Die Kennwerte in Relate-Tabellen werden vom Rahmenprogramm als zeitlich nicht veränderliche Größen verwaltet. Dies ist für eine Reihe von Kennwerten (Gefälle, Exposition, Bodenform) innerhalb der betrachteten Zeithorizonte gerechtfertigt und auch für andere Größen z.B. der Landnutzung für eine Vielzahl von Aufgabenstellungen möglich.
Für spezielle Untersuchungen ist es jedoch notwendig, Kennwerte als zeitlich veränderliche Größen zu behandeln.
Dies ist u.a. dann der Fall, wenn
- die Vegetationsentwicklung berücksichtigt werden soll (innerjährlicher Gang und langfristiges Wachstum) oder
- die Auswirkungen von Landnutzungsänderungen abzuschätzen sind.
- der innerjährliche Gang der Grundwasserflurabstände berücksichtig werden soll.
Modellmäßig beschreibbar sind diese Entwicklungen, indem
- für definierte Relationstypen Zeitfunktionen bestimmter Kennwerte vorgegeben werden (z.B. Relationstyp Nutzung: Versiegelungsgrad, Wurzeltiefe, Bedeckungsgrad) oder
- für definierte Relationstypen eine zeitliche Abfolge der Relationsklassen vorgegeben werden (z.B. Relationstyp Nutzung: Nutzungsklasse Wald wird zu buschiger Vegetation und später zu Grasland/Steppe).
Allerdings gelten dann die über Zeitfunktionen zu definierenden Szenarien für das gesamte Untersuchungs- bzw. Modellgebiet.
Insbesondere für großräumige Untersuchungen ist es jedoch notwendig, die Zeitfunktionen auch räumlich variabel vorgeben zu können. So setzt die Vegetationsentwicklung im Süden früher als im Norden ein (A) und eine großräumige Umwidmung ganzer Relationsklassen ist für sehr große Gebiete ein eher unwahrscheinliches Szenario.
In Auswertung obiger Überlegungen wurden folgende Anforderungen an die Verwaltung zeitvarianter Daten formuliert:
I. Die Art einer Zeitfunktion soll variabel vorgebbar sein, um verschiedene Arten von innerjährlichen, meist zyklischen und überjährlichen, meist trendbehafteten oder durch Sprungstellen gekennzeichneten Abläufen abbilden zu können.
II. Die Zeitfunktionen sollen an Kennwerte einer über ihre ID referenzierbare Relationsklasse (z.B. Relationstyp Nutzung: Nutzungsklasse Wald) oder unmittelbar an die ID selbst der Relationsklasse gebunden werden können.
III. Zusätzlich zur Bindung einer Zeitfunktion an eine Relations-ID soll optional eine selektive Bindung an zu definierende Raumbezüge (REG, TG, KAS, EFL) über deren IDs möglich sein.
Abbildung 5.6-1 zeigt ein Beispiel für eine Zeitfunktionsdefinition. Hier wird eine Verknüpfung zur Wurzeltiefe der Landnutzung mit der ID 5 in der Landnutzungstabelle (hier Wald) hergestellt. Die Zeitfunktion selbst befindet sich in der Datei wald_y.wt. Die Namenswahl für die Zeitfunktionsdateien ist frei. Allerdings ist es angeraten, über die Namensgebung den Inhalt zu dokumentieren. Empfohlen wird folgende Konvention <Relate_Typ>_<Zeitauflösung (s. Abbildung 5.6-2)>.<Kennwert>. Der Kennwert sollte dem Eintrag für DATZ entsprechen.
Unterstützt wird derzeit die Bindung zeitvariabler Werte auf statische Größen der Landnutzungs-, der Bodenarten- und der Flurabstandstabelle, über die Schlüsselwörter :
- NUTZUNG,
- BODENART oder
- GRUNDWASSERFLURABSTAND.
Innerhalb dieser Tabellen ist die zeitvariable Ersetzung der folgenden, statischen Größen (Zieldatenart DATZ) möglich:
- WT – Wurzeltiefe,
- Gwab – Grundwasserflurabstand [mm],
- Aimp – Versieglungsgrad [Anteil 0 …1],
- Intc – Interzeptionskapazitaet [mm]
- Bed – Bedeckungsgrad [Anteil 0 …1],
- LAI – LAI [mm]
- Beregnung – Beregnung [mm/DT[1]]
und zwar immer genau für einen Landnutzungstyp, eine Bodenart oder eine Grundwasserflurabstandsklasse, der über die zugehörige ID definiert ist. Programmintern wird eine Verknüpfung zwischen der ID in der Zeitfunktionsdefinition und dem dieser ID zugehörigen Eintrag in der gewählten Relate-Tabelle hergestellt.
