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KLIWA-Workshop "Extreme Hochwasser"


Regionale Klimaszenarien und Wasserhaushaltssimulation
- Vorstellung erster KLIWA-Ergebnisse


Referent: Dr.-Ing. Kai Gerlinger - Ing.-Büro Ludwig, Karlsruhe

Nach einem Überblick über die verwendeten Klima- und Wasserhaushaltsmodelle stellt Herr Gerlinger das Schema zur Umsetzung der Ergebnisse der Klimamodelle in die Wasserhaushaltsmodelle vor (vgl. interner KLIWA-Arbeitsbericht "Umsetzung der Klimamodelle in Wasserhaushaltsmodelle").

Die Ergebnisse der statistischen Klimamodelle, die stationsweise vorliegen, wurden mit Hilfe der REGNIE-Daten räumlich interpoliert. Die REGNIE-Daten liegen als monatliche Mittelwerte aus dem Zeitraum 1971-2000 in hoher räumlicher Auflösung (ca. 1 x 1 km²) vor. Die Ergebnisse des REMO-Modells wurden zunächst einer einfachen Filterung unterzogen, um die vorhandene räumliche Unschärfe des Modells auf Grund des Luv/Lee-Effekts zu mildern. Die Ergebnisse aus REMO, die als Gebietsmittelwerte im ca. 18 x 18 km² Raster vorliegen, wurden anschließend mit Hilfe der REGNIE-Daten regionalisiert, wobei die Gebietsmittelwerte der Rasterzellen erhalten bleiben. Das Ergebnis für den mittleren Jahresniederschlag 1971- 2000 zeigt, dass das regionalisierte Niederschlagsfeld plausibler mit der räumlichen Verteilung der Messwerte übereinstimmt als die unregionalisierten Ausgangsdaten des REMO-Kontrolllaufs.

Die Umsetzung der Ergebnisse der Klimaszenarien mit Wasserhaushaltsmodellen erfolgte zunächst für den Neckar (AEZG = ca. 14.000 km², mit LARSIM) und den Oberen Main (AEZG = ca. 4.500 km², mit ASGi) unter Verwendung von Tageswerten. Es wurden zunächst statistische Kenngrößen ausgewertet. Dazu gehören MHQ, MQ, MNQ, MoMHQ, MoMQ, MoMNQ, HM7Q, HM90Q sowie Dauerlinien und Rangfolgen.

Vorbereitende Arbeiten mit dem Wasserhaushaltsmodell:

Um den Einfluss des Wasserhaushaltsmodells auf die Ergebnisse zu überprüfen, wurde zunächst die Simulationsgüte unter der Verwendung von Messdaten als Eingabegrößen exemplarisch für den Pegel Rockenau/Neckar (AEZG = ca. 12.800 km²) dargestellt. Das Gütekriterium Modelleffizienz nach Nash-Sutcliffe zeigt sowohl für logarithmierte Abflüsse (dadurch besondere Betonung der Niedrig- und Mittelwasser) als auch für nicht logarithmierte Abflüsse für eine Zeitreihe von 40 Jahren in der Regel Werte über 0,7 und somit eine hohe Übereinstimmung zwischen Simulation und Messung. Auch die Dauerlinie auf Grundlage der simulierten Abflüsse sowie die MoMQ, MoMNQ und MoMHQ zeigten eine hohe Übereinstimmung mit den Messdaten. Abweichungen treten vor allem im Hochwasserbereich auf, da hier die auftretenden Spitzen im Modell auf Grund der Verwendung von Tageswerten und der Modelleichung v.a. in Hinblick auf den Niedrig- und Mittelwasserbereich nicht erreicht werden können.

Es wurden zudem die Simulationsergebnisse unter Verwendung aller zur Verfügung stehenden hydrometeorologischen Messstationen der LfU sowie unter Verwendung nur der im Rahmen des KLIWA-Projektes ausgewählten Stationen ("KLIWA-Stationen") mit und ohne Regionalisierung vorgestellt. Dabei zeigt sich, dass die Regionalisierung eine deutliche Verbesserung der Ergebnisse bewirkt. Werden die simulierten monatlichen Mittelwerte bei Verwendung aller verfügbaren Stationen mit denen bei Verwendung der regionalisierten KLIWA-Stationen miteinander verglichen, so ergeben sich nur geringe Unterschiede. Dies gilt v.a. im Mittel- und Niedrigwasserbereich.

Die Ergebnisse der Klimaszenarien und Wasserhaushaltssimulationen werden zur Zeit vom AK KLIWA sowie dem Ing.-Büro Ludwig noch weiter analysiert und bewertet, bevor sie zum KLIWA-Symposium der Öffentlichkeit vorgestellt werden.

Weiter durchzuführende Arbeiten umfassen die folgenden Punkte:
  • Überprüfung der Ergebnisse für den Oberen Main
  • Verwendung der 440 Niederschlagsstationen von Meteo-Research
  • Verwendung der Stundenzeitschritte von REMO
  • Weitergehende statistische Auswertungen (Extremwert-Statistik)
  • Regional differenziertere Auswertung durch Anwendung der Wasserhaushaltsmodelle in verschiedenen Einzugsgebieten
  • Auswertung weiterer Ausgabegrößen der Wasserhaushaltsmodelle (flächenhafte Werte wie Verdunstung, Schneedecke, Grundwasser-Neubildung, etc.)



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