Die Veröffentlichung dokumentiert die Ergebnisse eines Forschungsprojektes, in dem untersucht wurde, welchen Einfluss großräumige Strömungsmuster in der Atmosphäre (Großwetterlagen) auf das Auftreten von Wetterextremen in Sachsen hatten und zukünftig haben können. Dafür wurde ein Verfahren zur Klassifikation durch multiple Regression entwickelt und angewendet. Belastbare Zunahmen von Wetterextremen sind z. B. bei heißen und niederschlagsarmen warmen Tagen sowie etwas weniger sicher bei Schwüle und Starkwind im Winterhalbjahr zu erwarten. Die Veröffentlichung richtet sich an Klimaforscher, -modellentwickler und -modellanwender.

Aus der Einleitung: The calculation and prediction of river flow is a very old problem. Especially extremely high values of the runoff can cause enormous economic damage. A system which precisely predicts the runoff and warns in case of a flood event can prevent a high amount of the damages. On the basis of a good flood forecast, one can take action by preventive methods and warnings. An efficient constructional flood retention can reduce the effects of a flood event enormously.With a precise runoff prediction with longer lead times (>48h), the dam administration is enabled to give order to their gatekeepers to empty dams and reservoirs very fast, following a smart strategy. With a good timing, that enables the dams later to store and retain the peak of the flood and to reduce all effects of damage in the downstream. A warning of people in possible flooded areas with greater lead time, enables them to evacuate not fixed things like cars, computers, important documents and so on. Additionally it is possible to use the underlying rainfall-runoff model to perform runoff simulations to find out which areas are threatened at which precipitation events and associated runoff in the river. Altogether these methods can avoid a huge amount of economic damage.:List of Symbols and Abbreviations S. III 1 Introduction S. 1 2 Process based Rainfall-Runoff Modelling S. 5 2.1 Basics of runoff processes S. 5 2.2 Physically based rainfall-runoff and hydrodynamic river models S. 15 3 Portraying Rainfall-Runoff Processes with Neural Networks S. 21 3.1 The Challenge in General S. 22 3.2 State-of-the-art Approaches S. 24 3.3 Architectures of neural networks for time series prediction S. 26 4 Requirements specification S. 33 5 The PAI-OFF approach as the base of the system S. 35 5.1 Pre-Processing of the Input Data S. 37 5.2 Operating and training the PoNN S. 47 5.3 The PAI-OFF approach - an Intelligent System S. 52 6 Design and Implementation S. 55 6.1 Design S. 55 6.2 Implementation S. 58 6.3 Exported interface definition S. 62 6.4 Displaying output data with involvement of uncertainty S. 64 7 Results and Discussion S. 69 7.1 Evaluation of the Results S. 69 7.2 Discussion of the achieved state S. 75 8 Conclusion and FutureWork S. 77 8.1 Access to real-time meteorological input data S. 77 8.2 Using further developed prediction methods S. 79 8.3 Development of a graphical user interface S. 80 Bibliography S. 83

Die Publikation beschreibt den Aufbau und die Arbeitsweise eines Wettergenerators, der in der Lage ist, für einen Großteil von Witterungsbedingungen plausible und über alle Klimaelemente konsistente Stundendaten zu erzeugen. Er kann auf beliebige Klimastationen (bzw. Rasterzellen) angewendet werden. Damit wird dem Problem der für lange Zeiträume geringen flächenhaften Informationsdichte für meteorologische Daten in Stundenauflösung begegnet. Meteorologische Daten in stündlicher Auflösung werden für Anwendungen, wie z. B. die Hochwasser- oder Erosionsmodellierung, benötigt. Der Wettergenerator und das Nutzerhandbuch sind über das Regionale Klimainformationssystem ReKIS frei zugänglich. Redaktionsschluss: 05.04.2019

The work analyses contemporary weather broadcasting in Czech television (Česká televize). in the Czech Republic and abroad. Through an analysis of a selected broadcasting day of ČT24 like. On the basis of interviews with expert editors employed in Česká televize the work

