| 1. |
- Arheimer, Berit, et al.
(författare)
-
Catchment modelling at the global scale using the World-Wide HYPE (WWH)
- 2019
-
Konferensbidrag (refereegranskat)abstract
- Recent advancements in catchment hydrology (such as understanding hydrological processes, accessing new data sources, and refining methods for parameter constraints) make it possible to apply catchment models for ungauged basins over large domains. Here we present a cutting-edge case study applying catchment-modelling techniques at the global scale for the first time. The modelling procedure was challenging but doable and even the first model version show better performance than traditional gridded global models of river flow. We used the open-source code of the HYPE model and applied it for > 130 000 catchments (with an average resolution of 1000 km2), delineated to cover the Earths landmass (except Antarctica). The catchments were characterized using 20 open databases on physiographical variables, to account for spatial and temporal variability of the global freshwater resources, based on exchange with the atmosphere (e.g. precipitation and evapotranspiration) and related budgets in all compartments of the land (e.g. soil, rivers, lakes, glaciers, and floodplains), including water stocks, residence times, interfacial fluxes, and the pathways between various compartments. Global parameter values were estimated using a step-wise approach for groups of parameters regulating specific processes and catchment characteristics in representative gauged catchments. Daily time-series (> 10 years) from 5338 gauges of river flow across the globe were used for model evaluation (half for calibration and half for independent validation), resulting in an average monthly KGE of 0.4. However, the world-wide HYPE (WWH) model shows large variation in model performance, both between geographical domains and between various flow signatures. The model performs best in Eastern USA, Europe, South-East Asia, and Japan, as well as in parts of Russia, Canada, and South America. The model shows overall good potential to capture flow signatures of monthly high flows, spatial variability of high flows, duration of low flows and constancy of daily flow. Nevertheless, there remains large potential for model improvements and we suggest both redoing the calibration and reconsidering parts of the model structure for the next WWH version. The calibration cycle should be repeated a couple of times to find robust values under new fixed parameter conditions. For the next iteration, special focus will be given to precipitation, evapotranspiration, soil storage, and dynamics from hydrological features, such as lakes, reservoirs, glaciers, and floodplains. This first model version clearly indicates challenges in large scale modelling, usefulness of open data and current gaps in processes understanding. Parts of the WWH can be shared with other modellers working at the regional scale to appreciate local knowledge, establish a critical mass of experts and improve the model in a collaborative manner. Setting up a global catchment model has to be a long-term commitment of continuous model refinements to achieve successful and truly useful results.
|
|
| 2. |
- Arheimer, Berit, et al.
(författare)
-
Integrated catchment modeling for nutrient reduction : Scenarios showing impacts, potential, and cost of measures
- 2005
-
Ingår i: Ambio. - 0044-7447 .- 1654-7209. ; 34:7, s. 513-520
-
Tidskriftsartikel (refereegranskat)abstract
- A hydrological-based model (HBV-NP) was applied to a catchment (1900 km2) in the southern part of Sweden. Careful characterization of the present load situation and the potential for improved treatment or reduced soil leaching were analyzed. Several scenarios were modeled to find strategies to reach the Swedish environmental goals of reducing anthropogenic nitrogen load by 30% and phosphorus load by 20%. It was stated that the goals could be reached by different approaches that would affect different polluters and social sectors. However, no single measure was enough by itself. Instead, a combination of measures was necessary to achieve the goals. The nitrogen goal was the most difficult to attain. In order to be cost-effective, these measures should be applied to areas contributing the most to the net loading of the sea. This strategy could reduce the costs by 70%-80% when compared with implementing the measures in the entire catchment. Integrated catchment models may thus be helpful tools for reducing costs in environmental control programs. © Royal Swedish Academy of Sciences 2005.
|
|
| 3. |
- Gidhagen, Lars, et al.
