MEWAC-Verbundprojekt: GRaCCE - Grundwasserneubildung und Klimaänderungen - Quantifizierung der Resilienz von Karstgrundwasserressourcen für Dürre, Teilprojekt 3

Abstract

Klimaprognosen deuten darauf hin, dass sich im Mittelmeerraum der jährliche Niederschlag bis zum Jahr 2100 deutlich reduzieren und die Jahresmitteltemperatur deutlich ansteigen wird (IPCC 2007). Im mittleren Osten wird sich die bereits jetzt bestehende generelle Wasserknappheit zukünftig durch den Klimawandel noch verschärfen (Hochman et. al, 2018). Wasserdefizite können verheerende Auswirkungen auf die Landwirtschaft und ökonomische Entwicklungen haben. Das Verständnis von Dürren und die Fähigkeiten zur Vorhersage von Dürreperioden sind jedoch immer noch begrenzt, insbesondere in Regionen mit Kluft- und Karstgrundwasserleitern, wie dem hier vorliegenden Untersuchungsgebiet des Western Mountain Aquifer (WMA). Die Einbeziehung der ungesättigten und gesättigten Zone ist für die Vorhersage von Wasserdefiziten und Dürreperioden hier unerlässlich. Derzeit werden Dürren aber primär anhand von meteorologischen Dürreindizes identifiziert und klassifiziert (Mishra & Singh 2010). In Israel und vielen anderen Ländern der Welt ist die Standardmethode zur Quantifizierung von Dürren die Verwendung des SPI (Standardized Precipitation Index, Guttmann 1999), einem meteorologischen bzw. klimatischen Dürreindex, der aus der Verteilung langfristiger Niederschlagszeitreihen berechnet wird und Dürren als statistische Anomalien in den Niederschlagsaufzeichnungen definiert. Im Unterschied dazu bezieht der ebenfalls weit verbreitete und leicht zu berechnende SPEI (Standardized Precipitation Evapotranspiration Index, Vicente-Serrano et al. 2010) zusätzlich die Komponente der temperaturgesteuerten Evapotranspiration mit ein. Prozessbasierte Verfahren zur Identifikation und Vorhersage von Dürren unter Berücksichtigung der mächtigen vadosen Zone (hydrogeologische Dürreindizes) im Untersuchungsgebiet fehlen dagegen bisher, genauso wie entsprechende Systeme zur Indizierung und Vorhersage von Dürren, bezogen auf die Wasserverknappung in der vadosen Zone bzw. in den Aquiferen. Derzeit auf dem Markt befindliche webbasierte Frühwarnsysteme, wie z.B. das Flood and Drought Portal des FDMT-Projektes 1 nutzen lediglich meteorologische Dürreindizes für ihre Vorhersagen. Als geeignet befundene Indizes zur Ableitung von Dürren in der vadosen Zone bzw. in den Aquiferen im Sinne der im vorliegenden Vorhaben definierten Problemstellung haben sich im Rahmen der Arbeit von UGOE und TUB der Groundwater Drought Index (GWI, Bailing & Rodell 2015) und der Groundwater Ressource Index (GRI, Mendicino et al. 2008) ergeben. Weiterhin wurden die beiden meteorologischen Indizes SPI und SPEI für eine Einbindung in das Dürrefrühwarnsystem ausgewählt. Über die vier genannten Indizes können sowohl Kurzzeitvorhersagen bis zu sechs Monaten in die Zukunft als auch Langzeitbewertungen bis zum Jahr 2100 auf Basis von Klimaprojektionsdaten für das Untersuchungsgebiet abgeleitet werden. Die technische Umsetzung des Dürrefrühwarnsystems erfolgte softwareseitig in einer Entwicklungsumgebung unter Nutzung agiler und inkrementeller Entwicklungsmethoden (Projektverwaltung – Kanban) sowie DevOps-Praktiken. Als Projektmanagementsoftware wurde OpenProject genutzt. Für das Deployment wurde eine Develop-, Test- und Release-Ebene aufgesetzt. Die Versionierung erfolgte mit Git/GitHub, für die Containerisierung wurde Docker/DockerCompose genutzt. Backendseitig wurde u.a. das Python-Framework Django. Mapserver und MapProxy eingesetzt. Frontendseitige Quellcodes sind Node.jy und Webpack. Die Datenhaltung erfolgt in einer PostgreSQL-Datenbank und für große Datenmengen im Filesystem.