Entwicklung einer Methode zur Auffüllung von Datenlücken und Interpolation von Niederschlag mit Hilfe von Copulas

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. András Bárdossy
• Fachliche Zuordnung: Hydrogeologie, Hydrologie, Limnologie, Siedlungswasserwirtschaft, Wasserchemie, Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 271221982

Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens planen wir die räumliche Struktur starken und extremen Niederschlags zu untersuchen. Dabei sollen zeitliche Auflösungen zwischen einer Stunde und einem Tag berücksichtigt werden.Im ersten Arbeitsschritt möchten wir die Niederschlagssimulation und -interpolation betrachten. Die Annahme einer räumlichen Stationarität wird dabei durch die räumliche Kopplung von lokalen Niederschlagsverteilungen mittels Copulas ersetzt. Dazu wird zunächst die Interpolation von Verteilungsfunktionen benötigt. Anschließend können diese interpolierten Verteilungen für die Interpolation und Simulation der Niederschlagsmengen verwendet werden.Im zweiten Arbeitsschritt wird die Fehlerstruktur der Niederschlagsinterpolation und -simulation untersucht. Bisher wurden die Schätzfehler bei Niederschlagsinterpolationen dabei als rein zufällige Fehler angesehen, daher wurde eine explizite Berücksichtigung von möglichen systematischen Fehlern vernachlässigt. Vorangegangene Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass die Annahme eines reinen Zufallsfehlers nur selten zutrifft. Im Rahmen unserer Forschungsarbeiten möchten wir daher den systematischen von dem zufälligen Fehleranteil trennen, um beide Fehlertypen bei unseren Simulationen berücksichtigen zu können. Die Grundlage dieses Vorgehens ist die räumliche Simulation von Niederschlag unter Verwendung von interpolierten Verteilungsfunktionen (s. 1. Arbeitsschritt).Die komplexere Betrachtung der räumlichen Ausdehnung von Niederschlagsextremen wird im dritten Arbeitsschritt behandelt. Üblicherweise werden räumliche Reduktionsfaktoren eingesetzt, um extreme Gebietsniederschläge zu erhalten. Diese werden, unter Berücksichtigung verschiedener Annahmen, aus punktweisen Interpolationen abgeleitet. Im vorangegangenen von der DFG geförderten Projekt, konnten wir zeigen, dass Niederschlagsextreme, öaufgrund einer Abhängigkeit höherer Ordnung, einen starken räumlichen Zusammenhang aufweisen. Diese Abhängigkeit höherer Ordnung kann nicht mittels klassischer Copulas beschrieben werden. Zunächst müssen daher geeignete statistische Größen zur Beschreibung dieser Abhängigkeit gefunden werden. Anschließend sollen diese statistischen Größen in der räumlichen Simulation von Niederschlag berücksichtigt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Südafrika
• Kooperationspartner: Professor Geoffrey Pegram