Das Klimaziel, die Erwärmung der Erdatmosphäre bis 2100 auf 2°C zu begrenzen, erfordert bis 2050 eine weltweite Energieversorgung ohne Kohlendioxidausstoß. Mit anderen Maßnahmen ist die erforderliche Verminderung nicht zu erreichen, da bestimmte industrielle Prozesse und Verkehrsvorgänge in absehbarer Zeit kaum ohne Ausstoß von CO2 gefahren werden können. Nach dem UN-Klimarat muss die Trendwende in den nächsten zehn Jahren erfolgen, um in den Reduktionspfad einschwenken zu können. Wir verstehen Klimaschutz als gemeinsame globale Aufgabe, an der sich die Länder Brandenburg, Sachsen-Anhalt und Sachsen vorbildlich beteiligen müssen. Klimaziele ernst nehmen, heißt anzuerkennen, dass Industriestaaten wie Deutschland ihre Emissionen bis zur Jahrhundertmitte um 90 Prozent reduzieren müssen. Der Atomausstieg darf deshalb nicht zur Renaissance der Braunkohle führen, da eine klimaverträgliche und generationengerechte Energieversorgung nur ohne Braunkohleverstromung möglich ist. Entgegen der Behauptungen der Landesregierungen von Brandenburg, Sachsen-Anhalt und Sachsen ist sie als Brückentechnologie ungeeignet, weil sie die durch den Umbau der Energieversorgung schrittweise zu erreichenden Klimaziele sofort wieder zunichte machen würde. Selbst die wenig ambitionierten und teilweise schon wieder in Frage gestellten Klimaziele für 2020 der Regierungen in Brandenburg (Reduktion der energiebedingten Emissionen um 5,6 Mio. Tonnen gegenüber 2006)1, Sachsen-Anhalt (Reduktion der Treibhausgasemissionen um 6,9 Mio. Tonnen gegenüber 2005)2 und Sachsen (Reduktion der energiebedingten Emissionen im Emissionshandelsbereich um 6,9 Mio. Tonnen gegenüber 2005)3 lassen sich nur mit der Abschaltung von Braunkohlekraftwerken erreichen. Neue Kraftwerke würden alle Klimaschutzbemühungen konterkarieren.:Einführung.................................................................................................................3 1. Braunkohleausstieg bis 2030................................................................................5 1.1 Braunkohle beschleunigt den Klimawandel........................................................5 1.2 CCS ist keine Lösung..........................................................................................6 1.3 Braunkohleverstromung ist teuer für die Gesellschaft........................................8 1.4 Braunkohle wird zunehmend unwirtschaftlich.....................................................9 1.5. Braunkohleabbau vernichtet Dörfer und vertreibt Menschen...........................10 1.6. Die bestehenden Tagebaue reichen bis zum Ende des Kohlezeitalters aus. .11 1.7 Arbeitsplätze in der Braunkohle .......................................................................13 2. Erneuerbaren Energien gehört die Zukunft.............................................14 2.1 Das Märchen von der Grundlast.......................................................................14 2.2 Die Erneuerbaren können den kompletten Strombedarf decken......................14 2.3 Erdgas als Übergangstechnik auf dem Weg zu 100% Erneuerbare Energien 16 2.4 Chancen für den Arbeitsmarkt und die Wirtschaft.............................................18 2.5 Ausblick.............................................................................................................18

