ALBERT

Description: Cellular nutrient ratios are often applied as indicators of nutrient limitation in phytoplankton studies, especially the so-called Redfield ratio. For periphyton, similar data are scarce. We investigated the changes in cellular C: N: P stoichiometry of benthic microalgae in response to different levels and types of nutrient limitation and a variety of abiotic conditions in laboratory experiments with natural inocula. C: N ratios increased with decreasing growth rate, irrespective of the limiting nutrient. At the highest growth rates, the C: N ratio ranged uniformly around 7.5. N: P ratios 〈13 indicated N limitation, while N: P ratios 〉22 indicated P limitation. Under P limitation, the C: P ratios increased at low growth rate and varied around 130 at highest growth rates. For a medium with balanced supply of N and P, an optimal stoichiometric ratio of C: N: P = 119 : 17 : 1 could be deduced for benthic microalgae, which is slightly higher than the Redfield ratio (106 : 16 : 1) considered typical for optimally growing phytoplankton. The optimal ratio was stable against changes in abiotic conditions. In conclusion, cellular nutrient ratios are proposed as an indicator for nutrient status in periphyton.

Description: According to Connell�s intermediate disturbance hypothesis (IDH), diversity within a community is maximal at intermediate frequencies and intensities of disturbances. In order to test the IDH, disturbances of different frequencies and intensities were imposed on natural plankton communities in controlled field experiments. These disturbances consisted of an artificial deepening of the mixed layer, leading to the dilution of epilimnetic populations and to a higher level of nutrients. Intervals between disturbances ranged from 2 to 12 d. Different intensities of disturbance were caused by differences in the experimental mixing depth (150 and 225% of the original epilimnion depth). Investigation focused on the effect that disturbances had on the diversity of natural phytoplankton communities. Additionally, we were interested in determining the effect of grazing by zooplankton. The results of the field experiments show for the first time the applicability of the IDH to phytoplankton within complete planktonic communities. Diversity showed a clear maximum at the intermediate disturbance interval of 6 d. Similarly, species number peaked at intermediate interval length (6-10 d).

Description: We deployed CO2 and O2 sensors on the U.S. continental shelf off Cape Hatteras, North Carolina, during late summer 1994. A continuous 32‐d gas record was obtained at 20 m in 25 m of water, below the thermocline for most of the period. Analysis of the correlation between CO2 and O2 indicates that biological and advective processes dominated the gas variability, with small or insignificant fluxes due to air–sea exchange, vertical eddy diffusion, and carbonate dissolution or formation. The observed O2 : CO2 correlation was 1.39, within the range predicted for the photosynthetic quotient. Photosynthesis and respiration appeared to be tightly coupled, resulting in no net community production in these waters during the late summer. It is evident from these results that the combination of mooring‐based CO2 and O2 measurements will be a powerful tool for studying the marine carbon cycle.

Description: The effect of variable concentrations of dissolved molecular carbon dioxide, [CO2,aq], on C:N:P ratios in marine phytoplankton was studied in batch cultures under high light, nutrient-replete conditions at different irradiance cycles. The elemental composition in six out of seven species tested was affected by variation in [CO2,aq]. Among these species, the magnitude of change in C:N:P was similar over the experimental CO2 range. Differences in both cell size and day length-dependent growth rate had little effect on the critical CO2 concentration below which a further decrease in [CO2,aq] led to large changes in C:N:P ratios. Significant CO2-related changes in elemental ratios were observed at [CO2,aq] 〈 10 mu mol kg-l and correlated with a CO2-dependent decrease in growth rate. At [CO2,aq] typical for ocean surface waters, variation in C:N:P was relatively small under our experimental conditions. No general pattern far CO2-related changes in the elemental composition could be found with regard to the direction of trends. Either an increase or a decrease in C:N and C:P with increasing [CO2,aq] was observed, depending on the species tested. Diurnal variation in C:N and C:P, tested in Skeletonema costatum, was of a similar magnitude as CO2-related variation. In this species, the CO2 effect was superimposed on diurnal variation, indicating that differences in elemental ratios at the end of the photoperiod were not caused by a transient buildup of carbon-rich storage compounds due to a more rapid accumulation of carbohydrates at high CO2 concentrations. If our results obtained under high light, nutrient-replete conditions are representative for natural phytoplankton populations, CO2-related changes in plankton stoichiometry are unlikely to have a significant effect on the oceanic carbon cycle

Description: Diatoms have evolved a multitude of morphologics, including highly elongated cells and cell chains. Elongation and chain formation have many possible functions, such as grazing protecticn or effects on sinking. Here, a model of diffusive and advective nutrient transport is used to predict impacts of cell shape and chain length on potential nutrient supply and uptake in a turbulent environment. Rigid, contiguous, prolate spheroids thereby represent the shapes of simple chains and solitary cells. At scales larger than a few centimeters, turbulent water motions produce a more or less homogeneous nutrient distribution. At the much smaller stall: of diatom cells, however, turbulence drcates a roughly linear shear and nutrients can locally become strongly dl=pleted because of nutrient uptake by phytoplankton cells. The potential diffusive nutrient supply is greater for elongated than for spherically shaped cells of similar volume but lower for chains than for solitary cells. Although the relative increase in nutrient transport due to turbulence is greater for chains, single cells still enjoy a greater total nutrient supply in turbulent cnvironmerits. Only chains with specialized structures, such as spaces between the cells, can overcome this disadvantage and even obtain a higher nutrient supply than do solitary cells. The mod=1 results are compared to laboratory measurements of nutrient uptake under turbulent conditions and to effects ol’ sinking

Description: In this study, the impact of oceanic data assimilation on ENSO simulations and predictions is investigated. The authors’ main objective is to compare the impact of the assimilation of sea level observations and three-dimensional temperature measurements relative to each other. Three experiments were performed. In a control run the ocean model was forced with observed winds only, and in two assimilation runs three-dimensional temperatures and sea levels were assimilated one by one. The root-mean-square differences between the model solution and observations were computed and heat content anomalies of the upper 275 m compared to each other. Three ensembles of ENSO forecasts were performed additionally to investigate the impact of data assimilation on ENSO predictions. In a control ensemble a hybrid coupled ocean–atmosphere model was initialized with observed winds only, while either three-dimensional temperatures or sea level data were assimilated during the initialization phase in two additional forecast ensembles. The predicted sea surface temperature anomalies were averaged over the eastern equatorial Pacific and compared to observations. Two different objective skill measures were computed to evaluate the impact of data assimilation on ENSO forecasts. The authors’ experiments indicate that sea level observations contain useful information and that this information can be inserted successfully into an oceanic general circulation model. It is inferred from the forecast ensembles that the benefit of sea level and temperature assimilation is comparable. However, the positive impact of sea level assimilation could be shown more clearly when the forecasted temperature differences rather than the temperature anomalies themselves were compared with observations.

Description: Periphyton grazing by the marine isopod Idothea chelipes was studied by exposing periphyton grown on glass slides to a gradient of grazer densities. An analysis of the algal growth rates and their relationships to grazer density revealed two groups of algae. The unicellular diatoms Licmophora ehrenbergii, Fragilaria tabulata, Navicula spp., Cocconeis costata, and the green alga Ulothrix implexa had high maximal growth rates (0.90–1.47 d−1) and suffered high grazing losses (0.41–0.68 d−1 per grazer ind.). The tube dwelling diatom Amphipleura rutilans and the cyanobacteria Lyngbya confervoides and Spirulina subsalsa had low maximal growth rates (0.38–0.81 d−1) and suffered only moderate grazing losses (0.10–0.27 d−1 per grazer ind.). The species of the first group seemed to be less strongly resource limited than did the species of the second group. Grazing by I. chelipes has the potential to drive succession from the well‐edible to the less edible periphyton species.

