Simulation of spatiotemporal dynamics of water fluxes in Germany under climate change

In most of Europe, an increase in average annual surface temperature of 0·8 °C is observed, and a further increase is projected. Precipitation tends to increase in northern Europe and decrease in southern Europe, with variable trends in central Europe. The climate scenarios for Germany suggest an increase in precipitation in western Germany and a decrease in eastern Germany, and a shift of precipitation from summer to winter. When investigating the effects of climate change, impacts on water resources are among the main concerns. In this study, the first German‐wide impact assessment of water fluxes dynamics under climate change is presented in a spatially and temporally distributed manner using the state‐of‐the‐art regional climate model, Statistical Regional (STAR) model and the semi‐distributed process‐based eco‐hydrological model, soil and water integrated model (SWIM). All large river basins in Germany (lower Rhine, upper Danube, Elbe, Weser and Ems) are included. A special focus of the study was on data availability, homogeneity of data sets, related uncertainty propagation in the model results and scenario‐related uncertainty. After the model calibration and validation (efficiency from 0·6 to 0·9 in 80% of cases) the water flow components were simulated at the hydrotope level, and the spatial distributions were compared with those in the Hydrological Atlas of Germany. The actual evapotransipration is likely to increase in most parts of Germany, while total runoff generation may decrease in south and east regions. The results for the second scenario period 2051–2060 show that water discharge in all six rivers would be 8–30% lower in summer and autumn compared with the reference period, and the strongest decline is expected for the Saale, Danube and Neckar. Higher winter flow is expected in all of these rivers, and the increase is most significant for the Ems (about 18%). However, the uncertainty of impacts, especially in winter and for high water flows, remains high. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

Bemerkungen zum Problem der globalen Klimaschwankungen

Zusammenfassung Auf der Grundlage des raumzeitlichen atmosph?rischen Turbulenzspektrums wird die M?glichkeit einer über die Erdatmosph?re hinausgreifenden Ausdehnung der Klimaschwankungen er?rtert. Der globale Anstieg der Temperatur und des Meeresspiegels führt auf die Existenz von überschüssen oder Defiziten in unseren globalen Haushaltsrechnungen, deren einzelne Terme — besonders Wasserhaushalt und CO₂-Kreislauf —in dieser Hinsicht diskutiert werden. Die Differenz zwischen der beobachteten Zunahme des CO₂-Gehaltes und der relativen Abnahme des C¹⁴-Anteils wird auf anthropogene Vegetationszerst?rung zurückgeführt. Die Klimaschwankungen der letzten 1000 Jahre warnen vor einer übersch?tzung der CO₂-Theorie der gegenw?rtigen Erw?rmung.

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Summary Based on the spectrum of atmospheric turbulence in time and space, the author discusses the possibility to extend the climatic variations beyond the earth's atmosphere. The global increase of temperature and sea level leads to the existence of a surplus or a deficit in the global balance, the terms of which — especially water balance and CO₂-cycle—are discussed. The difference between the observed increase of CO₂-content and the decreasing portion of C¹⁴ may be due to man-made destruction of vegetation. The climatic variations of the last 1000 years may caution against an over-estimation of the CO₂-hypothesis.

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Résumé En se fondant sur le spectre de la turbulence atmosphérique dans le temps et dans l'espace, l'auteur discute la possibilité d'étendre le domaine des variations climatiques en dépassant le cadre de l'atmosphère. L'élévation universelle de température et le relèvement du niveau des océans conduit à admettre des excédents ou des déficits de l'économie générale telle qu'on la calcule; les termes de cette économie, en particulier la teneur en eau et le cycle de CO₂ sont ici examinés. L'écart entre l'accroissement constaté de la teneur en CO₂ et la diminution relative du C¹⁴ s'explique par la destruction végétale due à l'homme. Les variations climatiques du millénaire écoulé doivent mettre en garde contre une application mal fondée de la théorie du CO₂ à l'explication du réchauffement actuel.

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Herrn Dr.Anders K. ?ngstr?m zu seinem 70. Geburtstag gewidmet.     

