In hydrologischen Modellen ist das komplexe hydrologische System durch vereinfachte Strukturen abgebildet. Aus den Unterschieden zwischen Modellstrukturen u.a. in der Art und Exaktheit der Prozessabbildung resultieren bei Modellsimulationen neben Unterschieden in der Modellgüte auch Defizite in der Abbildung von hydrologischen Prozessen. Um die Variabilität in der Prozessabbildung zu untersuchen und daraus folgende Limitierungen zu identifizieren, ist es erforderlich verschiedene Modellstrukturen in unterschiedlichen Einzugsgebieten verglichen werden.

Diese Thematik steht im Mittelpunkt des DFG-geförderten wissenschaftlichen Netzwerks IMPRO (Identifikation und Analyse von Prozesslimitierungen in hydrologischen Modellstrukturen). Hieran sind 15 vorwiegend Nachwuchswissenschaftler*innen von 12 Institutionen beteiligt. Diese sind: Björn Guse (PI), Doris Düthmann, Uwe Ehret, Tobias Houska, Jens Kiesel, Ralf Loritz, Lieke Melsen, Tobias Pilz,Sandra Pool, Diana Spieler, Maria Staudinger, Michael Stölzle,Larisa Tarasova, Stephan Thober und Paul Wagner.

Innerhalb des Netzwerks soll basierend auf den Diskussionen während der Workshops ein konsistentes Protokoll für einen Vergleich von Modellstrukturen und einer Identifizierung von Limitierungen in der Prozessabbildung entwickelt werden. Begleitend zu den Diskussionen werden Pilotsimulationen mit drei häufig verwendeten Modellen in zehn Testeinzugsgebieten in Deutschland durchgeführt. Aufbauend auf den Diskussionen im wissenschaftlichen Netzwerk sollen Hypothesen abgeleitet werden, mit welchem Ansatz limitierende Prozesse zukünftig besser in Modellen abgebildet werden können. Hierbei ist geplant, die Erkenntnisse des Netzwerks in einem gemeinsamen Paper für die Community aufzubereiten.

Es sind halbjährliche Workshops in 2021-2024 mit folgenden aufeinander aufbauenden Schwerpunkten geplant:

Thema A: Modellvergleichsprotokoll

• Wie sollte ein Modellvergleichsprotokoll aussehen, welches auf die Identifizierung von strukturellen Modelldefiziten und Prozesslimitierungen abzielt?

Thema B: Prozess- und Parametervariabilität

• Welche Schlussfolgerungen lassen sich aus der raumzeitlichen Variabilität von Prozessen und Parametersensitivitäten zwischen verschiedenen Modellen und Einzugsgebieten im Hinblick auf eine bessere Prozessdarstellung ziehen?

Thema C: Modellgüte von Abfluss und Einzelprozessen

• Wie variiert die Modellgüte zeitlich und zwischen verschiedenen Modellen und Einzugsgebieten, und was kann uns dies über die Güte der Darstellung einzelner Prozesse in Modellen sagen?

Thema D: Limitierungen in der Prozessabbildung

• Wie können Limitierungen in Modellen erkannt und mit einzelnen hydrologischen Prozessen in Verbindung gebracht werden?

Thema E: Hypothesen zur verbesserten Prozessabbildung

• Welche Hypothesen für eine bessere Prozessabbildung lassen sich aus Modelllimitierungen ableiten und welche Datensätze sollten zur Validierung der Prozessabbildung auf das Einzugsgebietsskala verwendet werden?

Themen F: Zusammenfassung und Folgeantrag

Zu den Workshops werden folgende in den jeweiligen Themenfeldern renommierte internationale Wissenschaftler*innen eingeladen: (A) Serena Ceola, (B) Thorsten Wagener, (C) Jan Seibert, Frederik Kratzert, (D) Markus Hrachowitz, (E) Dörthe Tetzlaff und (F) Nicola Fohrer. Wir erhoffen uns, dass die Kooperationen und Diskussionen im wissenschaftlichen Netzwerk zu einem bedeutenden Fortschritt in der Prozessabbildung in hydrologischen Modellen führen. Dadurch wird erwartet, dass mehr Klarheit besteht, welche Prozessabbildungen verbesserungswürdig sind und welche Ansätze hier zu einer Verbesserung führen könnten. In dieser Weise soll das wissenschaftliche Netzwerk einen wichtigen Beitrag für die nationale und internationale hydrologische Modellierung und die hydrologische Community leisten.