Description: The seasonal cycle over the tropical Pacific simulated by 11 coupled ocean–atmosphere general circulation models (GCMs) is examined. Each model consists of a high-resolution ocean GCM of either the tropical Pacific or near-global means coupled to a moderate- or high-resolution atmospheric GCM, without the use of flux correction. The seasonal behavior of sea surface temperature (SST) and eastern Pacific rainfall is presented for each model. The results show that current state-of-the-art coupled GCMs share important successes and troublesome systematic errors. All 11 models are able to simulate the mean zonal gradient in SST at the equator over the central Pacific. The simulated equatorial cold tongue generally tends to be too strong, too narrow, and extend too far west. SSTs are generally too warm in a broad region west of Peru and in a band near 10°S. This is accompanied in some models by a double intertropical convergence zone (ITCZ) straddling the equator over the eastern Pacific, and in others by an ITCZ that migrates across the equator with the seasons; neither behavior is realistic. There is considerable spread in the simulated seasonal cycles of equatorial SST in the eastern Pacific. Some simulations do capture the annual harmonic quite realistically, although the seasonal cold tongue tends to appear prematurely. Others overestimate the amplitude of the semiannual harmonic. Nonetheless, the results constitute a marked improvement over the simulations of only a few years ago when serious climate drift was still widespread and simulated zonal gradients of SST along the equator were often very weak.

Description: Diatoms have evolved a multitude of morphologies, including highly elongated cells and cell chains. Elongation and chain formation have many possible functions, such as grazing protection or effects on sinking. Here, a model of diffusive and advective nutrient transport is used to predict impacts of cell shape and chain length on potential nutrient supply and uptake in a turbulent environment. Rigid, contiguous, prolate spheroids thereby represent the shapes of simple chains and solitary cells. Ar scales larger than a few centimeters, turbulent water motions produce a more or less homogeneous nutrient distribution. At the much smaller scale of diatom cells, however, turbulence creates a roughly linear shear and nutrients can locally become strongly depleted because of nutrient uptake by phytoplankton cells. The potential diffusive nutrient supply is greater for elongated than for spherically shaped cells of similar volume but lower for chains than for solitary cells. Although the relative increase in nutrient transport due to turbulence is greater for chains, single cells still enjoy a greater total nutrient supply in turbulent environments, Only chains with specialized structures, such as spaces between the cells, can overcome this disadvantage and even obtain a higher nutrient supply than do solitary cells. The model results are compared to laboratory measurements of nutrient uptake under turbulent conditions and to effects of sinking.

Description: In this paper the performance of the global coupled general circulation model (CGCM) ECHO-2, which was integrated for 10 years without the application of flux correction, is described. Although the integration is rather short, strong and weak points of this CGCM can be clearly identified, especially in view of the model's performance of the annual cycle in the tropical Pacific. The latter is simulated with more success relative to the earlier version, ECHO-I. A better representation of the low-level stratus clouds in the atmosphere model associated with a reduction in the shortwave radiative flux at the air-sea interface improved the coupled model's performance in the southeastern tropical oceans, with a strongly reduced warm bias in these regions. Modifications in the atmospheric convection scheme also eliminated the AGCM's tendency to simulate a double ITCZ, and this behavior is maintained in the CGCM simulation. Finally, a new numerical scheme for active tracer advection in the ocean model strongly reduced the numerical mixing, which seems to enhance considerably the level of interannual variability in the equatorial Pacific. One weak point is an overall cold bias in the Tropics and midlatitudes, which typically amounts to 1°C in open ocean regions. Another weak point is the still too strong equatorial cold tongue, which penetrates too far into the western equatorial Pacific. Although this model deficiency is not as pronounced as in ECHO-1, the too strong cold tongue reduces the level of interannual rainfall variability in the western and central equatorial Pacific. Finally, the interannual fluctuations in equatorial Pacific sea surface temperatures (SSTs) are too equatorially trapped, a problem that is also found in ocean-only simulations. Overall, however, the authors believe that the ECHO-2 CGCM has been considerably improved relative to ECHO-1.

Description: The food-chain transmission of mineral nutrient effects to zooplankton production via phytoplankton competition was studied by two-stage experiments with a mixed phytoplankton assemblage from the Indian Ocean and the rotifer species Brachionus plicatilis. Phytoplankton species composition was steered by nutrient competition in the first stage of the cultures. High atomic Si : N ratios (〉 1 : 1) in the medium resulted in diatom dominance, and low ones resulted in flagellate dominance. Medium Si : N ratios (0.3-0.6 : 1) resulted in even mixtures of both types of algae. The phytoplankton assemblage resulting from competition was used as food for Brachionus. An even mixture between diatoms and flagellates in the food resulted in higher Brachionus production than one sided food mixtures.

Description: I tested the extent to which differences in light supply could influence the outcome of nutrient (Si and N) competition between marine phytoplankton. Competition experiments were performed with 11 species of marine phytoplankton at Si: N ratios from 16 to 124 : 1, light intensities from 28 to 225 µmol quanta m−2 s−1, and three different daylengths. Thus, light supply was the composite result of two components: photoperiod and intensity. Diatoms were dominant competitors at higher Si: N ratios, nonsiliceous flagellates at lower ones. Light had no impact on the transition from flagellate to diatom dominance along the Si: N gradient. However, species within those groups were separated along the light gradient. Contrary to theoretical expectations, changes in light intensity and changes in daylength led to similar shifts in species dominance. Therefore, it was possible to describe the light climate by the integral parameter “daily light dose.”

Description: Plankton is a massive and phylogenetically diverse group of thousands of prokaryotes, protists (unicellular eukaryotic organisms), and metazoans (multicellular eukaryotic organisms; Fig. 1). Plankton functional diversity is at the core of various ecological processes, including productivity, carbon cycling and sequestration, nutrient cycling (Falkowski 2012), interspecies interactions, and food web dynamics and structure (D'Alelio et al. 2016). Through these functions, plankton play a critical role in the health of the coastal and open ocean and provide essential ecosystem services. Yet, at present, our understanding of plankton dynamics is insufficient to project how climate change and other human-driven impacts affect the functional diversity of plankton. That limits our ability to predict how critical ecosystem services will change in the future and develop strategies to adapt to these changes.

Description: Dieses Papier beschreibt Empfehlungen zur Weiterentwicklung des nationalen Brennstoff-Emissionshandelsgesetzes (BEHG) – und wie ein reibungsfreier Übergang zur europäischen Ebene gestaltet werden kann. Bei der Einführung und Ausgestaltung eines EU-Emissionshandelssystem für Gebäude und Straßenverkehr (EU ETS-II) bestehen derzeit noch diverse Unsicherheiten. Unabhängig von den Entscheidungen auf europäischer Ebene identifizieren wir jedoch vier No-Regret Maßnahmen zur Weiterentwicklung des BEHG, die in allen Fällen förderlich sind: Zeitliches Vorziehen und Anhebung des Preiskorridors plus Versteigerung: Die Einführung eines Preiskorridors und die Versteigerung von Zertifikaten sollte auf das Jahr 2023 vorgezogen werden. Zudem sollte der Preiskorridor angehoben und verbreitert werden, um den neuen nationalen Klimazielen Rechnung zu tragen. BEHG Emissionsmengen analog zu Sektorzielen: Die EU-Kommission hat im Fit-for-55 Paket eine Erhöhung des deutschen ESR-Ziels auf 50% vorgeschlagen, was auch ungefähr den nationalen Zielen im Rahmen des Klimaschutzgesetzes (KSG) von 2021 entspricht. Um zu einem früheren Zeitpunkt Verbindlichkeit zu schaffen, sollten daher die BEHG-Emissionsmengen aus den KSG Sektorzielen abgeleitet werden. Direkte Pro-Kopf-Rückerstattung: Für den zu erwartenden Fall deutlich steigender CO2-Preise sollte die Bundesregierung schon vor 2023 die institutionellen Voraussetzungen für die Umsetzung des Klimagelds wie im Koalitionsvertrag beschrieben schaffen. Nationaler CO2-Mindestpreis: Bis spätestens 2025 sollte ein Mindestpreis zur eventuellen Ergänzung eines EU ETS-II vorbereitet und ggf. implementiert werden. Dadurch kann im Fall anfänglich niedriger Preise im EU ETS-II garantiert werden, dass der CO2-Preis in Deutschland weiterhin kontinuierlich ansteigt. Neben diesen Maßnahmen auf nationaler Ebene, sollte sich die Bundesregierung in den Fit-for-55 Verhandlungen einsetzen (1) für die Flexibilität zwischen EU ETS und ESR sowie (2) für ein graduelles Linking zwischen ETS-I und ETS-II. Mit beiden Maßnahmen können die sehr hohen Preisunterscheide reduziert und die Effizienz der Klimapolitik erhöht werden.

