Dr. Axel Bronstert
Institut für Geoökologie der Universität Potsdam, Lehrstuhl für Hydrologie und Klimatologie
Probleme bei der Modellierung der Bodenfeuchte in Zeit und Raum
Abstract: Die Frage der Bodenfeuchtedynamik ist essentiell zur Beurteilung sowohl der Abflußbildung in Landschaften (`wieviel Wasser gelangt in die Flüsse ?´) als auch für die Verbindung des Systems Boden-Wasser-Vegetation mit der Atmosphäre (die ungenügende Beschreibung der `unteren Randbedingung´ in Klimamodellen ist deren größte Schwäche). Bei Starkregenereignissen sind die Bodenfeuchteverhältnisse besonders interessant, da die Bodenfeuchtedynamik wesentlich die Hochwasserentstehung mit steuert.
In diesem Zusammenhang gibt es eine Reihe von interessanten naturwissenschaftlichen und mathematischen Fragestellungen:
- Verschiedene Teilprozesse der Bodenfeuchtedynamik und deren gekoppelte mathematische Formulierung hier lassen sich zumindest zwei verschiedene Prozesse unterscheiden: langsames Sickern (eine Art Diffusionsprozeß) und schnelle Flie"svorgänge (diese überlagern das langsame Sickern in Zeiten starker Niederschläge, d.h. sie treten selten auf, dann sind sie aber wichtig).
- Berücksichtigung der kleinräumigen räumlichen Variabilität der Bodeneigenschaften (räumliches Skalenproblem): Diese Variabilität ist üblicherweise sehr hoch. Trotzdem wird sie nur sehr selten in Modellierungen mit einbezogen. Meistens werden Mittelwerte genutzt, was aber aufgrund der hohen Nichtlinearität der Prozesse falsche, d.h. für das Prozeßverständnis unbrauchbare, Ergebnisse liefert. D.h. ein räumliches Aufskalieren ist nicht durch Mittelung der Parameter möglich, obwohl oft so verfahren wird.
- Berücksichtigung der zeitlichen Variabilität der Niederschlagsintensität (zeitliches Skalenproblem). Auch die zeitlichen Schwankungen der Niederschlagsintensität sind hoch und haben einen wichtigen Einfluß auf die Abflußbildung. Verfahren zur Berücksichtigung dieser Variabilität sind (nur auf statistischer Ebene möglich?) zu entwickeln.
- Effektive numerische Lösung der Richards-Gleichung. Diese Gleichung beschreibt die langsamen Fließvorgänge im ungesättigten Boden (siehe Punkt 1). Die numerischen Verfahren zur Lösung dieser Gleichung immer noch deutlich verbesserungswürdig. Das `unangenehme´ an dieser Differentialgleichung ist, daß deren Parameter in sehr nicht- linear abhängig sind von der Lösungsvariablen (= Bodenfeuchte oder Saugspannung. Diese Funktionen sind räumlich hoch variabel und überdies experimentell nur mit großem Aufwand zu bestimmen. Insbesondere für 2-dimensionale (oder gar 3-dimensionale) Berechnung der Bodenfeuchtedynamik sind bislang kaum geeignete Verfahren zur numerischen Lösung der Richards-Gleichung verfügbar.
| Zeit: | Freitag, 26. Mai 2000, 14.15 Uhr |
| Ort: | FU Berlin, Arnimallee 2-6, Raum 032 im EG |