Simulation und Vorhersage
Terrestrische Systeme bestehen aus verschiedenen Kompartimenten mit jeweils spezifischen wichtigen Prozessen, die einander jedoch stark beeinflussen. Eines unserer Ziele ist deshalb die Entwicklung von Simulationsmodellen, die multiple Kompartimente und Prozesse der terrestrischen Systeme integrieren. Beispiele für verschiedene Kompartimente sind etwa die Geo-, Bio-, Hydro-, oder Atmosphäre. Durch die Anwendung unserer Simulationsmodelle gewinnen wir neue Kenntnisse über das Funktionieren von terrestrischen Systemen, unterstützen das Design von Experimenten, und interpretieren Beobachtungen, so dass wir Hypothesen verifizieren bzw. falsifizieren können.
Mit Hilfe von Datenassimilationsmethoden werden Simulationsmodelle mit Beobachtungsdaten verknüpft, sodass Echtzeitvorhersagen von verschiedenen Variablen der terrestrischen Systeme möglich sind. Die kann zum Beispiel für die Echtzeitsteuerung von Wasserbewirtschaftungsmaßnahmen eingesetzt werden. Für großskalige Simulationen mit hohem Rechenaufwand nutzen wir die Jülicher Supercomputing-Infrastruktur in Zusammenarbeit mit dem Centre of High-Performance Scientific Computing in Terrestrial Systems, Geoverbund AB C/J. Nicht zuletzt werden unsere Simulationsmodelle für Politikempfehlungen genutzt, wie zum Beispiel um die Auswirkungen von bestimmten Managementoptionen für terrestrische Systeme auf Boden- und Wasserressourcen abzuschätzen.
Zu unseren Kernkompetenzen gehören folgende Methoden:
Simulationsmodelle:
- Hochauflösende Modelle des Systems Boden-Wurzel-Pflanze: R-SWMS, CRootBox, PlaNet-Maize, DuMux
- Bodenkohlenstoffemodelle: AGRO-C
- Modellierung von Wasser- und Nährstoffflüssen in Flusseinzugsgebieten: GROWA, mGROWA, DENUZ-WEKU-MEPhos
- Integriertes Modell terrestrischer Systeme: TerrSysMP
- Datenassimilation: TerrSysMP-PDAF
- Unmittelbare Vorhersage von hydrologischen Zuständen (z.B. Wassergehalt, pflanzenverfügbarer Wassergehalt, Tiefe des Grundwasserspiegels, Bodentemperatur) und Flüssen (z.B. Niederschlag, Evapotranspiration, Grundwasserneubildung, Stromabflussmenge) für Einzugsgebiete, Regionen, Europa.
- Wissenschaftliches Hochleistungsrechnen
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