Data Science in der Hydrogeologie: Zeit für einen Paradigmenwechsel?

Gunnar Lischeid1
1 Forschungsplattform Daten, ZALF

5.2 in Data-Science in der Hydrogeologie: Potenziale, Limitationen und Herausforderungen

27.03.2020, 10:00-10:15, Weißer Saal

In dem aktuellen Zeitalter von „Big Data“ steigt die Verfügbarkeit hochwertiger Daten rasant an. Auf der anderen Seite stehen inzwischen sehr leistungsfähige Verfahren zur Auswertung dieser Daten zur Verfügung. Dieses Potential ist noch längst nicht ausgeschöpft. Aktuelle Anwendungen beschränken sich allerdings in der Regel darauf, neue Datenquellen für bisherige Fragestellungen und Anwendungen zu nutzen, z.B. zur Parametrisierung existierender Grundwassermodelle. Dabei wird jedoch das Potential von „Big Data“ für die Weiterentwicklung der hydrogeologischen Wissenschaft zur Bearbeitung ganz neuer Fragestellungen massiv unterschätzt. Dafür ist es allerdings notwendig, einige bisherige Paradigmen auf die Probe zu stellen. Unter einem „Paradigma“ wird hier eine grundsätzliche Denkweise verstanden, die mit ihren impliziten Prämissen im wissenschaftlichen Alltag selten hinterfragt wird. In der Hydrogeologie sind sie eng verknüpft mit dem bisherigen Ansatz der Untersuchung einzelner Prozesse auf kleiner Raum- und Zeitskala und der anschließenden Verknüpfung des daraus gewonnene Wissens und der Übertragung auf größere Skalen durch konzeptionelle oder numerische Modelle. Die für natürliche Systeme typischen Heterogenitäten, Wechselwirkungen und Rückkopplungen zwischen verschiedenen Prozessen stellen jedoch die Anwendung dieses Prozesswissens vor große Probleme, denen oft durch ad-hoc-Annahmen begegnet wird.

Aus wissenschaftlicher Sicht ist das unbefriedigend. Andererseits sind aber gerade Heterogenitäten und Wechselwirkungen aus Sicht der „Data Science“ ideale Voraussetzungen, um Informationen über scheinbar komplexe Systeme zu gewinnen. Probleme, die aus heutiger Sicht als schwierig angesehen werden, lassen sich dann unter Umständen sehr leicht bearbeiten und lösen. Dazu werden zwei Beispiele vorgestellt. Sie betreffen die Erfassung von Wechselwirkungen zwischen ungesättigter Zone, Grundwasser und Oberflächengewässern hinsichtlich Wassermenge und -beschaffenheit, sowie den Einfluss einer heterogenen Landnutzung auf Evapotranspiration, Grundwasserneubildung und Grundwasserdynamik.



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