Inhalt

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   Zusammenfassung
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   Abstract
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   Inhaltsverzeichnis
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   Tabellenverzeichnis
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   Abbildungsverzeichnis
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   Abkürzungsverzeichnis
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   Symbolverzeichnis
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  1 Einleitung
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   1.1 Motivation
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   1.2 Zielsetzung
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   1.3 Methodik
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   1.4 Struktur der Arbeit
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  2 Modellierung des Niederschlag-Abfluss-Prozesses
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   2.1 Teilprozesse der Abflussbildung
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   2.2 Wahl eines geeigneten Niederschlag-Abfluss-Modells
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  2.3 Snowmelt Runoff Model, SRM
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   2.3.1 Modellbeschreibung
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   2.3.2 Weiterentwicklung von SRM um einen rasterbasierten Ansatz zu rSRM
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   2.3.3 Vergleich Abflussganglinien SRM und rSRM
•  
   2.4 Sensitivität der Eingangsparameter von rSRM
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   Meteorologische Eingangsgrößen
•  
   Modellparameter
•  
   3 Meteorologische Eingangsgrößen zur Modellierung der Schneeschmelze
•  
  3.1 Fernerkundungsdaten
•  
   3.1.1 Beschreibung der Fernerkundungsdaten des Sensors MODIS
•  
   3.1.1.1 MODIS-Produkt MOD11/MYD11: Landoberflächentemperatur
•  
   3.1.1.2 MODIS-Produkt MOD10/MYD10: Schneefläche
•  
  3.1.2 Stand der Forschung
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  3.1.2.1 Rekonstruktion von Landoberflächentemperaturen aus MOD11/MYD11
•  
  Rekonstruktionsverfahren
•  
   Rekonstruktion 8-tägige LST-Karten
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   Kombination der Datensätze von Terra und Aqua
•  
   Rekonstruktionsverfahren täglicher LST-Karten
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   Bewertung und Schlussfolgerung
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  3.1.2.2 Rekonstruktion von Schneeflächen aus MOD10A1/MYD10A1
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  Rekonstruktionsverfahren
•  
   Rekonstruktion des Datensatzes „Snow Cover Daily“
•  
   Rekonstruktion des Datensatzes „Fractional Snow Cover“
•  
   Bewertung und Schlussfolgerung
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  3.1.3 Rekonstruktion von MODIS LST-Karten
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   3.1.3.1 Beschreibung des Untersuchungsgebiets
•  
   3.1.3.2 Rekonstruktion der ,,𝑻.-𝒂. aus MODIS LST
•  
   Vorbereitung der Daten
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   Filterung anhand der Qualitätsmerkmale
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   Gewässermaske
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   Filter für unplausible Temperaturgradienten
•  
   Filter 5 % und 95 % Quantil der Residuen
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   Workflow zur Rekonstruktion fehlender Daten und Anpassung an die Lufttemperatur
•  
   Elementarer Hintergrund zur Rekonstruktion der ,,𝑻.-𝒂.
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   Rekonstruktion von Karten ≥ 10 % validen Pixeln
•  
   Rekonstruktion von Karten < 10 % validen Pixeln
•  
   Ermittlung der Tagesmitteltemperatur
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  3.1.3.3 Erweiterter Ansatz zur Rekonstruktion der MODIS LST
