Flood hazard estimations are conducted with a variety of methods. These include flood frequency analysis (FFA), hydrologic and hydraulic modelling, probable maximum discharges as well as climate scenarios. However, most of these methods assume stationarity of the used time series, i.e., the series must not exhibit trends. Against the background of climate change and proven significant trends in atmospheric circulation patterns, it is questionable whether these changes are also reflected in the discharge data. The aim of this PhD thesis is therefore to clarify, in a spatially-explicit manner, whether the available discharge data derived from selected German catchments exhibit trends. Concerning the flood hazard, the suitability of the currently used stationary FFA approaches is evaluated for the discharge data. Moreover, dynamics in atmospheric circulation patterns are studied and the link between trends in these patterns and discharges is investigated. To tackle this research topic, a number of different analyses are conducted. The first part of the PhD thesis comprises the study and trend test of 145 discharge series from catchments, which cover most of Germany for the period 1951–2002. The seasonality and trend pattern of eight flood indicators, such as maximum series and peak-over-threshold series, are analyzed in a spatially-explicit manner. Analyses are performed on different spatial scales: at the local scale, through gauge-specific analyses, and on the catchment-wide and basin scales. Besides the analysis of discharge series, data on atmospheric circulation patterns (CP) are an important source of information, upon which conclusions about the flood hazard can be drawn. The analyses of these circulation patterns (after Hess und Brezowsky) and the study of the link to peak discharges form the second part of the thesis. For this, daily data on the dominant CP across Europe are studied; these are represented by different indicators, which are tested for trend. Moreover, analyses are performed to extract flood triggering circulation patterns and to estimate the flood potential of CPs. Correlations between discharge series and CP indicators are calculated to assess a possible link between them. For this research topic, data from 122 meso-scale catchments in the period 1951–2002 are used. In a third part, the Mulde catchment, a mesoscale sub-catchment of the Elbe basin, is studied in more detail. Fifteen discharge series of different lengths in the period 1910–2002 are available for the seasonally differentiated analysis of the flood potential of CPs and flood influencing landscape parameters. For trend tests of discharge and CP data, different methods are used. The Mann-Kendall test is applied with a significance level of 10%, ensuring statistically sound results. Besides the test of the entire series for trend, multiple time-varying trend tests are performed with the help of a resampling approach in order to better differentiate short-term fluctuations from long-lasting trends. Calculations of the field significance complement the flood hazard assessment for the studied regions. The present thesis shows that the flood hazard is indeed significantly increasing for selected regions in Germany during the winter season. Especially affected are the middle mountain ranges in Central Germany. This increase of the flood hazard is attributed to a longer persistence of selected CPs during winter. Increasing trends in summer floods are found in the Rhine and Danube catchments, decreasing trends in the Elbe and Weser catchments. Finally, a significant trend towards a reduced diversity of CPs is found causing fewer patterns with longer persistence to dominate the weather over Europe. The detailed study of the Mulde catchment reveals a flood regime with frequent low winter floods and fewer summer floods, which bear, however, the potential of becoming extreme. Based on the results, the use of instationary approaches for flood hazard estimation is recommended in order to account for the detected trends in many of the series. Through this methodology it is possible to directly consider temporal changes in flood series, which in turn reduces the possibility of large under- or overestimations of the extreme discharges, respectively. / Hochwasserabschätzungen werden mit Hilfe einer Vielzahl von Methoden ermittelt. Zu diesen zählen Hochwasserhäufigkeitsanalysen, die hydrologische und hydraulische Modellierung, Abschätzungen zu maximal möglichen Abflüssen wie auch Langzeitstudien und Klimaszenarien. Den meisten Methoden ist jedoch gemein, dass sie stationäre Bedingungen der beobachteten Abflussdaten annehmen. Das heißt, in den genutzten Zeitreihen dürfen keine Trends vorliegen. Vor dem Hintergrund des Klimawandels und nachgewiesener Trends in atmosphärischen Zirkulationsmustern, stellt sich jedoch die Frage, ob sich diese Veränderungen nicht auch in den Abflussdaten widerspiegeln. Ziel der Dissertation ist daher die Überprüfung der Annahme von Trendfreiheit in Abflüssen und Großwetterlagen, um zu klären, ob die aktuell genutzten stationären Verfahren zur Hochwasserbemessung für die vorhandenen Daten in Deutschland geeignet sind. Zu prüfen ist des Weiteren, inwiefern regional und saisonal eine Verschärfung bzw. Abschwächung der Hochwassergefahr beobachtet werden kann und ob eindeutige Korrelationen zwischen Abflüssen und Großwetterlagen bestehen. Den ersten Schwerpunkt der vorliegenden Dissertation bildet die deutschlandweite Analyse von 145 Abflusszeitreihen für den Zeitraum 1951–2002. Acht Hochwasserindikatoren, die verschiedene Aspekte der Hochwasser-Charakteristik beleuchten, werden analysiert und bezüglich möglicher Trends getestet. Um saisonalen Unterschieden in der Hochwassercharakteristik der einzelnen Regionen gerecht zu werden, werden neben jährlichen auch saisonale Reihen untersucht. Die Analyse von Maximalreihen wird durch Schwellenwertanalysen ergänzt, die die Hochwasserdynamik bzgl. Frequenz und Magnitude detaillierter erfassen. Die Daten werden auf verschiedenen Skalen untersucht: sowohl für jeden einzelnen Pegel wie auch für ganze Regionen und Einzugsgebiete. Nicht nur die Analyse der Abflussdaten bietet die Möglichkeit, Bewertungen für die zukünftige Hochwasserabschätzung abzuleiten. Auch Großwetterlagen bilden eine bedeutende Informationsquelle über die Hochwassergefahr, da in der Regel nur ausgewählte Zirkulationsmuster die Entstehung von Hochwasser begünstigen. Die saisonal differenzierte Untersuchung der Großwetterlagen und die Prüfung einer Korrelation zu den Abflüssen an 122 mesoskaligen Einzugsgebieten bilden deshalb den zweiten Schwerpunkt der Arbeit. Hierzu werden tägliche Daten der über Europa dominierenden Großwetterlage (nach Hess und Brezowsky) mit Hilfe verschiedener Indikatoren untersucht. Analysen zum Hochwasserpotential der einzelnen Wetterlagen und weiterer Einflussfaktoren werden für das mesoskalige Einzugsgebiet der Mulde in einer separaten Studie durchgeführt. Für diese Detail-Studie stehen 15 Abflusszeitreihen verschiedener Länge im Zeitraum 1909–2002 zur Verfügung. Um die Daten von Abflüssen und Großwetterlagen bezüglich vorhandener Trends zu testen, werden verschiedene Methoden genutzt. Der Mann-Kendall Test wird mit einem Signifikanzniveau von 10% (zweiseitiger Test) angewendet, was