Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Prognose der Wassertemperatur im Fluss Aare. Die Dauer, der Verlauf und die Geschwindigkeit des Wachstums der Lebewesen im Fluss werden durch die Wassertemperatur bestimmt. Sie beeinflusst auch alle Stoffwechselvorgänge. Die Wassertemperatur prägt und reguliert die Lebensgemeinschaft im und am Fluss direkt. Im Jahr 2018 starben gemäß einer Meldung 90 Prozent der Eschen im Rhein aufgrund einer zu hohen Wassertemperatur.
Damit der Mensch die Wasserqualität und die Wassermenge des Flusses modellieren kann, muss die Wassertemperatur als Eingangsgröße örtlich sowie zeitlich genau vorhanden sein. Insbesondere die Wassermenge ist für die Vorhersage von Überflutungen wichtig. Doch wie entwickelt sich die Wassertemperatur? Die Wassertemperatur ist in eine Teildisziplin der Hydrologie. «Hydron» bedeutet auf alt-griechisch Wasser und «logos» steht für Wissenschaft. Die Hydrologie erforscht den Wasserkreislauf, den Wasserhaushalt und den Wasserstand sowie das Grundwasser, das Abwasser und das Eis. Die Hydrologie gliedert sich in die zwei Teilgebiete Ozeanologie (Meere) und Gewässerkunde (Festland). Die Gewässerkunde selbst unterteilt sich in die Gebiete Limnologie (Seen), Hydrogeologie (Grundwasser), Glaziologie (Entstehung und Verbreitung des Eises) und Potamologie (Flüsse).
Inhaltsverzeichnis
1 Einführung
1.1 Vorwort
1.2 Zusammenfassung
1.3 Methode
2 Faktoren
2.1 Lufttemperatur
2.2 Verdunstung und Kondensation
2.3 Niederschlag
2.4 Schneeschmelze
2.5 Die Strömung im Fluss
2.5.1 Die verschiedenen Strömungsarten
2.6 Die Strahlung
2.7 Der Wärmestrom
2.8 Bedeutung der Faktoren
3 Modelle
3.1 stochastische Modelltypen (allgemeine Definition)
3.1.1 statistische Modellierung der Wassertemperatur im Fluss gemäss Klitzsch (1978)
3.1.2 Tagesgang der Wassertemperatur
3.2 deterministische Modelltypen (allgemeine Definition)
3.2.1 LARSIM
4 die Wassertemperatur in der Aare
4.1 geografische Lage der Aare
4.2 Messstationen vom BAFU
4.3 Daten
4.3.1 Welche Daten werden für welches beschriebene Modell benötigt?
4.3.2 Datenquelle
4.4 Hypothesen
4.4.1 Hypothese 1 - Jahresverlauf der Wassertemperatur
4.4.2 Hypothese 2 - Einfluss der Lufttemperatur
4.4.3 Hypothese 3 - Tagesgang
5 Fazit
Zielsetzung & Themen
Diese Arbeit hat zum Ziel, die Entwicklung der Wassertemperatur in Flüssen zu analysieren und die Funktionsweise von stochastischen sowie deterministischen Modellen in diesem Kontext zu erläutern. Dabei steht die Untersuchung der Aare-Wassertemperaturen auf Basis spezifischer Hypothesen im Mittelpunkt, um wissenschaftliche Prognosemodelle zu evaluieren.
- Grundlagen der hydrologischen Faktoren, die die Wassertemperatur beeinflussen.
- Stochastische Modellierung der Wassertemperatur nach Klitzsch (1978).
- Funktionsweise und Struktur des deterministischen Modells LARSIM.
- Analyse von Messdaten der Aare zur Überprüfung von Hypothesen zu Jahresverlauf, Lufttemperatureinfluss und Tagesgang.
Auszug aus dem Buch
3.2 deterministische Modelltypen (allgemeine Definition)
Die deterministischen Modelle betrachten nicht nur die möglichen Eingangsgrössen, sondern auch den Raum. Die Energiebilanz des Flusses wird auf Basis von Energiegleichungen nummerisch von den deterministischen Modellen erstellt. Mittels genauen meteoroligschen und topografischen Daten wird der Energiefluss berrechnet. Sofern hydrologische Daten vorhanden sind, kann der Energiefluss anhand von den Daten geeicht werden.