Der Leitfaden soll Kommunen sowie Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben, insbesondere Freiwillige Feuerwehren, bei einer systematischen Vorgehensweise zur Identifikation und Analyse von Gefahrenhotspots infolge Starkregen und Hochwasser unterstützen.:1 Anlass und Zielstellung 1 2 Starkregen und Hochwasser beobachten und Informationen sammeln 4 2.1 Wie stellt sich die Situation dar? 4 2.2 Welche Informationen werden benötigt? 5 3 Erfassen und Dokumentieren 6 3.1 Das Hochwasser/Schaden Erfassungstool 7 3.1.1 Web-Plattform 8 3.1.2 Erfassungsbogen 9 3.2 Methoden der Erfassung 9 3.2.1 Gesprächsrunde 10 3.2.2 Ortsbegehung 11 3.2.3 Selbsterfassung 12 4 Analysieren und Schlussfolgern 13 4.1 Analyse der Datenbank 13 4.1.1 Plausibilisierung der Daten 13 4.1.2 Analyse der Daten 13 4.1.3 Auswertung der Daten 18 4.2 Einbeziehen zusätzlicher Geoinformationen 21 4.2.1 Fließwege 21 4.2.2 Erosionsgefährdung 23 4.2.3 Überschwemmungsgebiete 24 5 Handlungsbedarf ableiten 26 6 Anhang 28 6.1 Durchführungsbeispiel Gesprächsrunde 28 6.2 Formular Erfassungsbogen 34 6.3 Gute Fotos für die Ereignisdokumentation 36 6.4 Benutzeranleitung „Hochwasser/Schaden-Erfassungstool“ 40 6.5 Übungsbox „Hochwasser/Schadens-Erfassungstool“ 52 6.6 Technische Anleitung zur Datenanalyse 66 6.7 Kurzüberblick „Private Hochwasservorsorge“ 70 7 Referenzen 81 / Dieser Leitfaden wurde im Rahmen des Projektes 'VEREINT ‐ Kooperativ organisierter Bevölkerungsschutz bei extremen Wetterlagen' durch die Technische Universität Dresden, Professur Hydrologie erstellt.:1 Anlass und Zielstellung 1 2 Starkregen und Hochwasser beobachten und Informationen sammeln 4 2.1 Wie stellt sich die Situation dar? 4 2.2 Welche Informationen werden benötigt? 5 3 Erfassen und Dokumentieren 6 3.1 Das Hochwasser/Schaden Erfassungstool 7 3.1.1 Web-Plattform 8 3.1.2 Erfassungsbogen 9 3.2 Methoden der Erfassung 9 3.2.1 Gesprächsrunde 10 3.2.2 Ortsbegehung 11 3.2.3 Selbsterfassung 12 4 Analysieren und Schlussfolgern 13 4.1 Analyse der Datenbank 13 4.1.1 Plausibilisierung der Daten 13 4.1.2 Analyse der Daten 13 4.1.3 Auswertung der Daten 18 4.2 Einbeziehen zusätzlicher Geoinformationen 21 4.2.1 Fließwege 21 4.2.2 Erosionsgefährdung 23 4.2.3 Überschwemmungsgebiete 24 5 Handlungsbedarf ableiten 26 6 Anhang 28 6.1 Durchführungsbeispiel Gesprächsrunde 28 6.2 Formular Erfassungsbogen 34 6.3 Gute Fotos für die Ereignisdokumentation 36 6.4 Benutzeranleitung „Hochwasser/Schaden-Erfassungstool“ 40 6.5 Übungsbox „Hochwasser/Schadens-Erfassungstool“ 52 6.6 Technische Anleitung zur Datenanalyse 66 6.7 Kurzüberblick „Private Hochwasservorsorge“ 70 7 Referenzen 81

Die Luftverschmutzung ist weltweit nach wie vor eines der größten Umweltprobleme. Bei der Ursachenanalyse gestaltet es sich als besonders schwierig den höchst variablen Einfluss der meteorologischen Bedingungen auf die Schadstoffkonzentration zu eliminieren (Immission) und damit wirksame Luftreinhaltemaßnahmen zu entwickeln. Mit der vorliegenden Arbeit werden Methoden vorgestellt und diskutiert, die das natürlich vorkommende radioaktive Edelgas Radon als atmosphärischen Tracer nutzen, um den Einfluss der meteorologischen Bedingungen auf die Immissionskonzentration auszuschalten und damit unterschiedliche Schadstoffkonzentrationen objektiv vergleichbar zu machen. Für einen Zeitraum von vier Jahren wurden hierfür an einer Luftgütemessstation des städtischen Hintergrunds die Luftschadstoffe Stickstoffdioxid (NO2) und Feinstaub als PM10 und PM2.5 sowie das radioaktive Edelgas Radon gemessen. Zudem wurden Daten einer verkehrsnahen Station verwendet sowie meteorologische Daten. / Air pollution is one of the main environmental problems worldwide. Beside the emission the spread of air pollutants is affected by the shape of the earth surface, the land use and the meteorological conditions of the near surface atmosphere. In this conection the meteorological conditions are very difficult to estimate, because these conditions are a result of the combination of many variables which furthermore change in a short period. With this work are methods presented and discussed which use the naturally occurring noble gas Radon as a tracer in the atmospheric boundary layer. Measured data were analyzed with statistical methods and the Radon-Tracer-Method. For a period of four years there were measured the air pollutants nitrogen dioxide (NO2) and particulate matter (PM10, PM2.5) and the tracer Radon. The measurement took place at an air quality control station in the urban background. Furthermore, there were used data from an urban traffic station at a high frequented main street (hot spot) and meteorological data.