statistisch sichere Bewertungen ermöglicht. Neben der Prüfung der gesamten Datenreihe werden multiple zeitlich-variable Trendanalysen mit Hilfe eines Resampling-Ansatzes durchgeführt. Darüber hinaus werden räumlich differenzierte Analysen durchgeführt, um die saisonale Hochwassercharakteristik einzelner Regionen besser zu verstehen. Diese werden durch Tests zur Feldsignifikanz der Trends ergänzt. Mit der vorliegenden Arbeit kann gezeigt werden, dass die Hochwassergefahr für einzelne Regionen im Winterhalbjahr signifikant steigt. Davon sind insbesondere Gebiete in Mitteldeutschland betroffen. Die Verschärfung der Hochwassergefahr durch eine längere Persistenz ausgewählter Großwetterlagen konnte ebenfalls für das Winterhalbjahr nachgewiesen werden. Sommerhochwasser zeigen zwar ebenfalls steigende, aber auch fallende Trends, die räumlich geclustert sind. Im Elbe- und Weser-Einzugsgebiet sinken die Abflüsse signifikant, im Donau- und Rheineinzugsgebiet steigen sie nachweisbar. Darüber hinaus ist eine signifikante Abnahme der Anzahl verschiedener Großwetterlagen sowohl im Sommer als auch im Winter zu verzeichnen. Bzgl. der Studie zum Mulde-Einzugsgebiet konnte ein zweigeteiltes Hochwasserregime nachgewiesen werden. In den Wintermonaten treten häufig kleine Hochwasser auf, die auch die Mehrheit der jährlichen Maximalwerte bilden. Sommerhochwasser sind seltener, können aber extreme Ausmaße annehmen. Ein Vergleich der geschätzten Jährlichkeiten mit verschiedenen Zeitreihen zeigt die Notwendigkeit der Berücksichtigung saisonaler Aspekte für die Bemessung von Hochwassern. Aufgrund der Ergebnisse müssen die bisher genutzten stationären Verfahren als nicht mehr geeignet bewertet werden. Es wird daher die Nutzung instationärer Verfahren zur Abschätzung von Extremhochwasser und der damit verbundenen Bemessung von Schutzmaßnahmen empfohlen, um den teilweise vorliegenden Trends in den Daten Rechnung zu tragen. Durch diesen Ansatz ist es möglich, zeitlich dynamische Veränderungen im Hochwassergeschehen stärker zu berücksichtigen. Darüber hinaus sollten saisonale Aspekte des Einzugsgebietes Eingang in die Gefahrenabschätzung finden.

Der wichtigste Bestimmungsfaktor für die Produktivität in der Herdenhaltung kleiner Wiederkäuer unter semi-ariden Weidebedingungen ist die klimatisch bedingte Saisonalität im Futteraufwuchs. In pastoralen Produktionssystemen gibt es nur wenige Alternativen zur Mobilität als effiziente und angepaßte Strategie zur Überwindung von Nährstoffdefiziten. Eine denkbare Intervention bestünde darin,, den saisonalen Nährstoffbedarf der Herde über ein kontrolliertes Anpaarungsmanagement zu steuern. Eine derartige Strategie wird jedoch von pastoralen Produzenten üblicherweise nicht durchgeführt. Restriktives Anpaarungsmanagement als ein Mittel zur Synchronisation der Nährstoffansprüche pastoraler Ziegenherden mit dem saisonalen Futterangebot hat bisher in der Forschung nur wenig Beachtung gefunden. Um die Vor- und Nachteile einer kontrollierten saisonalen Anpaarung zu untersuchen, wurde über einen Zeitraum von vier Jahren (1984-1988) im Isiolo Distrikt im Norden Kenias ein systematisches Anpaarungsprogramm in einer Herde kleiner Ostafrikanischer Ziegen durchgeführt. Ziel der Studie war es, (1) den Effekt einer saisonalen Anpaarung auf wichtige Leistungsmerkmale von Ziegenherden zu untersuchen, und (2) diese Daten für den Test der Hypothese zu verwenden, daß ein restriktives saisonales Anpaarungsmanagement die Produktivität pastoraler Ziegenherden zu steigern vermag. Es wurden 145 Muttertiere auf 18 aufeinander folgende Anpaarungsgruppen mit jeweils ca. 18 Tieren verteilt und für insgesamt 381 Anpaarungen verwendet. Jeder dieser 18 Gruppen wurde über einen Zeitraum von 2 Monaten der gleiche Zuchtbock zugeführt. Aus dem experimentellen Design ergaben sich 6 Anpaarungsperioden pro Jahr, die jeweils dreimal im Verlauf des Experiments wiederholt wurden. Es wurden 8547 Messungen bezüglich der Mortalität, der Gewichtsentwicklung und Milchleistung der Muttertiere erhoben; 9337 Messungen wurden zur Mortalität und Wachstumsleistung der Jungtiere erhoben. Statistische Analysen wurden für alle relevanten Leistungsmerkmale durchgeführt. Dazu zählen die Überlebensleistung von Jung- und Muttertieren, die Reproduktionsleistung der Muttertiere, die Wachstumsleistung der Jungtiere, sowie die Gewichtsentwicklung und Milchleistung der Mütter. Für die Ermittlung der Herdenproduktivität in den sechs Anpaarungsperioden wurde ein neues steady-state Herdenmodell entwickelt. Dieses Verfahren basiert auf einer zustandsstruktierten Beschreibung der Populationsdynamik und verwendet einen nicht linearen Optimierungsansatz zur simultanen Bestimmung der steady-state-Herdenstruktur und der Merzpolitik, die die energetische Effizienz auf Herdenebene maximiert. Die Anpaarungsperiode hatte keinen signifikanten Effekt auf Reproduktionsmerkmale, was höchstwahrscheinlich auf die hohe Variabilität in den Produktionsbedingungen zwischen den drei Wiederholungen einer Periode zurückzuführen ist. Die Unterschiede in der Überlebensleistung der Jungtiere zwischen den Anpaarungsperioden waren stark ausgeprägt. Die Ergebnisse belegen, daß restriktive Anpaarung ein effektives Mittel zur Reduzierung der Jungtiersterblichkeit sein kann. Ähnliche Schlußfolgerungen gelten in Bezug auf die Milchleistung. Die anfänglichen Unterschiede in der Wachstumsleistung zwischen den Anpaarungsperioden verschwanden weitestgehend bis die Tiere das Jährlingsstadium erreicht hatten. Daher kann man davon ausgehen, daß eine saisonale Anpaarung per se keinen nennenswerten Vorteil bezüglich der Wachstumsleistung von Jungtieren verschafft. Die ermittelten steady-state-Produktivitäten verdeutlichen, daß unter den gegebenen Bedingungen Reproduktionsleistungsmerkmale weitaus weniger bedeutsam für die biologische Herdenproduktivität sind, als dies häufig angenommen wird. Mit Hilfe von Sensitivitätsanalysen wurde gezeigt, daß die Jungtiersterblichkeit mit Abstand der wichtigste Bestimmungsfaktor für die energetische Effizienz auf Herdenebene ist. Restriktive Anpaarung kann aufgrund des positiven Einflusses auf die Überlebensleistung der Lämmer als Strategie zur Steigerung der biologischen Produktivität genutzt werden. Milch- und Wachstumsleistung sind von untergeordneter Bedeutung, nachdem ihre positiven Effekte auf die Überlebensleistung der Jungtiere berücksichtigt wurden. Eine Anpaarung auf dem Höhepunkt der langen Trockenzeit (Juli bis August) stellte die optimale Managementstrategie dar. Ob eine restriktive Anpaarung einer kontinuierlichen Anpaarung überlegen ist, konnte jedoch nicht zweifelsfrei festgestellt werden. Die Ergebnisse eines simulierten asaisonalen Managements deuten darauf hin, daß der durch saisonale Anpaarung erzielbare Effizienzzuwachs deutlich geringer ausfallen dürfte, als bisher angenommen wurde. Bezüglich der Methode zur Ermittlung der steady-state Herdenproduktivität ist festzuhalten, daß der Verwendung eines Optimalitätsansatzes für die Schaffung einer gemeinsamen Vergleichsbasis eine herausragende Bedeutung zukommt. Der entwickelte Bewertungsansatz erlaubt die Durchführung standardisierter Effizienzvergleiche auf Herdenebene und Kann zugleich ein wertvolles Hilfsmittel für ein besseres Verständnis von Produktionssystemen, bzw. für deren Optimierung sein.

