Asphaltstraßenkonstruktionen werden sowohl durch den Verkehr als auch thermisch, hervorgerufen durch die klimatischen Umgebungsbedingungen, belastet. Veränderungen dieser Klimabedingungen wirken sich unmittelbar auf die Steifigkeit und somit die Widerstandsfähigkeit gegenüber den in die Straßenbefestigungen eingetragenen Verkehrslasten aus. Zukünftige klimatische Veränderungen können, werden sie nicht rechtzeitig und zutreffend erfasst sowie bei der Dimensionierung von Asphaltstraßenkonstruktionen adäquat berücksichtigt, zu einer frühzeitigen substanziellen Schädigung (Ermüdung) großer Teile des Straßenverkehrsnetzes führen. Für einen sowohl im ökonomischen als auch im ökologischen Sinn nachhaltigen Straßenbau ist es notwendig, umfangreiche Kenntnisse zu den Belastungsfaktoren einer Straße sowie zu deren zukünftigen Entwicklungen zu erlangen. / The asphalt road surface response depends on the traffic loads and the temperatures within the asphalt layers. Any change in the climatic conditions directly influences the inflexibility properties and thus the resistance to permanent deformation of the asphalt layers. Future climatic changes may lead to early road surface damage if they are not considered adequately within the design process. For this reason, a broad knowledge of the relevant load factors is imperative as a basis for economically and ecologically sustainable road surface design and construction in the future.

Anpassung an den Klimawandel erfordert Wissen über die potenziellen regionalen und lokalen Wirkungen von Klima und Wetterextremen. Auswirkungen des Klimawandels können die Landwirtschaft, abhängig von Witterung, Standortqualität, Landnutzung und -management, sowohl positiv als auch negativ beeinflussen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass der Klimawandel sich einerseits direkt auf Funktionen von Agrarökosystemen auswirkt, andererseits aber auch Anpassungsmaßnahmen der Landwirtschaft Ökosystemdienstleistungen im ländlichen Raum beeinträchtigen können. Gefordert ist daher eine integrative Sicht der Wechselwirkungen. Aufgrund der komplexen Zusammenhänge muss die Bewertung zukünftiger Entwicklungen durch Simulationsmodelle unterstützt werden. Der Beitrag fasst Kenntnisse über den Einfluss des Klimawandels auf die Landwirtschaft zusammen und stellt beispielhaft modellgestützte Werkzeuge vor, die Auswirkungen des Klimawandels auf Agrarökosysteme simulieren und derzeit durch das Verbundvorhaben LandCaRe (Land, Climate and Resources) 2020 entwickelt werden. / Adaptation to climate change requires knowledge of the potential regional and local impact of climate and weather extremes. The effects of climate change on agriculture may be positive or negative, depending on weather conditions, site quality, land use and management. It must be considered that, on the one hand, climate change will directly affect functions of agro-ecosystems, while on the other hand, adaptation measures in agriculture may influence ecosystem services in rural areas. Therefore, an integrative view of possible interactions is necessary. Given the complex interdependencies, the evaluation of future developments must be supported by simulation models. The paper summarises current knowledge on the influence of climate change on agriculture and presents the model-based instruments which being currently developed by the joint project “LandCaRe (Land, Climate and Resources) 2020” to simulate the impact of climate change on agroecosystems.

Dieser Beitrag analysiert den aktuellen Stand der Offenlegung der Klimaleistung in den CO2- intensiven Branchen Energie und Zement. Unter Heranziehung einer Inhaltsanalyse werden 204 Umweltberichte aus den Jahren 2002 bis 2007 ausgewertet. Dabei wird untersucht, ob die Berichterstattung den Richtlinien der Global Reporting Initiative zur Kommunikation der Klimaleistung entspricht. Die zu untersuchenden Fragen lauten: Wie hat sich die Offenlegung der Klimaleistung entwickelt? Wie berichten Energie- und Zementunternehmen über ihre Klimaleistung? Ausgehend von der Stakeholdertheorie [1] wird dabei untersucht, ob sich ein stärkerer Druck von Anspruchsgruppen (Stakeholder) gegenüber der Energiebranche auch in einer besseren Berichterstattung widerspiegelt. Durch diese sektorspezifische Differenzierung und die Anwendung der Stakeholdertheorie ergänzt dieser Beitrag die vorhandene Literatur [2, 3] zur Offenlegung der Klimaleistung von Unternehmen. / This paper analyses the status quo of carbon disclosure in the carbon-intensive energy and cement industries. It makes use of content analysis to evaluate 204 environmental reports from the years 2002 to 2007, scrutinising the compliance of carbon disclosure with the guidelines of the Global Reporting Initiative. The issues investigated include: How has carbon disclosure evolved over time? What information on carbon management can be gained from the carbon disclosure of energy and cement companies? Based on stakeholder theory [1], the impact of higher external pressure on the energy sector regarding carbon disclosure will be assessed. It is proposed to add to existing literature on carbon disclosure [2, 3] by applying stakeholder theory and through a sectoral approach.

