf der Mikro-, Meso- und Makroebene sowie ökologische, ökonomische und soziale Implikationen betreffen. Das herkömmliche Nachhaltigkeitsmonitoring strebt dabei im Sinne einer präzisen Zustandsbeschreibung oftmals vielzählige Detailinformationen an und arbeitet meist mit nebeneinanderstehenden Indikatoren. Die Interaktion zwischen den Einzelindikatoren – das wesentliche Charakteristikum komplexer Situationen – bleibt dabei mithin unberücksichtigt. Auf Basis der Cross-Impact-Bilanzanalyse werden mit dem vorliegenden Beitrag daher die wechselseitigen Bedingtheiten der Landnutzung am Beispiel der Region Stuttgart in den Blick genommen und zu Szenarien verdichtet.

Die Umweltfernerkundung hat in den vergangenen zwei Jahrzehnten enorme Fortschritte erzielt und bietet Potenzial zur Erweiterung behördlicher Geodatenbestände und vielfältiger Anwendung. Insbesondere abbildende Hyperspektraldaten und Thermaldaten bieten die Möglichkeit für die Bereitstellung neuer thematische Informationen (GIS-Layer). Ein zentrales Einsatzgebiet ist die Analyse, Visualisierung und Bereitstellung von Informationen zu den Wirkungsketten grüner und blauer Infrastruktur in Landschaften und Siedlungen. Der Beitrag vermittelt einen Überblick zu Anwendungen, Aspekten und Anforderungen an die Akquise von Hyperspektraldaten und Thermaldaten.

Der Runde Tisch GIS e. V. hat im Jahr 2019 im Zuge einer Ausschreibung die Verwendung von Geomassendaten intensiv unterstützt, indem Pilotanwender aus verschiedenen Anwendungsbereichen aufgefordert wurden, auf Basis von Daten des Landesamtes für Digitalisierung, Breitband und Vermessung (LDBV) in Bayern mögliche Anwendungsszenarien zu skizzieren und darauf aufbauend im Rahmen einer einjährigen Projektarbeit zu untersuchen. In diesem Beitrag wird das Projekt „Solarpotenzialanalyse und Web-Visualisierung von 3D-Geomassendaten am Beispiel der Stadtregion München“ vorgestellt. Im Ergebnis wurde eine automatisierte GIS-basierte Methodik angewandt und getestet, die eine realitätsgetreue Erfassung und ein künftiges Monitoring des urbanen Grünbestandes ermöglicht. Zudem wurde ein Analysewerkzeug für die großflächige Bestimmung des Solarpotenzials für Dächer und Fassaden auf Basis von semantischen 3D-Stadtmodellen eingesetzt. Durch wiederkehrende Anwendung dieses Analysewerkzeuges können simulierte Testrechnungen aufgebaut werden, um Möglichkeiten der Zielerreichung hin zu einem klimaneutralen Energiesystem zu überprüfen. Die Ergebnisse der Grünmodellierung und der Solarpotenzialanalyse werden in einem browser-basierten 3D-Webclient visualisiert und können damit auch interaktiv betrachtet und ausgewertet werden.

Die Siedlungsentwicklung wird entscheidend durch die regional und lokal sehr unterschiedlichen Bodenrichtwerte geprägt. Der Bodenpreis spiegelt die lagespezifische Wertschätzung für eine bauliche Nutzung wider, zu der u. a. die Verkehrsanbindung, die Nachbarschaft, die Wohn- und Geschäftslage sowie die Umwelteinflüsse zählen (Hendricks 2017, 24 f.). Bodenrichtwerte basieren auf Durchschnittswerten von Verkäufen der letzten Zeit und werden durch Gutachterausschüsse für Grundstückswerte in Kartenform veröffentlicht. Inzwischen stehen diese Daten in einigen Bundesländern in Form von digitalen downloadbaren Geodaten bereit, teilweise sogar in verschiedenen Zeitschnitten. In diesem Beitrag wird nach einer Darstellung der bundesweiten Datenlage das Potenzial dieser Daten für die raumwissenschaftliche Forschung vorgestellt, eine Verarbeitungsmethodik beschrieben und die Entwicklung der Bodenrichtwerte differenziert nach BBSR-Raumtypen für eine bauliche bzw. landwirtschaftliche Nutzung am Beispiel von zwei Bundesländern vorgestellt.

