23 research outputs found

    Using Remote Sensing Techniques to Improve Hydrological Predictions in a Rapidly Changing World

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    Remotely sensed geophysical datasets are being produced at increasingly fast rates to monitor various aspects of the Earth system in a rapidly changing world. The efficient and innovative use of these datasets to understand hydrological processes in various climatic and vegetation regimes under anthropogenic impacts has become an important challenge, but with a wide range of research opportunities. The ten contributions in this Special Issue have addressed the following four research topics: (1) Evapotranspiration estimation; (2) rainfall monitoring and prediction; (3) flood simulations and predictions; and (4) monitoring of ecohydrological processes using remote sensing techniques. Moreover, the authors have provided broader discussions on how to capitalize on state-of-the-art remote sensing techniques to improve hydrological model simulations and predictions, to enhance their skills in reproducing processes for the fast-changing world

    Impacts of Climate on Renewable Groundwater Resources and/or Stream-Aquifer Interactions

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    The book collects seven original contributions in the field of climate and underlying human influences on renewable groundwater resources and/or stream–aquifer interactions. The first contribution introduces the following six ones into the overall framework of the topic. The second contribution assesses the impact of climate change scenarios on land subsidence related to groundwater level depletion in detrital aquifers. The third contribution studies the patterns of river infiltration and the associated controlling factors by using a combination of field investigations and modeling techniques. The fourth contribution introduces a method to improve the modeling of streamflow in high-permeability bedrock basins receiving interbasin groundwater flow. The fifth contribution discusses the role of resilience of hydrogeological systems affected by either climate and/or anthropic actions in order to understand how anticipating negative changes and preserving its services. The sixth contribution analyzes the water balance of wetlands, which are systems highly sensitive to climate change and human action. The seventh contribution identifies groundwater bodies with low vulnerability to pumping to be used as potential buffer values for sustainable conjunctive use management during droughts

    Deserts and Desertification

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    A desert is an ecosystem in an arid zone in which sand dunes cover the land and sandstorms often occur. Although desert vegetation is sparse, it plays an important role in ecosystem structure and function. Desertification is one of the most severe environmental problems today. Land desertification can be controlled through many measures, such as eco-villages, eco-agriculture, biodiversity conservation, and the combination of engineering and biology. This edited volume provides new insights into the pattern of desert ecosystems and the progress of desertification control. It is a useful resource for researchers in ecology, forestry, and land desertification control

    Geo-Environmental Approaches for the Analysis and Assessment of Groundwater Resources at Catchment-Scale

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    This book focuses on the tools and methods used for tackling the complexity of the different hydrological and hydrogeological set-ups, the hydrodynamic patterns, the site specifications, and the wide variability of internal and external factors and/or processes on the catchment-scale level that impose the need for combined integrated approaches of robust methods. This Special Issue aims to provide successful applications or new insights on the stand-alone or joint considerations of groundwater resources assessment and characterization methods and explore new state-of-the-art methodological concepts in light of a rapidly changing environment

    Sustainable Agricultural Practices-Impact on Soil Quality and Plant Health

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    Agricultural practices involving the excessive use of chemical fertilizers and pesticides pose major risks to the environment and to human health. The development and adoption of sustainable ecofriendly agricultural management to preserve and enhance the physical, chemical, and biological properties of soils and improve agroecosystem functions is a challenge for both scientists and farmers. The Special Issue entitled “Sustainable Agricultural Practices—Impact on Soil Quality and Plant Health” is a collection of 10 original contributions addressing the state of the art of sustainable agriculture and its positive impact on soil quality. The content of this Special Issue covers a wide range of topics, including the use of beneficial soil microbes, intercropping, organic farming and its effects on soil bacteria and nutrient stocks, application of plant-based nematicides and zeolite amendments, sustainability in CH4 emissions, and the effect of irrigation, fertilization, and environmental conditions as well as land suitability on crop production

