The tolerable windows approach: Theoretical and methodological foundations

The tolerable windows (TW) approach is presented as a novel scheme for integrated assessment of climate change. The TW approach is based on the specification of a set of guardrails for climate evolution which refer to various climate-related attributes. These constraints, which define what we call tolerable windows, can be purely systemic in nature - like critical thresholds for the North Atlantic Deep Water formation - or of a normative type - like minimum standards for per-capita food production worldwide. Starting from this catalogue of knock-out criteria and using appropriate modeling techniques, those policy strategies which are compatible with all the constraints specified are sought to be identified. In addition to the discussion of the basic elements and the general theory of the TW approach, a modeling exercise is carried out, based on simple models and assumptions adopted from the German Advisory Council on Global Change (WBGU). The analysis shows that if the global mean temperature is restricted to 2 degrees C beyond the preindustrial level, the cumulative emissions of CO2 are asymptotically limited to about 1550 Gt C. Yet the temporal distribution of these emissions is also determined by the climate and socio-economic constraints: using, for example, a maximal tolerable rate of temperature change of 0.2 degrees C/ dec and a smoothly varying emissions profile, we obtain the maximal cumulative emissions, amounting to 370 Gt C in 2050 and 585 Gt C in 2100

Schrumpfung und Urban Sprawl - analytische und planerische Problemstellungen

Das vorliegende UFZ-Diskussionspapier ist die Dokumentation des Workshops Schrumpfung und Urban Sprawl, der am 3. November 2003 am UFZ stattfand. Es führt damit eine Diskussions- und Forschungslinie fort, die in den 1990er Jahren durch Forscher und Praktiker aus unterschiedlichen Einrichtungen der Region Halle-Leipzig begründet wurde. Im Arbeitskreis Suburbanisierung wurden unter Koordination des UFZ disziplinäre Zugänge und praktische Erfahrungen zusammengeführt und daraus Handlungsempfehlungen abgeleitet. Zwischenzeitlich hat der Suburbanisierungsdruck, der noch Ende der 1990er Jahre konstatiert wurde, deutlich abgenommen nicht nur in der Region, sondern in ganz Ostdeutschland. Nichtsdestoweniger ist Suburbanisierung ein zentraler Gegenstand von raumbezogener Politik und räumlicher Planung geblieben und hat im Zusammenhang mit dem Thema Stadtumbau neue Relevanz gewonnen. So ist davon auszugehen, dass auch in der Region Halle-Leipzig die intensive Beschäftigung mit dem Problem der Suburbanisierung anhalten wird allerdings unter veränderten Vorzeichen. Im Mittelpunkt steht nunmehr die Frage, welche Anforderungen sich aus der Situation von demographischer und städtischer Schrumpfung für die wissenschaftliche und praktische Auseinandersetzung mit Suburbanisierung ergeben. So gilt es, unter anderem, zu klären, ob sich die Richtung von Sprawl unter Schrumpfungsbedingungen umkehrt, ob das Zusammenspiel von Schrumpfung und Sprawl zu einer neuen Stadtstruktur führt oder ob sich durch diese spezifische Situation die Segregationsmuster verändern. Auf dem Workshop selbst wurden vor allem die Möglichkeiten der Steuerung von Suburbanisierung bzw. Sprawl unter Schrumpfungsbedingungen behandelt. Dazu wurden Überlegungen und Ergebnisse, die im EU-Projekt URBS PANDENS am Fallbeispiel Leipzig gewonnen wurden, vorgestellt, diskutiert und mit Erfahrungen aus der Praxis bzw. aus einer anderen Region konfrontiert. Neben der empirischen Analyse spielt dabei ein im Rahmen von URBS PANDENS entwickeltes qualitatives Modell des Urban Sprawl eine zentrale Rolle. --

Energy policies avoiding a tipping point in the climate system

Paleoclimate evidence and climate models indicate that certain elements of the climate system may exhibit thresholds, with small changes in greenhouse gas emissions resulting in non-linear and potentially irreversible regime shifts with serious consequences for socio-economic systems. Such thresholds or tipping points in the climate system are likely to depend on both the magnitude and rate of change of surface warming. The collapse of the Atlantic thermohaline circulation (THC) is one example of such a threshold. To evaluate mitigation policies that curb greenhouse gas emissions to levels that prevent such a climate threshold being reached, we use the MERGE model of Manne, Mendelsohn and Richels. Depending on assumptions on climate sensitivity and technological progress, our analysis shows that preserving the THC may require a fast and strong greenhouse gas emission reduction from today's level, with transition to nuclear and/or renewable energy, possibly combined with the use of carbon capture and sequestration systems

Integration of Case Studies on Global Change by Means of Artificial Intelligence

We present a novel methodology to integrate qualitative knowledge from different case studies on Global Change related issues into a single framework. The method is based on the concept of qualitative differential equations (QDEs) which represents a mathematically well-defined approach to investigate classes of ordinary differential equations (ODEs) used in conventional modeling exercises. These classes are defined by common qualitative features, e.g. monotonicity, signs, etc. Using the QSIMAlgorithm it is possible to derive the set of possible solutions of all ODEs in the class. Using this one can formulate a common, qualitatively specified cause-effect scheme valid for all case studies. The scheme is validated by testing it against the actually observed histories in the study regions with respect to their reconstruction by the corresponding QDE. The method is outlined theoretically and exemplary applied to the problem of land-use changes due to smallholders agriculture in de..