ALBERT

Description: Die Änderungen wichtiger Klimakenngrößen wie Temperatur und Niederschlag sowie der Konzentration von Spurengasen in der Atmosphäre beeinflussen unmittelbar physiologische Prozesse in Kulturpflanzen und damit die Ernte und die Landwirtschaft insgesamt. Zudem wirken sich Klimaänderungen indirekt auf die Pflanzenproduktion aus, indem sie strukturelle und funktionelle Eigenschaften von Agrarökosystemen verändern. Zu erwarten sind sowohl negative als auch positive Konsequenzen für die deutsche Landwirtschaft. Betrachtet werden neben direkten Auswirkungen auch mögliche Folgen für Schadorganismen und Nutztiere sowie die zu erwartende Entwicklung der Agrarproduktion. Entscheidend dafür, wie diese Effekte ausfallen, sind zum einen die Art und Intensität der Klimaveränderungen selbst, zum anderen die Empfindlichkeit der jeweils betrachteten Produktionssysteme und die Implementierung von Anpassungsmaßnahmen, mit deren Hilfe sich die Folgen des Klimawandels nutzen, vermeiden oder mildern lassen.

Description: Der Wissenschaftszweig der Klimaattribution analysiert den Zusammenhang zwischen beobachteten Aspekten des Klimas und menschlichen Klimaeinflussfaktoren. Mit formalen, statistisch sorgfältigen Nachweis- und Attributionsmethoden sind globale Veränderungen im Klima unzweifelhaft nachgewiesen und erhöhten Treibhausgaskonzentrationen zugeordnet. Auch auf kontinentaler und nationaler Ebene ist dieser Nachweis für Änderungen in Temperaturmitteln sowie -extremen und manchen Niederschlagsindizes erbracht. Mit verwandten Methoden, vor allem denen der probabilistischen Ereignisattribution, werden beobachtete Ereignisse wie eine einzelne Hitzewelle oder ein einzelner Sturm untersucht. Dabei wird typischerweise quantifiziert, ob und wie sich die Auftrittswahrscheinlichkeit der Ereignisse durch den menschengemachten Klimawandel geändert hat. Attributionsergebnisse können Bewusstsein für den Klimawandel schaffen und für Fragen der Klimagerechtigkeit und möglicher Entschädigungen für Klimafolgen relevant sein.

Description: We study the impact of recent global warming on extreme climatic events in Central Asia (CA) for 1901-2019 by comparing the composite representation of the observational climate with a hypothetical counterfactual one that does not include the long-term global warming trend. The counterfactual climate data are produced based on a simple detrending approach, using the global mean temperature (GMT) as the independent variable and removing the long-term trends from the climate variables of the observational data. This trend elimination is independent of causality, and the day-to-day variability in the counterfactual climate remains preserved. The analysis done in the paper shows that the increase in frequency and magnitude of extreme temperature and precipitation events can be attributed to global warming. Specifically, the probability of experiencing a +7 K temperature anomaly event in CA increases by up to a factor of seven in some areas due to global warming. The analysis reveals a significant increase in heatwave occurrences in Central Asia, with the observational climate dataset GSWP3-W5E5 (later called also factual) showing more frequent and prolonged extreme heat events than hypothetical scenarios without global warming. This trend, evident in the disparity between factual and counterfactual data, underscores the critical impact of recent climatic changes on weather patterns, highlighting the urgent need for robust adaptation and mitigation strategies. Additionally, using the self-calibrated Palmer drought severity index (scPDSI), the sensitivity of dry and wet events to the coupled precipitation and temperature changes is analyzed. The areas under dry and wet conditions are enhanced under the observational climate compared to a counterfactual scenario, especially over the largest deserts in CA. The expansion of the dry regions aligns well with the pattern of desert development observed in CA in recent decades.

Description: In der Vergangenheit haben sich Wälder an die geringen Veränderungen des am Wuchsort herrschenden Klimas angepasst. Die gegenwärtige Geschwindigkeit des Klimawandels in Verbindung mit der aktuellen Verteilung der Baumarten überfordert jedoch die natürliche Anpassungsfähigkeit. Vegetationszonen, Verbreitungsgebiete der Baumarten und Artzusammensetzung der Wälder verschieben sich. Das Kapitel charakterisiert die Folgen, die der Klimawandel für die Wälder mit sich bringt, stellt Schadfaktoren im Einzelnen vor und schildert die Auswirkungen auf die Produktivität. Darüber hinaus wird detailliert auf die Rolle des Waldes als Kohlenstoffspeicher eingegangen, denn Wälder produzieren nicht nur den nachwachsenden Rohstoff Holz, sondern sie leisten auch viel für die Umwelt und wirken ausgleichend auf das Klima. Auch mögliche Anpassungsoptionen werden dargestellt.