Description: Zusammenfassung 1. Einleitung 2. Zwei Unsicherheiten 3. Eckpunkte und No-Regret Optionen 4. Implikationen für die Fit-for-55 Verhandlungen

Description: Prochlorococcus and Synechococcus are the most abundant free-living photosynthetic microorganisms in the ocean. Uncultivated lineages of these picocyanobacteria also thrive in the dimly illuminated upper part of oxygen-deficient zones (ODZs), where an important portion of ocean nitrogen (N) loss takes place via denitrification and anaerobic ammonium oxidation. Recent metagenomic studies revealed that ODZ Prochlorococcus have the genetic potential for using different N forms, including nitrate and nitrite, uncommon N sources for Prochlorococcus, but common for Synechococcus. To determine which N sources ODZ picocyanobacteria are actually using in nature, the cellular N-15 natural abundance (delta N-15) and assimilation rates of different N compounds were determined using cell sorting by flow cytometry and mass spectrometry. The natural delta N-15 of the ODZ Prochlorococcus varied from -4.0 parts per thousand to 13.0 parts per thousand (n = 9), with 50% of the values in the range of -2.1-2.6 parts per thousand. While the highest values suggest nitrate use, most observations indicate the use of nitrite, ammonium, or a mixture of N sources. Meanwhile, incubation experiments revealed potential assimilation rates of ammonium and urea in the same order of magnitude as that expected for total N in several environments including ODZs, whereas rates of nitrite and nitrate assimilation were very low. Our results thus indicate that reduced forms of N and nitrite are the dominant sources for ODZ picocyanobacteria, although nitrate might be important on some occasions. ODZ picocyanobacteria might thus represent potential competitors with anammox bacteria for ammonium and nitrite, with ammonia-oxidizing archaea for ammonium, and with nitrite-oxidizing bacteria for nitrite.

Description: The plea for using more “realistic,” community‐level, investigations to assess the ecological impacts of global change has recently intensified. Such experiments are typically more complex, longer, more expensive, and harder to interpret than simple organism‐level benchtop experiments. Are they worth the extra effort? Using outdoor mesocosms, we investigated the effects of ocean warming (OW) and acidification (OA), their combination (OAW), and their natural fluctuations on coastal communities of the western Baltic Sea during all four seasons. These communities are dominated by the perennial and canopy‐forming macrophyte Fucus vesiculosus—an important ecosystem engineer Baltic‐wide. We, additionally, assessed the direct response of organisms to temperature and pH in benchtop experiments, and examined how well organism‐level responses can predict community‐level responses to the dominant driver, OW. OW affected the mesocosm communities substantially stronger than acidification. OW provoked structural and functional shifts in the community that differed in strength and direction among seasons. The organism‐level response to OW matched well the community‐level response of a given species only under warm and cold thermal stress, that is, in summer and winter. In other seasons, shifts in biotic interactions masked the direct OW effects. The combination of direct OW effects and OW‐driven shifts of biotic interactions is likely to jeopardize the future of the habitat‐forming macroalga F. vesiculosus in the Baltic Sea. Furthermore, we conclude that seasonal mesocosm experiments are essential for our understanding of global change impact because they take into account the important fluctuations of abiotic and biotic pressures.

Description: The duration and magnitude of the North Atlantic spring bloom impacts both higher trophic levels and oceanic carbon sequestration. Nutrient exhaustion offers a general explanation for bloom termination, but detail on which nutrients and their relative influence on phytoplankton productivity, community structure, and physiology is lacking. Here, we address this using nutrient addition bioassay experiments conducted across the midlatitude North Atlantic in June 2017 (late spring). In four out of six experiments, phytoplankton accumulated over 48–72 h following individual additions of either iron (Fe) or nitrogen (N). In the remaining two experiments, Fe and N were serially limiting, that is, their combined addition sequentially enhanced phytoplankton accumulation. Silicic acid (Si) added in combination with N + Fe led to further chlorophyll a (Chl a) enhancement at two sites. Conversely, addition of zinc, manganese, cobalt, vitamin B12, or phosphate in combination with N + Fe did not. At two sites, the simultaneous supply of all six nutrients, in combination with N + Fe, also led to no further Chl a enhancement, but did result in an additional 30–60% particulate carbon accumulation. This particulate carbon accumulation was not matched by a Redfield equivalent of particulate N, characteristic of high C:N organic exudates that enhance cell aggregation and sinking. Our results suggest that growth rates of larger phytoplankton were primarily limited by Fe and/or N, making the availability of these nutrients the main bottom‐up factors contributing to spring bloom termination. In addition, the simultaneous availability of other nutrients could modify bloom characteristics and carbon export efficiency.

Description: Numerical models are a suitable tool to quantify impacts of predicted climate change on complex ecosystems but are rarely used to study effects on benthic macroalgal communities. Fucus vesiculosus L. is a habitat-forming macroalga in the Baltic Sea and alarming shifts from the perennial Fucus community to annual filamentous algae are reported. We developed a box model able to simulate the seasonal growth of the Baltic Fucus-grazer-epiphyte system. This required the implementation of two state variables for Fucus biomass in units of carbon (C) and nitrogen (N). Model equations describe relevant physiological and ecological processes, such as storage of C and N assimilates by Fucus, shading effects of epiphytes or grazing by herbivores on both Fucus and epiphytes, but with species-specific rates and preferences. Parametrizations of the model equations and required initial conditions were based on measured parameters and process rates in the near-natural Kiel Outdoor Benthocosm (KOB) experiments during the Biological Impacts of Ocean Acidification project. To validate the model, we compared simulation results with observations in the KOB experiment that lasted from April 2013 until March 2014 under ambient and climate-change scenarios, that is, increased atmospheric temperature and partial pressure of carbon dioxide. The model reproduced the magnitude and seasonal cycles of Fucus growth and other processes in the KOBs over 1 yr under different scenarios. Now having established the Fucus model, it will be possible to better highlight the actual threat of climate change to the Fucus community in the shallow nearshore waters of the Baltic Sea.

Description: Numerical simulations of ocean biogeochemical cycles need to adequately represent particle sinking velocities (SV). For decades, Stokes' Law estimating particle SV from density and size has been widely used. But while Stokes' Law holds for small, smooth, and rigid spheres settling at low Reynolds number, it fails when applied to marine aggregates complex in shape, structure, and composition. Minerals and zooplankton can alter phytoplankton aggregates in ways that change their SV, potentially improving the applicability of Stokes' models. Using rolling cylinders, we experimentally produced diatom aggregates in the presence and absence of minerals and/or microzooplankton. Minerals and to a lesser extent microzooplankton decreased aggregate size and roughness and increased their sphericity and compactness. Stokes' Law parameterized with a fractal porosity modeled adequately size‐SV relationships for mineral‐loaded aggregates. Phytoplankton‐only aggregates and those exposed to microzooplankton followed the general Navier‐Stokes drag equation suggesting an indiscernible effect of microzooplankton and a drag coefficient too complex to be calculated with a Stokes' assumption. We compared our results with a larger data set of ballasted and nonballasted marine aggregates. This confirmed that the size‐SV relationships for ballasted aggregates can be simulated by Stokes' models with an adequate fractal porosity parameterization. Given the importance of mineral ballasting in the ocean, our findings could ease biogeochemical model parameterization for a significant pool of particles in the ocean and especially in the mesopelagic zone where the particulate organic matter : mineral ratio decreases. Our results also reinforce the importance of accounting for porosity as a decisive predictor of marine aggregate SV.

