Småskalig hydrologisk modellering

Hur hinner vi före det snabba flödet?

Hydrologiska processer opererar på olika skalor, beroende på avrinningsområdets storlek och karaktär. I stora och övervägande naturliga områden omvandlas regn och snö över ett stort område långsant till vattenflöde. Det tar lång tid (dagar, veckor) för vattenbidrag från perifera delar av området att nå floden och rumsliga variationer över området utjämnas över tiden. I små och särskilt urbana avrinningsområden är processen mycket snabbare och flödesrespons på regn eller snösmältning kan ske inom några timmar eller till och med minuter. Responsen är mycket känslig för rumsliga variationer, särskilt den exakta platsen för höga eller extrema regnintensiteter.

Inom fokusområdet småskalig hydrologisk modellering arbetar vi för att förbättra vår förståelse och beskrivning av hydrologiska processer och översvämningsrisk i små områden med snabb flödesrespons. Detta arbete baseras till stor del på att undersöka hur geografiska databaser med hög upplösning samt hydrometeorologiska observationer och simuleringar kan användas för att utveckla system och verktyg för småskalig hydrologisk analys, modellering och riskbedömning. Verksamheten involverar innovativa typer av observationer (till exempel regn från mikrovågslänkar och privata väderstationer), big data (till exempel från nationella hydrologiska och hydrodynamiska modeller samt klimatmodeller) och ny metodik (till exempel neurala nätverk och andra typer av AI).

Realtidshändelse och långtidsplanering

Generellt arbetar vi med två perspektiv eller tidshorisonter; realtidshändelse och långtidsplanering. Med realtidshändelse menar vi hanteringen av enskilda översvämningar och i detta avseende arbetar vi mot att ge samhället beslutsstöd före, under och efter översvämningen. Exempel på aktiviteter inkluderar följande:

  • Före översvämningen: Bearbetning och tolkning av olika typer av regnprognoser, konvertering av regnprognoserna till vattenflöde och översvämning genom hydrologisk och hydrodynamisk simulering med hög upplösning, m.m.
  • Under översvämningen: Nederbördsobservationer med hög tids- och rumsupplösning i realtid, visualisering och kommunikation för förbättrad ”situationmedvetenhet”, m.m.
  • Efter översvämningen: Integrering av regnobservationer från olika sensorer (till exempel stationer, vädertradar och mikrovågslänkar) i optimerade och kvalitetssäkrade produkter, öppen tillgång till data och simuleringar för efterföljande analys, m.m.

När det gäller långsiktig planering är vårt allmänna mål att ge samhället bästa möjliga beslutsstöd för design och konstruktion av infrastruktur och komponenter som är känsliga för småskaliga hydrologiska effekter. Exempel på aktiviteter inkluderar följande:

  • Uppskattning av extrem nederbörd och vattenflöde i nuvarande klimat, inklusive mycket långa återkomsttider (det vill säga mycket ovanliga händelser), regionala variationer och samverkande händelser (som kan öka den totala risken och skadorna).
  • Konsekvensbedömning av klimatförändringar genom att använda högupplöst klimatmodelldata för att uppskatta småskalig hydrologisk klimatpåverkan i termer av till exempel ytavrinning och översvämningsrisk.
Prototyp av en app för visualisering av skyfall i observationer och prognoser.
Prototyp av en app för visualisering av skyfall i observationer och prognoser. Förstora Bild

Forsknings- och utvecklingsfrågor

  • Hur kan vi utnyttja högupplösta regnobservationer, väderprognoser och klimatmodeller för småskaliga hydrologiska konsekvensbedömningar?
  • Hur kan vi utveckla och integrera hydrologiska och hydrodynamiska modeller för bättre översvämningsprognoser och riskbedömning?
  • Hur kan vi förse samhället med bästa möjliga stöd både vid realtidshändelser - före, under och efter översvämningen - och för långtidsplanering - i nuvarande och framtida klimat?

Våra främsta publikationer inom detta fokusområde

Olsson, J., Bengtsson, L., Pers, B.C., Berg, P., Pechlivanidis, I., and H. Körnich (2017) Distance-dependent depth-duration analysis in high-resolution hydro-meteorological ensemble forecasting: a case study in Malmö, Sweden. Environ. Model. Softw., 93, 381-397, doi.org/10.1016/j.envsoft.2017.03.025.

Olsson, J., Arheimer, B., Borris, M., Donnelly, C., Foster, K., Nikulin, G., Persson, M., Perttu, A.-M., Uvo, C.B., Viklander, M., and W. Yang (2016) Hydrological climate change impact assessment at small and large scales: key messages from recent progress in Sweden, Climate, 4, 39, doi.org/10.3390/cli4030039.

Berg, P., Norin, L., and J. Olsson (2016) Creation of a high resolution precipitation data set by merging gridded gauge data and radar observations for Sweden, J. Hydrol., 541, 6-13, doi.org/10.1016/j.jhydrol.2015.11.031.      

Olsson, J., Berg, P., and A. Kawamura (2015) Impact of RCM spatial resolution on the reproduction of local, sub-daily precipitation, J. Hydrometeorol., 16, 534–547, doi.org/10.1175/JHM-D-14-0007.1

Rana, A., Foster, K., Bosshard, T., Olsson, J., and L. Bengtsson (2014) Impact of climate change on rainfall over Mumbai using Distribution-Based Scaling of Global Climate Model projections, J. Hydrol. Reg. Stud., 1, 107-128, doi.org/10.1016/j.ejrh.2014.06.005.

Olsson, J., and K. Foster (2014) Short-term precipitation extremes in regional climate simulations for Sweden, Hydrol. Res., 45.3, 479-489, doi:10.2166/nh.2013.206.

Olsson, J., Simonsson, L., and M. Ridal (2014) Rainfall nowcasting: predictability of short-term extremes in Sweden, Urban Water J., 11, doi.org/10.1080/1573062X.2013.847465.

Olsson, J., Amaguchi, H., Alsterhag, E., Dåverhög, M., Adrian, P.-E., and A. Kawamura (2013) Adaptation to climate change impacts on urban flooding: a case study in Arvika, Sweden, Clim. Chang., 116, 231-247, doi.org/10.1007/s10584-012-0480-y.

Olsson, J., Gidhagen, L., Gamerith,  V., Gruber,  G., Hoppe,  H., and P. Kutschera (2012) Downscaling of short-term precipitation from Regional Climate Models for sustainable urban planning, Sustainability, 4, 866-887, doi.org/10.3390/su4050866.

Amaguchi, H., Kawamura, A., Olsson, J., and T. Takasaki (2012) Development and testing of a distributed urban storm runoff event model with a vector-based catchment delineation, J. Hydrol., 420–421, 205-215, doi.org/10.1016/j.jhydrol.2011.12.003.

Olsson, J., Willén, U., and A. Kawamura (2012) Downscaling extreme Regional Climate Model (RCM) precipitation for urban hydrological applications, Hydrol. Res., 43, 341-351, doi.org/10.2166/nh.2012.135.

Olsson, J., Berggren, K., Olofsson, M., and M. Viklander (2009) Applying climate model precipitation scenarios for urban hydrological assessment: a case study in Kalmar City, Sweden, Atmos. Res., 92, 364-375, doi.org/10.1016/j.atmosres.2009.01.015.