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Das Potential meteorologischer Rasterdatensätze für die Modellierung der Schneedecke alpiner Einzugsgebiete


Freudiger, Daphné; Frielingsdorf, B; Stahl, Kerstin; Steinbrich, Andreas; Weiler, Markus; Griessinger, Nena; Seibert, Jan (2016). Das Potential meteorologischer Rasterdatensätze für die Modellierung der Schneedecke alpiner Einzugsgebiete. Hydrologie und Wasserbewirtschaftung, 60(6):353-367.

Abstract

Interpolierte Rasterdatensätze der Temperatur und des Niederschlags sind eine wichtige Grundlage für die flächendetaillierte hydrologische Modellierung größerer Einzugsgebiete. Da die Qualität dieser Datensätze meistens in einer Kreuzvalidierung der verwendeten Stationsdaten bestimmt wird, stellt sich die Frage, wie gut ihre Repräsentativität im Hochgebirge ist, wo generell die Stationsdichte eher gering ist. Relevant ist hierbei insbesondere die Repräsentativität meteorologischer Rasterprodukte für die Modellierung der Schneedecke. Die vorgestellte Analyse vergleicht die interpolierten Tagestemperaturen und -niederschlagshöhen HYRAS-TAS/ HYRAS-PRE (ein Produkt des Deutschen Wetterdienstes und der Bundesanstalt für Gewässerkunde, im Folgenden als HYRAS-Datensatz bezeichnet) mit TabsD/RhiresD (ein Produkt des Schweizer Bundesamts für Meteorologie und Klimatologie, im Folgenden als MS-Datensatz bezeichnet) für den Schweizer Teil des Rheineinzugsgebiets für den Zeitraum 1971 bis 2006. Beide Produkte basieren auf unkorrigierten mittleren Tageswerten für Temperatur und Niederschlag, die aus ähnlichen Stationsdaten, aber mit unterschiedlichen Interpolationsansätzen bestimmt wurden. Der direkte Vergleich der Daten zeigte systematische Abweichungen insbesondere für den Niederschlag, weniger jedoch für die Temperatur. Generell zeigte das HYRAS-Produkt in höheren Lagen kleinere Tagesniederschlagssummen als das MS-Produkt. In einem weiteren Schritt wurde untersucht, wie sich beide Datensätze bei der Modellierung der Schneedecke verhalten. Dafür wurde mit einem erweiterten Grad-Tag Verfahren (wie es z. B. im HBV-Modell, einem typischen hydrologischen Abflussmodell, verwendet wird) mit beiden Datensätzen das mittlere tägliche Schneewasseräquivalent (SWE) für 766 Einzugsgebiete mit einer mittleren Fläche von ca. 35 km² berechnet. Die so simulierten SWE-Werte wurden dann mit einem unabhängigen Datensatz, dem Schneekartenprodukt des operationellen schneehydrologischen Dienstes des SLF (im Folgenden SLFmap bezeichnet), welches auf täglichen Schneehöhendaten und eigenen Schneedeckenmodellen basiert, aggregiert für jedes Einzugsgebiet verglichen. Der Vergleich mit SLFmap zeigte, dass die HYRAS-angetriebene Modellierung bei der gewählten Parametrisierung im Allgemeinen die Schneemengen in hohen Lagen (über 2000 m ü. NN) etwas unterschätzte, während die MS-angetriebene Modellierung diese stark überschätzte. Die Abweichung wurde im Laufe des Winters größer, und während der Frühlingsmonate April und Mai besonders deutlich. Allgemein war im Hochgebirge die Differenz zwischen den SWEHYR und SLFmap kleiner als die Differenz zwischen den SWEMS und SLFmap. Während das SWE mit dem HYRAS-Produkt allgemein besser modelliert wurde, wies das MSProdukt im Niederschlag und somit auch im SWE eine detailliertere räumliche Struktur auf, welche grundsätzlich besser mit dem auf Schneemessdaten basierenden SLFmap-Datensatz übereinstimmte. Je nach Anwendungsziele sollten diese Unterschiede bei der Wahl des Produktes für eine hydrologische Modellierung von Einzugsgebieten bei denen die Schneeabflusskomponente eine große Rolle spielt berücksichtigt werden.

