WaterGAP
Тема этой статьи Википедии может не соответствовать общему правилу по известности . ( октябрь 2012 г. ) |
Глобальная пресной воды модель WaterGAP рассчитывает потоки и запасы воды на всех континентах земного шара (кроме Антарктиды ) с учетом антропогенного воздействия на естественную пресноводную систему водозаборами и плотинами . Он помогает понять ситуацию с пресной водой в речных бассейнах мира в 20-м и 21-м веках и применяется для оценки нехватки воды , засух и наводнений, а также для количественной оценки воздействия человеческой деятельности, например, на грунтовые воды , водно- болотные угодья , речной сток и повышение уровня моря. . Результаты моделирования WaterGAP внесли вклад в международную оценку глобальной экологической ситуации, включая Доклады ООН о мировом водном развитии , Оценку экосистем на пороге тысячелетия , Глобальные экологические перспективы ООН , а также в доклады Межправительственной группы экспертов по изменению климата . WaterGAP вносит свой вклад в проект взаимного сравнения моделей межотраслевого воздействия ISIMIP, [1] где создаются согласованные ансамбли моделей, основанные на ряде глобальных гидрологических моделей, для оценки воздействия изменения климата и других антропогенных факторов стресса на ресурсы пресной воды во всем мире.
WaterGAP ( водных ресурсов Глобальная оценка и прогноз ) [2] [3] разработан в Университете Касселя (Германия) [4] с 1996 года, а позже разработка продолжилась в Университете Гете во Франкфурте. [5] и Рурский университет в Бохуме. Он состоит из Глобальной гидрологической модели WaterGAP (WGHM) [6] [7] и пять моделей водопользования для секторов орошения , [8] животноводство , домашнее хозяйство, производство и охлаждение тепловых электростанций . [9] Дополнительный компонент модели рассчитывает доли общего водопотребления, которые забираются либо из подземных , либо из поверхностных вод (рек, озер и водохранилищ). [10] Модель работает с временным разрешением 1 день; WaterGAP 2 имеет пространственное разрешение 0,5 градуса географической широты × 0,5 градуса географической долготы (что эквивалентно 55 км × 55 км на экваторе). [3] и WaterGAP 3 — пространственное разрешение 5 угловых минут x 5 угловых минут (9 км x 9 км). [11] Входные данные модели включают временные ряды климатических данных (например, осадков, температуры и радиации) и такую информацию, как характеристики поверхностных водоемов ( озера , водохранилища и водно-болотные угодья ), земельный покров, тип почвы, топография и орошаемые площади.
Глобальная гидрологическая модель WaterGAP WGHM
[ редактировать ]WGHM рассчитывает временные ряды быстрого поверхностного и подповерхностного стока , пополнения подземных вод и речного стока, а также изменения запасов воды в покрове, снеге, почве, грунтовых водах, озерах, водно-болотных угодьях и реках. [3] Таким образом, он количественно определяет общие возобновляемые водные ресурсы, а также возобновляемые ресурсы подземных вод ячейки сети, речного бассейна или страны. Осадки на каждой ячейке сетки переносятся через различные отсеки для хранения, где вода также может испаряться. Местоположение и размер водно-болотных угодий, озер и водохранилищ определяются глобальной базой данных по озерам и водно-болотным угодьям (GLWD). [12] и база данных искусственных водоемов GRanD. [13] [14] На запасы подземных вод влияет диффузное пополнение подземных вод через почву и точечное пополнение из поверхностных водоемов. [10] Диффузное пополнение подземных вод моделируется как функция общего стока, рельефа, текстуры почвы, гидрогеологии и существования вечной мерзлоты или ледников. [7] Сток клеток направляется вниз по течению, пока не достигнет океана или внутреннего стока. Чтобы обеспечить правдоподобное представление фактической ситуации с пресной водой, версия 2.2d WGHM настроена на основе наблюдаемого многолетнего среднегодового стока на 1319 гидрометрических станциях. [3] Эффективность WGHM в отношении наблюдений за речным стоком сравнивалась в различных исследованиях с эффективностью других глобальных гидрологических моделей как для Европы, так и для Европы. [15] [16] и глобус, [17] [18] [19] [20] в то время как производительность в отношении GRACE сравнивалась во всем мире. аномалии общего водохранилища [21] [22] и для водоносных горизонтов США. [23]