Zur Genese der kretazischen Eisenerze von Auerbach (Oberpfalz)

Zusammenfassung Die kretazischen Auèrbacher Eisenerze sind in Erosionsrirmän in Malmkalk bzw. -dolomit überwiegend syngenetisch-sedimentär durch, Ausfällung von Fe⁺⁺-und HCO₃ -Ionen enthaltenden Lösungen als Siderit bzw. — nach Oxydation des Eisens - als Nadeleisenerz zur Ablagerung gelangt. Ein Teil der heute vorliegenden Nadeleisenerze ist auch auf spätere Oxydation von primärem Eisenkarbonat zurückzuführen. Wesentliche Hinweise auf die Genese geben — außerden Lagerungsverhältnissen — vor allem der geringe Aluminiumgehalt der hochprozentigen Erze und der hohe Kohlenstoffgehalt der Weißerze; daneben werden auch andere Elemente, wie Bor, Yttrium, Phosphor, Mangan, Titan usw. zur Dentung herangezogen.Den Herren der Maxhütte möchten wir für die Förderung der Arbeit und die Erlaubnis zur Veröffentlichung und Herrn Prof. Dr. C. W.,Correns für seine vielseitige Unterstützung aufrichtig danken, außerdem auch Herrn Prof. Dr. Tx. ERNST, in dessen Institut ein Teil der abschließenden Arbeiten durchgeführt wurde. Herrn Dr. H.Tilliviann (Bayer. Geol, Landesamts danken wir für zahlreiche, freundliche Hinweise und die Überlassung von Proben.     

A geodetic approach for the recovery of global kinematic plate parameters

Modern techniques of precise geodetic positioning are capable of monitoring global tectonic movements. We can avoid the tremendous effort of observing those point motions at every place on the earth, if we accept the model of rigid tectonic plates, which allows us to extrapolate from discrete point observations to the appertaining plates. The target of describing plate kinematics is the determination of its kinematic parameters, which are the coordinates of the rotation pole and the rotational velocity of each tectonic plate. A mathematical model is presented, which is capable of including geodetic observations (point coordinate shifts, distance changes) as well as geophysical quantities (sea floor spreading rates, earthquake slip vectors). The parameter estimation procedure is derived and demonstrated in simulated examples. Finally a global geodetic network for space techniques is designed, which provides an optimum parameter estimation.     

Background of a geophysical model of the initiation of the next glaciation

Evidence of (at least) five rapid hemispheric coolings of about 5°C during the last 10⁵ yr has been found, each event spread over not more than about a century, as examples of a global-scale climatic intransitivity. Only some of them lead to a complete glaciation at the northern continents, others ended after a few centuries by a sudden warming (“abortive glaciation”). Starting from a modified version of Wilson's hypothesis of Antarctic ice surges, an air-sea interaction model with realistic geophysical parameters is outlined to interpret the sudden initiation of the North American ice sheet. Special attention is given to the Atlantic section, where the climatic anomalies during the last glaciation appear to have been significantly larger than in other sections.     

Meteorologische Probleme bei der Ausbreitung radioaktiven Aerosols

Zusammenfassung Der Transport radioaktiver Aerosol-Partikel durch die Atmosphäre wirft neue meteorologische Probleme auf. Eine kinematische Methode der Vorhersage von Trajektorien zeigt erhebliche Unterschiede gegenüber den Stromlinien. Die Ausbreitung von Partikelwolken ist eine Funktion der Vektorstreuung des Windfeldes und einem von der Zeit abhängigen Parameter. Der Massenaustausch zwischen der Troposphäre und der viel partikelreicheren Stratosphäre vollzieht sich vorwiegend in horizontaler Richtung im Niveau der Strahlströmungen. Einige Besonderheiten der Stratosphäre über dem tropischen Pazifik werden kurz beschrieben: die Aufspaltung der Tropopause über dem Äquator und die großen zeitlichen Änderungen der zonalen Windströmungen. Während die Gravitation und das Auswaschen durch Niederschläge vorwiegend gröbere Partikel (Durchmesser>2) zur Sedimentation bringen, fällt die Koagulation an Wolkenelementen hauptsächlich die kleinsten Partikel (<0.1 ) aus.

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Summary The transport of radioactive particulate matter by the atmosphere introduces new meteorological problems. A kinematical method of forecasting air trajectories demonstrates substantial differences compared with stream-lines. The spread of particle clouds can be derived from the standard vector deviation of winds and a time-dependent parameter. Between the troposphere and the stratosphere with its much higher concentration of particles, the mass exchange occurs mainly in a horizontal direction near the jet-stream level. Some pecularities of the stratosphere above the Tropical Pacific are shortly described: the splitting of the tropopause above the equator, and the large time-variations of the zonal currents. While particles with a diameter of at least 2 micron are mainly deposited by gravitation and rain scavenging, coagulation with cloud droplets prefers particles below 0.1 micron.

