PDF - download (ca. 14MB) - Institut für Wasserbau und ...

2 Grundlagen2.3.1 Operationelles Modell – forschungsorientiertes ModellBlöschl und Kirnbauer (1991) stellen ein operationelles Schneeschmelzmodell (Braun,1985) und ein forschungsorientiertes Modell (Siemer, 1988) für einen Punkt der Schneedeckevor. Die beiden Modelle werden nur hinsichtlich der internen Prozesse verglichen,die Energiezufuhr ist bei beiden gleich (Kapitel 2.3.4)Das forschungsorientierte Modell beschreibt ein Schneepaket – bestehend aus Eis,Wasser, Wasserdampf und Luft – idealisiert als ein Kontinuum. Die Grundgleichungenbilden die Energie- und Massenerhaltungssätze und das Fließgesetz für poröse Mediennach Darcy. Weiters werden das Fourier’sche Gesetz der Wärmeleitung und das Fick’scheDiffusionsgesetz verwendet. Das Eindringen der kurzwelligen Strahlung in das Schneepaketwird durch ein exponentielles Extinktionsgesetz beschrieben. Die Verdichtung und dieSetzung des Schnees werden durch einfache empirische Beziehungen wiedergegeben.Im operationellen Modell wird die Wasserspeicherung im Schnee durch die Wasserhaltekapazitätbeschrieben, d.h., der Schnee kann Wasser bis zu einem gewissen Anteil,z.B. 10 %, seines Gewichtes einlagern, danach kommt es zum Abfluss. Die Verzögerung undDämpfung der Schmelzwasserwelle werden nicht erfasst. Im Modell lässt der Wärmeverlustzunächst das Wasser gefrieren, dann wird er als Kältegehalt aufsummiert. Dieser ist durcheinen Maximalwert begrenzt und muss wieder abgebaut werden, bevor Schneeschmelzeeinsetzen kann. Ein so genannter Kälteeintragsfaktor (factor of refreezing) reduziert dieerrechneten Wärmeverluste, sodass nur ein Teil dieser als Kältegehalt aufsummiert wird.Die Schneeoberflächentemperatur wird konstant auf 0 °C gesetzt.Das forschungsorientierte Modell liefert in allen untersuchten Situationen gute Ergebnisseund ist bezüglich der Simulation der temporalen Änderung des Wassergehalts eindeutigüberlegen. Das operationelle Modell verhält sich hinsichtlich Prozesswiedergabe undpraktischer Relevanz unterschiedlich. Die Prozesswiedergabe wird an Hand der VariablenKältegehalt und flüssiger Wassergehalt überprüft. Der Zeitpunkt des Beginns der Schmelzenach einer Kälteperiode wird gut abgeschätzt, aber die vorhin genannten Variablenwerden vom einfacheren Modell nicht angemessen wiedergegeben.2.3.2 Ereignismodell – kontinuierliches ModellDas kontinuierliche Modell von Anderson (vorgestellt in Kirnbauer (1993a)) bilanziertden Auf- und Abbau der Schneedecke. Bei Schönwetter wird der Gradtagfaktor-Ansatz(Kapitel 2.3.3) mit einem jahreszeitlich variablen Gradtagfaktor verwendet. Fällt Regenauf Schnee, wird ein vereinfachter Energiebilanzansatz ohne Berücksichtigung der kurzwelligenStrahlung angewendet. Die internen Prozesse werden ähnlich zum operationellenModell in Kapitel 2.3.1 empirisch modelliert. Der Prozentsatz der schneebedeckten bzw.schneefreien Oberfläche wird als Funktion des momentanen Schnee-Wasseräquivalents angesetzt.Das Modell kann prinzipiell mit jeder Flächengliederung eingesetzt werden.Als Eingangsdaten dienen nur Lufttemperatur und Regenintensität. Wenn Regen aufSchnee fällt, werden für die langwellige Strahlungsbilanz default Werte eingesetzt, der14