Der hydrologische Kreislauf versorgt die Menschheit mit Wasserressourcen, die für ihr Wohlergehen unabdingbar sind. Ziel dieser Arbeit ist es, das Verständnis über klimabedingte Veränderungen des hydrologischen Kreislaufs zu verbessern, wie diese die Verfügbarkeit von Wasserressourcen in der Zukunft beeinflussen und welche Möglichkeiten bestehen, den Druck auf die verfügbaren Wasserressourcen durch Verringerung des anthropogenen Wasserverbrauchs zu reduzieren. Diese Dissertation zeigt, dass der Klimawandel eine große Bedrohung für die Wasserversorgung der zukünftigen Bevölkerung darstellt. Durch Begrenzung des Anstiegs der globalen Mitteltemperatur auf 2 K oder sogar 1,5 K über das vorindustrielle Niveau können gravierende negative Auswirkungen auf die Wasserverfügbarkeit jedoch weitgehend vermieden werden. Dennoch wären einige Regionen wie der Mittelmeerraum "eher wahrscheinlich" von schwerwiegenden hydrologischen Veränderungen betroffen, und in großen Teilen der Welt könnten negative Auswirkungen auf die Wasserverfügbarkeit aufgrund der großen Unsicherheiten in den Projektionen nicht ausgeschlossen werden. Bei der Untersuchung der Nachfrageseite liegt der Schwerpunkt auf der Wassernutzung in der Tierproduktion. Diese Dissertation schätzt den gegenwärtigen Wasserverbrauch für die Produktion von Tierfutter auf 4666 km3/yr (44 % des gesamten landwirtschaftlichen Wasserverbrauchs). Große Verbesserungen der Wasserproduktivität können bei Schweinen und Geflügel durch Verbesserungen sowohl in der Futtermittelproduktion als auch in der Tierhaltung erzielt werden. Bei Wiederkäuern liegt das größte Potenzial in der Verbesserung der Tierhaltung. Allerdings geht eine effizientere Futterverwertung bei Wiederkäuern, die durch erhöhte Beigabe von Kraftfutter erzielt wird, mit einem erhöhten Wasserbedarf für die Produktion des Futters einher. Dadurch ist die Verbesserung der Wasserproduktivität bei Wiederkäuern begrenzt. / The hydrological cycle provides humanity with water resources that are essential for its well-being. The aim of this thesis is to advance the understanding of climate-related changes in the hydrological cycle, how they will affect the availability of water resources in the future, and what opportunities exist to reduce anthropogenic water use to lower the pressure on water resources. This thesis demonstrates that climate change is a large threat to freshwater supply for future populations. Limiting the increase in global mean temperature to 2 K or even 1.5 K above pre-industrial levels can mitigate most of the severe negative impacts on water resources. However, some regions such as the Mediterranean would still ‘more likely than not’ be affected by severe hydrological change, and in large parts of the world, negative impacts on water availability could not be ruled out due to the large uncertainties in the projections. On the demand side, the focus is on water use in the livestock sector. This thesis estimates that about 4666 km3/yr (44 % of total agricultural water use) are currently used for feed production for the livestock sector. Large improvements in livestock water productivity can be achieved for pigs and poultry by improvements in feed production and livestock rearing alike. For ruminants, the largest potential lies in improving livestock management. However, improving the feed use efficiency of ruminants through increased supplementation with forage crops comes at the cost of increased water requirements to produce the feed. This limits the potential for improving livestock water productivity in ruminant production.

