Shokri, NimaNimaShokri12253801030000-0001-6799-4888Nevermann, HannesHannesNevermann2026-03-022026-03-022026Technische Universität Hamburg (2026)https://hdl.handle.net/11420/61781Hydrological systems are highly dynamic, shaped by the complex interplay of atmospheric and climatic conditions and they, in turn, profoundly influence the environment. This dissertation investigates the bidirectional interaction between climate and water systems, employing an interdisciplinary approach that integrates big data analytics, physically-based modeling and remote sensing. By analyzing diverse hydrological systems across different scales and geographical contexts, this work contributes to understanding how atmospheric variability drives changes in hydrological systems and their subsequent environmental impacts. The first study examines the inland migration of coastal wetlands under projected sea level rise (SLR). It highlights the challenges posed by human-made barriers that inhibit natural wetland adaptation, leading to noteworthy ecosystem loss, particularly in regions like the Wadden Sea. This work underscores the necessity of considering both natural and anthropogenic constraints in climate adaptation strategies. The second study explores land loss implications of SLR along Colombia's coasts, under various climate change scenarios. It identifies socio-economic and environmental vulnerabilities in regions at risk, emphasizing the compounded challenges faced by coastal communities due to rising seas and extreme weather events. The findings call for targeted policies that address local and regional dynamics in mitigating the effects of climate change. The third study focuses on evaporation dynamics in the largest reservoirs located in water-stressed regions. By employing a physically-based modeling framework combined with remote sensing data, the study quantifies evaporative losses and their implications for water management. It provides actionable insights into optimizing reservoir operations to reduce water loss and sustain ecological and hydrological balance in a warming climate. The fourth study narrows in on the Helmand River Basin shared by Afghanistan and Iran, where reservoir evaporation interacts with regional scarcity and transboundary tensions. By combining satellite observations with hydrological modeling, the research demonstrates how evaporative losses influence basin-scale water balances, contribute to atmospheric moisture recycling, and intensify political challenges between riparian states. Together, these studies reveal the intricate interdependencies between climate systems and water bodies, offering a comprehensive framework to predict, analyze and mitigate the impacts of climatic variability. This work not only advances scientific understanding but also informs policy, management and governance strategies essential for addressing global water and environmental challenges.Hydrologische Systeme sind äußerst dynamisch und werden durch das komplexe Zusammenspiel von atmosphärischen und klimatischen Bedingungen geformt, wobei sie ihrerseits die Umwelt maßgeblich beeinflussen. Diese Dissertation untersucht die wechselseitigen Interaktionen zwischen Klima- und Wassersystemen und verfolgt dabei einen interdisziplinären Ansatz, der Big-Data-Analysen, physikalisch basierte Modellierung und Fernerkundung integriert. Durch die Analyse vielfältiger hydrologischer Systeme über unterschiedliche Skalen und geografische Kontexte hinweg trägt diese Arbeit dazu bei, besser zu verstehen, wie atmosphärische Variabilität Veränderungen in hydrologischen Systemen antreibt und welche Auswirkungen diese auf die Umwelt haben. Die erste Studie untersucht die Landmigration von Küstenfeuchtgebieten infolge des prognostizierten Meeresspiegelanstiegs (SLR). Sie beleuchtet die Herausforderungen, die durch menschengemachte Barrieren entstehen, welche die natürliche Anpassung von Feuchtgebieten verhindern und zu erheblichen Verlusten von Ökosystemen führen, insbesondere in Regionen wie dem Wattenmeer. Diese Arbeit unterstreicht die Notwendigkeit, sowohl natürliche als auch anthropogene Einschränkungen in Klimaanpassungsstrategien einzubeziehen. Die zweite Studie erforscht die Auswirkungen des Meeresspiegelanstiegs auf Landverluste entlang der kolumbianischen Küsten unter verschiedenen Klimawandelszenarien. Sie identifiziert sozioökonomische und ökologische Verwundbarkeiten in gefährdeten Regionen und hebt die vielfachen Herausforderungen hervor, denen Küstengemeinden durch steigende Meeresspiegel und extreme Wetterereignisse ausgesetzt sind. Die Ergebnisse plädieren für gezielte politische Maßnahmen, die lokale und regionale Dynamiken berücksichtigen, um die Auswirkungen des Klimawandels zu mindern. Die dritte Studie konzentriert sich auf die Dynamik der Verdunstung in den größten Stauseen, die sich in wasserarmen Regionen befinden. Mithilfe eines physikalisch basierten Modellierungsrahmens in Kombination mit Fernerkundungsdaten quantifiziert sie Verdunstungsverluste und deren Auswirkungen auf das Wassermanagement. Die Studie liefert praxisorientierte Erkenntnisse zur Optimierung des Stauseemanagements, um Wasserverluste zu minimieren und das ökologische und hydrologische Gleichgewicht in einem sich erwärmenden Klima zu erhalten. Die vierte Studie richtet den Blick auf das Helmand-Flusseinzugsgebiet, das zwischen Afghanistan und Iran geteilt wird. Hier wird gezeigt, wie Stauseeverdunstung nicht nur die lokalen Wasserbilanzen beeinflusst, sondern auch transnationale Spannungen verschärfen kann. Durch die Kombination von Satellitenbeobachtungen mit hydrologischer Modellierung verdeutlicht die Untersuchung, dass Verdunstungsverluste sowohl wasserwirtschaftliche als auch geopolitische Implikationen haben und zudem durch atmosphärische Rückkopplungen über die Beckenränder hinauswirken. Zusammen offenbaren diese Studien die komplexen Wechselwirkungen zwischen Klima- und Wassersystemen und bieten einen umfassenden Rahmen, um die Auswirkungen klimatischer Variabilität vorherzusagen, zu analysieren und zu bewältigen. Diese Arbeit leistet nicht nur einen wissenschaftlichen Beitrag, sondern liefert auch entscheidende Impulse für Politik-, Management und Governance-strategien zur Bewältigung globaler und grenzüberschreitender Wasser- und Umweltprobleme.enhttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/HydrologySea Level RiseWetlandsClimate ChangeNatural Sciences and Mathematics::551: Geology, Hydrology MeteorologyDoctoral Thesishttps://doi.org/10.15480/882.1679610.15480/882.16796Papalexiou, Simon MichaelSimon MichaelPapalexiouOther