TY - JOUR A1 - Germer, Sonja A1 - Neill, Christopher A1 - Krusche, Alex V. A1 - Elsenbeer, Helmut T1 - Influence of land-use change on near-surface hydrological processes : undisturbed forest to pasture N2 - Soil compaction that follows the clearing of tropical forest for cattle pasture is associated with lower soil hydraulic conductivity and increased frequency and volume of overland flow. We investigated the frequency of perched water tables, overland flow and stormflow in an Amazon forest and in an adjacent 25-year-old pasture cleared from the same forest. We compared the results with the frequencies of these phenomena estimated from comparisons of rainfall intensity and soil hydraulic conductivity. The frequency of perched water tables based on rainfall intensity and soil hydraulic conductivity was expected to double in pasture compared with forest. This corresponded closely with an approximate doubling of the frequency of stormflow and overland flow in pasture. In contrast, the stormflow volume in pasture increased 17-fold. This disproportional increase of stormflow resulted from overland flow generation over large areas of pasture, while overland flow generation in the forest was spatially limited and was observed only very near the stream channel. In both catchments, stormflow was generated by saturation excess because of perched water tables and near-surface groundwater levels. Stormflow was occasionally generated in the forest by rapid return flow from macropores, while slow return flow from a continuous perched water table was more common in the pasture. These results suggest that deforestation for pasture alters fundamental mechanisms of stormflow generation and may increase runoff volumes over wide regions of Amazonia. Y1 - 2010 UR - http://www.sciencedirect.com/science/journal/00221694 U6 - https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2009.11.022 SN - 0022-1694 ER - TY - THES A1 - Meyn, Andrea T1 - Wildfire-climate relationships : conceptual model and regional-scale analyses Y1 - 2010 CY - Potsdam ER - TY - THES A1 - Werth, Susanna T1 - Calibration of the global hydrological model WGHM with water mass variations from GRACE gravity data T1 - Kalibrierung des globalen hydrologischen Modelles WGHM mit Wassermassenvariationen aus GRACE-Schwerefelddaten N2 - Since the start-up of the GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment) mission in 2002 time dependent global maps of the Earth's gravity field are available to study geophysical and climatologically-driven mass redistributions on the Earth's surface. In particular, GRACE observations of total water storage changes (TWSV) provide a comprehensive data set for analysing the water cycle on large scales. Therefore they are invaluable for validation and calibration of large-scale hydrological models as the WaterGAP Global Hydrology Model (WGHM) which simulates the continental water cycle including its most important components, such as soil, snow, canopy, surface- and groundwater. Hitherto, WGHM exhibits significant differences to GRACE, especially for the seasonal amplitude of TWSV. The need for a validation of hydrological models is further highlighted by large differences between several global models, e.g. WGHM, the Global Land Data Assimilation System (GLDAS) and the Land Dynamics model (LaD). For this purpose, GRACE links geodetic and hydrological research aspects. This link demands the development of adequate data integration methods on both sides, forming the main objectives of this work. They include the derivation of accurate GRACE-based water storage changes, the development of strategies to integrate GRACE data into a global hydrological model as well as a calibration method, followed by the re-calibration of WGHM in order to analyse process and model responses. To achieve these aims, GRACE filter tools for the derivation of regionally averaged TWSV were evaluated for specific river basins. Here, a decorrelation filter using GRACE orbits for its design is most efficient among the tested methods. Consistency in data and equal spatial resolution between observed and simulated TWSV were realised by the inclusion of all most important hydrological processes and an equal filtering of both data sets. Appropriate calibration parameters were derived by a WGHM sensitivity analysis against TWSV. Finally, a multi-objective calibration framework was developed to constrain model predictions by both river discharge and GRACE TWSV, realised with a respective evolutionary method, the ε-Non-dominated-Sorting-Genetic-Algorithm-II (ε-NSGAII). Model calibration was done for the 28 largest river basins worldwide and for most of them improved simulation results were achieved with regard to both objectives. From the multi-objective approach more reliable and consistent simulations of TWSV within the continental water cycle were gained and possible model structure errors or mis-modelled processes for specific river basins detected. For tropical regions as such, the seasonal amplitude of water mass variations has increased. The findings lead to an improved understanding of hydrological processes and their representation in the global model. Finally, the robustness of the results is analysed with respect to GRACE and runoff measurement errors. As a main conclusion obtained from the results, not only soil water and snow storage but also groundwater and surface water storage have to be included in the comparison of the modelled and GRACE-derived total water budged data. Regarding model calibration, the regional varying distribution of parameter sensitivity suggests to tune only parameter