Модели водопользования
[ редактировать ]В WaterGAP моделирование водопользования подразумевает расчет водозабора (забора) воды из подземных или поверхностных водных объектов (озёр, водохранилищ и рек), безвозвратного использования воды (доля забранной воды, которая испаряется во время использования) и возвратные потоки в подземные или поверхностные водные объекты. Безвозвратное использование оросительной воды рассчитывается с помощью Глобальной модели ирригации. [8] [24] в зависимости от орошаемой площади [25] и климат в каждой ячейке сетки. Использование воды животноводством рассчитывается как функция поголовья животных и потребностей в воде различных видов скота. Бытовое и производственное использование основано на национальных значениях водозабора в разные моменты времени. [9] Временная динамика национального водопользования в домашних хозяйствах основана на статистических данных, смоделированных как функция технологических и структурных изменений (последние как функция валового внутреннего продукта) с учетом изменения численности населения. Временная динамика использования воды в промышленности учитывает технологические изменения и развитие валовой добавленной стоимости в обрабатывающей промышленности. Национальные значения бытового и производственного использования воды приводятся к ячейкам сетки с использованием плотности населения и плотности городского населения соответственно. [9] Использование воды для охлаждения теплоэлектростанций учитывает расположение и характеристики теплоэлектростанций. [9] Рассчитываются временные ряды ежемесячных значений использования оросительной воды, в то время как все остальные виды использования считаются постоянными в течение года и меняются только от года к году. На основе отраслевых водозаборов и безвозвратного использования, рассчитанных с помощью пяти моделей водопользования, компонент модели GWSWUSE рассчитывает забор поверхностных вод из подземных и поверхностных вод и возвратные потоки в них, а также общий чистый забор из подземных и поверхностных вод в каждой сетке. клетка. [10]
Приложения
[ редактировать ]WaterGAP применялся для оценки того, какие регионы мира страдают и будут затронуты водным дефицитом, а также для оценки мирового баланса пресной воды. [3] Во многих исследованиях WaterGAP служил для оценки воздействия изменения климата на глобальную систему пресной воды, например, на грунтовые воды, [27] [28] [29] водно-болотные угодья, [30] поток [31] [32] [33] [34] и требования к орошению. [35] стресс подземных вод и истощение ресурсов подземных вод . Был проанализирован [36] [37] Кроме того, было изучено изменение экологически значимых характеристик речного стока и динамики водно-болотных угодий из-за использования воды человеком и плотин. [13] [30] and Experiment ) динамической Временные ряды аномалий общего запаса воды WaterGAP использовались для обработки и интерпретации спутниковых измерений GRACE (Gravity гравитации Земли , Recovery что касается Climate континентов, сезонных и долгосрочных изменений гравитации. в значительной степени вызваны изменениями запасов воды в грунтовых, поверхностных водах, почве и снеге. [38] [39] Эти временные ряды также послужили для оценки вклада изменений в запасах воды на континентах в повышение уровня моря. [40] [41] Результаты WaterGAP также используются в оценках жизненного цикла для учета водного стресса на производственных площадках. [42]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Проект межсекторального сравнения моделей воздействия» . ИСИМИП . Проверено 28 февраля 2022 г.
