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Grundlagen und Methoden
In dem Modul werden zum einen die gegenwärtigen Zusammenhänge im Umweltgeschehen betrachtet, mit dem Ziel, die natürliche Umwelt zu schützen bzw. Umweltbelastungen zu analysieren sowie Strategien zur Verbesserung zu diskutieren und zu entwickeln. Die interdisziplinäre bzw. ökologische Betrachtungsweise der integrativen Umweltforschung beinhaltet dabei nicht nur einen naturwissenschaftlichen sondern auch einen sozial- und rechtswissenschaftlichen Ansatz. Zum anderen werden im Rahmen der landschaftsbezogenen Umweltforschung die Genese und Dynamik von Landschaften als auch deren Nutzung bzw. Nutzungswandel untersucht. Dabei werden insbesondere die Sensitivität/Vulnerabilität der Landschaft sowie die daraus resultierenden Nutzungsrisiken und Umweltbelastungen analysiert, ebenfalls mit oben genannter Zielsetzung. Die Thematik des Landnutzungswandels und seiner Ursachen oder energetische Fragen sind von aktueller Bedeutung. Die Inhalte der Seminare sind jeweils so aufeinander abgestimmt, dass ein breites Spektrum an Problem- und Fragestellungen mit fernerkundlichem, hydrologischem, geomorphologischem, pedologischem, klimatologischem, landschaftsarchäologischem und geoökologischem Fokus bearbeitet werden kann.
Das menschliche Handeln, sowohl als gestaltendes Agieren wie Reagieren auf klimatische und ökologische Ver- änderungen natürlichen und anthropogenen Ursprungs, steht im Vordergrund des Moduls. Ferner werden die menschlichen Dimensionen des globalen Wandels, ökologische Konzepte, Ansätze der Risikoforschung, und die Wahrnehmung von und den Umgang mit Naturereignissen behandelt. Konzepte zur Mensch-Umwelt-Problematik sowie Formen und Folgen der anthropogenen Nutzung von natürlichen Ressourcen werden anhand konkreter Bei- spiele vertieft.
Das Modul vermittelt anhand eines regionalen Beispiels die komplexen Zusammenhänge und Wechselwirkungen physisch-geographischer Prozesse. Als Raumeinheiten können dabei sowohl in sich geschlossene Landschaftskomplexe (Kontinente, Regionen oder Teilräume davon) als auch funktionelle Einheiten (urbane/ländliche Räume o. Ä.) betrachtet werden. Mögliche Themenkomplexe sind beispielsweise:
● Hydrologie und Wasserwirtschaft
● Relief und Bodenentwicklung
● Klima- und Umweltveränderungen
● Vegetation und Landnutzung
● Naturgefahren/Georisiken
Vorgestellt werden die zur thematischen Bearbeitung digitaler Bilddaten unverzichtbaren Konzepte, Methoden und Algorithmen; Prinzipien und fortgeschrittene Verfahren der Mustererkennung und Informationsextraktion, Methoden der Datenfusion, weitere Fernerkundungssysteme (Hyperspektral und Radar) und Verfahren zur raum-zeitlichen Analyse von Geodaten. Die theoretischen Inhalte der Vorlesung werden im Seminar mithilfe gängiger Softwarepakete und angewandten Programmiersprachen vertieft und geübt. Dazu gehören Programmierübungen zu quantitativen Analysen von Geo- und Umweltdaten (z. B. in R, Matlab) einschließlich eigenständiger Übungsaufgaben und Vorbereitungen der Modulabschlussprüfung. Diskussion zu Konzepten und Fortschritt der Abschlussprojekte, inkl. Kurzpräsentationen.
Im Modul werden ausgewählte Konzepte und Verfahren der empirischen Geodatenanalyse vorgestellt und in den Programmierumgebungen R, Python und/oder Matlab vertieft und geübt. Diese umfassen z. B.
● Compositional Data Analysis
● Aspekte zeitlicher und räumlicher Varianz
● Zeitliche und räumliche Autokorrelation
● Variogrammanalyse und Kriging
● Dispersion und Konzentration im Raum, räumliche Verteilungsmuster
● Nichtlineare und logistische Modelle
● Chaos und Ordnung im Raum: Fraktale und Selbstähnlichkeit
● Chaos und Ordnung in der Zeit: Phasenräume
Das Thema Modellierung in der angewandten Umweltforschung wird anhand eines ausgewählten Beispiels aus der geowissenschaftlichen Forschung behandelt. Mögliche Themenbereiche sind beispielsweise die Modellierung von Niederschlag-Abfluss-Beziehungen, Gerinnehydraulik, Grundwasser, Bodenerosion, Stoffflüsse oder Landnutzungsänderungen. Es werden dazu zunächst die theoretischen Kenntnisse zu dem ausgewählten Modellierungsthema vermittelt. Auf Basis dieser Grundkenntnisse entwickeln die Studentinnen und Studenten unter Anleitung ein entsprechendes Modell für ein ausgewähltes Untersuchungsgebiet. Im Vordergrund stehen dabei die Aufbereitung und Implementierung der Eingangsdaten, die Kalibrierung, die Validierung und die Bewertung der Modellgüte sowie die abschließende Anwendung des Modells zur Beantwortung typischer geowissenschaftlicher Forschungsfragen. Diese schließen insbesondere Szenarienrechnungen zur Abschätzung möglicher zukünftiger Veränderungen der modellierten Zielvariablen ein.