Description: Ocean surface partial pressure of carbon dioxide (pCO2) is a key factor controlling air–sea CO2 fluxes. Most surface pCO2 data are collected with relatively large and complex air–water equilibrators coupled to stand‐alone infrared analyzers installed on Ships of OPportunity (SOOP‐CO2). This approach has proven itself through years of successful deployments, but expansion and sustainability of the future measurement network faces challenges in terms of certification, autonomy, and maintenance, which motivates development of new systems. Here, we compare performance of three underway pCO2 measurement systems (General Oceanics, SubCtech, and Pro‐Oceanus), including a recently developed compact flow‐through, sensor‐based system. The systems were intercompared over a period of 34 days during two crossings of the subpolar North Atlantic Ocean. With a mean difference from the General Oceanics system of −5.7 ± 4.0 μatm (Pro‐Oceanus) and −4.7 ± 2.9 μatm (SubCtech) during the 1st crossing, our results indicate potential for good agreement between the systems. The study highlighted the challenge of assuring accuracy over long periods of time, particularly seen in a worse agreement during the 2nd crossing, and revealed a number of sources of systematic errors. These can influence accuracy of the measurements, agreement between systems and include slow response of membrane‐based systems to pCO2 changes, “within‐ship” respiration due to biofouling, and bias in measurement of the temperature of equilibration. These error sources can be controlled or corrected for, however, if unidentified, their magnitude can be significant relative to accuracy criteria assigned to the highest‐quality data in global databases. The advantages of the compact flow‐through system are presented along with a discussion of future solutions for improving data quality.

Description: Eutrophication and climate change will affect habitats of species and more generally, the structure and functioning of ecosystems. We used a three‐dimensional, coupled hydrodynamic‐biogeochemical model to investigate potential future changes in size and location of potential habitats of marine species during the 21st century in a large, eutrophicated brackish sea (the Baltic Sea, northern Europe). We conducted scenario projections under the combined impact of nutrient load and climate change. Possible future changes of the eutrophication state of this sea were also assessed through two policy‐relevant indicators. The results imply a physiologically more stressful environment for marine species by the end of the 21st century: volumes of higher salinity water become more hypoxic/anoxic and the volumes of low salinity, oxic water increase. For example, these results impact and reduce cod reproductive habitats. The decrease is mainly climate change induced in the Baltic basins less directly influenced by inflows of saline, oxic water to the Baltic Sea (E Gotland and Gdansk Basins). In basins more directly influenced by such inflows (Arkona and Bornholm Basins), the combined effect from climate change and nutrient loads is of importance. The results for the eutrophication state indicators clearly indicate a more eutrophic sea than at present without a rigorous nutrient reduction policy, that is, the necessity to implement the Baltic Sea Action Plan. The multidisciplinary, multiscenario assessment strategy presented here provides a useful concept for the evaluation of impacts from cumulative stresses of changing climate and socioeconomic pressures on future eutrophication indicators and habitats of marine species.

Description: Enhanced nutrient input and warming have led to the development of low oxygen (hypoxia) in coastal waters globally. For many coastal areas, insight into redox conditions prior to human impact is lacking. Here, we reconstructed bottom water redox conditions and sea surface temperatures (SSTs) for the coastal Stockholm Archipelago over the past 3000 yr. Elevated sedimentary concentrations of molybdenum indicate (seasonal) hypoxia between 1000b.c.e.and 1500c.e. Biomarker-based (TEX86) SST reconstructions indicate that the recovery from hypoxia after 1500c.e.coincided with a period of significant cooling (similar to 2 degrees C), while human activity in the study area, deduced from trends in sedimentary lead and existing paleobotanical and archeological records, had significantly increased. A strong increase in sedimentary lead and zinc, related to more intense human activity in the 18(th)and 19(th)century, and the onset of modern warming precede the return of hypoxia in the Stockholm Archipelago. We conclude that climatic cooling played an important role in the recovery from natural hypoxia after 1500c.e., but that eutrophication and warming, related to modern human activity, led to the return of hypoxia in the 20(th)century. Our findings imply that ongoing global warming may exacerbate hypoxia in the coastal zone of the Baltic Sea.

Description: As part of the Earth4All project, collaborators have submitted this paper to delve further into the steps to be taken to widely transform our conventional agricultural system to provide food security and improve ecological resilience in a rapidly changing global climate. This article analyses the potential positive effects on soil ecology and crop yield of a global-scale transition to regenerative agriculture, while also considering social spreading dynamics that determine the adoption of such practices by farmers. The authors argue that the transition to a global regenerative agricultural system cannot be achieved without considering the deeper societal processes driving the effective dissemination and adoption of the change. Furthermore, the surrounding factors and conditions such as farmers’ political and institutional embeddedness, public opinion, the economic situation and the climate conditions they face within their region or community, as potential barriers hindering the transition, have to be taken into account. Therefore, it is not only the farmers’ responsibility to drive the change but also the politicians, institutions, companies and individual actors’ one which, all together, will support such transition processes.

Description: Um die ambitionierten Klimaschutzziele zu erreichen, braucht Deutschland effektive Instrumente und Maßnahmen auf nationaler, bundesstaatlicher und kommunaler Ebene. Der Erfolg dieser Politik wird maßgeblich davon abhängen, ob es gelingt, eine breite gesellschaftliche Akzeptanz und Unterstützung für diese Maßnahmen auf den entsprechenden Ebenen zu erreichen. Die Haltung der Bevölkerung wird jedoch in der Regel auf nationaler Ebene über Umfragen gemessen, die geographische Unterschiede dabei auf den subnationalen Ebenen außer Acht lassen. Im Rahmen dieser Analyse schätzen wir die durchschnittliche Bevölkerungszustimmung zu 26 Klimaschutzmaßnahmen in den Sektoren Wärme, Transport und Energie auf Bundesland-, Landkreis- und kommunaler Ebene zwischen 2017 und 2021 mittels eines mehrstufigen Regressions- und Poststratifizierungsmodells. Die Schätzungen basieren auf zwei bundesweit repräsentativen Panel-Umfragen, dem Sozialen Nachhaltigkeitsbarometer und dem Ariadne Wärme-& Wohnen-Panel. Durch die Analyse werden erhebliche regionale Unterschiede in der Zustimmung von Klimaschutzmaßnahmen in der deutschen Bevölkerung sichtbar. Die Befürwortung einzelner Klimaschutzmaßnahmen variiert teilweise um bis zu 60 Prozentpunkte zwischen den untersuchten geographischen Einheiten. In der Gesamtbetrachtung der räumlichen Disparitäten zeichnen sich bedeutsame Unterschiede zwischen Stadt- und Landbevölkerung sowie West- und Ostdeutschland ab. Im zeitlichen Verlauf haben sich dabei die Einstellungen gegenüber einzelnen Maßnahmen, wie beispielsweise dem Ausbau von Wind- und Solarkraftanlagen, angenähert, während die öffentliche Meinung zu anderen energiepolitischen Instrumenten, wie dem Kohleausstieg, im Laufe der Jahre polarisieren. Mittels einer zusätzlich durchgeführten räumlichen Panelanalyse können wir zudem zeigen, dass sich die Veränderungen von bestimmten Kontextfaktoren auf die Zustimmung von Klimaschutzmaßnahmen auf kommunaler Ebene auswirken. So finden wir einen positiven Zusammenhang zwischen der Befürwortung des Ausbaus von Wind- und Solarkraftanlagen und dem tatsächlichen Zubau an Solar- und Windkapazitäten in diesen Regionen. Ferner wird die Haltung gegenüber klimapolitischen Maßnahmen stark von räumlichen Diffusionseffekten, d.h. der Ausbreitung von Einstellungen im sozialen Umfeld, bestimmt, wie der Einfluss von Meinungsänderungen in einer Region auf deren Nachbarregionen veranschaulicht. Die in diesem Bericht und auf dem interaktiven Online-Dashboard zur Verfügung gestellten Schätzungen der Zustimmung zu Klimaschutzmaßnahmen, stellen eine wichtige Informationsgrundlage für politische Entscheidungsträger:innen dar, um den gesellschaftlichen Herausforderungen bei der Umsetzung von Klimaschutzmaßnahmen effektiv zu begegnen. Alle generierten Daten sind im Online-Dashboard „Lokale Klimaschutzeinstellungen in Deutschland“ unter https://hertie-school-ariadne.shinyapps.io/LocalAttitudesDashboard/ einsehbar.

