Das Projekt "Der Einsatz der Fernerkundung zur Bestimmung des Stickstoffgehalts von Vegetation am Beispiel von Grünland - ein Beitrag zur IGBP/BAHC Forschung in Deutschland" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität München, Institut für Geographie, Lehrstuhl für Geographie und Geographische Fernerkundung durchgeführt. Ziel des beantragten Vorhabens ist es zu untersuchen, inwieweit der Stickstoffgehalt der Vegetation aus den Fernerkundungsdaten aus multitemporalen Daten eines Abbildenden Spektrometers gewonnen werden kann. Als spektrale Vegetationsmerkmale sollen das 'red-edge' und eine Wasserabsorption bei 960 nm untersucht werden. Die Untersuchungen sollen im Testgebiet Gilching im Rahmen des gebündelten Antrags 'Methoden zur Kopplung hydrologischer und biologischer Prozesse auf der Landschaftsebene' durchgeführt werden und exemplarisch Grünland und Ackerland untersuchen. Im Rahmen des Vorhabens sollen Auswertemethoden entwickelt werden, die es erlauben, aus hyperspektralen/multitemporalen Messungen der Reflexionseigenschaften unterschiedlicher Grünlandnutzungen deren Stickstoffgehalt zu ermitteln. Für die Messung der spektralen Eigenschaften des Grünlands steht des Abbildene Spektrometer AVIS (Airborne Visible/Infrared Imaging Spectrometer - eine Eigenentwicklung des Antragstellers) zur Verfügung. Die Flugzeugmessungen werden durch Geländemessungen mit einem Feldspektrometer und Messungen an den Beständen unterstützt. Als Ergebnis des Forschungsprojektes werden Verfahren zur Ermittlung der räumlichen Verteilung des Stickstoffgehaltes der Vegetation mit Fernerkundungsmethoden erwartet. Diese werden gemeinsam mit den Partnern des Bündelantrags in ein gemeinsames räumlich verteiltes hydrologisches Modell intergriert.
Das Projekt "Informations- und Modellierungssysteme für das Management von großräumigen Hochwassersituationen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Potsdam Deutsches GeoForschungsZentrum durchgeführt. Im Rahmen der Forschungsarbeiten der Nachwuchswissenschaftlergruppe werden die hochwassergenerierenden Faktoren analysiert und bewertet. Dabei werden für das Einzugsgebiet der Mulde die Großwetterlagen identifiziert, die maßgeblich zu dem Hochwasserentstehen und Ausmaß in unterschiedlichen Jahreszeiten beitragen. Außerdem sollen die deutschlandsweiten Pegelanalysen die signifikanten Hochwassertrends quantifizieren. Besonders in Anbetracht der Klimawandel sind diese Informationen von großer Bedeutung. Eine umfassende Modellierung des Hochwassergeschehens von Entstehung bis zum Schaden soll in mehreren Schritten erfolgen. Das Konzept des entwickelten Modellierungssystems beinhaltet die Verwendung von fünf Modellen. Das hydrologische Modell J2000 (Krause, 2000) simuliert die Komponente der Abflussbildung, um den Niederschlag-Abfluss-Vorgang auf Landflächen zu beschreiben. Die Aufstellung des hydrologischen Modells ermöglicht unter anderem die Bewertung von zukünftigen Klimaszenarien hinsichtlich der resultierenden Hochwassermagnituden und Häufigkeit. Die meteorologischen sowie die hydrologischen Daten werden gesammelt, homogenisiert und regionalisiert bevor sie als Eingabe in das Modell bereitstehen. Mit dem Ziel eine Hochwassergefährdung- und Risikobewertung sowie deren Kartierung für die eingedeichten Flussstrecken zu ermöglichen wurden 1D hydrodynamisch-numerisches Modell mit einem probabilistischen Deichbruchmodell und einem vereinfachten 2D raster-basiertem Überflutungsmodell gekoppelt. Das System ermöglicht, den Wellenablauf im Gerinne und daraus resultierende Überflutung unter Berücksichtigung von Deichbrüchen abzubilden. Durch die dynamische Betrachtung der Hochwasserwelle und innovative probabilistische Modellierung des Deichversagens aufgrund von drei wichtigen Bruchmechanismen: Überströmen, hydraulischer Grundbruch und Böschungsinstabilität infolge der Durchsickerung, können die probabilistischen Gefährdungskarten erstellt werden. Die Unsicherheiten der Hochwasserintensitätsindikatoren werden in der Monte Carlo Simulation analysiert. Am Beispiel der Mulde wird der 'Probable Worst Flood mit dem hydrologischen und hydraulischen Modellen simuliert, um die Auswirkungen von einem extremen Ereignis abzuschätzen. Ein quasi-2D Poldermodell (1D-Modell DYNYD (Ambrose et al., 1993) mit einer 2D-Diskretisierung des Polders) wird an der Mittleren Elbe eingesetzt und simuliert die Kappung des Hochwasserscheitels im Flussgerinne im Falle einer Aktivierung der geplanten Polder. Mit dem gekoppeltem 1D-Deichbruch-2D Modell soll die Auswirkung der Polder auf die Hochwassergefährdung für die Unterlieger unter der Eingabe von optimalen Steuerungsregeln abgeschätzt werden.
