Identifikation und Analyse von Prozesslimitierungen in hydrologischen Modellstrukturen

• Antragsteller: Dr. Björn Guse
• Fachliche Zuordnung: Hydrogeologie, Hydrologie, Limnologie, Siedlungswasserwirtschaft, Wasserchemie, Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 471280762

Hydrologische Modelle bilden die Komplexität der hydrologischen Systeme häufig durch vereinfachte Strukturen ab. Diese Modelle unterscheiden sich dabei in der Art und Exaktheit der Prozessabbildung. Hieraus resultiert, dass bei Modellsimulationen nicht nur Unterschiede in der Modellgüte auftreten, sondern auch Defizite in der Abbildung von hydrologischen Prozessen auftreten können. Um die Variabilität in der Prozessabbildung und bestehende Limitierungen zu untersuchen, ist es erforderlich verschiedene Modellstrukturen in unterschiedlichen Einzugsgebieten zu vergleichen.Mit dieser Thematik möchten sich in diesem wissenschaftlichen Netzwerks 15 vorwiegend Nachwuchswissenschaftler*innen von 12 Institutionen beschäftigen. Diese sind: Björn Guse (PI), Doris Düthmann, Uwe Ehret, Tobias Houska, Jens Kiesel, Ralf Loritz, Lieke Melsen, Tobias Pilz, Sandra Pool, Diana Spieler, Maria Staudinger, Michael Stölzle, Larisa Tarasova, Stephan Thober und Paul Wagner. Ziel des Netzwerks ist es in Diskussionen ein konsistentes Protokoll für einen Modellstrukturvergleich zu entwickeln, um damit Limitierungen in der Prozessabbildung zu identifizieren. Ergänzend hierzu sind Pilotsimulationen mit drei häufig verwendeten Modellen in zehn Testeinzugsgebieten in Deutschland geplant.Aufbauend auf den Netzwerkdiskussionen und Workshops werden Hypothesen entwickelt, wie zukünftig limitierende Prozesse besser in Modellen abgebildet werden können. Die Arbeiten des Netzwerks werden in einem gemeinsamen Paper für die Community aufbereitet. Darüber hinaus soll ein gemeinsamer Forschungsgruppenantrag vorbereitet werden, um die entwickelten Hypothesen zu Prozesslimitierungen in Modellen unter Berücksichtigung von verfügbaren Datensätzen zu testen und eine methodische Weiterentwicklung in der Analyse von Prozessabbildungen und –limitierungen zu erreichen.Hierzu sind 6 halbjährliche Workshops geplant, die aufeinander aufbauende thematische Schwerpunkte in folgender Chronologie haben: (A) Modellvergleichsprotokoll, (B) Prozess- und Parametervariabilität, (C) Modellgüte von Abfluss und Einzelprozessen, (D) Limitierungen in der Prozessabbildung, (E) Hypothesen zur verbesserten Prozessabbildung und (F) Forschungsgruppenantrag.Zu den Workshops werden folgende in den jeweiligen Themenfeldern renommierte internationale Wissenschaftler*innen eingeladen: (A) Serena Ceola, (B) Thorsten Wagener, (C) Jan Seibert, Frederik Kratzert, (D) Markus Hrachowitz, (E) Dörthe Tetzlaff und (F) Nicola Fohrer.Wir erwarten, dass durch den intensiven Austausch und die Zusammenarbeit im wissenschaftlichen Netzwerk ein bedeutender Fortschritt in der Prozessabbildung in hydrologischen Modellen erreicht wird und dadurch mehr Klarheit besteht, welche Prozessabbildungen derzeit kritisch sind und mit welchen Methoden eine Verbesserung erzielt werden kann. Damit wird dieses wissenschaftliche Netzwerk einen wichtigen Beitrag für die nationale und internationale Modellierung und die hydrologische Community leisten.

• DFG-Verfahren: Wissenschaftliche Netzwerke