Freiburger Geographische Hefte, Heft 52

Klaus Braun (1996): Der Einfluß mesoskaliger Windfelder auf die räumliche Verteilung des Niederschlags - Eine Untersuchung zur Regionalisierung von Niederschlagsdaten mit Hilfe eines mesoskaligen Strömungsmodells

Zusammenfassung

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Frage, inwieweit die mit Hilfe eines mesoskaligen Strömungsmodells gewonnenen Felder verschiedener meteorologischer Größen (Windgeschwindigkeit bzw. -richtung, Höhe der Atmosphärischen Grenzschicht, ...) unter Verwendung eines Geographischen Informationssystems (GIS) dazu genutzt werden können, Stationsmessungen des Niederschlags zu regionalisieren. Grundidee hierbei ist die Tatsache, daß die räumliche Verteilung des Niederschlags eine starke Abhängigkeit von den Faktoren Luftströmung und Relief aufweist. Beispiele hierfür sind die aus der Hebung bzw. Senkung von Luftmassen resultierenden Steigungsniederschläge und die Niederschlagsasymmetrie zwischen Luv- und Leeseiten von Gebirgen.

Der Untersuchungsraum besteht aus einem rechteckigen Ausschnitt aus dem südwestlichen Baden-Württemberg sowie Teilen des französischen Departements Haute-Rhin und des schweizer Kantons Schaffhausen. Die Ausdehnung beträgt 98 km in W-E- und 74 km in N-S-Richtung. Untersucht wird die Situation an fünf Einzeltagen (01.01.87, 09.04.87, 04.06.87, 24.08.87 und 06.12.87) und während eines einmonatigen Zeitraums (Mai 1987). Als Datengrundlage dienen ein digitales Geländemodell und eine Landnutzungsklassifikation sowie die Niederschlagshöhen an den 94 Meßstationen im Untersuchungsraum und meteorologische Daten wie vertikales Temperaturprofil und geostrophischer Wind.

Mit Hilfe des mesoskaligen Strömungsmodells REWIMET werden in einem ersten Schritt dreidimensionale Windfelder für die ausgewählten Zeiträume modelliert. In einem zweiten Schritt werden aus diesen Windfeldern mit Hilfe spezieller GIS-Verfahren Hebungs- und Absenkungsbeträge für die Luftpartikeln an den Gitterpunkten des zugrundeliegenden Rechengitters berechnet und mit den Stationsdaten des Niederschlags korreliert. In einem weiteren Arbeitsschritt wird die Höhe der Atmosphärischen Grenzschicht aus den von REWIMET ausgegebenen Feldern extrahiert und ebenso wie die Hebungsbeträge mit den Niederschlagshöhen verglichen. Um Einflüsse zu berücksichtigen, die aus der vom Windfeld hervorgerufenen Verdriftung von Regentropfen resultieren, wurde eine Methode entwickelt, die es erlaubt, Hebungsbeträge und Atmosphärische Grenzschicht einer Driftkorrektur zu unterziehen.

Zusammen mit der Geländehöhe bilden diese Größen die Grundlage für die Ableitung eines multiplen Regressionsmodells, mit dem schließlich eine flächendeckende Schätzung des Niederschlags durchgeführt werden kann. Zentraler Punkt hierbei ist die Vorhaltung der verwendeten Daten in einem Raster-GIS. Das hierbei zugrundeliegende Konzept basiert auf dem am Institut für Physische Geographie der Universität Freiburg entwickelten Regionalisierungsmodell FREIM, das geschaffen wurde, um auf der Basis statistischer Verfahren flächendeckende Datensätze von punktuell erhobenen geoökologischen Daten ableiten zu können.

Zur Beurteilung dieses Verfahrens werden - neben der visuellen Interpretation der Niederschlagskarten - die von dem Regressionsmodell ermittelten prozentualen Anteile der verschiedenen Prädiktoren an der Varianzaufklärung des Niederschlags sowie die entsprechenden multiplen Korrelationskoeffizienten herangezogen. Letztere liegen bei den Einzeltagen zwischen 0.75 und 0.83 und für den Mai 1987 bei 0.88.