- ^ Алькамо Дж., Долл П., Хенрикс Т., Каспар Ф., Ленер Б., Рёш Т., Зиберт С. (2003): Разработка и тестирование глобальной модели воды WaterGAP 2. использование и доступность . Журнал гидрологических наук, 48(3), 317-338.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час Мюллер Шмид, Ханнес; Касерес, Дениз; Эйснер, Стефани; Флёрке, Мартина; Герберт, Клаудия; Ниманн, Кристоф; Пейрис, Тедини Асали; Попат, Эклавия; Портманн, Феликс Теодор; Райнеке, Роберт; Шумахер, Майке (23 февраля 2021 г.). «Глобальные водные ресурсы и модель использования WaterGAP v2.2d: описание и оценка модели» . Разработка геонаучной модели . 14 (2): 1037–1079. Бибкод : 2021GMD....14.1037M . doi : 10.5194/gmd-14-1037-2021 . hdl : 11250/2984567 . ISSN 1991-9603 .
- ^ «Университет Гёте — WaterGAP» . www.uni-frankfurt.de . Проверено 20 апреля 2022 г.
- ^ «Университет Гёте — WaterGAP» . www.uni-frankfurt.de . Проверено 29 августа 2021 г.
- ^ Дёлль П., Каспар Ф., Ленер Б. (2003): Глобальная гидрологическая модель для получения показателей доступности воды: настройка и проверка модели . Журнал гидрологии, 270 (1-2), 105-134.
- ^ Jump up to: а б Дёлль П., Фидлер К. (2008 г.): Моделирование пополнения подземных вод в глобальном масштабе. Гидрол. Система Земли. Sci., 12, 863–885.
- ^ Jump up to: а б Дёлль П., Зиберт С. (2002): Глобальное моделирование потребности в оросительной воде . Исследования водных ресурсов, 38(4), 8.1-8.10, дои : 10.1029/2001WR000355
- ^ Jump up to: а б с д Флёрке, Мартина; Кинаст, Эллен; Берлунд, Илона; Эйснер, Стефани; Виммер, Флориан; Алькамо, Джозеф (февраль 2013 г.). «Бытовое и промышленное использование воды за последние 60 лет как зеркало социально-экономического развития: глобальное моделирование» . Глобальное изменение окружающей среды . 23 (1): 144–156. дои : 10.1016/j.gloenvcha.2012.10.018 .
- ^ Jump up to: а б с д Дёлль П., Хоффманн-Добрев Х., Портманн Ф.Т., Зиберт С., Эйкер А., Роделл М., Страссберг Г., Скэнлон Б. (2012): Влияние забора воды из подземных вод и поверхностные воды в зависимости от континентальных запасов воды . Дж. Геодин. 59-60, 143-156, дои : 10.1016/j.jog.2011.05.001
- ^ Эйснер, С. (2015): Комплексная оценка модели WaterGAP3 с учетом климатических, физико-географических и антропогенных градиентов . Кандидатская диссертация, Кассельский университет, Германия
- ^ Ленер, Б., Дёлль, П. (2004): Разработка и проверка базы данных озер, водохранилищ и водно-болотных угодий . Журнал гидрологии, 296 (1-4), 1-22.
- ^ Jump up to: а б Дёлль П., Фидлер К., Чжан Дж. (2009): Глобальный анализ изменений речного стока из-за водозабора и водохранилищ . Гидрол. Система Земли. наук, 13, 2413-2432.
- ^ Ленер, Б., Рейди Лиерманн, К., Ревенга, К., Вёрёсмари, К., Фекете, Б., Крузе, П., Дёлль, П., Эндеян, М., Френкен, К., Магоме, Дж. ., Нильссон, К., Робертсон, Дж. К., Рёдель, Р., Синдорф, Н., Виссер, Д. (2011): Картирование мировых водохранилищ и плотин с высоким разрешением для устойчивого управления речным стоком . Границы экологии и окружающей среды, 9 (9), 494–502.
