Investigation of evapotranspiration concepts in hydrological modelling for climate change impact assessment [Elektronische Ressource] / von Gabriele Maria Hartmann

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• Publié par: universitat_stuttgart
• Publié le: 01 janvier 2007
• Nombre de lectures: 18
• Langue: English
• Poids de l'ouvrage: 6 Mo

Extrait

Investigation of Evapotranspiration Concepts in
Hydrological Modelling for Climate Change Impact
Assessment
Von der Fakultät Bau- und Umweltingenieurwissenschaften der
Universität Stuttgart zur Erlangung der Würde einer
Doktor-Ingenieurin (Dr.-Ing.) genehmigte Abhandlung
Vorgelegt von
Gabriele Maria Hartmann
aus Göppingen
Hauptberichter: Prof. Dr.-Ing. habil. Dr. rer. nat. András Bárdossy
Mitberichter: Prof. Dr.-Ing. Markus Disse
Tag der mündlichen Prüfung: 26. Februar 2007
Institut für Wasserbau der Universität Stuttgart
2007Heft 161 Investigation of
Evapotranspiration Concepts
in Hydrological Modelling for
Climate Change Impact
Assessment
von
Dr.-Ing.
Gabriele Maria Hartmann
Eigenverlag des Instituts für Wasserbau der Universität StuttgartD93 Investigation of Evapotranspiration Concepts in Hydrological
Modelling for Climate Change Impact Assessment
CIP-Titelaufnahme der Deutschen Bibliothek
Hartmann, Gabriele Maria:
Investigation of Evapotranspiration Concepts in Hydrological Modelling for Climate
Change Impact Assessment / von Gabriele Maria Hartmann. Institut für
Wasserbau, Universität Stuttgart. Stuttgart: Inst. für Wasserbau, 2007
(Mitteilungen / Institut für Wasserbau, Universität Stuttgart: H. 161)
Zugl.: Stuttgart, Univ., Diss., 2007)
ISBN 3-933761-65-4
NE: Institut für Wasserbau <Stuttgart>: Mitteilungen
Gegen Vervielfältigung und Übersetzung bestehen keine Einwände, es wird
lediglich um Quellenangabe gebeten.
Herausgegeben 2007 vom Eigenverlag des Instituts für Wasserbau
Druck: Sprint-Druck, StuttgartFür Uli, Reingard, Heidrun, Susanne und GudrunDanksagung
Diese Arbeit entstand unter der Leitung von Professor Dr.-Ing. habil. Dr. rer. nat. András
Bárdossy. Bei ihm bedanke ich mich von ganzem Herzen sowohl für die hervorragende
wissenschaftliche Betreuung als auch für die moralische Unterstützung und die unendliche
Geduld in Zeiten, in denen kein Weg mehr gangbar schien.
Professor Dr.-Ing. Markus Disse danke ich für die Übernahme des Korreferats und die
kritische Durchsicht des Manuskripts.
Fridjof Schmidt sei für die Einführung in die Welt der Geographischen
Informationssysteme und die Hilfe bei der Anwendung des ArcView Solar Analyst
gedankt.
Den für die PCs am Institut Verantwortlichen - von Erkan Ayaz bis Werner Breckl - danke
ich sehr für die schnelle und unbürokratische Hilfe bei jedwedem Problem.
Besonders herzliche Dankesworte gehen an die langjährigen Kollegen Klaus Jorde,
Matthias Schneider, Andreas Raichle und Markus Hohloch, in deren Mitte ich mich immer
wohl gefühlt habe. Sowohl die Zusammenarbeit als auch die gemeinsamen Feste und
Unternehmungen haben mir die Anfangszeit in Stuttgart erleichtert.
Ebenso verbinden mich mit dem Stammpersonal des Instituts viele schöne sowohl
dienstliche, als auch private Erinnerungen: Dr.-Ing. Walter Marx, Brigitte Muschong,
Dietrich Hammer, Wolfgang Rempp und Steffen Hägele spreche ich hierfür ein herzliches
Dankeschön aus.
Auch der nachfolgenden Generation gebührt ein Dank. Hier seien insbesondere Jens
Götzinger und Jürgen Brommundt erwähnt, die mich durch ihre konstruktive Kritik immer
wieder weiter gebracht haben.
Nicht unerwähnt bleiben sollen die vielen internationalen StipendiatInnen und
MitarbeiterInnen, die manchmal nur kurz, manchmal auch länger am Institut waren. Die
gemeinsame Mittagspause mit ihnen hat mein Englisch lebendig erhalten und mich viel
über die Welt lernen lassen.
Dr. Stephen Horner sei für das Überarbeiten meiner teilweise etwas holprigen englischen
Sätze gedankt.
Dankeschön sage ich zu guter Letzt allen Kindern, die mich auf meinem bisherigen
Lebensweg begleitet haben: Linda und Claudius, Leonie, Lionel und Nicolas, Audrey,
Jannis und Kaja. Sie haben mir immer wieder gezeigt, dass es im Leben Wichtigeres als
die Arbeit gibt.TABLE OF CONTENTS
LIST OF FIGURES .............................................................................................XIV
LIST OF TABLES ...............................................................................................XIX
LIST OF ABBREVIATIONS...............................................................................XXII
ABSTRACT ......................................................................................................XXIII
ZUSAMMENFASSUNG................................................................................... XXIV