Die Verschmutzung von Süßgewässern mit organischen Mikroschadstoffen ist ein Problem, das sich weltweit zunehmend verschärft. Die vorliegende Doktorarbeit soll zu einem besseren Verständnis des Verhaltens einzelner Mikroschadstoffe und deren Transformationsprodukten in Flüssen beitragen, sowie die Rolle relevanter Einflussfaktoren untersuchen. Verhalten verschiedener Stoffe wurde im Oberflächenwasser eines urbanen Flusses analysiert. Es zeigte sich, dass die Sonneneinstrahlung für einige Verbindungen der wichtigste Einflussfaktor ist, während andere eher biologisch abgebaut wurden. Die Mahd von Makrophyten hatte ebenfalls stoffspezifische Folgen auf den Abbau. Um langfristige Variabilität von Stofftransport besser zu verstehen wurde eine neue Methode zur Schätzung des Stofftransports anhand von Schwankungen der elektrischen Leitfähigkeit getestet. Einige Stofftransportparameter änderten sich über die Jahreszeiten hinweg und transiente Speicherung unterschied sich zwischen den Flussabschnitten. Um im Besonderen den Einfluss von mikrobieller Diversität und von hyporheischem Austausch zu bewerten, wurde ein Meskosmenexperiment mit 20 rezirkulierenden Fließrinnen entwickelt. Es konnte festgestellt werden, dass vor allem mikrobielle Diversität einen starken Einfluss hat. Der neue Versuchsaufbau kann zukünftig für die Untersuchung weiterer Variablen Verwendung finden. Schließlich wurden Mikroschadstoffe und Transformationsprodukte in der hyporheischen Zone der Fließrinnen analysiert. Das Verhalten war sowohl stoffspezifisch als auch fließwegspezifisch. Die Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung des oberflächennahen, hyporheischen Austauschs auf den Stoffabbau. Im Allgemeinen konnte die hohe Variabilität des Abbaus von Mikroschadstoffen mit besonderer Relevanz der hyporheischen Zone und der mikrobiellen Diversität nachgewiesen werden. Diese Faktoren sollten in zukünftigen Forschungsvorhaben besonders berücksichtigt werden. / Contamination of freshwaters with organic micropollutants is a worldwide emerging problem. The present thesis aims to contribute to a better understanding of the variability of the behaviour of individual micropollutants, the formation of transformation products in rivers and the specific role of relevant influencing factors. The behaviour of several substances was investigated in the surface water of an urban river by accounting for spatial and temporal dynamics. Solar radiation was identified to be the major driver for some compounds, while others were more susceptible to biodegradation. The response to macrophyte removal was also compound-specific. To better understand long-term variability of solute transport on a reach-scale a new method to estimate solute transport by use of electrical conductivity fluctuations was proposed and tested. Some solute transport metrics changed over the seasons and transient storage differed between river sections. To specifically assess the influence of microbial diversity and hyporheic exchange, a mesocosm experiment with 20 recirculating flumes was developed. It was found that microbial diversity in particular had a strong impact and the novel setup was suggested to be a useful method to test other variables in the future. Finally, the behaviour of micropollutants and transformation products in the hyporheic zone of the flumes was investigated on a centimeter-scale. The behaviour was found to be compound-specific as well as flowpath-specific. But several compounds were degraded most on the shortest, most oxic flowpath. The findings highlight the importance of shallow, small-scale hyporheic exchange for turnover of micropollutants. Generally, the high variability of micropollutant degradation depending on relevant influencing factors, specifically hyporheic exchange and microbial diversity, has been demonstrated. These factors are of great importance and need to be addressed and considered in future research.

In einer Zeit, in der menschliche Aktivitäten mit geologischen Kräften konkurrieren und sich das Klima ständig verändert, ist das Verständnis hydrologischer Prozesse essenziell. Die Quantifizierung hydrologischer Prozesse ist jedoch aufgrund der räumlichen Heterogenität der Umweltfaktoren, die die zugrunde liegenden Prozesse beeinflussen, eine Herausforderung. Daher wurden in dieser Arbeit eine Reihe gemeinsamer, miteinander verbundener Ansätze oder Technologien entwickelt und in einem Einzugsgebiet mit gemischter Landnutzung, dem Demnitz Millcreek (DMC, 66 km2), getestet. Durch die Anwendung von Datenanalyse, Modelling, Machine-learning und Unmanned-vehicle technologies haben wir nicht nur die hydrologischen Prozesse in diesem repräsentativen Einzugsgebiet entschlüsselt, sondern auch - aus einer breiteren Perspektive - den optimalen Methode zur gemeinsamen Nutzung vorhandener Technologien ermittelt, um Unsicherheiten bei Modellierung dieser Prozesse auf der Ebene des Einzugsgebiets zu verringern. / Understanding hydrological processes is essential in an era when human activities rival geologic-scale forces and the climate consistently changes. However, hydrological quantifications are challenging due to the spatial heterogeneity in environmental drivers of the underlying processes. Therefore in this thesis, a series of common linked approaches or technologies were developed and tested in a mixed-landuse catchment, the Demnitzer Millcreek (DMC, 66 km2). By applying data analysis, distributed modelling, machine-learning, and unmanned-vehicle technologies, we not only unraveled the hydrological processes in this representative catchment, but also from a wider perspective - identified the optimal way to jointly use the existing technologies to reduce the uncertainty in monitoring and modelling these processes at the catchment-scale.