Description: Die Kommission hat ihr “Fit For 55” Paket vorgelegt, welches das 55%-Reduktionsziel für 2030 wie folgt auf die Sektoren aufteilt: Die Sektoren im bestehenden EU-Emissionshandelssystem (ETS), also hauptsächlich Strom und Industrie, sollen ihre Emissionen um 61% gegenüber 2005 mindern. Alle anderen Sektoren fallen unter die Effort Sharing Regulation (ESR) und sollen ihre Emissionen um 40% gegenüber 2005 mindern. In diesem Papier analysieren wir die notwendigen CO2-Preise zur Zielerreichung unter der Annahme, dass eine Bepreisung von CO2 das einzige Instrument der Emissionsminderung ist. Werden weitere Politikinstrumente eingesetzt, zum Beispiel Technologiestandards, dann können zwar die CO2-Preise abgesenkt und die Verteilung der Vermeidungskosten auf Haushalte und Unternehmen verändert werden; jedoch kann das Niveau der gesamtwirtschaftlichen Vermeidungskosten nur dann vermindert werden, wenn die zusätzlichen Politikinstrumente bestehende Marktversagen verringern und dabei nicht mehr neue Ineffizienzen schaffen. Die notwendigen CO2-Preise im Jahre 2030 erreichen dabei 275 EUR/t in den ESR-Sektoren (Bandbreite: 210-405 EUR/t). Diese Preise sind mehr als doppelt so hoch wie die für das ETS-Ziel notwendigen CO2-Preise (130 EUR/t, Bandbreite 95-210 EUR/t). Allerdings wird die Höhe der notwendigen CO2-Preise maßgeblich davon beeinflusst, a) wie die Emissionsminderungen zwischen ETS und ESR aufgeteilt werden, b) wie schnell der Markthochlauf emissionsfreier Technologien – insbesondere der Elektromobilität – realisiert wird und wie schnell Wind- und Solarstrom ausgebaut, sowie die notwendigen Flexibilitäten im Stromsystem durch Netzausbau, Speicher und Lastmanagement bereitgestellt werden können. Für den Fall, dass der ETS 50% der zusätzlichen Minderungen des ESR übernimmt, gleichen sich beide Preise stark an: 190 EUR/t im ETS und 195 EUR/t in der ESR. Für die Politikinstrumente ergeben sich zwei Schlussfolgerungen: Ein höherer Vermeidungsbeitrag der ETS-Sektoren könnte die CO2-Preise angleichen, und somit das 2030-Ziel kostengünstiger erreichen. Allerdings könnte eine solche Aufteilung auch zu sehr hohen ESR-CO2-Preisen zu einem späteren Zeitpunkt führen, falls kurzfristig niedrigere CO2-Preise in den ESR-Sektoren den Markthochlauf emissionsfreier Technologien ausbremsen. Dies wird aber nur dann der Fall sein, wenn der langfristige Pfad der CO2-Preise von den Investoren als nicht glaubwürdig wahrgenommen wird. Die Kostenersparnisse hängen sowohl von den Erwartungen der Investoren als auch davon ab, welche zusätzlichen Maßnahmen noch auf europäischer und nationaler Ebene implementiert werden, die die Glaubwürdigkeit der langfristigen Zielerreichung stärken. Die große Bandbreite der notwendigen CO2-Preise je nach Annahmen zum Markthochlauf zeigt die Bedeutung von komplementärem Infrastrukturausbau und Technologiepolitik. So könnten beispielsweise der Ausbau der Ladeinfrastruktur und Investitionsanreize den Markthochlauf emissionsfreier Technologien fördern. Solche Maßnahmen – wie sie auch im Fit-for-55 Paket der EU Kommision vorgesehen sind – können bestehende Marktversagen korrigieren und so den notwendigen CO2-Preis senken sowie die Sicherheit der Klimazielerreichung erhöhen. Allerdings gehen diese Maßnahmen oftmals mit versteckten Kosten einher, und ein sozialer Ausgleich ist zudem schwerer möglich, da keine Einnahmen aus der CO2-Bepreisung zur Verfügung stehen.

Description: Dieses Kurzdossier analysiert die Auswirkungen der Energiekrise auf die Transformation des deutschen Energiesystems zur Klimaneutralität 2045 sowie Strategien zur Beseitigung der Abhängigkeit Deutschlands von russischen Erdgasimporten.

Description: Wie schon 2021 hat der Gebäudesektor auch im vergangenen Jahr die erlaubten Emissionen gemäß Bundes-Klimaschutzgesetz überschritten. Die Fernwärme kann einen Beitrag leisten, um die Trendwende hin zur angestrebten Klimaneutralität zu schaffen. Klar ist aber auch, dass die Wärmenetze der Zukunft deutlich flexibler und effizienter werden müssen, etwa um aus erneuerbaren Quellen oder Abwärme von Rechenzentren gewonnene Wärme nutzen zu können. Angesichts der hohen Lebensdauer der Wärmenetze von etwa 50 bis 60 Jahren ist ein Umbau dieser Netze auf die Erfordernisse der Wärmewende besonders kritisch. Allerding müssen für eine erfolgreiche Anpassung verschiedene Ebenen ineinandergreifen: Die kommunale Wärmewende, die Transformation der Netze sowie die Digitalisierung der Verbrauchsmessungen. Ergebnis der Ariadne-Analyse ist, dass für die erforderlichen Umrüstungen der Netze ein massives Finanzierungsproblem besteht. So bleiben Fernwärmenetzbetreiber auf etwa 90% der Investitionskosten sitzen. Durch eine Nahverdichtung der Fernwärmeanschlüsse könnten die Kosten verringert werden. Weiterhin bietet die Nachrüstung der Wärmezähler für die Fernauslesbarkeit bis Ende 2026 die Möglichkeit, Maßnahmen zu kombinieren, etwa den Austausch der Hausstation und den hydraulischen Abgleich. Eine koordinierte Einbeziehung der handelnden Akteure könnte daher zur Trendwende im Wärmesektor beitragen.

