FOR 2131:  Datenassimilation in terrestrischen Systemen

• Fachliche Zuordnung: Geowissenschaften
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 243358811

Die Simulation von Wasser- und Energieflüssen im gekoppelten Untergrund-Landoberfläche-Atmosphäre-System (SLAS) ist ein wichtiger Bestandteil von Klima-, Wetter- und Hochwasservorhersagen und trägt zur optimalen Bewirtschaftung von Wasser, Land und Gewässergüte bei. Aufgrund der immensen Skalenkomplexität terrestrischer Systeme ist allerdings alleine schon die Schätzung des aktuellen Zustands - eine Voraussetzung für jegliche Vorhersage - trotz stetig zunehmender Beobachtungen bislang unzureichend. Datenassimilation nutzt Beobachtungen, um den aktuellen Zustand eines Systems mithilfe eines Simulationsmodells zu schätzen; allerdings herrschen in den damit befassten geowissenschaftlichen Disziplinen unterschiedliche Ansätze bezüglich der Struktur von SLAS-Modellen und der darauf aufbauenden Datenassimilation vor. Das primäre Ziel der Forschergruppe ist die Entwicklung eines übergreifenden Datenassimilationskonzepts in Verbindung mit einem voll gekoppelten SLAS-Modell, das eine Verbesserung der Simulation und Vorhersage der Flüsse zwischen den Kompartimenten und damit des Gesamtzustands erreichen soll. Die Entwicklung und Evaluierung eines solchen Datenassimilationssystems erfolgt auf der Basis eines virtuellen Einzugsgebiets. Ein virtuelles Einzugsgebiet ist eine Modellrealisierung eines SLAS, die in der Lage ist, so realistisch wie möglich den Zustand und die Entwicklung eines SLAS-Zustands abzubilden. Diese virtuelle Realität ermöglicht es, Effekte der Modellunsicherheit sowohl beim SLAS-Modell als auch bei den Beobachtungen von den eigentlichen Datenassimilationsproblemen zu trennen, Fehler auf ihre Ursachen zurückzuführen und zu korrigieren. Die virtuelle Realität orientiert sich am Neckar-Einzugsgebiet, das bezüglich Topografie, Geologie, Landnutzung und Klima typisch für die mittleren Breiten ist. Die virtuelle Realität wie auch das SLAS-Modell für das Datenassimilationssystem werden auf dem gekoppelten Modell ParFlow-CLM-COSMO (TerrSysMP) basieren, das lateral bezüglich der Atmosphäre mit operationellen Analysen und Vorhersagen des Deutschen Wetterdienstes (DWD) angetrieben wird. Mit den Ergebnissen und Modellvorstellungen verbinden die Forscherinnen und Forscher die Hoffnung, auch die Möglichkeiten zur Wetter- und Klimaprognose oder zur Qualitätssicherung im Wassermanagement zu verbessern - und damit der interdisziplinären Umweltforschung in verschiedenen Bereichen Impulse zu geben.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Internationaler Bezug: Niederlande

Projekte

• Assimilation von Abflußdaten auf voll-gekoppelte Atmosphere-Landoberflächen-Modelle (Antragstellerin Attinger, Sabine )
• Darstellung von Bodeneigenschaften und Topographie auf groben Gittern in großskaligen, voll gekoppelten Untergrund-Landoberfläche-Atmosphäre Modellen (Antragstellerin Neuweiler, Insa )
• Identifizierbarkeit von Boden- und Ökosystemzustandsgrößen und -parametern in integrierten Grundwasser-Landoberfläche-Atmosphäre-Modellen durch multivariate Datenassimilation (Antragsteller Hendricks-Franssen, Harrie-Jan )
• Inferring surface and soil variables from assimilation of atmospheric boundary layer observations (Antragsteller Ament, Felix )
• Kombination von Niederschlagsinformationen aus Stationsmessungen, Mikrowellen-Richtfunkstrecken und Wetterradardaten zur Integration in ein voll gekoppeltes Datenassimilationssystem (Antragsteller Kunstmann, Harald )
• Koordinationsfonds (Antragsteller Simmer, Clemens )
• Modellentwicklung und Datenassimilation (Antragsteller Simmer, Clemens )
• Skalenproblematik bei der Assimilation von passiven L-Band Mikrowellenbeobachtungen von Satelliten in hochaufgelöste gekoppelte Modelle (Antragsteller Simmer, Clemens )
• Wert von Grundwasserdaten in der Assimilation des Grundwasser-Boden-Landoberflächen Komplexes (Antragsteller Cirpka, Olaf A. )

• Sprecher: Professor Dr. Clemens Simmer