Anhand der aktuellen und prognostizierten verkehrlichen Treibhausgasemissionen wird einleitend die Bedeutung des Verkehrsbereiches für einen wirksamen Klimaschutz herausgestellt. Anschließend wird aus langfristigen Tragfähigkeitsbetrachtungen (ca. 1 – 2 t CO2- Äq./Person und Jahr) ein maximal denkbares Nutzungsniveau fossiler Energie für Verkehr abgeleitet, das deutlich unter den heutigen Verbräuchen liegt. Die Diskussion der sich daraus ergebenden Implikationen führt zu folgender Hauptschlussfolgerung: Es wird zukünftig weniger Verkehr geben (müssen), dies führt aber nicht zu weniger Mobilität, eher im Gegenteil. Veränderte Raumplanung, Nähe, Nutzenmischung usw. erlauben es, Mobilitätsbedürfnisse sauberer, leiser und gesünder zu erfüllen. / The paper highlights the importance of the factor “traffic” in any effective climate protection regime. Based on long-term sustainability studies, a maximum acceptable level of individual annual CO2 emissions from fossil fuels is determined. The figure proposed is far below present-day levels. Implications are discussed and the following main conclusion is derived: Future societies will have to make do with considerably less traffic: However, this will not necessarily lead to less mobility. On the contrary, different patterns of land use, multi-functional urban structures, new pricing regimes, altered travel patterns and technical improvements will actually permit greater mobility (e.g. among groups socially excluded today) with less traffic.

Im Rahmen des Forschungsverbundvorhabens „Veränderung und Management der Risiken extremer Hochwasserereignisse in großen Flussgebieten – am Beispiel der Elbe“ wurden verschiedene Handlungsstrategien zur Verringerung potenzieller Hochwasserrisiken unter Berücksichtigung des Klimawandels untersucht. Risiko wird als Produkt aus Schaden und Eintrittswahrscheinlichkeit definiert. Eine Möglichkeit zur Minderung des Risikos infolge von Hochwasserereignissen besteht demnach in der Beeinflussung der Eintrittswahrscheinlichkeit bzw. aus wasserwirtschaftlicher Sicht des damit einhergehenden Hochwasserabflusses. Der vorliegende Beitrag zeigt Möglichkeiten der Hochwasserscheitelabsenkung mithilfe potenzieller, gesteuerter Flutpolder an der Elbe als Reaktion auf eine mögliche Erhöhung der Hochwasserrisiken infolge des Klimawandels auf. Diesbezüglich werden die angewendeten Modelle zur numerischen Berechnung der hydrologischen und hydraulischen Verhältnisse, die Auswahl von Standorten, wasserbauliche Grobkonzeptionen sowie Besonderheiten bei der Bemessung potenzieller Flutpolder an der Elbe erläutert. / As part of the integrated research project “Changes and management of risks of extreme flood events in large river basins – the example of the Elbe River”, various strategies to reduce potential flood risks, including climate change considerations, have been investigated. Risk is defined as a product of injury and probability of occurrence. With regard to hydraulics, one way to reduce the risk resulting from floods is to manage the discharge during the flood’s peak. This paper introduces the possibility of managing flood peak reduction using controllable flood polders along the Elbe in response to the possible risk of increased flooding due to climate change. The numerical models used to calculate the hydrological and hydraulic conditions are explained, alongside discussion of the site selection and preliminary hydraulic designs for potential flood polders.