of important processes within each region. Furthermore, observations of single storage components beside runoff are necessary to improve signal amplitudes and timing of simulated TWSV as well as to evaluate them with higher accuracy. The results of this work highlight the valuable nature of GRACE data when merged into large-scale hydrological modelling and depict methods to improve large-scale hydrological models. N2 - Das Schwerefeld der Erde spiegelt die Verteilung von Massen auf und unter der Erdoberfläche wieder. Umverteilungen von Erd-, Luft- oder Wassermassen auf unserem Planeten sind damit über eine kontinuierliche Vermessung des Erdschwerefeldes beobachtbar. Besonders Satellitenmissionen sind hierfür geeignet, da deren Umlaufbahn durch zeitliche und räumliche Veränderung der Schwerkraft beeinflusst wird. Seit dem Start der Satellitenmission GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment) im Jahr 2002 stellt die Geodäsie daher globale Daten von zeitlichen Veränderungen des Erdschwerefeldes mit hoher Genauigkeit zur Verfügung. Mit diesen Daten lassen sich geophysikalische und klimatologische Massenumverteilungen auf der Erdoberfläche studieren. GRACE liefert damit erstmals Beobachtungen von Variationen des gesamten kontinentalen Wasserspeichers, welche außerordentlich wertvoll für die Analyse des Wasserkreislaufes über große Regionen sind. Die Daten ermöglichen die Überprüfung von großräumigen mathematischen Modellen der Hydrologie, welche den natürlichen Kreislauf des Wassers auf den Kontinenten, vom Zeitpunkt des Niederschlags bis zum Abfluss in die Ozeane, nachvollziehbar machen. Das verbesserte Verständnis über Transport- und Speicherprozesse von Süßwasser ist für genauere Vorhersagen über zukünftige Wasserverfügbarkeit oder potentielle Naturkatastrophen, wie z.B. Überschwemmungen, von enormer Bedeutung. Ein globales Modell, welches die wichtigsten Komponenten des Wasserkreislaufes (Boden, Schnee, Interzeption, Oberflächen- und Grundwasser) berechnet, ist das "WaterGAP Global Hydrology Model" (WGHM). Vergleiche von berechneten und beobachteten Wassermassenvariationen weisen bisher insbesondere in der jährlichen Amplitude deutliche Differenzen auf. Sehr große Unterschiede zwischen verschiedenen hydrologischen Modellen betonen die Notwendigkeit, deren Berechnungen zu verbessern. Zu diesem Zweck verbindet GRACE die Wissenschaftsbereiche der Geodäsie und der Hydrologie. Diese Verknüpfung verlangt von beiden Seiten die Entwicklung geeigneter Methoden zur Datenintegration, welche die Hauptaufgaben dieser Arbeit darstellten. Dabei handelt es sich insbesondere um die Auswertung der GRACE-Daten mit möglichst hoher Genauigkeit sowie um die Entwicklung einer Strategie zur Integration von GRACE Daten in das hydrologische Modell. Mit Hilfe von GRACE wurde das Modell neu kalbriert, d.h. Parameter im Modell so verändert, dass die hydrologischen Berechnungen besser mit den GRACE Beobachtungen übereinstimmen. Dabei kam ein multikriterieller Kalibrieralgorithmus zur Anwendung mit dem neben GRACE-Daten auch Abflussmessungen einbezogen werden konnten. Die Modellkalibierung wurde weltweit für die 28 größten Flusseinzugsgebiete durchgeführt. In den meisten Fällen konnte eine verbesserte Berechnung von Wassermassenvariationen und Abflüssen erreicht werden. Hieraus ergeben sich, z.B. für tropische Regionen, größere saisonale Variationen. Die Ergebnisse führen zu einem verbesserten Verständnis hydrologischer Prozesse. Zum Schluss konnte die Robustheit der Ergebnisse gegenüber Fehlern in GRACE- und Abflussmessungen erfolgreich getestet werden. Nach den wichtigsten Schlussfolgerungen, die aus den Ergebnissen abgeleitet werden konnten, sind nicht nur Bodenfeuchte- und Schneespeicher, sondern auch Grundwasser- und Oberflächenwasserspeicher in Vergleiche von berechneten und GRACE-beobachteten Wassermassenvariationen einzubeziehen. Weiterhin sind neben Abflussmessungen zusätzlich Beobachtungen von weiteren hydrologischen Prozessen notwendig, um die Ergebnisse mit größerer Genauigkeit überprüfen zu können. Die Ergebnisse dieser Arbeit heben hervor, wie wertvoll GRACE-Daten für die großräumige Hydrologie sind und eröffnen eine Methode zur Verbesserung unseres Verständnisses des globalen Wasserkreislaufes. KW - Schwerefeld KW - Hydrolgische Modellierung KW - Globaler Wasserkreislauf KW - Wassermassenvariationen KW - gravity KW - gydrological modelling KW - global water cycle KW - water mass variations Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-41738 ER - TY - THES A1 - Schulze, Thomas T1 - Ermittlung historischer Parameter eines kleinen Einzugsgebietes am Beispiel des Pfefferfließes T1 - Detection of historical paramters of a small catchment area for the example Pfefferfließ N2 - Am Beispiel eines Fließgewässers (Pfefferfließ) wurde unter Verwendung verschiedener Methoden die hydrologische Situation eines naturnahen Zustandes des 18. Jh. dargestellt bzw. ermittelt. Die Grundlage zur Ermittlung eines naturnahen Zustandes des 18. Jh. waren historische Daten wie z.B. Karten, Handschriften, Meliorationspläne. Die Detektierung bzw. Aufnahme historischer Querschnitte sowie die Modellierung des Abflusses im 18 Jh. tragen ebenfalls zu einer Generierung des Gesamtbildes im 18.Jh. bei. Die aus diesen Daten gewonnenen Erkenntnisse wurden auf die weitere Anwendung als Leitbild für Renaturierungsmaßnahmen überprüft. KW - Pfefferfließ KW - historisches Kartenmaterial KW - historischer Querschnitt KW - Leitbild KW - LAWA KW - pepper yield KW - historical maps KW - historical cross-section KW - model KW - LAWA Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-48436 ER -