Description: Die Dekarbonisierung des Verkehrs- und Stromsystems ist ein weitreichender Transformationsprozess, der erhebliche Veränderungen für die Menschen mit sich bringt. Er kann nur als gesamtgesellschaftliche Aufgabe gelingen, die aus Betroffenen Beteiligte macht und Interessen sowie Vorstellungen von Bürgerinnen und Bürgern berücksichtigt. Wirksame Beteiligung im Forschungs- und Politikprozess sind bei der Verkehrs- und Stromwende deshalb unabdingbar. Unterschiedliche Formate, wie Befragungen und Deliberation erlauben es, die Einstellungen aus einem Querschnitt der Gesellschaft zu Politikoptionen zu untersuchen und Betroffene somit an der Entwicklung dieser partizipieren zu lassen. In dieser Analyse untersuchen wir in zwei parallel durchgeführten Befragungen im Rahmen der Ariadne Bürgerdeliberation und einer repräsentativen Panelbefragung die Haltung der Bürger:innen gegenüber verschiedenen Politikoptionen in den Bereichen Verkehr und Strom. Das Ziel war hierbei durch die vergleichende Betrachtung besser zu verstehen, welche Optionen gesellschaftlich mitgetragen werden (und welche nicht) und aus welchen Gründen. Die Verbindung beider Zugänge bietet eine umfassende Perspektive auf die gesellschaftliche Trägerschaft der Energie- und Verkehrswende. Die Bürgerinnen und Bürger sprachen sich in beiden Bereichen – Strom und Verkehr – für möglichst gerechte und effektive politische Optionen aus. Die Mehrheit der Befragten ist bereit, Veränderungen mitzutragen, wenn gewährleistet wird, dass alle Menschen und vulnerable Gruppen Zugang zu bezahlbarer Mobilität und Energieversorgung haben. Dies spiegelt sich in der Wahrnehmung von Stärken der verschiedenen Optionen und dem Wunsch, das Beste aus den Welten und Pfaden zu kombinieren. Für die Energie- und Verkehrswende insgesamt zeigen die Bürger:innensichten die Wichtigkeit einer Politik auf, die sich sowohl an sozialen als auch ökologischen Auswirkungen orientiert. Der klimafreundliche Umbau des Energiesystems wird von einer breiten gesellschaftlichen Mehrheit in Deutschland getragen und die Menschen sind bereit, sich bei der Umsetzung aktiv zu engagieren. Bei der Frage der Art der Gestaltung wird von den 2 Bürger:innen mehrheitlich eine dezentrale Energieversorgungsstruktur bevorzugt. Damit sind jedoch sowohl Hoffnungen als auch Sorgen verbunden. In der Verkehrswende ist den Menschen eine faire Teilhabe an Mobilität wichtig, dass also die verschiedenen Mobilitätsbedürfnisse diverser gesellschaftlicher Gruppen berücksichtigt werden. Neben der sozialen Gerechtigkeit spielt in der Verkehrswende auch die Klimawirkung – also die Effektivität von Maßnahmen – eine zentrale Rolle für die gesellschaftliche Trägerschaft. Trotz verbleibendem Diskussionsbedarf der beteiligten Bürger:innen zu konkreten Umsetzungsfragen zeigen die Ergebnisse die Bereitschaft sich mit den Auswirkungen politischer Optionen auseinanderzusetzen und dadurch Wandel nicht primär als Bedrohung und Sorge, sondern als Chance auf ein inklusiveres und attraktiveres Zusammenleben zu sehen. Eine Voraussetzung für einen wissenschaftlich informierten Lernprozess ist, das Wissen zu Politikoptionen und deren Auswirkungen für die breite Gesellschaft zugänglich und erfahrbar zu machen. Sowohl wissenschaftlich fundierte Informationsangebote als auch verständigungsorientierte Diskussionen sind effektive Formate, um dies zu ermöglichen. Letztlich lebt auch dieser Lernprozess von der Bereitschaft eigene Annahmen zu hinterfragen und sich für neue bzw. andere Argumente zu öffnen, die einem bisher als wenig relevant oder kaum nachvollziehbar erschienen. Zudem unterstreicht diese Analyse, dass in wissenschaftlich gut informierten Prozessen Bürger:innensichten eine wertvolle Ressource und Chance für eine besser gesellschaftlich abgestimmte und damit tragfähigere Klimapolitik darstellen. Aus Bürger:innensicht sollten diverse Wertvorstellungen, Bedürfnisse und Interessen bei der Umsetzung der Transformationen Eingang finden. Deswegen braucht es nach Meinung der Autorinnen und Autoren dieser Analyse einen Weg, wie die Politik über diese informiert wird – eine vielversprechende Möglichkeit hierfür ist die Befähigung von Bürger:innen zur politischen Mitbestimmung durch ein möglichst heterogenes Spektrum an Beteiligungsformen. Aus dieser Sicht stellt der Einbezug von Bürger:innensichten eine Chance für eine tragfähigere, an den Bedürfnissen der Bürger:innen orientierte

Description: Eine kohärente Klimaaußenpolitik (KAP) Deutschlands ist essentiell für das Gelingen sowohl der nationalen und europäischen Energiewende als auch für die effektive Unterstützung ambitionierter Klimapolitik außerhalb der Europäischen Union. Ziel dieses Ariadne- Hintergrundpapiers ist es, einen Diskussionsbeitrag zur Strukturierung der Debatte um die Eckpunkte und Optionen zur Ausarbeitung und Weiterentwicklung der deutschen KAP-Strategie zu leisten. Dazu werden vier Kategorien relevanter Ziele unterschieden. Diese reichen von klassischen klimapolitischen Zielen über industriepolitische sowie sicherheits- und handelspolitische Ziele hin zu breiteren außenpolitischen Zielen. Für jedes Ziel müssen entsprechende Mittel identifiziert werden, mit denen es erreicht werden kann, und Barrieren, die ihm im Weg stehen und entsprechend bedacht werden müssen. Für die Charakterisierung und Analyse verschiedener Mittel werden fünf Kategorien vorgeschlagen. Eine zentrale, aber in der Bewertung konzeptionell und empirisch herausfordernde Kategorie ist dabei das Transformationspotenzial einer Maßnahme. Im Fall von Zielkonflikten und begrenzten Ressourcen müssen Ziele priorisiert werden. Wir skizzieren dafür einen analytischen Rahmen und diskutieren illustrativ mögliche Optionen zur strategischen Gesamtausrichtung. Diese umfassen zum einen KAP-Gesamtstrategien von Staaten gegenüber allen anderen Ländern, und zum anderen Strategien für spezifische Staaten (z.B. die deutsche Strategie für den Umgang mit Indien oder Südafrika). Dabei können Strategien in einem Kontinuum von maximaler Priorisierung von Klimazielen (Klimapolitik First) bis hin zur nachrangigen Behandlung (Klimapolitik als Mittel zum Zweck) verortet und entsprechend ausgestaltet werden. Neben den Inhalten der Strategie werden Fragen der Organisation und Koordination in der Entwicklung und Implementierung der KAP-Strategie in den Blick genommen und die nächsten Schritte diskutiert. Eine erfolgreiche KAP-Strategie sollte dabei von Beginn an zwischen zentralen Stakeholdern im In- und Ausland in jeweils geeigneten Formaten erarbeitet, implementiert und im Sinne eines Lernprozesses fortlaufend angepasst werden. Eine KAP sollte sich in die breitere Außen- und Sicherheitspolitik Deutschlands einfügen, da relevante Politikfelder auf verschiedenen Ebenen eng miteinander verbunden sind. Bei der Erarbeitung der neuen KAP-Strategie der Bundesregierung sollte dazu insbesondere auf Kohärenz zur deutschen Sicherheits- und der Chinastrategie geachtet werden. 2 Grundlage der Strategieentwicklung ist die Klärung möglicher Ziele und Mittel der deutschen KAP und ihrer Wechselwirkungen miteinander. Eine KAP-Strategie muss durch Analysen zu Umsetzbarkeit und Kosten, politischen Wi-derständen und Zielkonflikten informiert sein und die normativen Vorgaben der deut-schen Außenpolitik berücksichtigen.

Description: A sense of kuleana (personal responsibility) in caring for the land and sea. An appreciation for laulima (many hands cooperating). An understanding of aloha 'āina (love of the land). The University of Hawai'i at Manoa hosted the 2023 Ecological Dissertations in Aquatic Sciences (Eco-DAS) program, which fostered each of these intentions by bringing together a team of early career aquatic ecologists for a week of networking and collaborative, interdisciplinary project development

Description: Die Energiemärkte sind seit Beginn des Angriffskriegs auf die Ukraine sehr angespannt. Gleichzeitig besteht mit Blick auf die notwendige Erreichung von Klimaneutralität bereits ein großer Transformationsbedarf mit potenziell großen ökonomischen Wirkungen. Um abzuschätzen, welche zusätzlichen ökonomischen Folgen der mittel- bis langfristige Wegfall Russlands als Lieferant fossiler Energieträger bei gleichzeitigem Festhalten an den Klimazielen hat, wird das Szenario Energiesouveränität mit dem Szenario Technologiemix verglichen.

Description: In Kapitel 5 unseres englischsprachigen Reports (Zwar et al. 2023) gehen wir vor dem Hintergrund unserer vergleichenden empirischen Analyse von Klimainstitutionen gezielt auf die anstehende Klimaschutznovelle in Deutschland ein (die Reform des Bundes- Klimaschutzgesetzes (KSG)). Dieses Dokument ist die Übersetzung des für die deutsche Debatte besonders relevanten Kapitels.