- ^ Гудмундссон, Л., Т. Вагенер, Л.М. Таллаксен и К. Энгеланд (2012), Оценка девяти крупномасштабных гидрологических моделей с учетом климатологии сезонного стока в Европе , Водные ресурсы. Рез., 48, W11504, дои : 10.1029/2011WR010911
- ^ Гудмундссон, Л. и др. (2012), Сравнение крупномасштабных гидрологических моделей с наблюдаемыми процентилями стока в Европе , J. Hydrometeorol., 13(2), 604–620, дои : 10.1175/JHM-D-11-083.1
- ^ Шеллекенс, Дж., Дутра, Э., Мартинес-де ла Торре, А., Бальзамо, Г., ван Дейк, А., Сперна Вейланд, Ф., Минвьель, М., Кальве, Ж.-К., Дешарм Б., Эйснер С., Финк Г., Флёрке М., Пессентайнер С., ван Бик Р., Полчер Дж., Бек Х., Орт Р., Калтон Б. , Берк С., Дориго В. и Уидон Г.П. (2017): Ансамбль гидрологических моделей глобальных водных ресурсов: набор данных EarthH2Observe Tier-1 , Earth Syst. наук. Данные, 9, 389–413, дои : 10.5194/essd-9-389-2017 .
- ^ Захерпур, Дж., Гослинг, С.Н., Маунт, Н., Мюллер Шмид, Х., Вельдкамп, ТИЕ, Данкерс, Р., Эйснер, С., Гертен, Д., Гудмундссон, Л., Хадделанд, И., Ханасаки Н., Ким Х., Ленг Г., Лю Дж., Масаки Ю., Оки Т., Похрел Ю., Сато Ю., Шеве Дж., Вада Ю. ( 2018): Всемирная оценка среднего и экстремального стока на основе шести гидрологических моделей глобального масштаба, учитывающих воздействие человека . Письма об экологических исследованиях 13, 065015, два : 10.1088/1748-9326/aac547
- ^ Вельдкамп, TIE, Чжао, Ф., Уорд, П.Дж., де Моэль, Х., Аэртс, JCJH, Мюллер Шмид, Х., Портманн, Ф.Т., Масаки, Ю., Похрел, Ю., Лю, X., Сато , Й., Гертен, Д., Гослинг, С.Н., Захерпур, Дж., Вада, Й. (2018): Параметризация антропогенного воздействия в глобальных гидрологических моделях улучшает оценки ежемесячных расходов и гидрологических экстремальных явлений: многомодельное проверочное исследование . Письма об экологических исследованиях 13, 055008, два : 10.1088/1748-9326/aab96f
- ^ Крысанова, В., Захерпур, Дж., Дидовец, И., Гослинг, С.Н., Гертен, Д., Ханасаки, Н., Мюллер Шмид, Х., Похрел, Ю., Сато, Ю., Тан, К. , Вада, Ю. (2020): Как оценка глобальных гидрологических моделей может помочь повысить достоверность прогнозов стока рек в условиях изменения климата . Изменение климата 163, 1353-1377, два : 10.1077/s10584-020-02840-0
- ^ Скэнлон, БР, Чжан, З., Сейв, Х., Сан, А.Ю., Мюллер Шмид, Х., ван Бик, ЛПХ, Визе, Д.Н., Вада, Ю., Лонг, Д., Риди, Р.К., Лонгеверн, Л., Дёлль, П., Биркенс, МФП (2018): Глобальные модели недооценивают значительные десятилетние тенденции снижения и увеличения запасов воды по сравнению со спутниковыми данными GRACE . Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 115, 6, E1080-E1089, дои : 10.1073/pnas.1704665115
- ^ Скэнлон, Б.Р., Чжан, З., Ратеб, А., Сунь, А., Визе, Д., Сейв, Х., Бодуинг, Х., Ло, М.Х., Мюллер Шмид, Х., Долл, П., Ван Бик, Р. Свенсон, С., Лоуренс, Д., Крото, М., Риди, Р.К. (2019): Отслеживание сезонных колебаний запасов воды на суше с использованием глобальных моделей и спутников GRACE . Письма о геофизических исследованиях 46 (10), 5254-5264, дои : 10.1029/2018GL081836
- ^ Ратеб, А., Скэнлон, БР, Пул, ДР, Сан, А., Чжан, З., Чен, Дж., Кларк, Б., Фаунт, CC, Хо, CJ, Хилл, М., Хобза, C. ., МакГуайр, В.Л., Райтц, М., Мюллер Шмид, Х., Сутануджаджа, Э.Х., Свенсон, С., Визе, Д., Ся, Ю., Зелл В. (2020): Сравнение изменений в запасах подземных вод по данным GRACE спутники для мониторинга и моделирования основных водоносных горизонтов США . Исследования водных ресурсов 56 (12), e2020WR027556, дои : 10.1029/2020WR027559
- ^ Портманн, FT (2017): Глобальное орошение в 20-м веке: расширение глобальной модели ирригации WaterGAP (GIM) с помощью пространственно точного набора исторических данных по ирригации (HID) , Франкфуртский доклад по гидрологии, 18, 131 стр.