Die deterministischen Modelle ermöglichen eine feinere räumliche und zeitliche Auflösung. Dank der physikalischen Grundlage liefern sie langfristige Prognosen, auch im Rahmen des Klimawandels, und ermöglichen es, den Effekt einer Nutzungsänderung auf die Wassertemperatur darzulegen. Da die deterministischen Modell eine hohe Rechenleistung erfordern, werden sie oft flächenmässig nur beschränkt angewendet. Sie gelten grundsätzlich im Bezug auf Langzeitprognosen als zuverlässiger, obwohl sie nicht immer genauer als die statistischen Modelle sind(Gallice, Huwald u. a. 2016).
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einführung: Dieses Kapitel motiviert die Themenwahl und definiert die hydrologischen Grundlagen sowie die Zielsetzung der Arbeit.
2 Faktoren: Hier werden die verschiedenen natürlichen und physikalischen Einflüsse auf die Wassertemperatur detailliert beschrieben.
3 Modelle: Dieses Kapitel erläutert die theoretischen Unterschiede zwischen stochastischen und deterministischen Modelltypen anhand konkreter Beispiele wie dem LARSIM-Modell.
4 die Wassertemperatur in der Aare: Im Hauptteil werden die geographische Lage, die Datenbasis sowie die Überprüfung der aufgestellten Hypothesen mittels statistischer Analysen präsentiert.
5 Fazit: Das abschließende Kapitel fasst die Ergebnisse der Modellanalysen und die Bestätigung der Hypothesen zusammen.
Schlüsselwörter
Wassertemperatur, Aare, Hydrologie, LARSIM, Modellierung, stochastisch, deterministisch, Lufttemperatur, Globalstrahlung, Tagesgang, Jahresverlauf, Korrelationskoeffizient, Wasserhaushalt, Fluss, Messstationen
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht, wie sich die Wassertemperatur in natürlichen Gewässern entwickelt und welche mathematischen Modelle zur Vorhersage dieser Temperatur eingesetzt werden können.
Was sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?
Die zentralen Themen sind hydrologische Faktoren (wie Lufttemperatur und Strahlung), stochastische Modellansätze nach Klitzsch sowie deterministische Wasserhaushaltsmodelle wie LARSIM.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Ziel ist es, das Verständnis für die Temperaturentwicklung in Flüssen zu vertiefen und durch eine Datenanalyse der Aare zu prüfen, inwieweit etablierte Hypothesen auf aktuelle Messdaten zutreffen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird eine Kombination aus Literaturstudien zur Theoriebildung und einer quantitativen statistischen Analyse von Messdaten (Berechnung des Korrelationskoeffizienten) angewendet.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die theoretische Betrachtung von Einflussfaktoren und Modellen sowie die empirische Analyse der Aare-Wassertemperatur anhand dreier spezifischer Hypothesen.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren diese Arbeit?
Die Arbeit lässt sich durch Begriffe wie Wassertemperatur, Aare, Hydrologie, LARSIM, stochastische Modellierung und Korrelationsanalyse charakterisieren.
Wie unterscheidet sich das Modell LARSIM von stochastischen Ansätzen?
LARSIM ist ein deterministisches Modell, das auf physikalischen Gesetzmäßigkeiten und einer detaillierten räumlichen Abbildung basiert, während stochastische Modelle rein statistisch auf Basis messbarer Größen ohne physikalische Gleichungen arbeiten.
Welches Ergebnis ergab die Überprüfung der Hypothese zum Lufttemperatureinfluss?
Entgegen der Hypothese, dass der Einfluss der Lufttemperatur im Sommer am größten ist, zeigte die Analyse, dass die Korrelation im Frühling am stärksten ausgeprägt ist.
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- Anonym (Author), 2019, Die Wassertemperatur des Flusses Aare. Prognose, Faktoren und Modellierung, Munich, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/588142