Mit der Mission des Ice, Cloud and Land Elevation Satellite (ICESat) gelangte erstmals ein Laseraltimetersystem in einen erdgebundenen Orbit. Die vorliegende Arbeit verdeutlicht anhand von drei verschiedenen Anwendungen das Potenzial dieser Altimeterdaten zur Überwachung des Antarktischen und des Grönländischen Eisschilds. Beide Schilde bilden ein Schlüsselglied im globalen Klimasystem der Erde. In einem ersten Hauptabschnitt werden die ICESat-Altimeterdaten für das Gebiet des Lake Vostok, des größten Vertreters subglazialer Seen in der Antarktis, untersucht. Dieses Gebiet eignet sich durch die Höhenstabilität des über dem See liegenden Eisschilds insbesondere als Validierungsgebiet für Altimeterdaten. Diese werden hinsichtlich der zwischen den Lasern auftretenden Offsets umfassend analysiert. Die ermittelten Offsets variieren in einem Bereich zwischen -7.5 und +13.9 cm und erreichen damit die angestrebte Messgenauigkeit der Mission. Im Hinblick auf eine Bestimmung von zeitlich linearen Höhenänderungen der Eisschilde stellen sie den größten genauigkeits-limitierenden Faktor dar. Aus den um die Offsets korrigierten Altimeterdaten wird ein rasterförmiges Topographiemodell der Eisoberfläche erstellt. Dieses wird umfassend untersucht. Im Anschluss werden glaziologische Anwendungen vorgestellt, für welche das Topographiemodell eine zentrale Grundlage bildet. Unter anderem erfolgt in der Kombination mit Eisdicken- und Geoidinformationen der Nachweis, dass sich das Eis über dem See im hydrostatischen Gleichgewicht befindet. Im Zuge dieser Untersuchung wird aber auch deutlich, dass an einigen Stellen des Sees das Gleichgewicht verletzt wird. Mögliche Ursachen hierfür werden näher untersucht und eingehend diskutiert. Für den Grönländischen Eisschild erfolgt die Analyse der um die Laseroffsets korrigierten Altimeterdaten zur Ableitung zeitlich linearer Höhenänderungen. Die methodische Basis hierfür bildet eine Wiederholspuranalyse der Altimeterdaten. Zur Minimierung des Einflusses der lokalen Topographie und zur besseren Separation der saisonalen Höhenvariation werden die korrespondierenden Altimetermessungen entlang der Referenzspuren an ein drei-komponentiges mathematisches Modell durch Ausgleichung bestmöglich angepasst. Die für den ICESat-Missionszeitraum bestimmte mittlere Höhenrate des Eisschilds beträgt -13.0±0.5 cm/a. Die stärkste Höhenabnahme verzeichnet der Eisschild in den westlichen und südöstlichen küstennahen Randbereichen. Unter Verwendung der Eisdichte für die Volumen-Massen-Umrechnung entspricht dies einer Massenänderung von -209.5±35.6 Gt/a. Dies entspricht einem eustatischen Meeresspiegelanstieg von +0.6±0.1 mm/a. In einer dritten Anwendung werden die ICESat-Altimeterdaten über dem Amery-Schelfeises untersucht. Es wird eine Methodik vorgestellt, welche auf der Kreuzkorrelation von Höhenprofilen verschiedener Epochen beruht und zur Ableitung von Fließgeschwindigkeiten des Schelfeises dient. Der entwickelte Ansatz wird auf die ICESat-Referenzspur 49 angewendet. Sie verläuft entlang der zentralen Achse des Schelfeises. Im Bereich zwischen -71.6° und -70.1° Breite wächst die Fließgeschwindigkeit von +0.83±0.09 m/d auf +1.02±0.06 m/d an. Das Ergebnis steht im Einklang mit einem unabhängigen Geschwindigkeitsmodell, welches zur Validierung herangezogen wurde. / The Ice, Cloud and Land Elevation Satellite (ICESat) was the first Earth-orbiting laser altimeter mission in space. The following work is dedicated to the ICESat-altimetry data in order to demonstrate their full potential for the investigation of glaciological implications in polar regions. The primary science objective of the mission was to focus on the mass balances of the Greenland Ice Sheet and the Antarctic Ice Sheet. Both of them play a key role in the Earth's climate system. Firstly, the ICESat elevation profiles covering the Lake Vostok region are analysed in more detail. The Lake Vostok is the largest known subglacial lake in Antarctica to