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  Rekonstruktion der Schneeflächen
•  
   Vorbereitung der Daten
•  
   Rekonstruktion der Tagesmitteltemperaturen
•  
   Algorithmus zur Anpassung der Temperatur von Schneepixeln
•  
  3.1.4 Vergleich rekonstruierte Temperaturen aus MODIS LST mit Stationsdaten
•  
   3.1.4.1 Validierung der Rekonstruktionsmethode RrTLSTR
•  
   3.1.4.2 Validierung der Rekonstruktionsmethode RrTLSTR-S
•  
   3.1.4.3 Bewertung der beiden Rekonstruktionsmethoden RrTLSTR und RrTLSTR-S
•  
  3.2 Reanalysedaten
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   ERA-20C
•  
   ERA-Interim
•  
   JRA-55
•  
   MERRA
•  
   NCEP-CFSR
•  
   NCEP-NCAR
•  
   3.3 Vergleich der Tagesmitteltemperaturen aus Reanalyse- und Fernerkundungsdaten
•  
   Szenario 1
•  
   Szenario 2
•  
  3.4 Übertragung des Rekonstruktionsverfahrens in eine datenarme Region
•  
   3.4.1 Gebietsbeschreibung
•  
  3.4.2 Rekonstruktion der Daten nach RrTLSTR-S
•  
   Algorithmus zur Anpassung der Temperatur von Schneepixeln
•  
   3.4.3 Vergleich der rekonstruierten Tagesmitteltemperatur mit Wetterstationsdaten
•  
   4 Meteorologische Eingangsgröße zur Modellierung des Niederschlagabflusses
•  
  4.1 Niederschlag aus Fernerkundungs- und Reanalysedaten
•  
  4.1.1 Beschreibung der Fernerkundungs- und Reanalysedaten
•  
   4.1.1.1 Fernerkundungsdaten
•  
   4.1.1.2 Reanalysedaten
•  
   4.1.2 Stand der Forschung
•  
   Bewertung und Schlussfolgerung
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  4.2 Einzugsgebiete in der Schweiz
•  
   Beschreibung der Untersuchungsgebiete
•  
   4.3 Aufbereitung und Validierung der Niederschlagsdaten
•  
   4.3.1 Aufbereitung der Ausgangsdaten
•  
   4.3.2 Bewertung der Ausgangsdaten
•  
  4.3.3 Künstliches neuronales Netz, ANN
•  
   4.3.3.1 Beschreibung des Verfahrens
•  
  4.3.3.2 Untersuchungsvarianten des ANN
•  
   Anwendung auf nur ein Produkt
•  
   Anwendung auf alle Produkte
•  
   Anwendung unter Ausschluss eines Produktes
•  
   4.3.3.3 Bewertung der Ergebnisse des ANN
•  
   4.3.4 Model Conditional Processor, MCP
•  
  4.3.4.1 Beschreibung des Verfahrens
•  
   Normal Quantile Transform (NQT)
•  
   MCP mit TNDs
•  
   Phase 1 (Anwendung des MCP einzeln auf jeden Datensatz)
•  
   Phase 2 (Hyperebene im mehrdimensionalen Raum)
•  
   Phase 3 (MCP mit Hyperebene im mehrdimensionalen Raum)
•  
   Rücktransformation in den Realen Raum
•  
  4.3.4.2 Untersuchungsvarianten des MCP
•  
   Anwendung auf nur ein Produkt
•  
   Anwendung auf alle Produkte
•  
   Anwendung unter Ausschluss eines Produktes
•  
   4.3.4.3 Bewertung der Ergebnisse des MCP
•  
  4.3.5 Kombination ANN und MCP
•  
  4.3.5.1 Untersuchungsvarianten der Kombination aus ANN und MCP
•  
   Anwendung auf nur ein Produkt
•  
   Anwendung auf alle Produkte
•  
   Anwendung unter Ausschluss eines Produktes
•  
   4.3.5.2 Bewertung der Ergebnisse aus Kombination von ANN und MCP
•  
   4.3.6 Bewertung und Schlussfolgerung
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   4.4 Zeitliche Aggregation des Niederschlages
•  
   4.5 Übertragung des Verfahrens in eine datenarme Region
•  
  4.6 Stationsniederschlag vs. Gebietsniederschlag
•  
  4.6.1 Einzugsgebiete in der Schweiz
•  
   EZG-L
•  
   EZG-D
•  
   4.6.2 Einzugsgebiet des Mangla Reservoirs
•  
   4.7 Wasserbilanz
•  
   4.7.1 EZG-L
•  
   4.7.2 EZG-D
•  
   4.7.3 EMR
•  
  5 Anwendung von rSRM
•  
  5.1 Anwendung von rSRM in zwei Gebieten in der Schweiz
•  
  5.1.1 Beschreibung der Untersuchungsgebiete
•  
   5.1.1.1 Einzugsgebiet der Lonza - Blatten
•  
   5.1.1.2 Einzugsgebiet des Dischmabachs - Davos, Kriegsmatte
•  
  5.1.2 Kalibrierung rSRM
•  
   5.1.2.1 Meteorologische Eingangsgrößen
•  
  5.1.2.2 Gebietsspezifische Modellparameter
•  
   „Critical temperature“ ,𝑻-𝒄𝒓𝒊𝒕.
•  
   „Rain Contributing Area“ (RCA)
•  
   „Lag Time“ 𝑳
•  
   „Recession coefficient“ 𝒌
•  
   „Critical precipitation“ ,𝑷-𝒄𝒓𝒊𝒕.