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Vortrag gehalten am 3. April 1959 auf der 7. Hauptversammlung der «Società Italiana di Geofisica e Meteorologia» (Genova: 3.–5. April 1959).     

Zur Tektonik des Devons im Rheingaugebirge im Rheindurchbruch bei Bingen-Rüdesheim

Zusammenfassung Im westlichen Rheingaugebirge, am Südrand des Rheinischen Schiefergebirges, wurde durch kleintektonische und gefügekundliche Methoden der tektonische Großbau untersucht. Die vom nördlichen Schiefergebirge abweichende Fazies und die Nähe der Mitteldeutschen Schwelle beeinflußten das tektonische Bild des durch seinen Vergenzfächer, Abscherfaltungen, Schuppen und Achsenwölbungen charakterisierten Gebirges. - Eine strukturchronologische Gliederung zeigt die Persistenz der Bewegungen in den alten z.T. geosynklinalen Schwächezonen.     

Sedimentologie des Lias der Berchtesgadener Kalkalpen

Zusammenfassung Ausgehend von der herrschenden Vorstellung einer Transgression roter Liaskalke zur Zeit des oberen Unterlias über ein subaerisch verkarstetes Dachsteinkallerelief, untersuchte ich die Liassedimente in den Berchtesgadener Alpen eingehender und unternahm vergleichende Begehungen im östlichen Hagengebirge, im Steinernen Meer und in den Steinbrüchen von Adnet.Die Sedimente des Lias liegen in einer Graukalk- und einer abwechslungsreicheren Rotkalk-Fazies (F.Fabricius 1962) vor. Ammoniten zeigten, daß die Graukalkfazies einen Teil der Rotkalkfazies vertritt (im wesentlichen Sinemur). Auf die Ausbildung der Rotkalke hatten Mangelsedimentation, Subsolution und syngenetische Umlagerungen Einfluß.Normalerweise überlagert der Lias den Dachsteinkalk konkordant. Diskonforme Lagerung läßt sich durch submarine Kalklösung und synsedimentäre Spaltenbildung erklären. Die submarin entstandenen Zugspalten im Dachsteinkalk sind mit Rotkalksedimenten und Dachsteinkalktrümmern gefüllt. Die Bildungsdauer dieser, sich episodisch erweiternden Spalten ließ sich mit Ammoniten einschätzen.Argumente gegen die Annahme einer Transgression werden diskutiert.

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Basing on the prevailing theory of a transgression of red Liassic limestones over a relief of Dachstein limestone affected by subaeric karstification, during late lower Liassic time, the author investigated the Liassic sediments of the Berchtesgaden Alps more in detail, comparing also with the eastern Hagen mountains, the Steinernes Meer and the quarries of Adnet.The Liassic sediments occur in two types of facies: gray limestone and a less uniform red limestone (Fabricius 1962). As ammonites prove, the gray limestone facies represents part of the red limestone facies (essentially Sinemur). The development of the red limestone was influenced by reduced sedimentation, subsolution and syngenetic rearrangement.In general, the Liassic strata are overlying the Dachstein limestone conformably, Disconformities may be explained by submarin limestone solution and synsedimentary formation of joints. The tension joints which developed by submarin action in the Dachstein limestone are filled up with red limestone sediments and debris of Dachstein limestone. It was possible to estimate the period of formation of these joints by ammonites.Arguments against the theory of a transgression are discussed.

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Résumé En suivant la conception d'une transgression de calcaires liassiques rouges vers la fin du liassique inférieur sur un relief de calcaire «Dachstein» karstifié, l'auteur étudiait les dépôts liassiques des Alpes de Berchtesgaden plus en détail, y incluse une comparaison avec la montagne de Hagen orientale, le «Steinernes Meer» et les carrières d'Adnet.Les dépôts liassiques existent en deux faciès: des calcaires gris et des calcaires rouges plus variés (Fabricius 1962). Comme il est prouvé par des ammonites, le faciès de calcaires gris représente une partie du faciès de calcaires rouges (essentiellement Sinemur). Le développement des calcaires rouges était influencé par une sédimentation réduite, par la subsolution et par une réarrangement syngénétique.En général, les couches liassiques surmontent le calcaire «Dachstein» conformément. Discordance de stratification peut être expliquée par solution calcaire sous-marine et formation synsédimentaire de diaclases. Les diaclases d'extension formées en sous-marin dans le calcaire «Dachstein» sont remplies de dépôts de calcaire rouge et de débris du calcaire «Dachstein». La durée de formation de ces diaclases est à estimée par des ammonites.Des arguments contre la théorie d'une transgression sont discutés.

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