Hin zu einer tatsächlichen räumlichen Modellevaluation in der verteilten hydrologischen Modellierung: Kappa-Statistik, Fuzzy-Theorie und EOF-Analyse, abgestützt auf die menschliche Wahrnehmung und bewertet anhand einer Modellfallstudie

Zusammenfassung Die hydrologische Modellierungsgemeinschaft ist sich bewusst, dass die Validierung verteilte hydrologische Modelle über aggregierte Leistungskennzahlen hinausgehen muss, wie z.B. der hydrographischen Bewertung mittels der Nash-Sutcliffe-Effizienz, um eine echte räumliche Modellvalidierung zu erreichen. Fernerkundung ermöglicht kontinuierliche Daten und kann auf einer ähnlichen räumlichen Skala wie die prädiktive Skala des hydrologischen Modells gemessen werden, sodass sie als geeignete Daten für die räumliche Validierung dienen kann. Die menschliche Wahrnehmung wird oft als eine sehr zuverlässige und gut trainierte Quelle zum Vergleich von Mustern beschrieben, die diese Studie nutzen möchte. Eine webbasierte Umfrage, die auf etwa 200 Antworten basiert, spiegelt den Konsens der menschlichen Wahrnehmung zu Kartenvergleichen einer Referenzkarte und 12 synthetischen Störungen wider. Das resultierende Ähnlichkeitsranking kann als Referenz zur Bewertung verschiedener räumlicher Leistungsmetriken verwendet werden. Diese Studie fördert die Fuzzy-Theorie als geeigneten Ansatz, da sie Unsicherheiten sowohl in Bezug auf den Standort als auch auf den Wert in der simulierten Karte berücksichtigt. Darüber hinaus wird eine EOF-Analyse (Empirische Orthogonale Funktion) durchgeführt, um den Kartenvergleich in seine Ähnlichkeiten und Unterschiede zu zerlegen. Eine Modellfallstudie dient dazu, die Fähigkeit der Metriken zur Bewertung der Güte der Anpassung zwischen simulierten und beobachteten Karten der Landoberflächentemperatur weiter zu überprüfen. Die EOF-Analyse identifiziert eindeutig einen systematischen Zustand, der mit dem Grundwasserspiegel zusammenhängt, und zeigt ein Modelldefizit auf. Die um Fuzziness erweiterte Kappa-Statistik ist ein geeignetes und häufig angewendetes Maß für den Kartenvergleich. Ihre offensichtliche Sensitivität gegenüber Verzerrungen schränkt jedoch ihre Fähigkeit ein, als diagnostisches Werkzeug zur Erkennung des spezifischen Defizits zu fungieren.