Abstract

Interpolierte Rasterdatensätze der Temperatur und des Niederschlags sind eine wichtige Grundlage für die flächendetaillierte hydrologische Modellierung größerer Einzugsgebiete. Da die Qualität dieser Datensätze meistens in einer Kreuzvalidierung der verwendeten Stationsdaten bestimmt wird, stellt sich die Frage, wie gut ihre Repräsentativität im Hochgebirge ist, wo generell die Stationsdichte eher gering ist. Relevant ist hierbei insbesondere die Repräsentativität meteorologischer Rasterprodukte für die Modellierung der Schneedecke. Die vorgestellte Analyse vergleicht die interpolierten Tagestemperaturen und -niederschlagshöhen HYRAS-TAS/ HYRAS-PRE (ein Produkt des Deutschen Wetterdienstes und der Bundesanstalt für Gewässerkunde, im Folgenden als HYRAS-Datensatz bezeichnet) mit TabsD/RhiresD (ein Produkt des Schweizer Bundesamts für Meteorologie und Klimatologie, im Folgenden als MS-Datensatz bezeichnet) für den Schweizer Teil des Rheineinzugsgebiets für den Zeitraum 1971 bis 2006. Beide Produkte basieren auf unkorrigierten mittleren Tageswerten für Temperatur und Niederschlag, die aus ähnlichen Stationsdaten, aber mit unterschiedlichen Interpolationsansätzen bestimmt wurden. Der direkte Vergleich der Daten zeigte systematische Abweichungen insbesondere für den Niederschlag, weniger jedoch für die Temperatur. Generell zeigte das HYRAS-Produkt in höheren Lagen kleinere Tagesniederschlagssummen als das MS-Produkt. In einem weiteren Schritt wurde untersucht, wie sich beide Datensätze bei der Modellierung der Schneedecke verhalten. Dafür wurde mit einem erweiterten Grad-Tag Verfahren (wie es z. B. im HBV-Modell, einem typischen hydrologischen Abflussmodell, verwendet wird) mit beiden Datensätzen das mittlere tägliche Schneewasseräquivalent (SWE) für 766 Einzugsgebiete mit einer mittleren Fläche von ca. 35 km² berechnet. Die so simulierten SWE-Werte wurden dann mit einem unabhängigen Datensatz, dem Schneekartenprodukt des operationellen schneehydrologischen Dienstes des SLF (im Folgenden SLFmap bezeichnet), welches auf täglichen Schneehöhendaten und eigenen Schneedeckenmodellen basiert, aggregiert für jedes Einzugsgebiet verglichen. Der Vergleich mit SLFmap zeigte, dass die HYRAS-angetriebene Modellierung bei der gewählten Parametrisierung im Allgemeinen die Schneemengen in hohen Lagen (über 2000 m ü. NN) etwas unterschätzte, während die MS-angetriebene Modellierung diese stark überschätzte. Die Abweichung wurde im Laufe des Winters größer, und während der Frühlingsmonate April und Mai besonders deutlich. Allgemein war im Hochgebirge die Differenz zwischen den SWEHYR und SLFmap kleiner als die Differenz zwischen den SWEMS und SLFmap. Während das SWE mit dem HYRAS-Produkt allgemein besser modelliert wurde, wies das MSProdukt im Niederschlag und somit auch im SWE eine detailliertere räumliche Struktur auf, welche grundsätzlich besser mit dem auf Schneemessdaten basierenden SLFmap-Datensatz übereinstimmte. Je nach Anwendungsziele sollten diese Unterschiede bei der Wahl des Produktes für eine hydrologische Modellierung von Einzugsgebieten bei denen die Schneeabflusskomponente eine große Rolle spielt berücksichtigt werden.

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Other titles:The Potential of meteorological gridded datasets for hydrological modeling in alpine basins
Item Type:Journal Article, refereed, original work
Communities & Collections:07 Faculty of Science > Institute of Geography
Dewey Decimal Classification:910 Geography & travel
Scopus Subject Areas:Physical Sciences > Water Science and Technology
Language:German
Date:2016
Deposited On:25 Apr 2018 15:08
Last Modified:08 Apr 2020 23:35
Publisher:Bundesanstalt fuer Gewaesserkunde
ISSN:1439-1783
OA Status:Closed
Free access at:Publisher DOI. An embargo period may apply.
Publisher DOI:https://doi.org/10.5675/HyWa_2016,6_1
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