date. Due to a fast and strong degradation of the laser energy, the ICESat elevation measurements are affected by offsets. The estimated offsets between the laser operational periods vary between -7.5 und +13.9 cm. Therefore, they can't be neglected in the view of precise mass change determinations for ice sheets. In addition, a Digital Elevation Model (DEM) of the ice surface topography is generated on the basis of the adjusted elevation profiles. The DEM is analysed in more detail. Furthermore, the DEM forms the basis for the investigation of glaciological implications. In combination with an ice-thickness model and a regional geoid model the hydrostatic equilibrium condition is evaluated. It turns out, that the ice sheet covering the lake fulfils the hydrostatic equilibrium condition within ±1 m for large parts of the lake. Beside this, positive and negative deviations are found in the northern and southern part of the lake. Secondly, ice surface height changes and their temporal variations are inferred for the Greenland ice sheet. This investigation is based on a refined repeat-track analysis in order to exploit the full potential of ICESat's altimetry data. To reduce the influence of the local topography corresponding measurements along the track are fitted to a mathematical model, consisting of three components. For the entire ice sheet a mean surface height trend of -13.0±0.5 cm/yr is determined. The largest changes are identified at the coastal margins of the ice sheet. Using the ice surface height changes long-term volume- and mass-change rates are inferred. For this purpose the density of pure ice is used for the volume-mass-conversion. The overall long-term mass change rate amounts to -209.5±35.6 Gt/yr. This is equivalent to an eustatic sea level rise of +0.6±0.1 mm/yr. A third approach analyses ICESat elevation profiles over the Amery ice shelf. The method is based on a cross-correlation analysis of different ICESat repeat cycle in order to determine the ice flow velocity along the track. This method is applied to reference track 49. The investigation reveals that between 71.7° S and 70.1° S along the reference track, the ice-flow velocity increases from about +0.83±0.09 m/d to +1.02±0.06 m/d. These results are in general good agreement with velocities derived from an independent velocity field.

Anwender aus verschiedensten Fachgebieten stellen weitreichende Anforderungen an die Modellierung der Zeitdimension in den Geoinformationssystemen. Von Interesse ist dabei oft speziell eine Analyse der Dynamik der betrachteten Phänomene. Das Erfordernis, geeignete Methoden zur Erfassung und Verarbeitung von Zeitinformationen bereitzustellen, stand in den letzten Jahrzehnten im Fokus diverser Untersuchungen und Publikationen. Im Kontext dieser Entwicklung ist im Jahr 2002 auch eine ISO-Norm (ISO19108:2002, Zeitliche Schema) zu dieser Thematik erschienen. Die Möglichkeiten, die hinsichtlich dessen von aktuellen Geoinformationssystemen angeboten werden, bleiben im Allgemeinen hinter der genannten Norm zurück. In dieser Arbeit wird untersucht, inwiefern das Konzept des Zeitlichen Schemas der ISO durch einen Abstrakten Datentyp in einer Geodatenbank umgesetzt werden kann. Es erfolgt die Konzeption hierfür notwendiger Objekte und Funktionen. Ziel ist dabei die integrierte Erfassung, Verwaltung und Analyse von Zeitpunkten, -perioden sowie einfacher zeitlicher Komplexe. Weiter wird für den Informationsaustausch zwischen Nutzer und Datenbanksystem, aufbauend auf bestehenden Standards, eine textuelle Repräsentation der Objekte konzipiert. Die Umsetzbarkeit des Konzepts wurde durch eine prototypische Implementierung, in einer PostgreSQL-Datenbank mit PostGIS-Erweiterung, untersucht. Die prinzipielle Machbarkeit konnte nachgewiesen werden, Details werden in der Arbeit behandelt. / Users from various fields of expertise place a wide range of demands on the subject of time modelling in geographic information systems. Of