    Optimization Strategies for Spatio-temporal Groundwater Dynamics Monitoring

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    Räumlich kontinuierliche Daten sind in der Hydrogeologie für die wissenschaftliche Forschung, die Risikobewertung und wasserwirtschaftliche Entscheidungsprozesse von wesentlicher Bedeutung. Die meisten dieser Informationen werden allerdings nur punktuell durch Messungen an Grundwassermessstellen erhoben und anschließend regionalisiert. Die Vorhersagegenauigkeit dieser räumlich interpolierten Daten, die in der Regel die Grundlage für weitere Berechnungen und Entscheidungen bilden, ist stark abhängig von der Konzipierung des Grundwassermessnetzes, d.h. von der räumlichen Verteilung und Dichte der Grundwassermessstellen, der Beprobungshäufigkeit, dem Interpolationsverfahren sowie dem Wechselspiel zwischen diesen Faktoren. Daraus ergibt sich ein erhebliches Optimierungspotenzial hinsichtlich des Grundwassermessnetzes und der Regionalisierungstechnik. Geeignetes Grundwassermessnetze sind daher wichtige Instrumente für die nachhaltige Bewirtschaftung und für den Schutz der Grundwasserressourcen. Sie bieten Zugangspunkte für die Überwachung von Grundwasserständen und -proben und ermöglichen so einen Einblick in die Grundwasserverhältnisse. Die Kombination aus hohen Erschließungskosten und einer verhältnismäßig geringen räumlichen Repräsentativität der Brunnen aufgrund der hydrogeologischen Heterogenität machen die Konzeption eines geeigneten Überwachungsnetzes zu einer großen Herausforderung. Diese Arbeit beschäftigt sich mit Techniken zum verbesserten Verständnis der Grundwasserdynamik durch (i) räumliche und (ii) räumliche-zeitliche Optimierung von Grundwasserstands Messnetzen und (iii) verbesserter räumlichere Vorhersage der an diesen Überwachungsbrunnen gewonnenen Daten unter Verwendung von Interpolationstechniken. Zu diesem Zweck wurde im ersten Teil dieser Arbeit eine umfassende Untersuchung der meistgenutzten deterministischen und geostatistischen, uni- und multivariaten Interpolationstechniken für die Erstellung von Grundwassergleichenplänen in einem Untersuchungsgebiet durchgeführt, das durch eine komplexe Interaktion zwischen Karst, einem alluvialen Grundwasserleiter und gering durchlässigen Schichten der alpinen Molasse gekennzeichnet ist. Die untersuchten Methoden wurden durch globale Kreuzvalidierung und öko-hydrogeologische Informationen an Karstquellen, Feuchtgebieten, Oberflächengewässern und Profilschnitten bewertet. Der mögliche Effekt der Methodenwahl auf die weitere Berechnung wurde durch Abschätzung der Austauschprozesse zwischen Karst- und Alluvialgrundwasserleiter auf Basis der geschätzten Potentialunterschiede durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Verfahrenswahl, insbesondere bei unzureichendem Überwachungskonzept, drastische Auswirkungen auf die nachfolgenden Berechnungen haben kann. Die Studie hat ergeben, dass geostatistische oder Kriging Interpolationsmethoden den deterministischen Interpolationsmethoden überlegen sind. Bei dürftiger Grundwasserdatenlage kann das Co-Kriging mit räumlich kreuzkorrelierten Sekundärvariablen (z. B. Höhenlage, Flusspegel), die häufiger erfasst werden, wertvolle Informationen über die Primärvariable bereitstellen und so die Varianz des Schätzfehlers verringern. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurden räumliche Monitoringkonzepte mit unterschiedlichen Messdichten an numerisch modellierter Grundwasseroberflächen mit verschiedenen Skalen und Dynamiken untersucht. Ziel war es, Einblicke in geeignete Monitoringansatze für eine verlässliche räumliche Abschätzung des Grundwasserspiegels zu gewinnen und eine Überwachungsdichte abzuleiten, bei der ein angemessenes Information/Kosten-Verhältnis erreicht wird. Die Interpolationsergebnisse wurden mit globaler Kreuzvalidierung und dem tatsächlichen räumlichen Fehler evaluiert, der anhand der numerischen Modellflächen als A-priori-Referenz errechnet wurde. Überwachungsnetze mit einer regelmäßigen Gitteranordnung boten zwar genaueste räumliche Vorhersagen für das betrachtete Dichtespektrum, sind jedoch aufgrund ihrer Nachteile, wie der mangelnden Erweiterungsfähigkeit, tendenziell ungeeignet. Eine vergleichbar gute Leistung wurde erzielt, wenn der maximale Vorhersage-Standardfehler als Auswahlkriterium für zusätzliche Brunnen für bestehende Messnetze verwendet wurde. In dieser Studie wurde außerdem eine neuartige Optimierungsstrategie für Überwachungsnetze angewandt, die auf mathematischen Quasi-Zufallsfolgen basiert. Der Ansatz liefert ebenfalls überzeugende Ergebnisse und bietet mehrere Vorteile. Er bedarf keinerlei Vorkenntnisse über den Grundwasserleiter durch vorhandene Brunnen und es werden unabhängig von den Ausbaustufen reproduzierbare räumliche Anordnungen erzielt. Im dritten Teil wurde ein datengesteuerter Sparse-Sensing-Algorithmus-Ansatz zur Auswahl von spärlichen Sensorpositionen unter Nutzung von Techniken zur Dimensionsreduktion untersucht und für die zeitliche und räumliche Optimierung eines bestehenden Grundwasserstandsmessnetzes im Oberrheingraben adaptiert. Die Optimierung erfolgt mit einem greedy search (QR)-Algorithmus, der die Überwachungsbrunnen nach ihrem Informationsgehalt über Aquifer-Dynamik selektiert und einordnet. Als Eingangsdaten wurden langjährige Ganglinien-Aufzeichnungen verwendet, um repräsentative Messstellen oder Messstellen mit redundantem oder niedrigem Informationsgehalt zu bestimmen. Des Weiteren wurde eine Optimierung auf der Grundlage regionalisierter, wöchentlicher Grundwassergleichenkarten durchgeführt, um mögliche geeignete Standorte für zusätzliche Messstellen zu identifizieren. Die Suche wurde durch eine räumliche Kostenfunktion gelenkt, bei der weniger geeignete Standorte abgewertet wurden. Der untersuchte Ansatz hat sich als potenziell wertvolles Instrument für die Optimierung der Brunnenanzahl und deren Standorte, für die Reduzierung und den Ausbau des Netzes aber auch für eine kombinierte Nutzung beider Möglichkeiten erwiesen

