Globalmodellierung mit WaterGAP3


Die Bewertung der globalen Süßwasserressourcen und -ströme bildet die Grundlage für die Analyse wasserbezogener Fragen weltweit. Sie wird benötigt, um gegenwärtige und zukünftige Problembereiche zu identifizieren, die Auswirkungen des Klimawandels abzuschätzen, die Auswirkungen des virtuellen Wasserhandels zu bewerten und die notwendigen Daten für die internationale Finanzierung von wasserbezogenen Projekten bereitzustellen. In den letzten Jahrzehnten hat sich die großskalige Modellierung zu einem wichtigen Instrument zur Beurteilung des Zustands der globalen Süßwasserressourcen entwickelt. So bieten großskalige Modelle die Möglichkeit, globale Süßwasserressourcen auch in Gegenden zu bewerten, in denen nur wenige Daten verfügbar sind. Ein weiterer Vorteil der Verwendung hydrologischer Modelle besteht darin, dass sie zeitlich und räumlich verteilte Informationen über die Komponenten des Wasserkreislaufs als Modellausgabe liefern, z. B. zur Unterstützung der Grundwasserüberwachung oder zur Bewertung der tatsächlichen Verdunstung, die nur schwer zu messen ist. <\p>

WaterGAP3 ist ein großskaliges Modell-Framework, das die Verteilung und Verfügbarkeit von Wasser im globalen Maßstab simuliert. Es ist die neueste Version von WaterGAP (Water - Global Assessment and Prognosis), das am Center for Environmental Systems Research (CESR) der Universität Kassel entwickelt wurde (Alcamo et al., 2003; Döll et al., 2003). WaterGAP3 wird nun an der Ruhr-Universität Bochum (Deutschland) weiterentwickelt. Es besteht aus drei Hauptkomponenten:

- einem Wassernutzung-Modell, um den Einfluss des Menschen auf den Wasserkreislauf zu bewerten,

- einem Hydrologie-Modell zur Bewertung des natürlichen Wasserkreislaufs und

- einem Wasserqualität-Modell zur Bewertung der Wasserqualität in Flusssystemen.

Das Modell arbeitet mit einer globalen Auflösung von 5 x 5 Bogenminuten (ca. 6 x 9 km in Mitteleuropa). Es simuliert mit einem täglichen Zeitschritt, obwohl die Modellausgabe oft mit einer monatlichen Auflösung verwendet wird.

Das Modell-Framework wird dazu benutzt anthropogene Einflüsse, wie den Klimawandel oder sozio-ökonomische Entwicklungen, auf das Süßwassersystem der Erde zu untersuchen. Durch die vielseitigen Modelloptionen (u.a Berücksichtigung von Reservoir-Management, diverse Wassernutzungsoptionen) bietet das Modell-Framework die Möglichkeit, viele verschiedene Szenarien zu testen und mögliche zukünftige Entwicklungen unter Berücksichtigung etwaiger Modellierungsunsicherheiten abzuschätzen.

Anwendungsbeispiele:

• Flörke, M.; McDonald, R.; Schneider, R. (2018): Water competition between cities and agriculture driven by climate change and urban growth. In: Nature Sustainability 1, 51-58. https://doi.org/10.1038/s41893-017-0006-8

• Fink, G.; Alcamo, J.; Flörke, M.; Reder, K. (2018): Phosphorus Loadings to the World's Largest Lakes: Sources and Trends. In: Global Biogeochemical Cycles 32-4, 617-634. https://doi.org/10.1002/2017GB005858

• Eisner S.; Flörke, M.; Chamorro, A.; Daggupati, P.; Donnelly C.; Huang, J.; Hundecha, Y.; Koch, H.; Kalugin, A.; Krylenko, I.; Mishra, V.; Piniewski, M.; Samaniego, L.; Seidou, O.; Wallner, M.; Krysanova, V. (2017): An ensemble analysis of climate change impacts on streamflow seasonality across 11 large river basins. In: Climate Change 141, 401-471. https://doi.org/10.1007/s10584-016-1844-5

• Schneider C.; Flörke, M.; De Stefano, L.; Petersen-Perlman, J. D. (2017): Hydrological threats to riparian wetlands of international importance – a global quantitative and qualitative analysis. In: Hydrol. Erath. Syst. Sci. 21, 2799-2815. https://doi.org/10.5194/hess-21-2799-2017