Das Projekt "Quantifizierung des Einflusses von Borkenkäferbefall und folgender Abholzung in British Columbia (Canada) auf die Wasserressourcen: Betrachtung auf verschiedenen Einzugsgebietsskalen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Freiburg, Institut für Geo- und Umweltnaturwissenschaften, Professur für Hydrologie durchgeführt. Große Teile des Waldes im Westen Kanadas sind von der derzeitigen Borkenkäferepidemie befallen. Es werden auch Auswirkungen auf die Hydrologie erwartet. Ziel des Projekts is die Entwicklung eines Verfahrens zur Abschätzung von Umwelteinflüssen in British Columbia (Canada) auf die Wasserressourcen, speziell auf den sommerlichen Basisabfluss. Es soll der Einfluss von Borkenkäferbefall und der daraufhin üblicherweise folgendenden Abholzung modelliert und evaluiert werden. Hierzu wird ein regionalisierbares hydrologisches Modell entwickelt, das es erlauben wird, grossskalig potentielle Veränderungen im Niedrigwasser für Forstszenarien zu berechnen.
Das Projekt "Kopplung eines mesoskaligen meteorologischen Modells mit einem gitterpunktgestuetzten hydrologischen Modell" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Leipzig, Institut für Meteorologie durchgeführt. Geschlossene Formulierung des Energie- und Wasserkreislaufes der Atmosphaere durch die Beruecksichtigung der hydrologischen Verhaeltnisse am Boden. Bisher war der Wasserkreislauf von der meteorologischen Seite her am Boden unterbrochen, da in den Prognosemodellen keine Hydrologie Beruecksichtigung fand. Die bislang bestehende Luecke im Wasserkreislauf wird durch die Kopplung von Atmosphaerenmodell und Hydrologiemodell geschlossen.
Das Projekt "Wasserverfuegbarkeit im semi-ariden NE Brasiliens - Klimaanalysemodellierung und grossskaliges hydrologisches Modell" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung e.V. durchgeführt. Im Bereich Klimaanalysemodellierung werden die klimatologischen Grundlagen fuer die anderen Bereiche erarbeitet. Dazu gehoeren die Pruefung der Daten und deren Aufbereitung fuer die Analyse, die Randwertversorgung und Validierung des regionalen Klimamodells. Die theoretischen statistischen Grundlagen und das regionale Klimamodell sind so weiterzuentwickeln, dass am Ende Szenarienrechnungen moeglich sind. Die hydrologische Modellierung untersucht, inwieweit Klimaaenderungen die Wasserverfuegbarkeit beeintraechtigt und Auswirkungen auf die Lebensumstaende der Bevoelkerung haben. Dazu wird eine Quantifizierung der verfuegbaren Wasserressourcen mittels einer raeumlich und zeitlich differenzierten Modellierung durchgefuehrt. Das Modell liefert direkte Aussagen ueber Abflussraten, Grundwasserneubildungsraten, Speicherfuellungen etc. Die Ergebnisse werden eingesetzt fuer die Modellierung des Wassermanagements und des Klimas.
Das Projekt "Entwicklung eines integrierten und unkalibrierten Modells zur Risikobewertung von Niedrigwasser und Wassertemperatur" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Freiburg, Institut für Geo- und Umweltnaturwissenschaften, Professur für Hydrologie durchgeführt. Die Abschätzung zukünftiger Entwicklungen von Niedrigwasserabflüssen und Wassertemperatur infolge Klima- und Landnutzungsänderungen setzt robuste Modellierungsverfahren auf der Skale von Einzugsgebieten voraus. Heutige hydrologische Modelle benötigen jedoch einen hohen Grad an Kalibrierung und sind somit im Rahmen von Prognose-Studien nur bedingt verlässlich. Daher soll im Projekt ein integrierter prozessorientierter und unkalibrierter Modellierungsansatz für Abflussmenge und Wassertemperatur verfolgt werden und damit geeignete Management Entscheidungen ermöglichen. Das Modell wird anhand von instrumentierten Einzugsgebieten in Baden-Württemberg, insbesondere für sommerliche Niedrigwasserperioden, entwickelt und getestet.
