Auswertungen

Visualisierungen vermitteln am schnellsten eine Übersicht komplexer und umfassender Daten. NieTro liefert täglich Abbildungen von Größen und Indikatoren bezogen auf einzelne meteorologische Stationen und Pegel oder auf Einzugsgebietsflächen und Gewässerabschnitte.
Zusammen mit unseren Projektpartnern haben wir verschiedene Abbildungen entworfen:

• Niederschlag
• Reale klimatische Wasserbilanz
• Dürreindikator Bodenfeuchte
• Speicherinhalte
• Durchflüsse

Niederschlag, Stationsbezogen

Die Abbildungen lassen eine Bewertung des Niederschlagsgeschehens gegenüber dem langfristigen mittleren Verhalten zu. Hierfür werden die mittleren Monatssummen über den Zeitraum 1981-2020 für die Monate berechnet und mit dem jeweils aktuellen Monat in Bezug gesetzt.

Abbildung 1 vergleicht für die DWD-Messstation Berlin Buch den bisherigen Jahresverlauf mit dem langfristigen mittleren Jahresverlauf bis zum 10.11.2020. Zu erkennen sind die trockenen Monate April, Mai und Juni und das sich aufbauende Defizit als Unterschied zwischen der blauen und roten Summenlinie. Um bis Ende November das im Jahresverlauf aufgebaute Defizit zu schließen sind 77.9 mm Niederschlag nötig.

Abbildung 1: Auswertung für die Niederschlagsstation Berlin-Buch für das aktuelle Jahr bis zum 10.11.2020.

Abbildung 2 vergleicht für die DWD-Messstation Berlin Buch das Niederschlagsgeschehen der letzten 5 Jahre bis zum 10.11.2020 mit dem langfristigen mittleren Jahresverlauf. Für jeden Monat der zurückliegenden 5 Jahre ist die Abweichung zum langjährigen mittleren Monatssumme als grauer Balken dargestellt. Die rote Linie zeigt die fortlaufende Summe über alle Abweichungen. In den Jahren von 2010 bis 2013 fiel nach dem generell ansteigenden Trend der Summenlinie und der höheren positiven Abweichungen überwiegend mehr Niederschlag als im Vergleichszeitraum.

Abbildung 2: Auswertung für die Niederschlagsstation Berlin-Buch für das aktuelle Jahr bis zum 10.11.2020.

Reale klimatische Wasserbilanz

Abbildung 3 gleicht im Grunde Abbildung 2, jedoch wird hier die reale klimatische Wasserbilanz KWB dargestellt. Die KWB berechnet sich aus der Differenz des Niederschlags und der realen Evapotranspiration KWB = P – ETR. Durch die Hinzunahme der (modellseitig in einer Fläche um die Station) bestimmten Verdunstungsmenge ergeben sich deutlichere Aussagen hinsichtlich von Trockenheit in der Landschaft.
Mit Ausnahme des feuchten Jahres 2017 weist der Trend der Summenlinie am Standort auf eine höhere Verdunstung hin, als durch Niederschlag gedeckt.

Abbildung 3: Auswertung für die reale klimatische Wasserbilanz.

Dürreindikator Bodenfeuchte

Der Dürreindikator Bodenfeuchte wurde in Anlehnung an den Service des UFZ entworfen. Beide sind auf Grund von unterschiedlichen Modellen, Datengrundlagen, etc., jedoch nicht direkt vergleichbar. Der Dürreindikator Bodenfeuchte ordnet die aktuelle Bodenfeuchte in einem Teileinzugsgebiet einer von 5 Klassen zu.
Abbildung 4 zeigt den Dürreindikator zum 21.09.2020 mit flächenweise auftretenden außergewöhnlichen und extremen Dürren. Anhand der flächenhaften Verteilung der Dürrekategorien kann das Auftreten von Entnahmen für Bewässerung abgeschätzt werden.

Abbildung 4: Dürreindikator Bodenfeuchte zum 21.09.2020.

Speicherinhalte

Durch Langzeitsimulationen mit dem Landesmodell von 1951 bis 2020 liegen rund 70 Jahre an Speicherinhalten der Kompartimente Grundwasser, Boden und Oberfläche vor. Ein Vergleich der aktuellen Speicherinhalte gegenüber der Historie erlaubt eine bessere Einordnung der vorliegenden Verhältnisse.
Abbildung 5 zeigt die Speicherinhalte (SPI) im Kontext der historischen Datengrundlage. Im Hintergrund der aktuellen Ganglinie der Speicherfüllungen der letzten 3 Jahre sind die historischen Speicherinhalte für jeden Tag des Jahres in 10 Quantilbereiche eingefärbt. Für die täglich durchgeführten mittelfristigen Szenarienrechnungen ist die Umhüllende in Hellgrün dargestellt und der Median aus dunkelgrüne Linie.

Abbildung 5: Speicherinhalte der Grundwasser-, Boden- und Oberflächenspeicher zum 10.11.2020.

Die mittelfristigen Szenarien schlugen am 10.11.2020 eine Wiederauffüllung des Grundwasserspeichers nur auf maximal mittlere Verhältnisse vor. Womit sich Abflussverhältnisse wie 2018 und 2020 bei entsprechenden meteorologischen Verhältnissen wiederholen könnten, da ebenfalls mit nur mittleren Anfangsspeichern in das neue Jahr gestartet würde.

Natürlich stellt sich die Frage, wie belastbar die simulierten Speicherinhalte aus dem Landesmodell sind. Hier konnten in einer Vorstudie in Zusammenarbeit mit der Firma WaMoS und dem GFZ-Potsdam die Simulationswerte mit Fernerkundungsdaten der GRACE-Mission verglichen werden.
Nach Abbildung 6 stimmen die zeitlichen Verläufe aus der Fernerkundung und dem Modell sehr gut überein.

Abbildung 6: Vergleich von Speicherinhalten aus ArcEGMO und von GRACE-Fernerkundungsdaten für die untere und obere Havel.

Durchflüsse

Im Fokus von NieTro stehen gerade 6 Pegeleinzugsgebiete. Wie auch bei den Speicherinhalten wird die aktuelle Zeitreihe gegen Quantilbereiche der Beobachtungen, oder falls nicht vorhanden der Simulationswerte aus der Langzeitsimulation geplottet. Die Umfüllende und der Median der mittelfristigen Szenarien lassen sich nach Abbildung 7 für tägliche Werte und Monatsmittel ausgeben.

Abbildung 7: Durchflüsse zum 10.11.2020.