In this cumulative dissertation, different features and methods are presented to assess and process multi-sensor derived radar data for climatological analysis. The overall objectives were to appraise the limitations of an hourly radar-based quantitative precipitation estimate (QPE) product and to develop and apply reasonable approaches to process these data. Hence the spatial and temporal limitations of radar-derived precipitation rates are discussed in the context of climatological applications, and two types of climatologies are obtained, first a climatology of daily precipitation fields and second a long term precipitation climatology. These relate to questions concerning the methodologies rather than climatological significance or assessment of precipitation and its role in the water balance. Current radar data availability limits such a hydro-climatic analysis. The thesis consists of three peer-reviewed publications. All investigations in this thesis are based on the RADOLAN rw-product of the German Weather Service (DWD) for an extended study region including the Free State of Saxony, Germany, for the period from April 2004 to November 2011. The first publication is dedicated to the classification of daily precipitation fields by unsupervised neural networks. In the presented work, the quality of the radar-derived precipitation rates is analysed by a temporal comparison between recording and non-recording gauges and the corresponding pixels of the RADOLAN rw-product on hourly and daily bases. The analysis shows that a temporal aggregation of the original product should be limited to a temporal scale up to 24 h because of the processing algorithms and the reappearance of previously suppressed errors. Nevertheless, an unsupervised neural network was successfully used for the classification of daily patterns. The derived daily precipitation classes and corresponding precipitation patterns could be assigned to properties of the associated weather patterns and seasonal dependencies. Hence, it could be shown that the classified patterns not only occurred by chance but by statistically proven properties of the atmosphere and of the season. The second publication is primarily concerned with two tasks: first, the pixel-wise fitting of mixture distributions on the bases of the obtained patterns from the first publication, and second, the analysis of spatial consistency of the radar-derived precipitation data set. The fitted parametric distribution functions were analysed in terms of Akaike\'s information criterion and the Kolmogorov-Smirnov test. These benchmarks showed, that the performances are best for mixture distributions derived by an initial classification by an unsupervised neural network and cluster analysis, and by gamma distributions. These results underline the significance of the derived precipitation classes obtained in the first publication. Furthermore, the Kolmogorov-Smirnov test indicates that independent of the distribution function, the radar-derived daily precipitation rates under the assumption of the deployed parametric distribution function has the best or most natural order of precipitation rates at spatial scales from 2 to 4 km for daily precipitation fields. Thus, it is recommended to use the original radar product at these scales rather than at 1 km resolution for daily precipitation sums. In the last publication, the focus shifts from daily to long-term precipitation climatology. The work introduces a rapid and simple approach for processing radar-derived precipitation rates for long-term climatologies. The method could successfully be applied to the radar-derived precipitation rates by excluding or correcting the errors that reappear due to temporal aggregation. Despite the fact that the approach is empirical, the introduced parameters could almost be objectively derived by means of simulation and optimisation. This could be achieved by utilising the reasonable relationship between elevation and precipitation rates for longer periods. Finally, the obtained results are compared to two independently derived precipitation data sets. The comparison shows good agreement of the precipitation fields and illustrates a reasonable application of the introduced procedure. The presented results support the application of the approach for precipitation aggregates of, at least, annual or longer periods. However the derivation of climatologies led to satisfactory results at the respective temporal scales, though the influence of radar-specific errors can only be minimized to a certain degree. Further studies have to prove if an application independent processing of radar-derived precipitation rates leads to higher qualities and validities of the derived data in time and space.

The planning and implementation of effective water resources management strategies need an assessment of multiple (physical, environmental, and socio-economic) issues, and often requires new research in which knowledge of diverse disciplines are combined in a unified methodological and operational framework. Such integrative research to link different knowledge domains faces several practical challenges. The complexities are further compounded by multiple actors frequently with conflicting interests and multiple uncertainties about the consequences of potential management decisions. This thesis aims to overcome some of these challenges, and to demonstrate how new modeling approaches can provide successful integrative water resources research. It focuses on the development of new integrated modeling approaches which allow integration of not only physical processes but also socio-economic and environmental issues and uncertainties inherent in water resources systems. To achieve this goal, two new approaches are developed in this thesis. At first, a Bayesian network (BN)-based decision support tool is developed to conceptualize hydrological and socio-economic interaction for supporting management decisions of coupled groundwater-agricultural systems. The method demonstrates the value of combining different commonly used integrated modeling approaches. Coupled component models are applied to simulate the nonlinearity and feedbacks of strongly interacting groundwater-agricultural hydrosystems. Afterwards, a BN is used to integrate the coupled component model results with empirical knowledge and stakeholder inputs. In the second part of this thesis, a fuzzy-stochastic multiple criteria decision analysis tool is developed to systematically quantify both probabilistic and fuzzy uncertainties associated with complex hydrosystems management. It integrates physical process-based models, fuzzy logic, expert involvement and stochastic simulation within a general framework. Subsequently, the proposed new approaches are applied to a water-scarce coastal arid region water management problem in northern Oman, where saltwater intrusion into a coastal aquifer due to excessive groundwater extraction for irrigated agriculture has affected the aquifer sustainability, endangering associated socio-economic conditions as well as traditional social structures. The results show the effectiveness of the proposed methods. The first method can aid in the impact assessment of alternative management interventions on sustainability of aquifer systems while accounting for economic (agriculture) and societal interests (employment in agricultural sector) in the study area. Results from the second method have provided key decision alternatives which can serve as a platform for negotiation and further exploration. In addition, this approach suits to systematically quantify both probabilistic and fuzzy uncertainties associated with the decision problem. The new approaches can be applied to address the complexities and uncertainties inherent in water resource systems to support management decisions, while serving as a platform for stakeholder participation.