•  
  5.1.2.3 Primäre Kalibrierungsparameter
•  
   „Degree-day factor“ (DDF) 𝒂
•  
   „Runoff coefficient“ ,𝒄-𝒔. und ,𝒄-𝑹.
•  
   5.1.2.4 Ergebnis der Kalibrierung, EZG-L
•  
   5.1.2.5 Ergebnis der Kalibrierung, EZG-D
•  
  5.1.3 Validierung rSRM
•  
   5.1.3.1 Ergebnis der Validierung, EZG-L
•  
   5.1.3.2 Ergebnis der Validierung, EZG-D
•  
   5.1.3.3 Bewertung der Validierung
•  
  5.2 Übertragung von rSRM in eine datenarme Region
•  
   5.2.1 Beschreibung des Untersuchungsgebiets
•  
  5.2.2 Kalibrierung rSRM, EMR
•  
   5.2.2.1 Meteorologische Eingangsgrößen
•  
   5.2.2.2 Gebietsspezifische Modellparameter
•  
  5.2.2.3 Primäre Kalibrierungsparameter
•  
   „Degree-day factor“ (DDF) a
•  
   „Runoff coefficient“ ,𝒄-𝒔. und ,𝒄-𝑹.
•  
   5.2.2.4 Ergebnis der Kalibrierung, EMR
•  
   5.2.3 Ergebnis der Validierung, EMR
•  
   5.2.4 Zusammenfassung
•  
  6 Anwendung von zwei weiteren Niederschlag-Abfluss-Modellen
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  6.1 HEC-HMS
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   6.1.1 Modellbeschreibung
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   6.1.2 Unterteilung der Einzugsgebiete
•  
   6.1.3 Gebietsspezifische Modellparameter
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   „Temperature Index“
•  
   „Simple Canopy“
•  
   „Soil Moisture Accounting“
•  
   „Clark Unit Hydrograph“
•  
   „Linear Reservoir“
•  
   6.1.4 Ergebnis der Kalibrierung und Validierung, HEC-HMS
•  
   6.1.5 Bewertung der Ergebnisse
•  
  6.2 ANN
•  
   6.2.1 Modellbeschreibung und Datenaufbereitung
•  
   6.2.2 Ergebnis der Kalibrierung und Validierung, ANN
•  
   6.2.3 Bewertung der Ergebnisse
•  
  6.3 Vergleich der Modellergebnisse von HEC-HMS und ANN mit rSRM
•  
   6.3.1 EZG-L
•  
   6.3.2 EZG-D
•  
   6.3.3 EMR
•  
   6.3.4 Schlussfolgerung
•  
  7 Schlussfolgerungen und Ausblick
•  
   7.1 Fazit
•  
   7.2 Weiteres Forschungspotenzial
•  
   Literaturverzeichnis
•  
   Anhang
•  
   Anhangverzeichnis
•  
   A Ergebnisse der Validierung der Tagesmitteltemperaturen
•  
   A.1 MAE, RMSE und R2 der RrTLSTR für den Zeitraum von 2000 (Terra) bzw. 2002 (Aqua) bis 2015
•  
   A.2 MAE, RMSE und R2 der RrTLSTR-S für den Zeitraum von 2000 (Terra) bzw. 2002 (Aqua) bis 2015
•  
   A.3 Streudiagramme Bodenstation gegen ,,𝑻.-𝒂. (Szenario 1)
•  
   A.4 Streudiagramme Bodenstation gegen ,,𝑻.-𝒂. (Szenario 2)
•  
   B Ergebnisse Modellierung rSRM
•  
   B.1 Abflussganglinien der Kalibrierung EZG-L
•  
   B.2 Abflussganglinien der Validierung EZG-L
•  
   B.3 Abflussganglinien der Kalibrierung EZG-D
•  
   B.4 Abflussganglinien der Validierung EZG-D
•  
   B.5 Abflussganglinien der Kalibrierung EMR
•  
   B.6 Abflussganglinien der Validierung EMR
•  
   C Ergebnisse Modellierung HEC-HMS
•  
   C.1 Abflussganglinien EZG-L
•  
   C.2 Abflussganglinien EZG-D
•  
   C.3 Abflussganglinien EMR
•  
   D Ergebnisse Modellierung ANN
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   D.1 Abflussganglinien EZG-L
•  
   D.2 Abflussganglinien EZG-D
•  
   D.3 Abflussganglinien EMR