Die Bedeutung räumlicher Strukturen und Muster für das hydrologische Prozessgeschehen

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1 Die Bedeutung räumlicher Strukturen und Muster für das hydrologische Prozessgeschehen Dr. Karsten Schulz Fachbereich Umweltsystemmodellierung UFZ - Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle UFZ Modellzentrum: Angewandte Landschaftsökologie

2 Inhalt Bedeutung hydrologischer Prozesse Einfluss von Strukturen Infiltration Oberflächenabfluss Verdunstung Forschungsbedarf Zukünftige Aktivitäten

3 Bedeutung hydrologischer Prozesse Verdunstung Niederschlag Oberflächenabfluss Infiltration GW-Fluss (aus Miller, 1990)

4 Bedeutung hydrologischer Prozesse Trinkwasser

5 Bedeutung hydrologischer Prozesse Trinkwasser Landwirtschaftliche Produktion

6 Bedeutung hydrologischer Prozesse Trinkwasser Landwirtschaftliche Produktion Transport und Verlagerung von Schadund Nährstoffen

7 Bedeutung hydrologischer Prozesse Trinkwasser Landwirtschaftliche Produktion Transport und Verlagerung von Schadund Nährstoffen Klima und Wetter

8 Bedeutung hydrologischer Prozesse Trinkwasser Landwirtschaftliche Produktion Transport und Verlagerung von Schadund Nährstoffen Klima und Wetter Hochwasser

9 Landschaftswasserhaushalt Wassergehalte an der Bodenoberfläche (aus Miller, 1990)

10 Skalenproblematik Einzugsgebiet Feld Labor (REV) ψ, K, K S u ψ, K, K S u

11 Räumliche Variabilität - Skalen Blöschl (1995)

12 Inhalt Bedeutung hydrologischer Prozesse Einfluss von Strukturen Infiltration Oberflächenabfluss Verdunstung Forschungsbedarf Zukünftige Aktivitäten

13 Skalenproblematik Tracer Infiltrations-Experimente Tracerexperimente Flury (1992), Stamm (1995)

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17 Strukturen - Infiltration Vogel & Babel (2004)

18 Abflussbildung 1 Oberflächenabfluss im Tropischen Regenwald Elsenbeer & Godsey (2003)

19 Abflussbildung Rate of Irrigation Runoff (mm/h) Infiltration Rate :00 0:10 0:20 0:30 0:40 0:50 1:00 1:10 Time (hh:min) Elsenbeer & Godsey (2003)

20 Abflussbildung Rate of Irrigation Runoff (mm/h) Event 1 Event 2 (2 hours later) Infiltration Rate i :00 0:10 0:20 0:30 0:40 0:50 1:00 1:10 Time (hh:min) Elsenbeer & Godsey (2003)

21 Abflussbildung 3 60 Runoff (mm/h) Rate of Irrigation i i :00 0:15 0:30 0:45 1:00 1:15 1:30 1:45 2:00 2:15 2:30 2:45 3:00 Time (hh:min) Elsenbeer & Godsey (2003)

22 Abflussbildung Rate of Irrigation i Runoff (mm/h) :00 1:30 3:00 4:30 6:00 Time (hh:min) Elsenbeer & Godsey (2003)

23 Hydrophobizität Durner (2000)

24 Strukturen - Runoff Blöschl & Grayson (1995)

25 Strukturen - Runoff 30mm/1h Blöschl & Grayson (1995)

26 Strukturen - Runoff 5mm/1h Blöschl & Grayson (1995)

27 Strukturen - Verdunstung Vogel & Babel (2004)

28 Strukturen - Verdunstung Avissar & Pielke (1989)

29 Inhalt Bedeutung hydrologischer Prozesse Einfluss von Strukturen Infiltration Oberflächenabfluss Verdunstung Forschungsbedarf Zukünftige Aktivitäten

30 Forschungsbedarf Erfassen von Strukturen und ihrer Dynamik Fernerkundung ENVISAT Launch: 01. March 2002 Data since 2003 ESA

31 Forschungsbedarf Erfassen von Strukturen und ihrer Dynamik Fernerkundung Geophysikalische Methoden

32 Forschungsbedarf Erfassen von Strukturen und ihrer Dynamik Fernerkundung Geophysikalische Methoden Schlaeger (2005) Volumetrischer Wassergehalt Schädel (2003)

33 Forschungsbedarf Erfassen von Strukturen und ihrer Dynamik Fernerkundung Geophysikalische Methoden Binley (2004)

34 Forschungsbedarf Erfassen von Strukturen und ihrer Dynamik Fernerkundung Geophysikalische Methoden Mathematische Beschreibung Topologie, Mathematische Morphologie

35 Variabilität Mittelwert Varianz Realität µ σ? Topologie/Struktur Semivarianz γ

36 Forschungsbedarf Erfassen von Strukturen und ihrer Dynamik Fernerkundung Geophysikalische Methoden Mathematische Beschreibung Geostatistik, Topologie, Mathematische Morphologie Zeitliche Dynamik

37 Verdunstung Optische Systeme Temperatur [ C] Trockener Boden Thermalscanner feuchter Boden Zeit [h] (aus Enthekabi et al., 2004)

38 Strukturen - Verdunstung Grayson et al. (1997)

39 Strukturen - Verdunstung Grayson et al. (1997)

40 Forschungsbedarf Erfassen von Strukturen und ihrer Dynamik Fernerkundung Geophysikalische Methoden Mathematische Beschreibung Geostatistik, Topologie, Mathematische Morphologie Zeitliche Dynamik Zusammenhang zwischen Strukturen

41 Forschungsbedarf Textur, Wassergehalt Oberflächentemperatur PRI, Wetness Index

42 Variabilität Mittelwert Varianz Realität µ σ? Topologie/Struktur Semivarianz γ

43 Inhalt Bedeutung hydrologischer Prozesse Einfluss von Strukturen Infiltration Oberflächenabfluss Verdunstung Forschungsbedarf Zukünftige Aktivitäten

44 Aktivitäten DFG-Forschergruppe BAT IIa (O) 50%

45 Aktivitäten DFG-Forschergruppe BAT IIa (O) 50% Vision -Paper WRR

46 Aktivitäten DFG-Forschergruppe BAT IIa (O) 50% Vision -Paper WRR UFZ Projekt

47 Aktivitäten DFG-Forschergruppe BAT IIa (O) 50% Vision -Paper WRR UFZ Projekt Einbindung TERENO

48 Aktivitäten DFG-Forschergruppe BAT IIa (O) 50% Vision -Paper WRR UFZ Projekt Einbindung TERENO

49 TERENO - Maßnahmen Einrichtung von Observatorien an 3 Standorten mit unterschieden demographischen und wirtschaftlichen Entwicklungen Je Standort 4 Intensivmessflächen entlang eines Gradienten städtisch-stadtnah-ländlich-naturnah Ausstattung mit modernen Messsytemen, z.b. zur Erfassung von Wasser-, Stoff- und Energieflüssen in verschiedenen Umweltkompartimenten Bestimmung ökologischer Kenngrößen/Proxies Erfassung sozioökonomischer Daten Abstimmung mit Behörden und anderen Netzwerken (IEOS)