Description: Countries around the world have set increasingly ambitious targets to reduce greenhouse gas emissions and mitigate climate change. To deliver on these targets, policymakers have (i) implemented new policy instruments, (ii) increased the stringency of existing policy instruments, and (iii) created ‘climate institutions’. A substantial body of literature is devoted to the first two phenomena. Yet we know little about climate institutions, including the different types of institutions countries create and how they affect the development and stringency of climate policy (Dubash 2021; Dubash et al. 2021). This report therefore seeks to answer three research questions. First, what are climate institutions and how can we characterise them across countries? Second, what effects do climate institutions have on climate policymaking? Third, based on these findings, what lessons can we draw about the landscape of German climate institutions and what options exist for institutional reform? To address these questions, we propose a definition of climate institutions and develop a conceptual framework for analysing and comparing their effects on climate policymaking in four countries: Germany, the United Kingdom, Sweden, and Australia. We then draw on this framework and our comparative analysis to identify potentially promising reforms for German climate governance, especially in light of the proposed changes to the German climate law (the Bundes-Klimaschutzgesetz, or KSG).

Description: In diesem Papier untersuchen wir erstmalig die zukünftige direkte Kostenbelastung, die Haushalten durch unterschiedlich ansteigende Preise auf CO2-Emissionen in den Bereichen Wärme und Verkehr bis zum Jahr 2050 in Deutschland entstehen könnte. Wir stellen dazu einen methodischen Ansatz vor, in dem wir ein Energiesystemmodell mit Haushaltsdaten verknüpfen und mögliche Technologieanpassungen, wie ein Heizungswechsel oder Umstieg auf ein Elektroauto, der Haushalte unter Verwendung von Machine Learning-Methoden berücksichtigen. Um die Verbreitung verschiedener Heizenergieträger und Kraftstofftypen für Fahrzeuge sowie entsprechende Technologiewechsel der Haushalte für die Zukunft vorhersagen zu können, treffen wir einige vereinfachende Annahmen, wie uneingeschränkte Kapitalverfügbarkeit und perfekte Voraussicht der CO2-Preisentwicklung der Haushalte. Unter diesen Annahmen zeigen unsere Analysen, • dass sowohl niedrige als auch hohe CO2-Preispfade zunächst größtenteils regressiv wirken, also einkommensschwache Haushalte anteilig an ihrem Einkommen bemessen stärker belasten als einkommensstarke Haushalte. Durch unsere Vorhersagen ist jedoch eine schnelle Technologieanpassung in den einkommensschwächsten Haushalten zu beobachten, sodass die regressive Wirkung im Zeitverlauf abnimmt. • Während bei hohen CO2-Preisen im Jahr 2050 Haushalte im Mittel kaum noch CO2 emittieren, gibt es unter einem niedrigen CO2-Preispfad im Jahr 2050 noch einige, insbesondere einkommensstarke, Haushalte, die noch nicht emissionsfrei heizen und/oder Auto fahren. • Die vollständige Rückverteilung der Einnahmen aus dem CO2-Preis in Form einer Pro-Kopf-Pauschale kann sowohl unter dem niedrigen als auch unter dem hohen Preispfad bereits kurzfristig die regressive Verteilungswirkung in eine progressive Verteilungswirkung umkehren. Unsere Ergebnisse zeichnen gerade für einkommensschwache Haushalte ein recht optimistisches Bild, was zum Teil durch die einschränkenden Modellannahmen erklärt werden kann. Durch diese Annahmen wird insgesamt deutlich, dass • eine klare Kommunikation der Politik über die zukünftige CO2-Preis-Entwicklung notwendig ist, um Haushalten Sicherheiten für effiziente Investitionsentscheidungen zu bieten. • Darüber hinaus dürften stärkere, gezielte Unterstützungen für einkommensschwache Haushalte zur Überwindung von Liquiditätsbeschränkungen notwendig werden, um eine Transformation hin zu emissionsarmen Technologien sozial gerecht zu ermöglichen.

Description: Der Ausbau der Erneuerbaren Energien (EE) ist eines der Kernelemente auf dem Weg zur Klimaneutralität. Mit dem Osterpaket der derzeitigen Bundesregierung wurde eine Reihe von Gesetzen erlassen, die den Ausbau voranbringen sollen, indem neben deutlich höheren Ausschreibungen für Windenergie und Freiflächen- Photovoltaik (PV) beziehungsweise wirtschaftlichen Anreizen für Dachflächen-PV auch Genehmigungsverfahren beschleunigt und Flächen bereitgestellt werden. Zusätzlich zu offenen Fragen der technisch- ökonomischen Potenziale kommen Fragen der Akzeptanz auf Seiten der Bürgerinnen und Bürger: Was sind sie bereit mitzutragen und welche Änderungen im gesetzlichen Rahmen braucht es, um weitere gesellschaftliche Potenziale zu heben? Auch die Bundesregierung betont die Bedeutung von Akzeptanz und Teilhabe der Menschen beim Ausbau der Erneuerbaren Energien und greift Ansätze in ihrer Photovoltaik- sowie Wind-an- Land-Strategie auf. Das vorliegende Ariadne-Kurzdossier verbindet verschiedene Perspektiven, die für den Ausbau der Erneuerbaren Energien eine erhebliche Rolle spielen: Flächenpotenziale und Gestaltungsmöglichkeiten der räumlichen Steuerung des Zubaus und Rückwirkungen auf das Übertragungsnetz sowie Fragen der gesellschaftlichen Akzeptanz. Es soll bewertet werden, inwieweit die bundesweiten Ausbauziele des Erneuerbaren-Energie-Gesetzes (EEG) 2023 so umsetzbar sind, dass sie aus Bürgersicht tragfähig sind. Bürgersicht bezieht sich hierbei sowohl auf die Ergebnisse des Deliberationsprozesses mit Bürgerinnen und Bürgern im Rahmen des Projekts Ariadne (Treichel et al., 2022) als auch auf die Resultate von bundesweiten Befragungsstudien des Sozialen Nachhaltigkeitsbarometers der Energie- und Verkehrswende (SNB, Wolf et al., 2022; Wolf et al., 2021). Dabei gehen wir technologiespezifisch in der Bewertung vor und stellen dar, wie diese Bundesziele regional umgesetzt werden können, und was Bürger:innen in Deutschland über die Maßnahmen zur Erreichung der Ausbauziele denken. Dazu werden die Erkenntnisse aus den Dialogformaten mit Bürger:innen beschrieben sowie die sozio-politische und lokale Akzeptanz von Erneuerbare-Energien- Technologien auf Basis des Sozialen Nachhaltigkeitsbarometers (SNB) untersucht. Anschließend werden die einzelnen Technologien, ihre Potenziale in der Fläche sowie rechtliche Fragen in den Blick genommen. Abschließend wird ein Ariadne-Bürger-Szenario vorgestellt, welches sowohl die neuen EE-Ausbauziele, die Flächenpotenziale der Bundesländer als auch Akzeptanzfragen der Ariadne- Bürgerdeliberation mit aufnimmt.

Description: Global warming can still be limited to 1.5°C by 2100 with low overshoot while ensuring that the poor are not hit hardest by climate policies and climate impacts. This is achieved by immediately introducing broad carbon pricing together with re-distributive policies using carbon pricing revenues and further measures to reduce energy consumption, accelerate technological transitions, and transform the land sector. The results from multiple integrated assessment models show that a combination of producer and consumer-oriented measures can work together to rapidly reduce emissions. They also show that re-distributive policies buffer the impact on poor households while allowing them to reap the benefit of avoided climate impacts in the longer term. This demonstrates that a global net zero transition done right not only safeguards the climate but also protects against worsening global inequality. The comprehensive results on 1.5°C pathways in line with the Paris Agreement are synthesised in this report of the European research project NAVIGATE. The new report published at COP28 provides a blueprint for achieving a rapid, fair and efficient transformation to net zero emissions.