Klima und Wetter üben einen tief greifenden Einfluss auf die menschliche Gesundheit aus. Die prognostizierten Folgen des Klimawandels haben Forschung auf diesem Gebiet in den Mittelpunkt des wissenschaftlichen Interesses gerückt. Bis zum jetzigen Zeitpunkt konnten verschiedene Studien einen Zusammenhang zwischen atmosphärischen Zuständen und Mortalität aufzeigen. Jedoch bezieht sich der Großteil dieser Forschung auf die Industrieländer der Mittelbreiten und Erkenntnisse aus solchen Arbeiten erlauben nur wenige Schlussfolgerungen über die Beziehung zwischen Atmosphäre und Gesundheit in tropischen Entwicklungsländern. Das vorrangige Ziel dieser Arbeit war es, das Verständnis über atmosphärische Einflüsse auf Sterblichkeit in Bangladesch, einem tropischen Land mit niedrigen sozioökonomischen Standards und starken Urbanisierungsprozessen, zu erweitern. Zentralen Bestandteil der Arbeit bilden umfangreiche Analysen zu atmosphärischen Einflüssen auf Mortalität mittels verschiedener Generalisierter Linearer und Additiver Modelle. Im Allgemeinen zeigt die Studie einen starken Zusammenhang zwischen atmosphärischen Zuständen und Mortalität auf. Mittel- bis langfristige saisonale Effekte ebenso wie unmittelbarere kurz- bis mittelfristige thermische Effekte wurden verdeutlicht. Trotz des tropischen Klimas wurde eine ausgeprägte Übersterblichkeit im Winter und bei niedrigen Temperaturen beobachtet. Dennoch wurde in einigen Fällen ein sekundäres Sommermaximum und ein Anstieg der Mortalität bei erhöhten Temperaturen gefunden. Insbesondere Gesamt- und kardiovaskuläre Mortaliät in Städten zeigte einen starken und lang andauernden Anstieg in Folge von Hitze. Ebenso waren Bevölkerungsgruppen über 65 Jahren stark von hitzebedingter Mortalität betroffen. Intensiven Urbanisierungstendenzen, die Alterung der Gesellschaft, die Zunahme kardiovaskulärer Erkrankungen sowie der Anstieg der Temperatur in Folge des Klimawandels legen nahe, dass schädlichen Hitzeeffekte in Zukunft zunehmen werden. / Climate and weather have profound effects on human health. With the projected consequences of climate change, research on the health-atmosphere relationship has increasingly been brought into the focus of scientific attention. To date, several studies have established a relationship between atmospheric short- or long -term conditions and human mortality. Nevertheless, the majority of scientific evidence refers to industrialised countries located in the mid-latitudes. The insights gained from these studies permit few conclusions to be drawn about the atmosphere-health relationship in tropical developing countries. The primary objective of this thesis was to advance our understanding of atmospheric effects on mortality in Bangladesh, a tropical country with low socio-economic status and strong urbanisation processes. An extensive analysis of atmospheric short- and long-term effects on mortality was conducted using various generalised linear and additive models. Generally, this thesis revealed a strong association between atmospheric conditions and mortality. Mid- to long-term seasonal effects were demonstrated as well as more immediate short- to mid-term thermal effects. Despite the tropical climate associated with constantly high temperatures, a strong dominance of winter and cold-related excess mortality was observed. Nevertheless, a secondary summer maximum and an increase in mortality with elevated temperatures were observed for several strata. In particular, all-cause and cardiovascular mortality in urban areas was found to be subject to intense and long-lasting heat effects. Likewise, the elderly population above 65 years was subject to heat-related mortality. Given the strong urbanisation trends, the ageing of populations, the increase in cardiovascular diseases, and the projected consequences of climate change adverse heat effects are likely to become more prevalent in Bangladesh and other developing countries.

The analyses of trends in vegetation dynamics require a profound knowledge of its seasonality. For the determination of the seasonality conventional methods of time series analyses often use a simple averaging of measured values of the identical time in different cycle of the whole time series (e.g. bfast). Then it is assumed that the resulting seasonal portion of a time series is constant and stable for the entire time series. However, analyses of vegetation time series show that trends in vegetation dynamics do not always run steadily, but show structural breaks, especially in regions with high potential for possible landscape changes. For such conversion areas, the assumption of a constant seasonality is not always ensured. The dynamic or variability of the seasonality can have temporal effects by a shift of the start of the season (SOS) or the end of the season (EOS) and therefore also on the length of the vegetation period. To show whether seasonal dynamics can be detected in vegetation time series, two requirements must be fulfilled. (1) High-temporal resolution vegetation information provided for example as MODIS-NDVI. (2) Indicators are needed which allows the description of the variability of seasonality. As a result these metrics allow a better modeling of long-term vegetation dynamics in the trend, taking into account the variability of the seasonality. But at the same time the metrics itself serve as indicators for long term vegetation dynamics. The aim of the present study is to analyse phenological and greenness metrics for the modelling of vegetation dynamics in the nature reserve Königsbrücker Heide. Detailed analyses of key metrics like SOS and EOS using different metric approaches and interpolation methods are applied and compared. The results show that it is dificult to determine consistent information for example for the trend of single phenology metrics.