(författare)
-
Towards climate services for European cities : Lessons learnt from the Copernicus project Urban SIS
- 2020
-
Ingår i: Urban Climate. - Amsterdam, Netherlands : Elsevier. - 2212-0955. ; 31
-
Tidskriftsartikel (refereegranskat)abstract
- The growing share of Europe's population living in cities makes urban climate change impact assessment and adaptation a critical issue. The urban environment is characterized by its sensitivity to small-scale meteorological, hydrological and environmental processes. These are generally not fully described in climate models, largely because of the models' insufficient spatial resolution. The Urban SIS climate service offers historical and future simulated data downscaled to 1 km × 1 km resolution over selected European metropolitan areas. The downscaled data are subsequently used as input to air quality and hydrological impact models, all made available to users as Essential Climate Variables and Sectoral Impact Indicators through a web portal. This paper presents the Urban SIS climate service and demonstrates its functionality in a case study in Stockholm city, Sweden. Good model performance was attained for intra-city temperature gradients and small-scale precipitation extremes. Less positive results were obtained for large-scale precipitation and hydrology, mainly due to an insufficient domain size in the meteorological and climate modelling, in turn related to the substantial computational requirements. An uncertainty classification approach was developed to aid the interpretation and user application of the data. We hope our lessons learnt will support future efforts in this direction.
|
|
| 4. |
- Hjerdt, Niclas, et al.
(författare)
-
Förbättring av beräkning av erosion och sedimentation (retention) i små vattendrag
- 2009
-
Rapport (övrigt vetenskapligt/konstnärligt)abstract
- Under arbetet med att beräkna den vattenburna belastningen av fosfor till Sveriges omgivande havsbassänger inom SMED har det noterats att partikulärt bunden fos- for ofta överskattas i simuleringarna i små områden. Fosforutsläpp från jordbruks- läckage är framräknade med ICECREAMDB och inkluderar redan retentionen i marken fram till vattendragen (Johnsson m.fl., 2008), och därför finns ingen funk- tion för ytterligare avskiljning i marken. Det finns heller ingen avskiljning i små- vattendrag fram till vattendraget i den hydrologiska modellen. Det är dock troligt att det förekommer en avskiljning av partikulär fosfor i diken och i mindre vatten- drag under lågvattenföring och resuspension vid höga flöden. Syftet med denna studie är att ta fram en funktion för permanent avskiljning av partikulärt bunden fosfor kopplat till de små vattendragen och att testa detta i ett antal mindre sjölösa jordbruksområden för att i framtiden förbättra de nationella beräkningarna av fos- forbelastningen.Studien omfattar 16 områden i mellersta och södra Sverige där synoptiska fos- formätningar inkluderar fraktionerna löst reaktiv fosfor och partikulär fosfor. Jord- bruksandelen varierar mellan 15-88% av områdenas yta. Den hydrologiska model- len med rutin för fosforberäkning, HBV-NP, har modifierats för att testa fyra alter- nativa processer för permanent avskiljning av partikulärt bunden fosfor genom sedimentation i små vattendrag (lokal avskiljning) samt en process för markreten- tion i utströmningsområdet.Resultaten visar att de fyra föreslagna avskiljningsprocesserna som verkar ge- nom sedimentation uppför sig likvärdigt och att man får liknande resultat oavsett vilken process som används. Avskiljning genom markretention av jordbruksläcka- ge och enskilda avlopp ger normalt större effekt än avskiljning genom sedimenta- tion. I de flesta fall krävs mycket hög permanent avskiljning av partikulär fosfor i sedimenten eller från jordbruksläckage/enskilda avlopp för att reducera halterna framräknade i PLC5 till samma nivå som observationerna. Enstaka observerade koncentrationstoppar är svåra att reproducera med modellen, men medelhalter stämmer relativt väl efter maximal avskiljning. Det är fysikaliskt osannolikt att all sedimenterad fosfor binds permanent i diken/små vattendrag, eller att all partikulär fosfor från jordbruksmark och enskilda avlopp avskiljs, och detta kan vara en indi- kation på att antingen läckagekoefficienterna för partikulär fosfor är överskattade och/eller att sedimentationen underskattas av den hydrologiska modellen. I PLC5- beräkningarna styrdes sedimentation/resuspension av en enda parameter i model- len, vilket gav begränsade möjligheter för justering av denna dynamik. En möjlig- het som bör utredas i framtiden vore att införa en flexibel inställning av flödesin- tervallet mellan full sedimentation/resuspension, och kanske knyta detta intervall till de dominanta jordarterna i områdena för att sedan generalisera kalibreringen nationellt.Vår slutsats är dock att de simulerade halterna av partikulär fosfor i samtliga 16 områden förbättras åtskilligt när permanent avskiljning används.
|
|
| 5. |
|
|
| 6. |
- Rodhe, Allan, et al.
