Hydrologisches Multimodell

Beim Klick auf obige Abbildung erscheint ein neues Browserfenster mit der interaktiven Prognose-Karte, in welcher alle Einzugsgebiete anwählbar sind

Mit 11 hydrologischen Modellen, darunter GR4J, HBV, Sacramento, Topmodel und IHACRES wird die mögliche Entwicklung des Abflusses in den nächsten sieben Wochen analysiert. Ein Modell ist nur ein Abbild der Realität und muss gewisse Annahmen treffen. Durch die Nutzung mehrere Modelle mit verschiedenen Annahmen kann man die Realität meist besser abbilden. Ausserdem kann man mit einer solchen Vielzahl von Modellen deren Unsicherheit quantifizieren, indem man die Unterschiede im simulierten Abfluss darstellt.

Die Vorhersage ist beschränkt auf kleinere Gebiete mit geringem menschlichem Einfluss, auch der Einfluss der Gletscher ist in diesen Gebieten eher klein.

• Einteilung des Abflusses in neun Kategorien

  • z.B. bedeutet < q2.5%, dass der vorhergesagte Abfluss weit unterhalb des langjährigen Mittel liegts (braunrot). Genauer: Der Abfluss liegt tiefer als 87.5% aller Tagesabflüsse in einem 30-jährigen Mittel.

• Übersichtskarte

  • In der Übersichtskarte wird jedes Teilgebiet mit der in der jeweiligen Woche am häufigsten vorkommenden Klasse eingefärbt
  • Je intensiver die Farbe der jeweiligen Kategorie in der Übersichtskarte ist, desto zuverlässiger ist die Zugehörigkeit zur entsprechenden Kategorie

• Detailprognose (ersichtlich durch Anklicken des jeweiligen Gebietes): für jedes Teilgebiet wird ein Plot mit zwei Graphen angezeigt:

  • Der Titel enthält eine ID des Teilgebiets (entsprechend der Kennzeichnung des BAFU) und ein Datum für den Start der Vorhersage

  • Oben: die tägliche Verteilung der Modellläufe in Abfluss-Kategorien

  • Unten: der vorhergesagte Abfluss aller Modelläufe. Der wahrscheinlichste Abfluss ist die mittlere Linie (Median). Die Unsicherheit wird durch den Bereich zwischen dem 5% und dem 95% Perzentil dargestellt.

  • Die Gesamtunsicherheit der Abflusssimulation aus allen 2805 Modellläufen (meteorologische und hydrologische Member) wird in Rot dargestellt; der graue Bereich stellt die hydrologische Modellunsicherheit (aus 55 hydrologischen Modellen) für einen zufällig ausgewählten meteorologischen Member dar. Da der rote Bereich nur 90% (5 - 95% Perzentil) aller Modellläufe abbildet, kann der graue Bereich auch ausserhalb des roten Bereiches liegen (die 55 hydrologischen Modellläufe entsprechen nur knapp 2% aller Modellläufe).

Details

Die Modelle wurden mit fünf verschiedenen Abflusstransformationen kalibriert. Jede dieser Transformationen legt den Fokus mehr oder weniger stark auf Niedrigwassersituationen. So erhält man für die 11 hydrologischen Modelle ein Ensemble mit 55 Membern. Jedes einzelne Modell hat also nicht den Anspruch, den Abfluss besonders gut in allen Belangen abzubilden: Es gibt Modelle, die können das gut für extreme Trockenheit, manche sind gut für mässige Trockenheit und manche sind bei Hochwasser gut. Die Idee ist hierbei, dass die Gesamtheit der Modelle an allen Tagen besser ist als ein einziges Modell.

Diese Modelle werden mit bias-korrigierten Monatsvorhersagen der MeteoSchweiz gespeist. Diese Vorhersage besteht selbst aus einem Ensemble von 51 Membern, um die Unsicherheit der Vorhersage von Niederschlag und Temperatur zu quantifizieren. Insgesamt hat das Gesamtensemble also 55 * 51 = 2805 Membern, mit denen man die kombinierte Unsicherheit des Abflusses quantifizieren kann.

Für die Einteilung in Kategorien wird jedes einzelne Modell mit dem simulierten langjährigen Mittel desselben Modelles verglichen (also nicht mit dem gemessenen Abfluss). Da ein Modell die Wirklichkeit meist nur beschränkt gut abbildet, zum Beispiel immer etwas zu viel oder zu wenig Abfluss modellieren kann, ist dies die sinnvollere Wahl.

Dieses Produkt ist Teil des SDSC-ETH-WSL Projekt MACH-Flow (https://www.datascience.ch/projects/mach-flow)