Description: Workshop: goal and set-up This document presents the main takeaways and insights from a workshop organised by the Ariadne Project in Brussels on 6 December 2023. Following up on the workshop we conducted last year on the evolution of EU-ETS prices through 2030 and beyond, in this year’s event we wanted to take a closer look at the functioning of the Market Stability Reserve (MSR) - also with a view on its upcoming review in 2026. The focus of the modelbased discussion was the years until 2030, but we also considered effects post 2030 in the discussion if they impacted MSR behaviour in this decade. The workshop convened experts from six organisations that operate carbon market models – academic institutions as well as carbon market analysts

Description: Im Sommer 2021 wurde zur Etablierung des Wärme- & Wohnen-Panels des Kopernikus-Projekts Ariadne die erste von drei jährlichen Erhebungen unter ca. 15.000 Haushalten durchgeführt. Die wiederholte systematische Befragung derselben Haushalte gestattet eine fundierte Evaluierung der Effektivität klimapolitischer Maßnahmen im Wärmesektor, da dabei erstmals Informationen zum Gebäudebestand und dem Endenergiebedarf mit detaillierten Angaben zu den sozioökonomischen Charakteristika der Haushalte verknüpft werden. Darüber hinaus werden die Präferenzen der Haushalte hinsichtlich verschiedener Klimaschutzinstrumente im Gebäudesektor ermittelt, wie zum Beispiel das Einbauverbot von Ölheizungen oder die Förderung von energieeffizienten Heizungsanlagen. Mit dem Wärme- & Wohnen-Panel wird eine einzigartige Datengrundlage geschaffen, die für die Evaluierung dieser Klimaschutzinstrumente unverzichtbar ist. Neben einer umfassenden Abfrage der Gebäudecharakteristika und Heiztechnik, auf Grundlage derer der Energiebedarf der Haushalte berechnet werden kann, lag der Schwerpunkt der ersten Erhebungswelle auf den energetischen Modernisierungstätigkeiten privater Haushalte sowie auf der Bewertung und Akzeptanz von Klimaschutzinstrumenten im Gebäudesektor. Des Weiteren wurde die Akzeptanz verschiedener Aufteilungsvarianten der Kostenbelastung der CO2- Bepreisung auf Mietende und Vermietende untersucht. Zu den bedeutendsten Ergebnissen gehört die geringe Informiertheit der an der Befragung Teilnehmenden über die CO 2-Bepreisung, ein Klimaschutzinstrument, dessen Effektivität wesentlich davon abhängt, wie gut die Bürgerinnen und Bürger darüber informiert sind. Mit einem Anteil von 46,7% gibt jedoch ein großer Teil aller Befragten an, sich eher nicht informiert zu fühlen, 13% fühlen sich gar überhaupt nicht informiert. Sehr gut informiert fühlt sich nur ein sehr geringer Teil von 3,4% der Befragten. Eine Aufteilung der Kostenbelastung der CO2- Bepreisung gemäß Bausubstanz, bei der der Kostenanteil, den Vermietende tragen, umso niedriger ist, je höher die Energieeffizienz eines Gebäudes ist, genießt jeweils die höchste Zustimmung unter den befragten Mietenden und Vermietenden. Einer hälftigen Kostenaufteilung zwischen Mietenden und Vermietenden wird von diesen beiden Gruppen zu jeweils rund 40% zugestimmt, während die vollständige Kostenübernahme durch Mietende oder Vermietende durch die jeweils Kostentragenden abgelehnt wird.

Description: Der Ausbau Erneuerbarer Energien bedarf eines breiten Engagements lokaler Ak­teure. Kommunen mangelt es jedoch häufig an ausreichenden Ressourcen und die Rolle von Beratungs­stellen und Vermittlern wird daher immer wichtiger.

Description: Eine Teilung des deutschen Marktgebietes würde die Marktwerte erneuerbarer Energien beeinflussen. Wind und Photovoltaik (PV) im Süden Deutschlands würden an Wert gewinnen, während Erneuerbare im Norden Erlöse einbüßen würden. Bei einer auch zukünftig stärkeren Konzentration von erneuerbaren Energien im Norden bedeutet dies insgesamt einen höheren Förderbedarf für PV – Wind wäre trotz niedriger Marktwerte in den meisten Regionen wirtschaftlich. Wenn eine regionale Steuerung erreicht werden soll, müsste die auszuzahlende Förderung für neue PV-Anlagen anhand des zonenübergreifenden Referenzmarktwertes berechnet werden. Durchschnittliche Börsenstrompreise würden durch eine Gebotszonenteilung im Süden Deutschlands leicht angehoben und im Norden gesenkt, die Effekte auf Endkundenpreise und damit verbundene Anreize zur Standortwahl von Industrieunternehmen sind allerdings als gering einzuschätzen.

Description: Phytoplankton stand at the base of the marine food-web, and play a major role in global carbon cycling. Rising CO2 levels and temperatures are expected to enhance growth and alter carbon:nutrient stoichiometry of marine phytoplankton, with possible consequences for the functioning of marine food-webs and the oceanic carbon pump. To date, however, the consistency of phytoplankton stoichiometric responses remains unclear. We therefore performed a meta-analysis on data from experimental studies on stoichiometric responses of marine phytoplankton to elevated pCO2 and 3–5° warming under nutrient replete and limited conditions. Our results demonstrate that elevated pCO2 increased overall phytoplankton C:N (by 4%) and C:P (by 9%) molar ratios under nutrient replete conditions, as well as phytoplankton growth rates (by 6%). Nutrient limitation amplified the CO2 effect on C:N and C:P ratios, with increases to 27% and 17%, respectively. In contrast to elevated pCO2, warming did not consistently alter phytoplankton elemental composition. This could be attributed to species- and study-specific increases and decreases in stoichiometry in response to warming. While our observed moderate CO2-driven changes in stoichiometry are not likely to drive marked changes in food web functioning, they are in the same order of magnitude as current and projected estimations of oceanic carbon export. Therefore, our results may indicate a stoichiometric compensation mechanism for reduced oceanic carbon export due to declining primary production in the near future

Description: Understanding how marine microbial food webs and their ecosystem functions are changing is crucial for projections of the future ocean. Often, simplified food web models are employed and their solutions are only evaluated against available observations of plankton biomass. With such an approach, it remains unclear how different underlying trophic interactions affect interpretations of plankton dynamics and functioning. Here, we quantitatively compare four hypothetical food webs to data from an existing mesocosm experiment using a refined version of the Minimum Microbial Food Web model. Food web representations range from separated food chains to complex food webs featuring additional trophic links including intraguild predation (IGP). Optimization against observations and taking into account model complexity ensures a fair comparison of the different food webs. Although the different optimized model food webs capture the observations similarly well, projected ecosystem functions differ depending on the underlying food web structure and the presence or absence of IGP. Mesh-like food webs dominated by the microbial loop yield higher recycling and net primary production (NPP) than models dominated by the classical diatom-copepod food chain. A high degree of microzooplankton IGP increases NPP and organic matter recycling, but decreases trophic transfer efficiency (TTE) to copepods. Copepod production, the trophic role of copepods, and TTE are more sensitive to initial biomass changes in chain-like than in complex food webs. Measurements resolving trophic interactions, in particular those quantifying IGP, remain essential to reduce model uncertainty and allow sound conclusions for ecosystem functioning in plankton ecosystems.

Description: Communities and their functioning are jointly shaped by ecological and evolutionary processes that manifest in diversity shifts of their component species and genotypes. How both processes contribute to community functional change over time is rarely studied. We here repeatedly quantified eco-evolutionary contributions to CO2-driven total abundance and mean cell size changes after short-, mid-, and longer-term (80, 168, and 〉 168 d, respectively) in experimental phytoplankton communities. While the CO2-driven changes in total abundance and mean size in the short- and mid-term could be predominantly attributed to ecological shifts, the relative contribution of evolution increased. Over the longer-term, the CO2-effect and underlying eco-evolutionary changes disappeared, while total abundance increased, and mean size decreased significantly independently of CO2. The latter could be presumably attributed to CO2-independent genotype selection which fed back to species composition. In conclusion, ecological changes largely dominated the regulation of environmentally driven phytoplankton functional shifts at first. However, evolutionary changes gained importance with time, and can ultimately feedback on species composition, and thus must be considered when predicting phytoplankton change.