Hydrosystemmodellierung

Department Hydrosystemmodellierung


Wie können hydrologische Modelle und deren Vorhersagen verbessert werden? Reicht die „Hyper-Auflösung“ oder brauchen wir sogenannte „smarte Modelle“ – also Modelle mit einem Optimum zwischen Komplexität und Einfachheit und so realitätsnah und robust wie möglich? Ist es möglich, Prognosen „für jeden Ort“ auf jeder räumlichen Skala zu machen, die für die Entscheidungsfindung benötigt werden? Wie können die dafür notwendigen Parameter so regionalisiert werden, dass sie quasi skalenunabhängig sind?


Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler unseres „Computerlabors“ entwickeln, validieren und integrieren hydrologische Multiskalen-Modelle des Wasserkreislaufs und seiner Wechselwirkungen mit terrestrischen Ökosystemen. Die räumliche Heterogenität der Erdoberflächen- und Untergrundeigenschaften wie Bodenbeschaffenheit, Topographie oder Vegetation sind dabei von zentraler Bedeutung für die Forschung. Die größte Herausforderung besteht darin, skalenunabhängige hydrologische Modelle zu entwickeln, mit denen Stoff- und Energieflüsse überall auf regionaler Skala abgeschätzt werden können – also effiziente Modelle mit einer geringen Parameterkomplexität, um sie über Skalen und Standorte hinaus übertragen zu können.

Kern unserer Forschungsmethoden sind prozessbasierte, räumlich verteilte Modelle, die das Verhalten der verschiedenen natürlichen Untersysteme beschreiben. Dazu müssen zunächst alle relevanten physikalischen, chemischen und biologischen Prozesse innerhalb des interaktiven Ökosystems identifiziert und beschrieben werden. Dann müssen die Prozesse – unter Berücksichtigung von Unsicherheit – in konzeptionelle und rechnergestützte Modelle übersetzt werden. Durch Komplexitätsreduktion, Multiskalencodes oder Hybridmodelle können robuste und effiziente numerische Algorithmen zur Lösung der Probleme entwickelt werden. Mit den drei Arbeitsgruppen „Stochastik und Oberflächenhydrologie“, „Multiskalen Untergrundhydrologie“ sowie „Regionale Ökophysiologie“ steht das dafür notwendige Know How zur Verfügung.

Unser Ziel ist es letztendlich, Management-, Vorhersage- und Optimierungstools zu entwickeln, um – gestützt auf hochintegrierte parametereffiziente Simulationen – robuste Strategien für die Anforderungen der Wasserwirtschaft und ein nachhaltiges Management von Wasserressourcen zu finden und die Prognosefähigkeiten für längere Vorlaufzeiten auf regionalen Skalen zu verbessern.