Evapotranspiration ET is a dominant Earth System process that couples the water and energy cycles at the earth surface. The pressure of global environmental changes foster the broad scientific aim to understand impacts of climate and land-use on evapotranspiration under transient conditions. In this work, the spatial scale of river catchments is addressed through data analysis of hydrological and meteorological archives with ET classically derived through water balance closure. Through a synthesis of various catchments with different climatic forcings and hydrological conditions, the core objectives of this thesis are: - Did environmental changes in the past, such as climatic- or land-use and land cover (LULC) changes, result in detectable non-stationary changes in the hydro-climate time series? - How can the impacts of climatic- from LULC changes on the hydroclimatology of catchments be separated? - What are the factors that control the sensitivity of ET and streamflow to external changes? These research questions are addressed for the climatic scales of long-term annual averages and seasonal conditions which characterise the hydroclimatology of river catchments. Illustrated by a rich hydro-climatic archive condensed for 27 small to medium sized river catchments in Saxony, a method is proposed to analyse the seasonal features of river flow allowing to detect shifting seasons in snow affected river basins in the last 90 years. Observations of snow depth at these same times lead to the conclusion, that changes in the annual cycle of air temperature have a large influence on the timing of the freeze-thaw in late winter and early spring. This causes large changes in storage of water in the snow pack, which leads to profound changes of the river regime, particularly affecting the river flow in the following months. A model-based data analysis, based on the fundamental principles of water and energy conservation for long-term average conditions, is proposed for the prediction of ET and streamflow, as well as the separation of climate related impacts from impacts resulting from changes in basin conditions. The framework was tested on a large data set of river catchments in the continental US and is shown to be consistent with other methods proposed in the literature. The observed past changes highlight that (i) changes in climate, such as precipitation or evaporative demand, result in changes of the partitioning within the water and energy balance, (ii) the aridity of the climate and to a lesser degree basin conditions determine the sensitivity to external changes, (iii) these controlling factors influence the direction of LULC change impacts, which in some cases can be larger than climate impacts. This work provides evidence, that changes in climatic and land cover conditions can lead to transient hydrological behaviours and make stationary assumptions invalid. Hence, past changes present the opportunity for model testing and thereby deriving fundamental laws and concepts at the scale of interest, which are not affected by changes in the boundary conditions. / Die Verdunstung ist ein maßgeblicher Prozess innerhalb des Klimasystems der Erde, welche den Wasserkreislauf mit dem Energiehaushalt der Erde verbindet. Eine zentrale wissenschaftliche Herausforderung ist, zu verstehen, wie die regionale Wasserverfügbarkeit durch Änderungen des Klimas oder der physiographischen Eigenschaften der Landoberfläche beeinflusst wird. Mittels einer integrierten Datenanalyse von vorhandenen langjährigen Archiven hydroklimatischer Zeitreihen werden die folgenden wissenschaftlichen Fragestellungen dieser Dissertation diskutiert: - Haben beobachtete Änderungen der Landoberfläche und des Klimas zu nachweisbaren, instationären hydroklimatischen Änderungen geführt? - Lassen sich die hydroklimatischen Auswirkungen von Klimaänderungen und Änderungen der Landoberfläche voneinander unterscheiden? - Welche Faktoren beeinflussen die Sensitivität von Abfluss und Verdunstung auf Veränderungen der klimatischen und physiographischen Randbedingungen? Hierbei fokussiert sich die Arbeit auf Änderungen im langjährige Mittel und im Jahresgang von hydroklimatischen Variablen auf der räumlichen Skala von Flusseinzugsgebieten. Zur Untersuchung des hydrologischen Regimes wurde ein harmonischer Filter angewandt, der es erlaubt, die Eintrittszeit des Jahresgangs (Phase) zu quantifizieren. Diese klimatologische Kenngröße wurde für eine Vielzahl von Einzugsgebieten in Sachsen untersucht, wobei sich vor allem für die Gebiete in den Kammlagen des Erzgebirges signifikante Veränderungen ergaben. Es konnte gezeigt werden, dass die signifikante Phasenverschiebung der Temperatur seit Ende der 1980er Jahre zu einer verfrühten Schneeschmelze und dadurch zu einem Rückgang des Abflusses bis in die Sommermonate hinein geführt hat. Desweiteren wurde eine modellbasierte Datenanalyse entwickelt, welche auf Massen- und Energieerhalt von Einzugsgebieten im langjährigen Mittel beruht. Das entwickelte Konzept erlaubt es, Auswirkungen von Klimaänderungen von anderen Effekten, welche z.B. durch Landnutzungsänderungen bedingt sind, abzugrenzen und zu quantifizieren. Die Ergebnisse einer Sensitivitätsanalyse dieses Konzeptes sowie die Anwendung auf einen umfangreichen hydroklimatischen Datensatz der USA zeigen: (i) Veränderungen im Wasser- oder Energiedargebot beeinflussen auch die Aufteilung der Wasser- und Energieflüsse. (ii) Die Aridität des Klimas und nachgeordnet die physiographischen Faktoren bestimmen die Sensitivität von Verdunstung und Abfluss. (iii) Beide Faktoren beeinflussen die Stärke und Richtung der Auswirkungen von physiographischen Änderungen. (iv) Anthropogene Veränderungen der Landoberfläche führten zum Teil zu stärkeren Auswirkungen als klimatisch bedingte Änderungen. Zusammenfassend zeigt sich, dass Änderungen von Landnutzung und Klima zu Verschiebungen im Wasserhaushalt führen können und damit auch die Annahme von Stationarität verletzen. Hydroklimatische Veränderungen bieten aber auch eine Gelegenheit zum Testen von Theorien und Modellen, um somit die grundlegenden Zusammenhänge zu erkennen, welche nicht durch Änderungen der Randbedingungen hinfällig werden.