1 INTRODUCTION .............................................................................................1
2 STUDY AREA AND DATA..............................................................................5
2.1 General Remarks .....................................................................................................5
2.2 Physical Structure of the Basin...............5
2.2.1 Topography........5
2.2.2 Geology..............................................................................................................7
2.2.3 Soils...................8
2.2.4 Vegetation..........9
2.3 Landuse Data..........................................................................................................10
2.4 Climate....................10
2.4.1 Observation network........................................................................................11
2.4.2 Temperature.....................................12
2.4.3 Precipitation.....................................................................12
2.4.4 Snow conditions...............................14
2.4.5 Wind speed......14
2.4.6 Humidity ..........................................................................................................15
2.4.7 Sunshine duration and radiation......15
2.4.7.1 Sunshine duration ........................................................................................15
2.4.7.2 Extraterrestrial radiation..............16
2.4.7.3 Global radiation...........................17
2.5 Hydrology ...............................................................................................................26
2.5.1 River network..26
2.5.2 Runoff data......28
2.5.3 Mean annual discharge ....................................................................................29
2.5.4 Annual water balances.....................29
2.5.4.1 Subcatchments affected by Karst.................................................................30
2.5.5 Annual cycle of runoff31X
3 DESCRIPTION OF THE MODELS AND THEIR UNCERTAINTIES ............. 33
3.1 General Circulation Models (GCM).................................................................... 33
3.1.1 The IS92 emissions scenarios......... 36
3.1.2 The SRES emissions scenarios....... 36
3.1.3 Investigation of the applicability of GCM results on CC scenarios................ 37
3.1.3.1 Factors affected by climate change ............................................................. 38
3.1.3.2 GCM output as meteorological input data.................. 38
3.1.3.3 Simple averaging techniques....................................... 38
3.1.3.4 Evaluation of the results of GCM output.................... 38
3.1.4 Conclusion on the usefulness of GCM derived data for CC impact assessment
......................................................................................................................... 54
3.2 Downscaling Models.............................. 55
3.2.1 Dynamical downscaling .................................................................................. 55
3.2.2 Empirical downscaling.................... 55
3.2.3 Conclusion on the usefulness of downscaling for CC impact assessment...... 56
3.3 Hydrological Models ............................................................................................. 57
3.3.1 Uncertainties within a hydrological model..................... 58
3.3.2 Uncertainty in input data................. 58
3.3.3 Uncertainty in output data............................................................................... 58
3.3.4 Uncertainty in model structure........................................ 59
3.3.5 Uncertainty in parameters of a model ............................................................. 59
3.3.6 Uncertainty in processes embedded within the model.... 60
4 EVAPOTRANSPIRATION AS ONE EXAMPLE FOR ONE OF THE
RELEVANT PROCESSES............................................................................ 61
4.1 Basics of Evapotranspiration ............................................................................... 61
4.2 Simple Methods to Determine ET...... 630
4.2.1 Haude Method ................................................................................................. 63
4.2.2 Method of Thornthwaite.................................................. 64
4.2.3 Method of Blaney-Criddle.............................................. 65
4.2.4 Method of Turc 65
4.2.5 Method of Jensen and Haise............................................ 66
4.2.6 Method of Hargreaves and Samani................................. 66
4.2.7 Method of EPIC .............................................................................................. 66
4.3 Combination Methods and Derivations Thereof..