Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte - FZKA 6784

MESOSKALIGE MODELLIERUNG DER BODENHYDROLOGIE

F.J. Braun

Zusammenfassung
In der vorliegenden Arbeit wird die Modellierung der Bodenhydrologie innerhalb eines Boden-Vegetationsmodells weiterentwickelt und überprüft. In bisherigen mesoskaligen Modellen wurden die Komponenten des Bodenwasserkreislaufs nur sehr grob berücksichtigt. Da die Behandlung der Bodenfeuchte bei mesoskaligen Simulationen einen großen Einfluss auf den Zustand der unteren Atmosphäre hat, wird das Boden-Vegetationsmodell des ‘Karlsruher Atmosphärischen Mesoskaligen Modells‘ (KAMM2) um einige wichtige hydrologische Prozesse erweitert: Eine Parametrisierung des Wasserspeichers an der Erdoberfläche, Oberflächenabfluss und Makroporenfluss. Die Randbedingungen des Bodenmodells werden so geändert, dass eine realistische Infiltration des Niederschlags und die Simulation der Grundwasserneubildung möglich sind. Es werden darüber hinaus verschiedene Parametrisierungen der bodenhydrologischen Größen und eine neue Bodenartklassifikation in das Modell eingeführt. Für sämtliche Boden- und Vegetationsparameter werden jahreszeitabhängige Datensätze erstellt. Mit diesem erweiterten Modell werden Simulationen durchgeführt und mit Messdaten verglichen. Sensitivitätsstudien zeigen, dass - neben dem Anfangswert der Bodenfeuchte - die Wahl der Bodenart und der Bodentextur-Klassifikation einen großen Einfluss auf die untere Atmosphäre haben. Weitere wichtige Prozesse sind die Speicherung von Wasser an der Erdoberfläche sowie der Makroporenfluss, während das Grundwasser vernachlässigt werden kann. Zur Parametrisierung des Bodenwassertransports liefern bisher nicht verwendete hydrologische Ansätze die besten Ergebnisse.

MESOSCALE MODELLING OF SOIL HYDROLOGY

Abstract
This paper presents the modeling of soil hydrology within a soil-vegetation model. Until now the components of soil hydrologic cycle were only roughly taken into consideration in mesoscale models. Due to a very large influence of the soil moisture on the development of the lower atmosphere, some important hydrological processes are included here into the soil-vegetation model of the ‘Karlsruher Atmosphärisches Mesoskaliges Modell‘ (KAMM2; Karlsruhe atmospheric mesoscale model): parameterizations of water storage at the earth surface, runoff and macropore flow. The boundary conditions of the soil model were altered to obtain a realistic infiltration of precipitation and the simulation of ground water. Further different parameterizations of soil hydrologic parameters and a soil texture classification were included. For each parameter of soil and vegetation a season dependent dataset was obtained. For the validation of this extended model, simulations were ran and compared to measured values. Sensitivity studies show that the choice of soil texture and soil texture classification and to a smaller extent also the initial value of soil moisture have a large influence on the lower atmosphere. Important processes are further the ponding of water at the earth surface and macropore flow, while ground water can be ignored. The best results for parameterization of soil water transport are obtained utilizing hydrology approaches that were not yet applied in meteorology.

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