Die Veränderungen des Klimas sind heutzutage weitgehend unbestritten. Der urbane Raum ist davon besonders betroffen. Zum einen werden die Klimaänderungen durch die Siedlungsstruktur noch verstärkt und zum anderen sind hier, bedingt durch die Zunahme der Stadtbevölkerung, besonders viele Menschen von den negativen Folgen des Klimawandels betroffen. Ziel aktueller Forschungsarbeit muss es also sein, die Zusammenhänge und Auswirkungen des Klimawandels zu verstehen und dabei die natürlichen Ursachen von den anthropogen induzierten Einflüssen zu trennen. Erst das Verständnis des Zusammenwirkens der verschiedenen Faktoren ermöglicht es, Handlungsempfehlungen abzuleiten, um auf die Folgen der Klimaänderung zu reagieren oder diese zu vermeiden. Die Fernerkundung ermöglicht die flächendeckende Beobachtung klimatischer Veränderungen auf verschiedenen maßstäblichen Ebenen. Die rasante Entwicklung der Satellitentechnologie ermöglicht dabei einen immer detaillierteren Blick auf unsere Erdoberfläche. Diese geometrisch hochaufgelösten Daten bieten die Chance, bestehende Modelle zum Klimawandel, zum Wasserhaushalt oder zur Siedlungsentwicklung zu verdichten und die Konsequenzen des menschlichen Handels auf der Erdoberfläche zu analysieren. Die Aufgabe dieser Arbeit bestand darin, die Einsatzmöglichkeiten geometrisch hochauflösender Fernerkundungsdaten, am Beispiel von IKONOS-Daten, zur Informationsgewinnung für hydrologische Modelle, die im urbanen Raum anwendbar sind, zu prüfen. Dazu wurden zunächst die besonderen klimatischen Bedingungen des urbanen Raumes untersucht. Des Weiteren wurde der Einsatz von Fernerkundungsdaten zur Beobachtung von Klimaparametern untersucht und verschiedene Fernerkundungsmethoden zur Bestimmung der einzelnen hydrologischen Variablen vorgestellt. Für die Modellierung des Energie- und Wasserhaushalts urbaner Räume sind nicht nur geeignete klimatisch-hydrologische Modelle, sondern auch entsprechend verdichtete Inputdaten notwendig. Dies bezieht sich nicht nur auf Parameter wie Niederschlag und Bodenfeuchte, sondern auch auf die Landnutzung. Gerade in urbanen Räumen, deren Flächennutzung häufig sehr heterogen ist und innerhalb kleiner Flächen einem häufigen Wechsel unterliegt, sind besonders detaillierte Informationen zur Landnutzung und zur Oberflächenbedeckung notwendig, um auch für kleinere Gebiete, wie Stadtteile oder Quartiere, valide Aussagen über die klimatischen und hydrologischen Bedingungen treffen zu können. Ausgehend von bereits existierenden hydrologischen Modellen wurde zunächst ein für den urbanen Raum angepasstes Modell vorgestellt und die entsprechenden Anforderungen an den Parameter Landnutzung definiert. Am Beispiel des Untersuchungsgebietes Heidenau konnte gezeigt werden, dass geometrisch hochauflösende Daten, in diesem Fall IKONOS, differenzierte Flächennutzungsinformationen zur Anwendung hydrologischer Modelle im Bezugsraum Stadt bereitstellen können.

Während die güteorientierte Bewirtschaftung von Stauräumen in der Vergangenheit hauptsächlich bei der langfristigen Bewirtschaftung eine Rolle spielte, gewinnt sie in jüngerer Zeit immer mehr auch bei der kurzfristigen Abflusssteuerung als Vorentlastung und während der Hochwasserereignisse an Bedeutung. Dabei soll vor allem die Entlastung aus Horizonten mit geringerer Wasserqualität ermöglicht werden. Der vorliegende Beitrag beschäftigt sich mit den diesbezüglichen Möglichkeiten bei Nutzung vorhandener Entnahmeeinrichtungen und den Anforderungen an bauliche Ergänzungen. Es werden Grundsätze für die Planung, die Berechnung, den Betrieb und die Überwachung aus hydraulischer Sicht besprochen.

The heavy rainfall event in August 2002 in Saxony/Germany caused the break of a flood retaining basin in a valley of the Erzgebirge Mountains. The rainfall event with ists hyrologic characteristics and dam break event were analysed and an outflow hydrograph was determing. The propagation of the dam break flood wave in the valleyas of the Briesnitz and Müglitz Rivers has been simulated. Calculated values were compared with some observed data.