- ^ Зиберт, С., Кумму, М., Поркка, М., Долл, П., Раманкутти, Н., Скэнлон, БР (2015): Глобальный набор данных о размерах орошаемых земель с 1900 по 2005 год . Гидрол. Система Земли. наук, 19, 1521–1545. дои : 10.5194/hess-19-1521-2015
- ^ Мюллер Шмид, Х., Адам, Л., Эйснер, С., Финк, Г., Флёрке, М., Ким, Х., Оки, Т., Портманн, Ф.Т., Райнеке, Р., Ридель, К. , Сонг, К., Чжан, Дж., и Долл, П. (2016): Влияние климата, вызывающего неопределенность, и использования воды человеком на компоненты глобального и континентального водного баланса . Учеб. ИАХС, 374, 53-62. два : 10.5194/piahs-374-53-2016
- ^ Дёлль, П. (2009): Уязвимость к воздействию изменения климата на возобновляемые ресурсы подземных вод: оценка в глобальном масштабе. Окружающая среда. Рез. Летт., 4, 036006 (12стр.). дои : 10.1088/1748-9326/4/3/035006
- ^ Портманн, Ф.Т., Дёлль, П., Эйснер, С., Флерке, М. (2013): Влияние изменения климата на возобновляемые ресурсы подземных вод: оценка преимуществ предотвращения выбросов парниковых газов с использованием отдельных климатических прогнозов CMIP5 . Окружающая среда. Рез. Летт. 8, 024023. дои : 10.1088/1748-9326/8/2/024023
- ^ Райнеке, Р., Мюллер Шмид, Х., Траутманн, Т., Андерсен, Л.С., Бурек, П., Флерке, М., Гослинг, С.Н., Гриллакис, М., Ханасаки, Н., Кутрулис, А., Похрел, Й., Тьери, В., Вада, Й., Сато, Й., Долл, П. (2021): Неопределенность моделирования пополнения подземных вод при различных уровнях глобального потепления: глобальное многомодельное ансамблевое исследование . Гидрол. Система Земли. Sci., 25, 787–810. дои : 10.5194/hess-25-787-2021
- ^ Jump up to: а б Дёлль П., Траутманн Т., Гёлльнер М., Мюллер Шмид Х. (2020): Глобальный анализ динамики запасов воды во внутренних водно-болотных угодьях: количественная оценка воздействия использования воды человеком и искусственных водоемов как а также неизбежные и предотвратимые последствия изменения климата . Экогидрология, 13, е2175. два : 10.1002/eco.2175
- ^ Дёлль П., Чжан Дж. (2010): Влияние изменения климата на пресноводные экосистемы: глобальный анализ экологически значимых изменений речного стока . Гидрол. Система Земли. Sci., 14, 783–799.