particular interest in this area is often the analysis of the dynamics of spatial features. The demand of providing suitable methods for the collection and processing of time data has been the focus of diverse research projects and publications over the last decades. In the context of the previously mentioned development, an ISO standard (ISO19108:2002, Temporal Schema) regarding this issue was published in 2002. In general, the capabilities of today’s geographic information systems are far behind the theoretical potential provided by this ISO standard. This bachelor thesis examines the feasibility of how the Temporal Schema of the ISO standard can be implemented in a Geodatabase with an abstract data type. Therefore necessary objects and functions are conceptualized. The aim is the integrated capture, management and analysis of instants, periods of time and simple temporal complexes. Furthermore, according to existing standards, a textual representation of objects is designed for the exchange of information between users and database systems. The practicability of the concept is examined with an implementation prototype in a PostgreSQL database, using the PostGIS extension. In summary, it can be said that the theoretical feasibility of this approach is proven, the details are discussed in this thesis.

This study addresses the regulation of large river phytoplankton by climate-related drivers with the help of three different approaches, i.e. analyses of long-term data and spatial dynamics (longitudinal samplings) as well as mathematical modeling. The central hypothesis is that discharge has a dominant role among climate-related variables which strongly alters phytoplankton biomass development. A multi-factorial statistical analysis on the basis of long-term data (1990 – 2009; 1994 – 2009) from two measuring stations of the rivers Rhine and Elbe revealed that discharge conditions and light availability were the main driving forces regulating phytoplankton spring bloom dynamics. For the Rhine, a trend towards an earlier occurrence of the spring bloom event and a decrease in seasonal mean phytoplankton biomass could be detected, whereas for the Elbe no shift in the timing of the spring bloom and a tendency towards increasing seasonal mean phytoplankton biomass was found. Longitudinal sampling campaigns served to analyze the spatial plankton development on a short-term scale. River-internal growth and loss processes, as well as import mediated by tributaries were examined. Four longitudinal profiles were realized at different seasons in recent years (2009 – 2011) and it was revealed that tributaries mainly had a diluting impact on plankton densities in the Elbe and provided an additional import of phyto- and zooplankton densities in the Rhine. In the present study, high bivalve abundances were detected in the Rhine, probably leading to river-internal losses of phytoplankton which could compensate phytoplankton production resulting in low phytoplankton concentrations. In the Elbe, low abundances of bivalves and a low benthic grazing pressure prevailed. On the other hand, an unusually low discharge event in spring 2011 in the Rhine demonstrated that loss processes can at times be superimposed by strong phytoplankton production leading to extremely high phytoplankton biomasses and chlorophyll a values. Hence, despite the observed long-term trend of decreasing chlorophyll values in the last two decades, extreme environmental conditions can provoke regime shifts with exceptional phytoplankton mass developments. To assess the potential impacts of future climate change on water quality, the water quality simulation model QSim was used to establish a model for the free-flowing part of the Rhine. The modeling approach was implemented by changing the hydrological and climatologic input data according to different climate projections for the near (2021 – 2050) and the far future (2071 – 2100). The model results indicated