Abbildung 5.6-1: Zeitreihendefinition – ein Beispiel
5.6.1 Unterstützte Zeitfunktionen
Unterstützt werden äquidistante und nicht äquidistante Zeitfunktionen. Die nicht äquidistanten Zeitfunktionen beschreiben über Stützstellen vorzugebende Verläufe. Zwischen den Stützstellen wird linear interpoliert oder eine Stufenfunktion aufgebaut. Bei der Stufenfunktion gilt ein Wert solange, bis er durch einen neuen ersetzt wird.
Die Zeitfunktionen für Kennwerte von Relateklassen befinden sich im Verzeichnis /zeit.dat/ascii.rel/.
Abbildung 5.6-3 bis Abbildung 5.6-4 zeigen einige Beispiele für Zeitfunktionen.
Jede Zeitfunktion wird über genau eine Datei vorgegeben. Die zweite Spalte beinhaltet die eigentlichen Attributwerte, wobei der Attributbezeichner identisch mit dem Bezeichner der Zieldatenart (DATZ – s. Abbildung 5.6-2) sein muss, die erste Spalte den zeitlichen Bezug. Wie dieser zu interpretieren ist, wird über die Datei ../zeit.dat/describe /relates.sdf vorgegeben (s. Abbildung 5.6-2).
###### Zeitvariable Kennwerte #############################################
Termin termin /* durch "." getrennte Datumszeichenkette */
TerminHM terminhm
JAHR y
MONAT m
TAG d
STUNDE h
MINUTE min
MITTLERE_MONATSWERTE mm /* Monatsnummer (1...12) */
MITTELWERT mit
MITTLERER_JAHRESGANG TN /* Tagesnummer innerhalb eines Jahres (1...365)*/
+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
###############################################################################
Abbildung 5.6-2: Steuerdatei ../zeit.dat/describe /relates.sdf
Abbildung 5.6-3 und Abbildung 5.6-4 zeigen Dateien, mit denen Jahresgänge über Stützstellen vorgegeben werden können. Zwischen den Stützstellen wird linear interpoliert.
Die erste Datei beinhaltet einen mittleren Jahresgang, der sich zyklisch für jedes Jahr innerhalb des Berechnungszeitraumes wiederholt. Der zeitliche Bezug wird über die Tagesnummer TN hergestellt.
Abbildung 5.6-3: Zeitvariable Kennwerte – mittlerer Jahresgang
Die zweite Datei beinhaltet ein Beispiel zur Vorgabe von Stützstellen zur Beschreibung des Jahresganges für jedes Einzeljahr innerhalb des Simulationszeitraumes. Der zeitliche Bezug ist hier über die komplette Datumsangabe Termin gegeben.
Abbildung 5.6-4: Zeitvariable Kennwerte – Jahresgänge über Stützstellen
Die Beispiele in den folgenden drei Abbildungen beinhalten Stufenfunktionen.
Abbildung 5.6-5 zeigt die Vorgabe eines Jahresganges über mittlere Monatswerte. Diese gelten jeweils genau für den angegebenen Monat, d.h. es müssen genau 12 Werte für die Monatsnummern 1 bis 12 vorgegeben werden.
Abbildung 5.6-5: Zeitvariable Kennwerte – mittlere Monatswerte (Jahresgang)
In Abbildung 5.6-6 und Abbildung 5.6-7 sind Dateien dargestellt, die Monats- bzw. Jahreswerte beinhalten. Jeder Wert gilt vom 1. Tag des angegebenen Monats bzw. Jahres unverändert bis zum 1. Tag des nächsten Eintrages. Damit können Stufenfunktionen mit einer äquidistanten Zeitdiskretisierungen in ein bis n Monate oder Jahre, aber auch nicht äquidistanten Zeitdiskretisierungen definiert werden.
Abbildung 5.6-6: Zeitvariable Kennwerte – Monatswerte
Abbildung 5.6-7: Zeitvariable Kennwerte – Jahreswerte
[1] DT als zeitliche Auflösung der Berechnung, nicht der Daten in der Zeitdatentabelle