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unilogo Universität Stuttgart
Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung - IWS

Abstract

 
   

"Niederschlagsvorhersage und Expertensystem - Endbericht zum Forschungsvorhaben Teilprojekt 4 des Verbundprojektes HORIX"

In Deutschland werden vorwiegend große Flutereignisse durch lang anhaltende und intensive Niederschläge ausgelöst. Die quantitative Niederschlagsvorhersage bildet daher eine wichtige Komponente eines Hochwasservorhersagesystems. Die Haupt-aufgabe des in dieser Studie vorgestellten Teilvorhabens „Niederschlagsvorhersage und Expertensystem“ (TP 4) ist die Entwicklung eines Vorhersagesystems mit dem die Unsicherheit der Niederschlagsvorhersage quantifiziert werden kann. Dabei sollen Wege aufgezeigt werden, die u. a. folgende Fragen beantworten können:
  • Mit welchen Methoden kann die Unsicherheit der Niederschlagsvorhersage ermittelt werden?
  • Wie groß ist die Unsicherheit der Niederschlagsvorhersage für Flussgebiete wie das der Elbe und deren Zuflüsse?
  • Wie kann ein Anwender eine mit Unsicherheiten behaftete Vorhersage, im Entscheidungsfall optimal nutzen (z.B. in Form einer probabilistischen oder ensemble-basierten Vorhersage)?
Letztere Frage tritt häufig in Diskussionen mit Anwendern auf, da im Hochwasserfall eindeutige Entscheidungen (z. B. Warnung/keine Warnung) getroffen werden müssen. Ziel ist es daher die berechneten Vorhersageunsicherheiten möglichst einfach in den Prozess der Entscheidungsfindung zu integrieren. Daher wird im Rahmen dieser Arbeit ein Gütekriterium vorgestellt, mit dem diese Frage beantwortet werden kann.

Zur zuverlässigen Beschreibung der Bedingungen vor einem Hochwasserereignissen werden möglichst genaue Beobachtungsdaten benötigt. Allerdings ist auch die Bestimmung des Ist-Zustands mit Unsicherheiten behaftet (z.B. Messunsicherheiten oder Regionalisierungsverfahren). Daher wird eine Methodik entwickelt, mit der sich die aus den meteorologischen Beobachtungsdaten resultierenden Unsicherheiten bestimmen lassen. Im Fokus des Projektes stehen Extremereignisse sehr seltener Wiederkehrperioden. Da solche Extremereignisse in den meisten Fällen in den Aufzeichnungen nicht vorhanden sind, ist die dritte Aufgabe dieses Teilvorhabens die Entwicklung eines Verfahrens zur Simulation von extremen Niederschlagsereignissen. Die simulierten Niederschläge werden dann von den weiteren Teilprojekten in HORIX verwendet, um Abflussverläufe für sehr selten wiederkehrende Hochwassersituationen zu erzeugen.

In Zusammenarbeit mit der Universität der Bundeswehr München (Teilprojekt 1) wird außerdem ein regelbasiertes Expertensystem zur Hochwasservorhersage erstellt. Dieses Expertensystem ist einfach handhabbar und kann schnell die Vielzahl der Eingangsgrößen eines Hochwasservorhersagesystems verarbeiten. Hauptverantwortlich wurde das Expertensystem vom Teilprojekt 1 bearbeitet. Eine ausführliche Darstellung des Systems ist dem Bericht vom Teilprojekt 1 oder dem Gesamtbericht von HORIX zu entnehmen.