a weak response of phytoplankton biomass in the Rhine towards altered climatic conditions, including discharge reductions and water temperature increases. The study suggests that changes in discharge rather than water temperature mediate climate change effects on large river phytoplankton. However, the effects are river specific as a consequence of system specific differences in main control mechanisms (e.g. ‘bottom-up’ versus ‘top-down’). / Anhand von drei verschiedenen Ansätzen analysiert die vorliegende Arbeit die Regulierung von Phytoplankton in großen Flüssen durch klimabedingte Faktoren: Auswertung von Langzeitdaten, räumliche Dynamik (fließzeitkonforme, longitudinale Beprobungen) und mathematische Modellierung. Die zentrale Hypothese ist, dass Abfluss eine dominante Rolle unter den klimabedingten Faktoren spielt und die Phytoplanktonbiomasse stark beeinflusst. Eine multifaktorielle statistische Analyse basierend auf Langzeitdaten (1990 – 2009; 1994 –2009) von zwei Stationen der Flüsse Rhein und Elbe zeigten, dass hauptsächlich Abflussbedingungen und Lichtverfügbarkeit die Antriebskräfte bei der Regulierung der Phytoplanktonfrühjahrsblüte darstellten. Während sich am Rhein ein Trend hin zu einem früheren Auftreten der Frühjahrsblüte und einer Abnahme der mittleren Phytoplankton-biomasse während der Vegetationsperiode zeigte, konnte für die Elbe keine zeitliche Verschiebung der Frühjahrsblüte festgestellt werden und mittlere Phytoplanktonbiomassen zeigten hier eine steigende Tendenz. Longitudinale Fließzeitbeprobungen dienten zur Analyse der kurzfristigen räumlichen Entwicklung des Planktons. Interne Produktions- und Verlustprozesse, sowie der Eintrag durch Zuflüsse wurden untersucht. Vier longitudinale Profile wurden zu unterschiedlichen Jahreszeiten der letzten Jahre (2009 – 2011) realisiert und es wurde gezeigt, dass die Nebenflüsse der Elbe vorwiegend einen Verdünnungseffekt auf die Planktondichten des Hauptstromes hatten, während sie für den Rhein einen wichtigen zusätzlichen Eintrag von Phyto- und Zooplankton darstellten. In der vorliegenden Arbeit wurden hohe Muscheldichten im Rhein gefunden, die möglicherweise zu hohen internen Planktonverlusten durch Fraß beigetragen haben, und somit zu niedrigen Phytoplankton-konzentrationen geführt haben könnten. In der Elbe waren die Muscheldichten dagegen gering und somit war auch der benthische Fraßdruck niedriger. Auf der anderen Seite zeigte ein ungewöhnlich niedriges Abflussereignis im Frühjahr 2011 am Rhein, dass diese Verlustprozesse zeitweise von starker Phytoplanktonproduktion überlagert werden können und dadurch extrem hohe Phytoplanktonbiomassen und Chlorophyllwerte entstehen können. Demzufolge können trotz der Beobachtung eines langfristigen abnehmenden Trends in den Chlorophyllgehalten während der letzen zwei Jahrzehnte extreme Umweltbedingungen einen Regime-shift mit außergewöhnlichen Massenentwicklungen des Phytoplanktons hervorrufen. Um den möglichen Einfluss des zukünftigen Klimawandels auf die Gewässergüte abzuschätzen, wurde mithilfe des Gewässergütesimulationsmodells QSim ein Modell für den frei fließenden Abschnitt des Rheins erstellt. Für den Modellierungsansatz wurden die hydrologischen und klimatologischen Eingangsdaten entsprechend der verschiedenen Klimaprojektionen für die nahe (2021 – 2050) und ferne Zukunft (2071 – 2100) verändert. Die Modellergebnisse zeigten, dass sich Änderungen in den klimatischen Bedingungen, einschließlich Abflussreduktion und Wassertemperaturanstieg, nur geringfügig auf die Phytoplankton¬biomasse des Rheins auswirkten. Die vorliegende Arbeit deutet darauf hin, dass Klimawandeleffekte eher durch Änderungen der Abflussverhältnisse auf das Phytoplankton in großen Flüssen wirken als durch Änderungen der Wassertemperatur. Der Effekt ist jedoch flusssystemspezifisch, da die Auswirkungen von systemspezifischen Unterschieden in den Hauptkontrollmechanismen gesteuert werden (z.B. ‚Bottom-up’ versus ‚Top-down’).