Objectives To prevent economic problems by high wild boar populations, an effective and biologically based wild boar management has to be established. A lot of wild boar research has been done in the last decades. However, game managers were not able to incorporate this knowledge into the development of effective management strategies. Thus, furthermore studies have to be accomplished to expand wild boar science and management. This thesis, based on a radiotelemetric study in southwestern Mecklenburg–Western Pomerania, presents research results on wild boar space use patterns, dispersal, grouping patterns and divisions. For all these measures I examined the influence of age classes and environmental factors affecting behavioural patterns (e.g. hunting, seasonal resources, seasonal requirements). Finally, I discussed efficiency and amount of hunting pressure of different hunting methods. Results The wild boar groups divided temporarily in 12.3 % of all observed localisations. We defined four types of divisions: short-term local, short-term extensive, long-term extensive and final division. The small home range sizes did not differ between age classes or group types with a slight tendency for larger home ranges of yearlings, especially in summer. The shift of summer home ranges was stronger in yearlings than in adults. Three space use patterns occurred in summer: field sows, commuters and forest sows. Only 15 % of all shot animals were shot outside their mothers’ home range, only one fourth of these “dispersed” animals were females. Males were shot at larger distances than females. Diurnal activity was positively influenced by daytime length, nutritional needs and fewer disturbances. Due to this reasons an impact of hunting was not clearly detectable. Hunting did influence activity and space use only in moderate intensities. Single hunt from hides is the dominating and an efficient hunting method. The sustainable harvest rate was not exhausted. Conclusions The small home ranges and low, male biased, dispersal rates denote strong site fidelity in all age and reproductive classes within female wild boar. The short distances and low dispersal rates, even within males, might be affected by all year round equably distributed high abundance of resources. Changed space use patterns in summer are mainly influenced by changed food availability. Although hunting was often presumed to be responsible for behavioural changes, little direct influences were observed in this study. The results reflect an interaction between habitat types, season, and nutritional needs on most behavioural patterns. Sound nutritional conditions and year-round low hunting pressure might be responsible for similar seasonal home ranges. Group fluctuations, occurrence of sub-groups as well as temporary and final divisions seem to be common behavioural patterns within wild boar groups, depending on age classes, reproduction, and seasonal nutritional supplies. Wild boar groups react flexible on several seasonal internal and extrinsic factors. The omnivore wild boar is enabled easily to adapt to various environments. Its wide eco-ethological plasticity enables the species to colonize new habitats and enlarge its distribution. All over Europe hunting rates seem to be lower than reproduction of wild boar. To reduce populations and thus, damages, supplemental feeding should be reduced and hunting rates have to be increased especially for females, as all age classes of females are highly reproductive. Hunting management is the most important tool for disease and damage control. As all hunting methods caused similar and negligible disturbances in this study, efficiency should get top priority. The combination of different hunting methods is necessary for reduction on comprehensive areas. / Ziele Um ökonomische Probleme durch Schwarzwild zu vermeiden, muss eine effektive und biologisch fundierte Schwarzwildbewirtschaftung etabliert werden. Die Schwarzwildforschung hat sich in den letzten Jahrzehnten stark entwickelt. Trotzdem konnten viele Erkenntnisse nicht in eine effektive Bewirtschaftung umgesetzt werden. Daher sind Untersuchungen zur Erweiterung des Wissens um das Schwarzwild weiterhin wichtig. Diese These, basierend auf einer radiotelemetrischen Studie im südwestlichen Mecklenburg-Vorpommern, präsentiert Ergebnisse zu Raumnutzung, Ausbreitung, Rottenverhalten und –teilungen. Für all diese Verhaltensmuster wurden Einflüsse der Altersklassen und anderer Faktoren wie Bejagung, saisonale Ressourcen und Bedürfnisse untersucht. Abschließend werden Effektivität und Störungseinfluss verschiedener Bejagungsmethoden diskutiert. Ergebnisse In 12,3 % der Lokalisationen waren die Rotten vorübergehend getrennt. Wir haben vier Trennungstypen definiert: kurzzeitig-lokal, kurzzeitig-extensiv, langzeitig-extensiv und final. Die kleinen Streifgebietsgrößen unterschieden sich kaum zwischen Altersklassen und Rottentypen. Überläuferbachen zeigten eine leichte Tendenz zu größeren Sommerstreifgebieten und verlagerten die Sommerstreifgebiete stärker als Familienrotten. Drei Raumnutzungsmuster waren im Sommer offensichtlich: Feldsauen, Pendler und Waldsauen. Lediglich 15 % aller erlegten Tiere wurden außerhalb ihres Mutterstreifgebietes geschossen, nur ein Viertel dieser „abgewanderten“ Tiere waren weiblich. Keiler wurden in größeren Distanzen als Bachen erlegt. Tagaktivität wurde positiv von der Tageslichtlänge, Nahrungsbedarf und geringer Störung beeinflusst. Aufgrund dieser Faktoren war ein Einfluss durch Bejagung nicht klar erkennbar. Bejagung beeinflusste Aktivität und Raumnutzung nur moderat. Die dominierende Jagdart „Einzeljagd auf dem Ansitz“ war durchaus effektiv, dennoch wurde die nachhaltige Zuwachsrate nicht abgeschöpft. Schlüsse Die kleinen Streifgebiete und niedrigen, keilerdominierten Abwanderungsraten deuten eine starke Standorttreue weiblichen Schwarzwildes in allen Altersklassen an. Die niedrige Abwanderung mit gleichzeitig geringen Distanzen, auch bei Keilern, dürfte durch ganzjährig gleichmäßig verteilte besonders günstige Ernährungsbedingungen beeinflusst sein. Unterschiedliche geänderte Raumnutzungsmuster werden vor allem durch unterschiedliche Nahrungsverfügbarkeiten beeinflusst. Obwohl oft Jagddruck als Hauptursache für Verhaltensänderungen angesehen wird, konnten in dieser Untersuchung nur ein geringer Einfluss der Jagd nachgewiesen werden. Die Ergebnisse reflektieren eine Interaktion zwischen Habitattypen, Jahreszeiten und Nahrungsbedarf auf die meisten Verhaltensmuster. Günstige Ernährungsbedingungen und ganzjährig gleichmäßig niedriger Jagddruck könnten für gleich bleibende saisonale Streifgebiete verantwortlich sein. Änderungen in der Rottenstruktur, Auftreten von Teilrotten sowie temporäre und finale Teilungen scheinen normale Verhaltensmuster beim Schwarzwild zu sein, abhängig von Altersklassen, Reproduktion und saisonalem Nahrungsangebot. Schwarzwildrotten reagieren flexibel auf diverse saisonale interne und externe Faktoren. Das omnivoren Schwarzwild ist befähigt, sich schnell an verschiedenste Umwelten anzupassen. Die große öko-ethologische Plastizität ermöglicht es dieser Art neue Lebensräume zu erschließen und sein Verbreitungsgebiet auszudehnen. In ganz Europa scheinen die Jagdstrecken unter der Zuwachsrate des Schwarzwildes zu liegen. Um die Populationen, und damit die Schäden zu reduzieren, müssen Fütterungen reduziert und die Bejagung intensiviert werden. Dieses gilt insbesondere für die Bejagung von weiblichem Schwarzwild, da alle Altersklassen hohe Reproduktionsraten aufweisen. Jagdliche Bewirtschaftung ist das wichtigste Werkzeug zur Bekämpfung von Krankheiten und Wildschäden. Da alle Jagdmethoden in der vorliegenden Studie ähnlich geringe Störungen hervorrufen, sollte die Effektivität in den Vordergrund treten. Die Kombination verschiedener Jagdmethoden und Zusammenarbeit der Jäger ist zwingend erforderlich zur Reduktion der Schwarzwildpopulationen.

