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Einsatz gekoppelter Modelle und Wetterradar zur Abschätzung von Niederschlagsintensitäten und zur Abflussvorhersage
In der vorliegenden Studie wurden zwei Zielsetzungen verfolgt: (1) die Realisation und der Test eines gekoppelten Meteorologie-Hydrologie Abflussvorhersagesystems und (2) die Ableitung einer Z/R-Beziehung zur Berechnung von Niederschlagsintensitäten R aus Radarreflektivitäten Z. Die Studien wurden im Ammereinzugsgebiet mit einer Fläche von 609 km2 bis zum Pegel Weilheim in Südbayern durchgeführt. Gemessene Abflussdaten wurden genutzt, um mit Vorwärtssimulationen des hydrologischen Modells WaSiM flächendifferenzierte, stündliche Niederschlagsfelder abzuschätzen. Dazu wurden die Koeffizienten einer dreiteiligen Z/R-Beziehung so lange verändert, bis ein Minimum des Nash-Sutcliffe-Kriteriums, basierend auf Abflussbeobachtung und -simulation über einen dreimonatigen Zeitraum, erreicht wurde. Die so kalibrierte Q-Z/R-Beziehung hat in der Validierung mit Niederschlagsstationsdaten gute Ergebnisse gezeigt, hohe Niederschlagsintensitäten werden allerdings unterschätzt. Die Vorteile der hier erstmalig angewandten Methode im Vergleich zu Aneichungsverfahren an Stationsdaten sind die Möglichkeit, auch Daten geringer Niederschlagsintensitäten nutzen zu können und die Ausschaltung des Problems der Repräsentativität einer Punktmessung für eine umgebende Fläche. Es konnte außerdem gezeigt werden, dass Radarniederschlagsdaten erfolgreich über einen dreimonatigen Zeitraum in kontinuierlichen Abflusssimulationen eingesetzt werden können. Der Aufbau eines Hochwasservorhersagesystems wurde durch die Ein-Wege-Kopplung des meteorologischen Modells WRF mit dem hydrologischen Modell WaSiM realisiert. Es wurden umfangreiche Studien auf Basis der Vorhersagen des Augusthochwassers 2005 durchgeführt. Dazu zählen die Auswirkungen unterschiedlicher GFS-Eingangsdaten, Höhenmodelle und Parametrisierungen für grid- und subgridskaligen Niederschlag, Planetarische Grenzschicht und den Stoff- und Energieaustausch zwischen Erdoberfläche und Atmosphäre. Der zeitliche Verlauf der Hochwasservorhersage wurde durch fünf 72-stündliche Wettervorhersagen mit jeweils um zwölf Stunden versetzte Initialisierungszeitpunkte bis einen Tag vor dem Erreichen der maximalen Pegelstände untersucht. Dabei hat sich gezeigt, dass mit dem gekoppelten Modellsystem Extremereignisse modelliert werden können. Die Validierung erfolgte mit 13 Vorhersagen für zwei Abflussereignisse im Sommer 2001. Es konnte gezeigt werden, dass das Abflussvorhersagesystem die effektive, 48-stündliche Hochwasservorwarnung im Ammereinzugsgebiet ermöglicht. Die Vorhersage des exakten Zeitpunktes und der Abflussmenge des Hochwasserscheitels kann mit den heute verfügbaren Methoden jedoch nicht erreicht werden.
Einsatz gekoppelter Modelle und Wetterradar zur Abschätzung von Niederschlagsintensitäten und zur Abflussvorhersage
In der vorliegenden Studie wurden zwei Zielsetzungen verfolgt: (1) die Realisation und der Test eines gekoppelten Meteorologie-Hydrologie Abflussvorhersagesystems und (2) die Ableitung einer Z/R-Beziehung zur Berechnung von Niederschlagsintensitäten R aus Radarreflektivitäten Z. Die Studien wurden im Ammereinzugsgebiet mit einer Fläche von 609 km2 bis zum Pegel Weilheim in Südbayern durchgeführt. Gemessene Abflussdaten wurden genutzt, um mit Vorwärtssimulationen des hydrologischen Modells WaSiM flächendifferenzierte, stündliche Niederschlagsfelder abzuschätzen. Dazu wurden die Koeffizienten einer dreiteiligen Z/R-Beziehung so lange verändert, bis ein Minimum des Nash-Sutcliffe-Kriteriums, basierend auf Abflussbeobachtung und -simulation über einen dreimonatigen Zeitraum, erreicht wurde. Die so kalibrierte Q-Z/R-Beziehung hat in der Validierung mit Niederschlagsstationsdaten gute Ergebnisse gezeigt, hohe Niederschlagsintensitäten werden allerdings unterschätzt. Die Vorteile der hier erstmalig angewandten Methode im Vergleich zu Aneichungsverfahren an Stationsdaten sind die Möglichkeit, auch Daten geringer Niederschlagsintensitäten nutzen zu können und die Ausschaltung des Problems der Repräsentativität einer Punktmessung für eine umgebende Fläche. Es konnte außerdem gezeigt werden, dass Radarniederschlagsdaten erfolgreich über einen dreimonatigen Zeitraum in kontinuierlichen Abflusssimulationen eingesetzt werden können. Der Aufbau eines Hochwasservorhersagesystems wurde durch die Ein-Wege-Kopplung des meteorologischen Modells WRF mit dem hydrologischen Modell WaSiM realisiert. Es wurden umfangreiche Studien auf Basis der Vorhersagen des Augusthochwassers 2005 durchgeführt. Dazu zählen die Auswirkungen unterschiedlicher GFS-Eingangsdaten, Höhenmodelle und Parametrisierungen für grid- und subgridskaligen Niederschlag, Planetarische Grenzschicht und den Stoff- und Energieaustausch zwischen Erdoberfläche und Atmosphäre. Der zeitliche Verlauf der Hochwasservorhersage wurde durch fünf 72-stündliche Wettervorhersagen mit jeweils um zwölf Stunden versetzte Initialisierungszeitpunkte bis einen Tag vor dem Erreichen der maximalen Pegelstände untersucht. Dabei hat sich gezeigt, dass mit dem gekoppelten Modellsystem Extremereignisse modelliert werden können. Die Validierung erfolgte mit 13 Vorhersagen für zwei Abflussereignisse im Sommer 2001. Es konnte gezeigt werden, dass das Abflussvorhersagesystem die effektive, 48-stündliche Hochwasservorwarnung im Ammereinzugsgebiet ermöglicht. Die Vorhersage des exakten Zeitpunktes und der Abflussmenge des Hochwasserscheitels kann mit den heute verfügbaren Methoden jedoch nicht erreicht werden.
Einsatz gekoppelter Modelle und Wetterradar zur Abschätzung von Niederschlagsintensitäten und zur Abflussvorhersage
Use of coupled model systems and weather radar to estimate precipitation fields and to enable flood forecasts
Marx, Andreas (author) / Universität Stuttgart (host institution)
2007
Miscellaneous
Electronic Resource
German
DDC:
500
UB Braunschweig | 2007
|Unterstützung gekoppelter hydraulischer Modelle durch Fernerkundungsdaten
Online Contents | 2009
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Springer Verlag | 2009
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