Description: This study investigates the attribution of climate change to trends in river discharge during six decades from 1955 until 2014 in 12 selected river catchments across six Central Asian countries located upstream of the main rivers. For this purpose, the semi-distributed eco-hydrological model SWIM (Soil and Water Integrated Model) was firstly calibrated and validated for all study catchments. Attributing climate change to streamflow simulation trends was forced by factual (reanalysis) and counterfactual climate data (assuming the absence of anthropogenic influence) proposed in the framework of the ISIMIP (Inter-Sectoral Impact Model Intercomparison Project) or ESM without anthropogenic forcing that were firstly tested and then compared. The trend analysis was performed for three variables: mean annual discharge and high flow (Q5) and low flow (Q95) indices. The results show that trends in the annual and seasonal discharge could be attributed to climate change for some of the studied catchments. In the three northern catchments (Derkul, Shagan, and Tobol), there are positive trends, and in two catchments (Sarysu and Kafirnigan), there are negative streamflow trends under the factual climate, which could be attributed to climate change. Also, our analysis shows that the average level of discharge in Murghab has increased during the historical study period due to climate change, despite the overall decreasing trend during this period. In addition, the study reveals a clear signal of shifting spring streamflow peaks in all catchments across the study area.

Description: Hochwasser in Flussgebieten werden in lokale und plötzliche Sturzfluten in kleinen Gebieten und in Hochwasser an größeren Flüssen unterschieden. Für verschiedene Hochwasserindikatoren und Flusseinzugsgebiete ergeben sich erhebliche Unterschiede, wobei sowohl überwiegend aus Regen als auch überwiegend aus Schmelzwasser gespeiste Hochwasserereignisse betrachtet werden. Besondere Aufmerksamkeit finden Hochwasserereignisse in den großen Flussgebieten von Rhein, Donau, Elbe, Weser und Ems in Deutschland sowie die Entwicklung von Sturzfluten infolge von Extremniederschlägen kurzer Dauer, wobei die Beobachtungen und Trends zu Modellierungsergebnissen in Beziehung gesetzt werden. Auch die Notwendigkeit von Anpassungsmaßnahmen wird diskutiert.

Description: Klimarelevante Naturgefahren sind auf vielfältige Faktoren zurückzuführen, deren Zusammenwirken in der Gesamtheit betrachtet werden muss. Die vorbereitenden, auslösenden und kontrollierenden Faktoren werden in unterschiedlichster Weise vom Klimawandel beeinflusst. Der Beitrag beschreibt verschiedene Arten von Dürren und damit verbundene Folgen und Risiken. Es wird diskutiert, inwieweit Waldbrände tatsächlich ausschließlich dem Klimawandel zuzuschreiben sind, wie sich der Trend bei Waldbränden in der Vergangenheit darstellt und wie sich der Klimawandel in Zukunft auf die Häufigkeit von Waldbränden auswirken könnte.

Description: Wasser ist für den Menschen und seine Umwelt von zentraler Bedeutung. Seine jahreszeitliche Verfügbarkeit prägt Ökosysteme wie auch Kulturen und Gesellschaften. Die Herausforderung, zu viel, zu wenig oder zu schmutziges Wasser zu bewältigen, begleitet den Menschen seit Jahrtausenden. Mit der globalen Klimaänderung verändert sich auch der Wasserkreislauf, insbesondere die Quelle erneuerbaren Süßwassers, nämlich der Niederschlag. Grund ist die mit der globalen Erwärmung einhergehende Intensivierung des Wasserkreislaufs, die zu vergrößerten atmosphärischen Energieumsätzen führt. Aufgrund der Wechselwirkung von Atmosphärendynamik und Landoberflächen sind so in manchen Regionen heftigere Niederschläge, in anderen Regionen aber entgegengesetzte Extreme, wie längere und häufigere Trockenperioden und Dürren, möglich. Die Abschätzung der zukünftigen räumlichen und zeitlichen Verteilung der terrestrischen Wasserverfügbarkeit gehört zu den zentralen wissenschaftlichen Herausforderungen des 21. Jahrhunderts.

Description: As a variant of Support Vector Machine (SVM), Large Margin Distribution Machine (LDM) has been validated to outperform SVM both theoretically and experimentally. Due to the inevitable noise in real applications, the credibility of different samples is not necessarily the same, which is neglected by most existing LDM models. To tackle the above problem, this paper first introduces fuzzy set theory into LDM, and proposes a Fuzzy Large Margin Distribution Machine (FLDM) with better robustness and performance. Considering the noise and uncertainty in datasets, sample points farther from the center of homogenous class are less reliable. Therefore, a fuzzy membership function based on the distance to the class center is utilized to characterize the confidence of each sample, i.e., the degree to which the sample belongs to a certain category. Furthermore, different strategies are developed to obtain class centers for linearly separable and linearly inseparable problems. Experiments conducted on both artificial and UCI datasets verified the superiority of FLDM from different perspectives.