    Environmental Management

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    Environmental Management - Pollution, Habitat, Ecology, and Sustainability includes sixteen chapters that discuss pressing environmental issues in diverse locations around the world. Chapters discuss methods, technologies, analyses, and actions that may enlighten and enable decision-makers and managers in their quests for control of environmental problems. The authors present the facts and the challenges behind the assorted issues and offer new perspectives for contending with natural, social, economic, and political aspects of management

    Climate Change and Environmental Sustainability-Volume 1

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    Climate change has been widely recognised as a major challenge to the world, with significant environmental, economic and social consequences. Given this, addressing climate change is an urgent and profound task of society, a complex and difficult mission of several generations. To address the challenge of climate change, there is a need to develop a holistic climate change mitigation and adaptation framework that can cover as many climate-related topics as possible and connect as many stakeholders as possible across the globe. This book is an important one, bringing together key climate-related topics, including climate-induced impact assessment, environmental vulnerability and resilience assessment, greenhouse gas emission dynamics and sequestration, climate change mitigation and adaptation strategies in addition to climate-related governance. Results reported in this book are conducive to a better understanding of the climate emergency, climate-related impacts and the solutions. We expect the book to benefit decision makers, practitioners and researchers in different fields such as climate modelling and prediction, forest ecosystems, land management, urban planning and design, urban governance in addition to institutional operation. Prof. Bao-Jie He acknowledges Project NO. 2021CDJQY-004, supported by the Fundamental Research Funds for the Central Universities. We appreciate the assistance from Mr. Lifeng Xiong, Mr. Wei Wang, Ms. Xueke Chen and Ms. Anxian Chen at the School of Architecture and Urban Planning, Chongqing University, China

    Chapter 4: Water

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    This chapter assesses observed and projected climate-induced changes in the water cycle, their current impacts and future risks on human and natural systems and the benefits and effectiveness of water-related adaptation efforts now and in the future

    Drivers of change and conservation needs for vertebrates in drylands: an assessment from global scale to Sahara-Sahel wetlands

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    Drylands range across more than half of the global terrestrial area and harbour about a quarter of continental vertebrate species, many of them endemic. However, this fauna is being increasingly threatened, in particular the one that inhabits deserts, one of the last biomes on earth. This work tracks the most relevant global change drivers acting on drylands, especially in deserts and arid regions, the conservation actions being developed, and the research needs for vertebrate conservation, following IUCN standardised classification schemes. Using the Sahara-Sahel wetlands as case study, it is provided a detailed examination of these aspects to support regional biodiversity conservation and human welfare. Deserts and arid regions are threatened by the synergistic effects of increasing development of urban areas, agriculture, energy production, mining, transportation and service corridors, resulting in pollution, invasive species, human intrusions and disturbance, biological resource overuse and in general, natural system modifications. In addition, climate change together with social underdevelopment of many desert-range countries places the mitigation of threat factors in a large and complex web of global-local societal challenges. Conservation actions targeting land/water and species protection and management, as well as education, awareness, capacity building, and legislation measures to increase livelihood development, are being developed. Additional research efforts are need to enhance biodiversity conservation planning, monitoring biodiversity and land-degradation status (based on Essential Biodiversity Variables), and quantification of socioeconomic factors associated with sustainable use of natural resources and human development. Sahara-Sahel wetlands are important life-support systems for both humans and vertebrates, the last vulnerable to listed global threats. They offer framework scenario to revert current environmental and societal challenges in deserts. Long-term conservation of desert vertebrate biodiversity requires appropriate policy instruments to promote sustainable use of natural resources. Raising environmental alertness within local communities of uniqueness of desert biodiversity is needed to promote policy change
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