Objectives To prevent economic problems by high wild boar populations, an effective and biologically based wild boar management has to be established. A lot of wild boar research has been done in the last decades. However, game managers were not able to incorporate this knowledge into the development of effective management strategies. Thus, furthermore studies have to be accomplished to expand wild boar science and management. This thesis, based on a radiotelemetric study in southwestern Mecklenburg–Western Pomerania, presents research results on wild boar space use patterns, dispersal, grouping patterns and divisions. For all these measures I examined the influence of age classes and environmental factors affecting behavioural patterns (e.g. hunting, seasonal resources, seasonal requirements). Finally, I discussed efficiency and amount of hunting pressure of different hunting methods. Results The wild boar groups divided temporarily in 12.3 % of all observed localisations. We defined four types of divisions: short-term local, short-term extensive, long-term extensive and final division. The small home range sizes did not differ between age classes or group types with a slight tendency for larger home ranges of yearlings, especially in summer. The shift of summer home ranges was stronger in yearlings than in adults. Three space use patterns occurred in summer: field sows, commuters and forest sows. Only 15 % of all shot animals were shot outside their mothers’ home range, only one fourth of these “dispersed” animals were females. Males were shot at larger distances than females. Diurnal activity was positively influenced by daytime length, nutritional needs and fewer disturbances. Due to this reasons an impact of hunting was not clearly detectable. Hunting did influence activity and space use only in moderate intensities. Single hunt from hides is the dominating and an efficient hunting method. The sustainable harvest rate was not exhausted. Conclusions The small home ranges and low, male biased, dispersal rates denote strong site fidelity in all age and reproductive classes within female wild boar. The short distances and low dispersal rates, even within males, might be affected by all year round equably distributed high abundance of resources. Changed space use patterns in summer are mainly influenced by changed food availability. Although hunting was often presumed to be responsible for behavioural changes, little direct influences were observed in this study. The results reflect an interaction between habitat types, season, and nutritional needs on most behavioural patterns. Sound nutritional conditions and year-round low hunting pressure might be responsible for similar seasonal home ranges. Group fluctuations, occurrence of sub-groups as well as temporary and final divisions seem to be common behavioural patterns within wild boar groups, depending on age classes, reproduction, and seasonal nutritional supplies. Wild boar groups react flexible on several seasonal internal and extrinsic factors. The omnivore wild boar is enabled easily to adapt to various environments. Its wide eco-ethological plasticity enables the species to colonize new habitats and enlarge its distribution. All over Europe hunting rates seem to be lower than reproduction of wild boar. To reduce populations and thus, damages, supplemental feeding should be reduced and hunting rates have to be increased especially for females, as all age classes of females are highly reproductive. Hunting management is the most important tool for disease and damage control. As all hunting methods caused similar and negligible disturbances in this study, efficiency should get top priority. The combination of different hunting methods is necessary for reduction on comprehensive areas. / Ziele Um ökonomische Probleme durch Schwarzwild zu vermeiden, muss eine effektive und biologisch fundierte Schwarzwildbewirtschaftung etabliert werden. Die Schwarzwildforschung hat sich in den letzten Jahrzehnten stark entwickelt. Trotzdem konnten viele Erkenntnisse nicht in eine effektive Bewirtschaftung umgesetzt werden. Daher sind Untersuchungen zur Erweiterung des Wissens um das Schwarzwild weiterhin wichtig. Diese These, basierend auf einer radiotelemetrischen Studie im südwestlichen Mecklenburg-Vorpommern, präsentiert Ergebnisse zu Raumnutzung, Ausbreitung, Rottenverhalten und –teilungen. Für all diese Verhaltensmuster wurden Einflüsse der Altersklassen und anderer Faktoren wie Bejagung, saisonale Ressourcen und Bedürfnisse untersucht. Abschließend werden Effektivität und Störungseinfluss verschiedener Bejagungsmethoden diskutiert. Ergebnisse In 12,3 % der Lokalisationen waren die Rotten vorübergehend getrennt. Wir haben vier Trennungstypen definiert: kurzzeitig-lokal, kurzzeitig-extensiv, langzeitig-extensiv und final. Die kleinen Streifgebietsgrößen unterschieden sich kaum zwischen Altersklassen und Rottentypen. Überläuferbachen zeigten eine leichte Tendenz zu größeren Sommerstreifgebieten und verlagerten die Sommerstreifgebiete stärker als Familienrotten. Drei Raumnutzungsmuster waren im Sommer offensichtlich: Feldsauen, Pendler und Waldsauen. Lediglich 15 % aller erlegten Tiere wurden außerhalb ihres Mutterstreifgebietes geschossen, nur ein Viertel dieser „abgewanderten“ Tiere waren weiblich. Keiler wurden in größeren Distanzen als Bachen erlegt. Tagaktivität wurde positiv von der Tageslichtlänge, Nahrungsbedarf und geringer Störung beeinflusst. Aufgrund dieser Faktoren war ein Einfluss durch Bejagung nicht klar erkennbar. Bejagung beeinflusste Aktivität und Raumnutzung nur moderat. Die dominierende Jagdart „Einzeljagd auf dem Ansitz“ war durchaus effektiv, dennoch wurde die nachhaltige Zuwachsrate nicht abgeschöpft. Schlüsse Die kleinen Streifgebiete und niedrigen, keilerdominierten Abwanderungsraten deuten eine starke Standorttreue weiblichen Schwarzwildes in allen Altersklassen an. Die niedrige Abwanderung mit gleichzeitig geringen Distanzen, auch bei Keilern, dürfte durch ganzjährig gleichmäßig verteilte besonders günstige Ernährungsbedingungen beeinflusst sein. Unterschiedliche geänderte Raumnutzungsmuster werden vor allem durch unterschiedliche Nahrungsverfügbarkeiten beeinflusst. Obwohl oft Jagddruck als Hauptursache für Verhaltensänderungen angesehen wird, konnten in dieser Untersuchung nur ein geringer Einfluss der Jagd nachgewiesen werden. Die Ergebnisse reflektieren eine Interaktion zwischen Habitattypen, Jahreszeiten und Nahrungsbedarf auf die meisten Verhaltensmuster. Günstige Ernährungsbedingungen und ganzjährig gleichmäßig niedriger Jagddruck könnten für gleich bleibende saisonale Streifgebiete verantwortlich sein. Änderungen in der Rottenstruktur, Auftreten von Teilrotten sowie temporäre und finale Teilungen scheinen normale Verhaltensmuster beim Schwarzwild zu sein, abhängig von Altersklassen, Reproduktion und saisonalem Nahrungsangebot. Schwarzwildrotten reagieren flexibel auf diverse saisonale interne und externe Faktoren. Das omnivoren Schwarzwild ist befähigt, sich schnell an verschiedenste Umwelten anzupassen. Die große öko-ethologische Plastizität ermöglicht es dieser Art neue Lebensräume zu erschließen und sein Verbreitungsgebiet auszudehnen. In ganz Europa scheinen die Jagdstrecken unter der Zuwachsrate des Schwarzwildes zu liegen. Um die Populationen, und damit die Schäden zu reduzieren, müssen Fütterungen reduziert und die Bejagung intensiviert werden. Dieses gilt insbesondere für die Bejagung von weiblichem Schwarzwild, da alle Altersklassen hohe Reproduktionsraten aufweisen. Jagdliche Bewirtschaftung ist das wichtigste Werkzeug zur Bekämpfung von Krankheiten und Wildschäden. Da alle Jagdmethoden in der vorliegenden Studie ähnlich geringe Störungen hervorrufen, sollte die Effektivität in den Vordergrund treten. Die Kombination verschiedener Jagdmethoden und Zusammenarbeit der Jäger ist zwingend erforderlich zur Reduktion der Schwarzwildpopulationen.