(författare)
-
Grundvattenbildning i svenska typjordar — översiktlig beräkning med en vattenbalansmodell
- 2006
-
Rapport (övrigt vetenskapligt/konstnärligt)abstract
- En vattenbalansmodell för beräkning av grundvattenbildningen i svenska jordar har utvecklats och kartor över grundvattenbildningens storlek i olika jordar har tagits fram. Beräkningarna bygger på utnyttjandet av landsomfattande databaser över jordarter och markanvändning samt tidsserier av vattenföring och ytinterpolerad nederbörd och lufttemperatur. Modellen är en förenklad variant av HBV-modellens markvattenrutin. Allt regn eller snösmältning antas infiltrera i rotzonen och antingen avdunsta, lagras tillfälligt eller perkolera och bilda grundvatten. När rotzonens vatteninnehåll är lika med modellparametern fältkapacitet är avdunstningen potentiell och perkolationen är lika med all ytterligare vattentillförsel. När vatteninnehållet är mindre än fältkapacitet sker ingen perkolation och avdunstningens andel av den potentiella minskar linjärt med minskat markvatteninnehåll.I ett första steg kalibrerades modellen för att ta fram samband mellan jordart och vattenhållande egenskaper hos jorden (i modellen beskrivet av parametern fältkapacitet). Modellen kalibrerades mot avrinningens årsvärden i 161 mindre (<2000 km2) avrinningsområden över landet. Härvid antogs den sammanlagda årsavrinningen från ett avrinningsområde vara lika med summan av grundvattenbildningen i dess delområden med olika jordarter. Vid den slutgiltiga kalibreringen slogs jordarterna samman till tre så kallade markklasser, grov jord, morän och fin jord, utan hänsyn till markanvändningen skog/öppen mark. Till dessa klasser kom klassen sjö+torv, vilken antogs sakna markvattenmagasin och från vilken avdunstningen ständigt antogs vara potentiell. I ett andra steg användes de framkalibrerade värdena på fältkapacitet för att beräkna grundvattenbildningen över landet med hjälp av rikstäckande tidsserier av nederbörd och lufttemperatur.Ett speciellt problem var att få yttäckande tidsserier av den potentiella avdunstningen. En enkel modell med vilken den potentiella avdunstningen beräknades ur lufttemperatur utvecklades och användes vid kalibreringen (steg 1) och vid beräkningarna av grundvattenbildning i olika jordar (steg 2). På grund av ett inbördes samband mellan parametern fältkapacitet och den viktigaste parametern för potentiell avdunstning gick det inte att optimera fram markklasspecifika värden för parametern fältkapacitet. Vi kunde dock visa att för rimliga värden på avdunstningsparametern gick det att kalibrera fram markklasspecifika värden på parametern fältkapacitet, vilka bedömdes som rimliga för respektive markklass (70 mm för ”grov jord”, 244 mm för ”morän” och 366 mm för ”fin jord”).Den beräknade grundvattenbildningen var störst i grov jord, med värden över 600 mm/år i sydvästra Götaland. Den minskade med ökande värde på parametern fältkapacitet, ned till under 150 mm/år i fin jord i Mälardalen och på Östgötaslätten. (Fjällområden ingår inte i beräkningarna.) I Svealand och Götaland var den beräknade årliga grundvattenbildningen i grov jord omkring 70 mm större än i morän. Den grundvattenbildning som statistiskt sett underskrids ett år av 10 var ca 75 mm lägre än flerårsmedelvärdet, för både grov jord och fin jord.
|
|
| 7. |
|
|
