Vilken information driver modellerna?

Hydrologisk modellering är beroende av meteorologisk indata där temperatur, nederbörd och avdunstning till hör de viktigaste. Temperaturen är oftast relativt enkel att hantera men nederbörd och avdunstning är avsevärt mycket mer komplicerade att beskriva med hög noggrannhet i tid och rum. Detta ska vi forska mer om.

Hydrologisk modellering är beroende av meteorologisk indata. De huvudsakliga variablerna är temperatur, nederbörd och avdunstning. Temperaturen är normalt sett relativt enkel att hantera eftersom den rumsliga variationen är begränsad och den tidsmässiga variationen följer distinkta cykler (främst över dygnet och över året). Detta medför att temperatur kan observeras med hög noggrannhet och även väl beskrivas i atmosfärsmodeller. Nederbörd och avdunstning är avsevärt mer komplicerade

Olika typer av nederbörd

Det finns två grundläggande typer av nederbörd, som genereras av olika mekanismer och är kopplade till olika skalor. Nederbörd skapad av frontpassager är relativt jämt fördelad både i tid och rum; oftast en stabil, relativt låg intensitet över ett stort område. Denna typ av nederbörd kan mätas noggrant även med ett glest stationsnät och kan väl beskrivas i atmosfäriska modeller.

Den andra nederbördstypen skapas av lokal konvektion, vilket ger lokalt mycket höga intensiteter under kort tid (t.ex. åskskurar). Denna typ kräver ett mycket tätt stationsnät för att mätas upp korrekt, eller andra typer av instrument som mäter över stora ytor (t.ex väderrradar), och även ett kort tidssteg (helst nedåt minuter). Denna typ kan heller inte fullt ut beskrivas i atmosfäriska modeller eftersom de inte har tillräckligt hög rumslig upplösning.

Mycket forskning och utveckling krävs för att tolka och behandla både observerad och modellerad nederbörd så att den blir så användbar som möjligt för hydrologiska tillämpningar.

Nederbörd i hydrologiska prognoser: från väldigt korta till väldigt långa

Hydrologiska prognoser görs med väldigt olika tidshorisont. De operationella prognoserrna görs för de kommande 10 dygnen.

- Kortare prognoser, t.ex. för de närmaste 48 timmarna, kan vara användbara, särskilt i översvämningssituationer.

- Längre prognoser, för de närmaste 3-6 månaderna (säsongsprognoser), utfärdas främst för tillämpningar inom vattenkraftindustrin.

- Extremt långa prognoser (scenarier), fram till slutet av seklet, görs för att bedöma inverkan av klimatförändringen på t.ex. vattentillgång och översvämningsrisk.

De olika typerna av prognoser kräver olika hantering av nederbördsindata. Korta prognoser och högupplöst hydrologisk modellering kräver noggrann analys av olika sorters nederbördsobservationer. De operationalla 10-dygnsprognoserna använder meteorologiska ensembleprognoser, d.v.s. ett antal olika prognoser som beskriver olika framtida sannolika väderutvecklingar.
 
För säsongsprognoser används nederbördsdata från utvalda historiska år, vilka bedöms vara mest representativa för den närmaste 3-6-månadersperioden. För modellering av hydrologiska klimateffekter krävs ofta korrigering av nederbörden från klimatmodeller för att få ett rimligt resultat.

Hur mycket vatten avdunstar egentligen?

Ett huvudsakligt syfte med hydrologisk modellering är att beskriva vattenbalansen över längre tidsperioder. Då blir mängden vatten som avdunstar en viktig komponent. Denna mängd är emellertid svår att uppskatta, främst eftersom avdunstning är svår att mäta och därmed svår att beskriva i modeller.

Baserat på olika mätdata har olika samband av olika komplexitet utvecklats, som beskriver avdunstning som funktion av t.ex. temperatur, vind, strålning och fuktighet. Det är dock svårt att visa att mera komplicerade samband är bättre än enklare, och dessutom kan vissa ingående variabler vara svåra att uppskatta.
 
En osäkerhet gäller huruvida samma avdunstningsekvation kan användas vid alla olika temperaturer, detta gäller inte minst kontinental modellering som sträcker sig över olika temperaturzoner samt hydrologiska effektstudier i ett varmare klimat. Pågående forskning syftar till att utveckla robusta och ’klimatsäkrade’ samband för avdunstning.