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Impressum
SFB/TRR 38: Teilprojekt C2 Phase 1: A priori Vorhersagen in der Einzugsgebietshydrologie
Projekt
Förderkennzeichen: keine Angaben
Laufzeit: 01.01.2007
- 01.01.2010
Forschungszweck: Grundlagenforschung
m Teilprojekt C2 wird die Vorhersagequalität von Modellen getestet, welche den Wasserhaushalt ganzer Einzugsgebiete beschreiben. Modelltests werden in der Regel anhand vorliegender Beobachtungen, beispielsweise den Abflussganglinien am Ausgang der Einzugsgebiete, ausgeführt. Auch Modellvergleiche werden meistens a posteriori durchgeführt, wenn man also bereits weiß, was das Modell prognostizieren soll.
Wir wollen konzeptionell verschiedene Modelle verwenden, um mit einer unvollständigen Datenbasis den Abfluss zu prognostizieren. Dies ist die für den Anwender typische Situation, denn in der Einzugsgebiethydrologie ist die Datenlage gemessen am Datenbedarf der Modelle stets schmal oder gar ungenügend. Die ultima ratio der Einzugsgebietmodellierung - und letztlich gilt dies auch allgemein für die Ökosystemmodellierung - ist die Vorhersage der Dynamik von Zustandsgrößen eines Landschaftselementes und der Stoff- und Energieflüsse durch dessen Grenzen der Kompartimente und Subkompartimente aufgrund von a priori bekannten Systemeigenschaften (beobachtbare oder schätzbare Modellparameter). In unserem Falle bedeutet dies, also nicht nur den Abfluss aus dem Einzugsgebiet, sondern auch die Flüsse an der Bodenoberfläche, in den Wurzelraum hinein und hinaus, lateral im Unterboden hin zum Vorfluter und letztlich durch die Abflusssektion am Eingang des „Sees“ zu beschreiben. Nur wenn diese systeminternen Prozesse richtig abgebildet werden, können wir voraussagen, wie sich Veränderungen der Systemstruktur (Setzung der Schüttung, Erosion und Strukturbildung an der Oberfläche einschließlich der sich entwickelnden Vegetation) auf den Wasserhaushalt auswirken werden. Das heißt, wir wollen testen, wie man mit Einzugsgebietmodellen extrapolieren kann.
• Der a posteriori Ansatz (Zielvariablen bekannt) eignet sich für die Kalibrierung eines Modells, also für dessen Anwendung unter den Kalbrationsbedingungen.
• Der a priori Ansatz (Zielvariablen unbekannt) bezieht sich auf die Modellanwendung, wenn das System oder dessen Randbedingungen sich mit der Zeit ändern oder wenn man das kalibrierte Modell auf ein anderes Objekt anwenden will. Dies funktioniert nur dann, wenn die dominanten, systeminternen Prozesse adäquat beschrieben werden.
Das Objekt „Hühnerwasser“ eignet sich für die Überprüfung des zweiten Ansatzes.
An diesem Vorhaben wollen wir die wissenschaftliche Gemeinschaft beteiligen, indem wir über¬prüfte, verschieden konzipierte Modelle zu diesem Zweck einsetzen. Dies soll in einem iterativen Pro¬zess ablaufen, indem die „Modellbesitzer“ mit einer initialen (ungenügenden) Daten¬basis be¬liefert werden und als typische Anwender ein echte Voraussage machen können. Die Datenbasis soll schrittweise verbessert und die unabhängigen Vorhersagen dokumentiert werden. An einem ersten Workshop sollen nicht nur die Modelle und die Qualität der Vorhersagen verglichen, sondern auch der Aufwand für die Vorhersagen festgehalten werden. Nach einer weiteren Iteration soll an einem zweiten Workshop die Vorhersagequalität auch auf die Kosten der Informationsbeschaffung bezogen werden. Eine Kosten-Nutzen-Analyse ist aus unserer Sicht ein Aspekt, der wenig beachtet wird, letztlich aber entscheidend ist, da in diesem Modellierungssektor die Datenlage (fast) immer ungenügend ist und wohl auch bleiben wird.
Dieser Modellvergleich und Test der Prognostizierbarkeit von Wasserhaushaltsgrößen soll projektbegleitend durchgeführt werden. Dies induziert kollektives Lernen und zwar nicht nur in den hydrologisch fokussierten Teilprojekten, sondern quer durch den ganzen Sonderforschungsbereich. Es versteht sich, dass diese Aktivitäten primär jene Teilprojekte verknüpfen, welche sich den Einzugsgebietprozessen und -eigenschaften befassen. Die Workshops werden offen zugänglich sein und damit zur Außenwirkung des SFB beitragen.
In der ersten Projektperiode beschränken wir uns auf die Abflussmodellierung. Der eigentliche Nageltest der Abflussmodellierung wird der zweite Schritt sein, also die Vorhersage der Transportwege und Verweilzeiten der im Bodenwasser gelösten Stoffe. Die Teilprojekte C sind bereits in der ersten Projektperiode daran, Daten in diesem Kontext zu erheben und Teilprozesse zu analysieren. Die Modellierung des Stofftransportes bereits in der ersten Projektperiode in einen internationalen Vergleich einzubinden ist schwierig, nicht nur aus Aufwandsgründen, sondern vor allem deshalb, weil die Wasserhaushaltsmodellierung eine Voraussetzung für diese zweite Anliegen ist.
Parallel dazu soll die Modellierung der Vegetationsentwicklung an die hydrologische Dynamik angebunden werden. Dies ist eine Voraussetzung für die Beschreibung der biogeochemischen Kreisläufe am Standort und im Einzugsgebiet. Ähnlich konzipierte Modellvergleiche - auf internationaler Basis - sind also in den Bereichen der Stofftransport-, Vegetationsentwicklung- und Stoffhaushalt vorgesehen.
Abschnittsübersicht
Fachgebiete
- Bodenkunde