Evapotranspiration ET is a dominant Earth System process that couples the water and energy cycles at the earth surface. The pressure of global environmental changes foster the broad scientific aim to understand impacts of climate and land-use on evapotranspiration under transient conditions. In this work, the spatial scale of river catchments is addressed through data analysis of hydrological and meteorological archives with ET classically derived through water balance closure. Through a synthesis of various catchments with different climatic forcings and hydrological conditions, the core objectives of this thesis are: - Did environmental changes in the past, such as climatic- or land-use and land cover (LULC) changes, result in detectable non-stationary changes in the hydro-climate time series? - How can the impacts of climatic- from LULC changes on the hydroclimatology of catchments be separated? - What are the factors that control the sensitivity of ET and streamflow to external changes? These research questions are addressed for the climatic scales of long-term annual averages and seasonal conditions which characterise the hydroclimatology of river catchments. Illustrated by a rich hydro-climatic archive condensed for 27 small to medium sized river catchments in Saxony, a method is proposed to analyse the seasonal features of river flow allowing to detect shifting seasons in snow affected river basins in the last 90 years. Observations of snow depth at these same times lead to the conclusion, that changes in the annual cycle of air temperature have a large influence on the timing of the freeze-thaw in late winter and early spring. This causes large changes in storage of water in the snow pack, which leads to profound changes of the river regime, particularly affecting the river flow in the following months. A model-based data analysis, based on the fundamental principles of water and energy conservation for long-term average conditions, is proposed for the prediction of ET and streamflow, as well as the separation of climate related impacts from impacts resulting from changes in basin conditions. The framework was tested on a large data set of river catchments in the continental US and is shown to be consistent with other methods proposed in the literature. The observed past changes highlight that (i) changes in climate, such as precipitation or evaporative demand, result in changes of the partitioning within the water and energy balance, (ii) the aridity of the climate and to a lesser degree basin conditions determine the sensitivity to external changes, (iii) these controlling factors influence the direction of LULC change impacts, which in some cases can be larger than climate impacts. This work provides evidence, that changes in climatic and land cover conditions can lead to transient hydrological behaviours and make stationary assumptions invalid. Hence, past changes present the opportunity for model testing and thereby deriving fundamental laws and concepts at the scale of interest, which are not affected by changes in the boundary conditions.:Kurzfassung Abstract List of Manuscripts Symbols and abbreviations List of Symbols List of abbreviations 1 Introduction 1.1 Motivation and relevance 1.1.1 Scientific importance of evapotranspiration 1.1.2 Pressure of human driven changes 1.1.3 Practical importance of evapotranspiration 1.2 Scope 1.2.1 Focus on the catchment scale 1.2.2 Changes in the hydroclimatology of river catchments 1.2.3 Hydro-climate data analysis 1.3 Objectives and research questions 1.3.1 Shifting seasons in hydrology 1.3.2 Long-term annual average changes of evapotranspiration and streamflow 1.3.3 Methodological requirements 1.4 Structure of the thesis 2 Long term variability of the annual hydrological regime 2.1 Introduction 2.1.1 Motivation 2.1.2 Seasonal changes in hydrologic records 2.1.3 Regional climate in Saxony 2.1.4 Objective and structure 2.2 Methods 2.2.1 Annual periodic signal extraction 2.2.2 The runoff ratio and its annual phase 2.2.3 Descriptive circular statistics 2.2.4 Detection of nonstationarities, trends and change points 2.3 Data 2.4.1 Estimation and variability of the timing of the runoff ratio 2.4.2 Temporal variability of the timing 2.4.3 Does temperature explain trends in seasonality of runoff ratio? 2.4.4 Trend analysis in snow dominated basins 2.4.5 Uncertainty and significance of the results 2.5 Conclusions 2.A Preparation of basin input data 2.A.1 Precipitation 2.A.2 Temperature and snow depth data 3 Evaluation of water-energy balance frameworks 3.1 Introduction 3.2 Theory 3.2.1 Coupled water and energy balance 3.2.2 The ecohydrologic framework for change attribution 3.2.3 Applying the climate change hypothesis to predict changes in basin evapo transpiration and streamflow 3.2.4 Derivation of climatic sensitivity using the CCUW hypothesis 3.2.5 The Budyko hypothesis and derived sensitivities 3.3 Sensitivity analysis 3.3.1 Mapping of the Budyko functions into UW space 3.3.2 Mapping CCUW into Budyko space 3.3.3 Climatic sensitivity of basin evapotranspiration and streamflow 3.3.4 Climate-vegetation feedback effects 3.4 Application: three case studies 3.4.1 Mississippi River Basin (MRB) 3.4.2 Headwaters of the Yellow River Basin (HYRB) 3.4.3 Murray-Darling River Basin (MDB) 3.5 Conclusions 3.5.1 Potentials and limitations 3.5.2 Insights on the catchment parameter 3.5.3 Validation 3.5.4 Perspectives 3.A Derivation of the climate change direction 4 Climate sensitivity of streamflow over the continental United States 4.1 Introduction 4.1.1 Motivation 4.1.2 Hydro-climate of the continental US 4.1.3 Aims and research questions 4.2 Methods 4.2.1 Ecohydrological concept to separate impacts of climate and basin changes 4.2.2 Streamflow change prediction based on a coupled water-energy balance framework 4.2.3 Streamflow change prediction based on the Budyko hypothesis 4.2.4 Statistical classification of potential climate and basin change impacts 4.3 Data 4.4 Results and discussion 4.4.1 Hydro-climate conditions in the US 4.4.2 Climate sensitivity of streamflow 4.4.3 Assessment of observed and predicted changes in streamflow 4.4.4 Uncertainty discussion 4.5 Conclusions 4.A Mathematical derivations for the Mezentsev function 5 Summary and conclusions 5.1 Shifting seasons in hydrology 5.1.1 Major findings 5.1.2 Socio-economic and political relevance 5.1.3 Limitations and possible directions for further research 5.2 Long-term annual changes in ET and streamflow 5.2.1 Major findings 5.2.2 Socio-economic and political relevance 5.2.3 Limitations and further research 5.3 General conclusions and outlook 5.3.1 Regional and temporal limits and validity 5.3.2 Hydrological records carry signals of climate and land use change 5.3.3 Statistical significance of past changes 5.3.4 Improvements in assessing ET 5.3.5 Remote sensing 5.3.6 Learning from the past to predict the future? Bibliography Danksagung Erklärung / Die Verdunstung ist ein