Das Projekt "Potentielle Auswirkungen von Umweltveraenderungen auf das Fliessweg- und -zeitverhalten verschiedener Abflusskomponenten und den daran gekoppelten flaechennutzungsabhaengigen Stickstoffaustrag aus Festgesteinseinzugsgebieten der Elbe" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Fachrichtung Hydrowissenschaften, Institut für Hydrologie und Meteorologie, Professur für Hydrologie durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist ein hydrologisches Modell fuer mesoskalige Festgesteinseinzugsgebiete der Elbe, welches eine Klassifizierung des Niederschlag-Abfluss-Prozesses nach naturraumtypischen Kriterien sowie der Sensibilitaet gegenueber Veraenderungen ermoeglicht. Wegen der besonderen Bedeutung langsamer unterirdischer Abfluesse wird eine Klassifizierung insbesondere unter lithofaziellen Aspekten und eine differenzierte Ansprache der hydrologischen Reaktion einzelner Lithofazieseinheiten auf eine sich veraendernde Landnutzung erfolgen. Das Verfahren soll es ermoeglichen, Nutzungskonzepte bzgl. ihrer Auswirkungen auf den Wasser- und Stickstoffhaushalt zu untersuchen. Durch die Verwendung eines Expertensystems wird mit dem Modell ein Werkzeug bereitgestellt, welches den Charakter einer Entscheidungshilfe zur Erstellung und Bewertung umweltgerechter wasser-, land- und forstwirtschaftlich kompromissfaehiger Entwicklungsziele hat.
Das Projekt "Seamless Predicition: Quantifizierung und Reduktion von Unsicherheiten durch - Teilprojekt 5: Hydrologische Modellunsicherheiten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bundesanstalt für Gewässerkunde durchgeführt. Zur Berechnung des Wasserkreislaufs sind mehrere Vereinfachungen notwendig: - komplizierte hydrologische Abläufe werden mit vergleichsweise simplen Gleichungen beschrieben oder vernachlässigt, wenn sie von untergeordneter Bedeutung sind (Prozessabstraktionsunsicherheit), - das betrachtete Flussgebiet und der Untersuchungszeitraum werden in vermeintlich homogene Teile zerlegt, wodurch räumliche und zeitliche Variabilität unberücksichtigt bleibt (Strukturunsicherheit), - miteinander verbundenen Gleichungen einzelner Gebietsteile werden nicht exakt, sondern mit Näherungsverfahren gelöst (technische Unsicherheit). Insbesondere mit den beiden erstgenannten Aspekten verbundene Entscheidungen beim Aufbau eines hydrologischen Modells sind weitgehend subjektiv zu treffen und in diesem qualitativen Sinn unsicher. Sämtliche Vereinfachungen führen - im Verbund mit Datenunsicherheiten - zu fehlerbehafteten Simulationsergebnissen. Dass diese Fehler räumlich und zeitlich variabel ausfallen, erschwert die Identifizierung des 'besten' Modells und die Kalibrierung der Modellparameter. Umgekehrt besteht aber auch die Chance, aufgrund des Zusammenhangs von hydrologischen Bedingungen mit bestimmten Fehlercharakteristika Schwächen einzelner Modellkomponenten aufzudecken. So wird Modellunsicherheit über Simulationsunsicherheit quantitativ fassbar. Im Teilprojekt wird die technische Unsicherheit der operationell eingesetzten hydrologischen Modelle HBV96 und LARSIM verringert. Unstetige Differentialgleichungen werden durch stetige ersetzt und hinsichtlich ihrer Genauigkeit steuerbare numerische Integrationsalgorithmen eingeführt. Anschließend werden durch Anwendung von Prinzipien wie der Pareto-Effizienz (z. B. AMALGAM), der Parametersensitivität (z. B. DYNIA) oder der Datentiefe (z. B. ROPE) und unter Berücksichtigung der zeitlichen und räumlichen Übertragbarkeit von Parameterwerten Defizite in den Modellkomponenten gesucht. Die Implementierung von HBV96 und LARSIM in einem hydrologischen Modellframework ermöglicht die hypothesengeleitete Implementierung und Testung neuer (Kombinationen von) Modellkomponenten.
Das Projekt "ESCAPE: Statistische Bewertung der Leistung von Vorhersagen und der Extrapolation eines hydrologischen Modells" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, Institut d'Amenagement des Terres et des Eaux - HYDRAM durchgeführt.
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