5. Auswertungsrahmen Hydrologie 47 5.3.2 Ensemblereduktion auf Impaktebene: Szenarienkorridore und repräsentative Si- mulationen Einige rechenintensive Modelle, die Abflussdaten als Eingangsgrößen verwenden, sind aufgrund begrenzter Ressourcen (Hardware, Projektlaufzeit) nicht immer in der Lage, das vollständige Ensemble der Abflusssi- mulationen zu berücksichtigen. Das gilt etwa für die Modellierung der Wassergüte und des Feststofftrans- ports im Gewässer im Schwerpunkt Schiffbarkeit und Wasserbeschaffenheit. Es ist also wesentlich, mit einer möglichst geringen Teilmenge der Ensemblesimulationen, möglichst die gesamte Charakteristik des Ensem- bles abzudecken ("Ensemblereduktion"). Die Charakteristik eines Ensembles kann beschrieben werden durch (a) eine Bandbreite und (b) eine innere Struktur (Verteilung) der einzelnen Simulationen innerhalb der Bandbreite. Bereits im Rahmen des Forschungsprogrammes KLIWAS wurde ein Verfahren der Ensemblereduktion auf Ebene der Wasserhaushaltsmodellierung eingesetzt (Nilson et al. (2014)). Das Verfahren gliedert sich in drei Schritte: 1) Bestimmung eines relevanten Pegels und Abflusskennwertes 2) die Ausweisung sogenannter "Szenarienkorridore" 3) und die Auswahl "Repräsentativer Simulationen". Die Bestimmung eines Pegels und Abflusskennwertes erfolgt aus Sicht des nachgeschalteten Modellbau- steins, welcher die "Repräsentativen Simulationen" nutzen soll bzw. vor dem Hintergrund der mit diesem Modell zu beantwortenden Fragestellung. So ist beispielsweise die Schifffahrt (Abladung) auf dem Rhein sehr sensitiv gegenüber sommerlichen Niedrigwasserbedingungen im Bereich des Mittelrheins, dem Nadel- öhr des Schiffstransportes auf dem Rhein. Insofern wurde in diesem Fall der Pegel Kaub und ein Niedrig- wasserkennwert (z. B. NM7Q9) als besonders relevant ausgewählt und für die Ausweisung von Szenarien- korridoren verwendet. "Szenarienkorridore" sind Bereiche innerhalb des Gesamtensembles, in denen besonders viele Simulationen hinsichtlich eines Pegels und Kennwertes besonders ähnliche Änderungssignale ergeben und daher eng zu- sammenliegen. Einzelsimulationen, die ein deutlich abweichendes Verhalten zeigen, werden außer Acht ge- lassen. Technisch detektiert werden diese Korridore durch eine hierarchische Clusteranalyse. Abbildung 5-5 stellt das Verfahren anderen Möglichkeiten der Informationsreduktion (Minimum/Maximum, Perzentile, arithmetisches Mittel, Median) gegenüber. Weitere Hintergründe und die in KLIWAS gewählten Parameter der in KLIWAS angewendeten Clusteranalyse sind bei Nilson et al. (2014) zu finden. In Kenntnis der Szenarienkorridore ist die Wahl der "Repräsentativen Simulationen" sehr einfach. Sofern ein nachgeschaltetes Modell aufgrund von begrenzten Rechenressourcen nur ausgewählte Simulationen ver- arbeiten kann, wären die Simulationen herauszugreifen, die den unteren bzw. den oberen Rand des Szena- rienkorridors (bzw. der Korridore der nahen und fernen Zukunft) repräsentieren. Je nachdem, ob ein oder zwei Zukunftszeiträume bearbeitet werden sollen, reduziert sich mit dem beschrie- benen Vorgehen die Anzahl der zu verarbeitenden Simulationen auf zwei (ein Zeitraum) oder vier (nahe und ferne Zukunft). Gleichzeitig bleibt ein Großteil der Bandbreite des Ensembles erhalten und es stehen Zeitrei- hendaten für die weitere Verarbeitung zur Verfügung. Zu berücksichtigen ist, dass sich je nach relevantem Pegel und Kennwert unterschiedliche repräsentative Simulationen ergeben können. Wenn für ein Modell- system also unterschiedliche Pegel und Kennwerte relevant sind, kann sich die Anzahl der repräsentativen Simulationen somit erhöhen. 9 Der Niedrigwasserabfluss NM7Q beschreibt die kleinste Abflussmenge (in m?/s) gemittelt über sieben aufeinanderfolgende Tage im Betrachtungszeitraum.