maßgeblicher Prozess innerhalb des Klimasystems der Erde, welche den Wasserkreislauf mit dem Energiehaushalt der Erde verbindet. Eine zentrale wissenschaftliche Herausforderung ist, zu verstehen, wie die regionale Wasserverfügbarkeit durch Änderungen des Klimas oder der physiographischen Eigenschaften der Landoberfläche beeinflusst wird. Mittels einer integrierten Datenanalyse von vorhandenen langjährigen Archiven hydroklimatischer Zeitreihen werden die folgenden wissenschaftlichen Fragestellungen dieser Dissertation diskutiert: - Haben beobachtete Änderungen der Landoberfläche und des Klimas zu nachweisbaren, instationären hydroklimatischen Änderungen geführt? - Lassen sich die hydroklimatischen Auswirkungen von Klimaänderungen und Änderungen der Landoberfläche voneinander unterscheiden? - Welche Faktoren beeinflussen die Sensitivität von Abfluss und Verdunstung auf Veränderungen der klimatischen und physiographischen Randbedingungen? Hierbei fokussiert sich die Arbeit auf Änderungen im langjährige Mittel und im Jahresgang von hydroklimatischen Variablen auf der räumlichen Skala von Flusseinzugsgebieten. Zur Untersuchung des hydrologischen Regimes wurde ein harmonischer Filter angewandt, der es erlaubt, die Eintrittszeit des Jahresgangs (Phase) zu quantifizieren. Diese klimatologische Kenngröße wurde für eine Vielzahl von Einzugsgebieten in Sachsen untersucht, wobei sich vor allem für die Gebiete in den Kammlagen des Erzgebirges signifikante Veränderungen ergaben. Es konnte gezeigt werden, dass die signifikante Phasenverschiebung der Temperatur seit Ende der 1980er Jahre zu einer verfrühten Schneeschmelze und dadurch zu einem Rückgang des Abflusses bis in die Sommermonate hinein geführt hat. Desweiteren wurde eine modellbasierte Datenanalyse entwickelt, welche auf Massen- und Energieerhalt von Einzugsgebieten im langjährigen Mittel beruht. Das entwickelte Konzept erlaubt es, Auswirkungen von Klimaänderungen von anderen Effekten, welche z.B. durch Landnutzungsänderungen bedingt sind, abzugrenzen und zu quantifizieren. Die Ergebnisse einer Sensitivitätsanalyse dieses Konzeptes sowie die Anwendung auf einen umfangreichen hydroklimatischen Datensatz der USA zeigen: (i) Veränderungen im Wasser- oder Energiedargebot beeinflussen auch die Aufteilung der Wasser- und Energieflüsse. (ii) Die Aridität des Klimas und nachgeordnet die physiographischen Faktoren bestimmen die Sensitivität von Verdunstung und Abfluss. (iii) Beide Faktoren beeinflussen die Stärke und Richtung der Auswirkungen von physiographischen Änderungen. (iv) Anthropogene Veränderungen der Landoberfläche führten zum Teil zu stärkeren Auswirkungen als klimatisch bedingte Änderungen. Zusammenfassend zeigt sich, dass Änderungen von Landnutzung und Klima zu Verschiebungen im Wasserhaushalt führen können und damit auch die Annahme von Stationarität verletzen. Hydroklimatische Veränderungen bieten aber auch eine Gelegenheit zum Testen von Theorien und Modellen, um somit die grundlegenden Zusammenhänge zu erkennen, welche nicht durch Änderungen der Randbedingungen hinfällig werden.:Kurzfassung Abstract List of Manuscripts Symbols and abbreviations List of Symbols List of abbreviations 1 Introduction 1.1 Motivation and relevance 1.1.1 Scientific importance of evapotranspiration 1.1.2 Pressure of human driven changes 1.1.3 Practical importance of evapotranspiration 1.2 Scope 1.2.1 Focus on the catchment scale 1.2.2 Changes in the hydroclimatology of river catchments 1.2.3 Hydro-climate data analysis 1.3 Objectives and research questions 1.3.1 Shifting seasons in hydrology 1.3.2 Long-term annual average changes of evapotranspiration and streamflow 1.3.3 Methodological requirements 1.4 Structure of the thesis 2 Long term variability of the annual hydrological regime 2.1 Introduction 2.1.1 Motivation 2.1.2 Seasonal changes in hydrologic records 2.1.3 Regional climate in Saxony 2.1.4 Objective and structure 2.2 Methods 2.2.1 Annual periodic signal extraction 2.2.2 The runoff ratio and its annual phase 2.2.3 Descriptive circular statistics 2.2.4 Detection of nonstationarities, trends and change points 2.3 Data 2.4.1 Estimation and variability of the timing of the runoff ratio 2.4.2 Temporal variability of the timing 2.4.3 Does temperature explain trends in seasonality of runoff ratio? 2.4.4 Trend analysis in snow dominated basins 2.4.5 Uncertainty and significance of the results 2.5 Conclusions 2.A Preparation of basin input data 2.A.1 Precipitation 2.A.2 Temperature and snow depth data 3 Evaluation of water-energy balance frameworks 3.1 Introduction 3.2 Theory 3.2.1 Coupled water and energy balance 3.2.2 The ecohydrologic framework for change attribution 3.2.3 Applying the climate change hypothesis to predict changes in basin evapo transpiration and streamflow 3.2.4 Derivation of climatic sensitivity using the CCUW hypothesis 3.2.5 The Budyko hypothesis and derived sensitivities 3.3 Sensitivity analysis 3.3.1 Mapping of the Budyko functions into UW space 3.3.2 Mapping CCUW into Budyko space 3.3.3 Climatic sensitivity of basin evapotranspiration and streamflow 3.3.4 Climate-vegetation feedback effects 3.4 Application: three case studies 3.4.1 Mississippi River Basin (MRB) 3.4.2 Headwaters of the Yellow River Basin (HYRB) 3.4.3 Murray-Darling River Basin (MDB) 3.5 Conclusions 3.5.1 Potentials and limitations 3.5.2 Insights on the catchment parameter 3.5.3 Validation 3.5.4 Perspectives 3.A Derivation of the climate change direction 4 Climate sensitivity of streamflow over the continental United States 4.1 Introduction 4.1.1 Motivation 4.1.2 Hydro-climate of the continental US 4.1.3 Aims and research questions 4.2 Methods 4.2.1 Ecohydrological concept to separate impacts of climate and basin changes 4.2.2 Streamflow change prediction based on a coupled water-energy balance framework 4.2.3 Streamflow change prediction based on the Budyko hypothesis 4.2.4 Statistical classification of potential climate and basin change impacts 4.3 Data 4.4 Results and discussion 4.4.1 Hydro-climate conditions in the US 4.4.2 Climate sensitivity of streamflow 4.4.3 Assessment of observed and predicted changes in streamflow 4.4.4 Uncertainty discussion 4.5 Conclusions 4.A Mathematical derivations for the Mezentsev function 5 Summary and conclusions 5.1 Shifting seasons in hydrology 5.1.1 Major findings 5.1.2 Socio-economic and political relevance 5.1.3 Limitations and possible directions for further research 5.2 Long-term annual changes in ET and streamflow 5.2.1 Major findings 5.2.2 Socio-economic and political relevance 5.2.3 Limitations and further research 5.3 General conclusions and outlook 5.3.1 Regional and temporal limits and validity 5.3.2 Hydrological records carry signals of climate and land use change 5.3.3 Statistical significance of past changes 5.3.4 Improvements in assessing ET 5.3.5 Remote sensing 5.3.6 Learning from the past to predict the future? Bibliography Danksagung Erklärung

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