- ^ Дёлль, П., Мюллер Шмид, Х. (2012): Как влияние изменения климата на режим речного стока связано с воздействием на среднегодовой сток? Глобальный анализ. Окружающая среда. Рез. Письма, 7 (1), 014037 (11 стр.). дои : 10.1088/1748-9326/7/1/014037
- ^ Эйснер, С., Флерке, М., Чаморро, А., Даггупати, П., Доннелли, К., Хуанг, Дж., Хундеча, Ю., Кох, Х., Калугин, А., Крыленко, И. , Мишра В., Пиневски М., Саманиего Л., Сейду О., Валлнер М., Крысанова В. (2017): Ансамбльный анализ воздействия изменения климата на сезонность речного стока в 11 крупных речных бассейнах. . изменение климата, два : 10.1007/s10584-016-1844-5
- ^ Дёлль, П., Траутманн, Т., Гертен, Д., Мюллер Шмид, Х., Остберг, С., Саад, Ф., Шлейсснер, К.-Ф. (2018): Риски для глобальной системы пресной воды при глобальном потеплении на 1,5 °C и 2 °C . Окружающая среда. Рес. Летт., 13, 044038. дои : 10.1088/1748-9326/aab7
- ^ Дёлль, П. (2002): Влияние изменения и изменчивости климата на потребности в орошении: глобальная перспектива . Изменение климата, 54(3), 269-293.
- ^ Дёлль П., Мюллер Шмид Х., Шух К., Портманн Ф., Эйкер А. (2014): Глобальная оценка истощения подземных вод и связанного с этим забора подземных вод: объединение гидрологического моделирования с информацией скважинных наблюдений. и спутники GRACE . Водный ресурс. Рез., 50, 5698–5720, дои : 10.1002/2014WR015595
- ^ Jump up to: а б Герберт К., Долл П. (2019): Глобальная оценка нынешнего и будущего стресса подземных вод с акцентом на трансграничные водоносные горизонты . Водный ресурс. Рез., 55, 4760-4784. дои : 10.1029/2018WR023321
- ^ Шмидт Р., Швинцер П., Флехтнер Ф., Райгбер Ч., Гюнтнер А., Долл П., Рамильен Г., Казенав А. , Петрович С., Йохманн Х. , Вюнш, Дж. (2006): Наблюдения GRACE за изменениями в континентальных запасах воды . Глобальные и планетарные изменения, 50, 112–126.
- ^ Куше, Дж. и др. (2009): Декоррелированные гравитационные решения GRACE, разработанные GFZ, и их проверка с использованием гидрологической модели . Дж. Геод, 83, 903–913 гг.
- ^ Касерес, Д., Марзейон, Б., Маллес, Дж. Х., Гуткнехт, Б., Мюллер Шмид, Х., Долл, П. (2020): Оценка глобального переноса водной массы с континентов в океаны за период 1948–2016 гг . Гидрол. Система Земли. наук, 24, 4831-4851. дои : 10.5194/hess-24-4831-2020
- ^ Хорват, М., Гуткнехт, Б.Д., Казенав, А. , Паланисами, Х.К., Марти, Ф., Марзейон, Б., Пол, Ф., Ле Брис, Р., Хогг, А.Е., Отосака, И., Шепард , А., Долл, П., Касерес, Д., Мюллер Шмид, Х., Йоханнессен, Дж.А., Нильсен, Дж.Э. О., Радж, Р.П., Форсберг, Р., Сандберг Сёренсен, Л., Барлетта, В.Р., Симонсен , С.Б., Кнудсен, П., Андерсен, О.Б., Рэнндал, Х., Роуз, С.К., Мерчант, С.Дж., Макинтош, Ч.Р., фон Шукманн, К., Новотный, К., Гро, А., Рестано, М., Бенвенист, Дж. (2022 г.): Глобальный бюджет уровня моря и океанских масс с акцентом на передовые данные и характеристики неопределенности , Earth System Science Data, 14, 411-447, doi : 10.5194/essd-14-411-2022
- ^ Буле, А. Бэре, Дж., де Камиллис, К., Долл, П., Гассерт, Ф., Гертен, Д., Гумберт, С., Инаба, А., Ицубо, Н., Лемуан, Ю. , Маргни М., Мотосита М., Нуньес М., Пастор А.В., Ридутт Б., Шнекер У., Сиракава Н., Вионнет С., Ворбе С., Ёсикава С., Пфистер, С. (2015): Формирование консенсуса по разработке индикатора стресса для оценки воздействия потребления воды на основе LCA: результаты экспертных семинаров . Оценка жизненного цикла Int J. два : 10.1007/s11367-015-0869-8