02.4 Räumliche Diskretisierungsvarianten für die Betrachtung der Vertikalprozess innerhalb der Abflussbildung
Meteorologische Teilgebiete
Für die flächendetaillierte Modellierung der Vertikalprozesse ist es erforderlich, die meteorologischen Eingangsgrößen wie Niederschlag, Temperatur, Strahlung, die i.d.R. punktuell, d.h. an Stationen gemessen werden, auf die zu modellierenden Flächeneinheiten zu übertragen. Diese Übertragung kann direkt erfolgen, ohne für diese Modellebene eine gesonderte räumliche Diskretisierung einzuführen. Dazu werden für jede Modellierungseinheit die relevanten Stationen, z.B. nach dem Quadrantenverfahren ausgewählt und entsprechend ihrer Entfernung berücksichtigt. Des Weiteren fließen in die Übertragung die Eigenschaften der Fläche selbst und ihre Höhendifferenz zu den Stationen ein, wobei folgende Abhängigkeiten einbezogen werden können:
- die Höhenabhängigkeit des Niederschlages, der Lufttemperatur und des Dampfdruckes,
- die Abhängigkeit der Strahlungsintensität von Exposition und Geländeneigung und
- der Einfluss der Flächennutzung auf die Albedo.
Bei großräumigen Modellierungen bietet sich an, eine Untergliederung in meteorologische Teilgebiete entsprechend der Repräsentativität der meteorologischen Stationen vorzunehmen. Damit kann über eine Gruppenbildung von Stationen verhindert werden, dass bei der Flächenübertragung Extrapolationen z.B. über Wetterscheiden, Gebirgskämme etc. hinweggehen.
Elementarflächen, Hydrotope und Hydrotopklassen
Maßgeblichen Einfluss auf die Abflussbildungsprozesse haben die Bodeneigenschaften, die Landnutzung bzw. die Vegetation und der Grundwasserflurabstand. Bei einer Untergliederung des Untersuchungsgebietes in Flächen, die bzgl. dieser Eigenschaften sowie der Systemeingänge, -parameter und -ausgänge als homogen angesehen werden können, entstehen Elementarflächen.
Sie stellen die kleinsten Informationseinheiten im Rahmen dieses Modellierungskonzeptes dar und gewährleisten in allen Modellebenen eine kongruente Informationsdiskretisierung für alle Teilprozesse. Elementarflächenbezogene Prozessmodellierungen sind allerdings insbesondere in größeren Maßstabsbereichen (Meso-, Makroskala) schon aus Aufwandsgründen problematisch. Für eine Reihe von Anwendungsfällen ist es effektiver, Elementarflächen zu Hydrotopen und Hydrotopklassen zusammenzufassen (vgl. Tabelle 2.3-1).
Ein Hydrotop wird durch zusammenhängende Elementareinheiten mit einem charakteristischen hydrologischen Regime (vgl. Becker 1975, Pfützner 1990) gebildet. Es ist durch ähnliche Systemeingänge und -eigenschaften gekennzeichnet und reagiert „einheitlich“ (quasi homogen) bezüglich der maßgebenden Systemausgänge. Unter einer Hydrotopklasse wird die ortsunabhängige Zusammenfassung gleicher oder ähnlich wirkender Hydrotope innerhalb einer größeren Flächeneinheit verstanden. Bei der Gliederung in Hydrotope und Hydrotopklassen können je nach Maßstabsbereich und zu lösender Aufgabenstellung unterschiedliche Eigenschaften verwendet werden.
Zur Verdeutlichung ein Beispiel: Elementarflächen werden entsprechend ihrer Hauptflächennutzung Wald und Freiland zusammengefasst, weil die Vegetation einen wichtigen Einfluss auf die reale Verdunstung besitzt. Örtlich zusammenliegende Elementarflächen bilden ein Hydrotop. Die Zusammenfassung erfolgt damit aufgrund eines ähnlichen Verdunstungsregimes, obwohl durchaus noch Unterschiede aufgrund weiterer Inhomogenitäten bezüglich der Landnutzung und des Bodens existieren können. Die Lage eines Hydrotops findet bei der weiteren Modellierung keine Berücksichtigung. In die Modellierung geht nur der Flächenanteil einer Hydrotopklasse als Zusammenfassung aller gleichartigen bzw. ähnlich wirkenden Hydrotope im betrachteten Untersuchungsgebiet, Teilgebiet (Kaskade o.ä.) ein.
Innerhalb eines Hydrotops oder einer Hydrotopklasse können flächenhafte Unterschiede in weiteren Eigenschaften, die nicht zur Hydrotopgliederung genutzt wurden (z.B. Bodenkennwerte), statistisch über Verteilungsfunktionen ihrer Flächenanteile berücksichtigt werden (vgl. Becker 1975).