For the water management the forecast of precipitation is an important input variable for hydrologic models. With a accurate forecast, suitable protection measures, for example dam-predischarges can be initiated on time. However, the precipitation forecast is difficult, because it has a large spatial and temporal variability. This can be seen by the large differences of predicted precipitation height of different forecasts. With a validation of predictions of the COSMO-EU-Model and the radar-based analysis data of RADOLAN a possible optimum warning time shall be found. In addition, different continous verification methods are applied. Additionally, a possible spatial influence of the orography and different general weather situations where analysed. A total of 57 days, with more than 50mm precipitationheight in 24 h were validated in the years from 2006 to 2014. The data refer to five different catchment areas of Saxony which are managed by the State Reservoir Administration of Saxony (LTV). It has been found that at 62% of the validated forecasts not enough precipitation was predicted. The closer in time forecast and precipitation event are, the better is the forecast skill. An optimal earlier forecast time cannot be found under the use of the currently available precipitation forecasts. / Für dieWasserwirtschaft ist die Niederschlagsvorhersage eine wichtige Eingangsvariable für hydrologische Modelle. Mit einer guten Vorhersage können die entsprechenden Schutzmaßnahmen wie z.B. Talsperrenvorentlastungen rechtzeitig eingeleitet werden. Jedoch ist die Vorhersage des Niederschlags schwierig, da er eine große räumliche und zeitliche Variabilität hat. Diese zeigt sich auch in der Variabilität der Niederschlagshöhe zu unterschiedlichen Vorhersageterminen. Mit einer Validierung zwischen Vorhersagen des COSMO-EU-Modells und den radargestützen Analysedaten von RADOLAN für Regenmengen in verschiedenen Talsperreneinzugsgebiet Sachsens soll untersucht werden, ob es einen optimalen Warnzeitpunkt gibt, der gekennzeichnet ist durch eine möglichst frühe gebietsgenaue Niederschlagsprognose, so dass für das Durchführen wasserwirtschaflicher Maßnahmen ausreichend Zeit verbleibt. Um dies einschätzen zu können, werden hier verschiedene kontinuierliche Gütemaße angewandt. Auch ein möglicher räumlicher Einfluss durch die Orographie und der Einfluss verschiedener Großwetterlagen wurde dabei untersucht. Es wurden insgesamt 57 Tage, an welchen mehr als 50 mm Niederschlag in 24 h fiel, in den Jahren 2006 bis 2014 validiert. Die Daten beziehen sich auf fünf Wassereinzugsgebiete Sachsens, die durch die Landestalsperrenverwaltung des Freistaates Sachsen (LTV) bewirtschaftet werden. Dabei hat sich herausgestellt, dass bei 62 % der untersuchten Vorhersagen zu wenig Niederschlag vorhergesagt wurde. Die unterschiedlichen Gütemaße zeigen das erwartete Verhalten, dass je näher der Vorhersagetermin am Ereignis liegt, desto besser das Gütemaß und somit auch die Vorhersage ist. Ein optimaler früherer Vorhersagezeitpunkt kann unter Verwendung der derzeit verfügbaren Niederschlagsprognosen nicht gefunden werden.

In dieser Arbeit werden verfügbare Normalwerte (Zeitraum 1951 bis 1980) aufbereitet und eine Karte der mittleren jährlichen Niederschlagssummen für den Raum Leipzig entwickelt. Darüber hinaus erfolgen spezielle Auswertungen der in den Jahren 1992 bis 1998 an drei Standorten durchgeführten zehnrninütlichen Niederschlags- und Windmessungen. Niederschlags-Windrosen und Häufigkeitsverteilungen der Niederschlagsintensitäten werden gezeigt und diskutiert. / In this work available normal values (period 1951 to 1980) are edited and a card of the middle annual precipitation totals for the area of Leipzig is developed. In the another part of this study the ten minutes measurements of precipitation and wind from three stations in Leipzig in the years 1992 to 1998 are analysed. Precipitation wind-roses and frequency distributions of rain intensities are shown and discussed.

In dieser Arbeit wird über Klimamessungen berichtet, die beide Autoren in den achtziger Jahren im Raum Leipzig durchgeführt haben. Damit wird ein erster Versuch der Darstellung stadtklimatologischer Differenzierungen in Leipzig unternommen. Anhand der mittleren Lufttemperaturen läßt sich die städtische Wärmeinsel nachweisen. Darüber hinaus wird eine kleinräurnige Niederschlagsverteilung von Leipzig angegeben.

The uncertainty of predicted fluxes, variables of state, cloud- and precipitation formation to the choice of plant- and soil parameters, soil type, subgrid-scale heterogeneity and inhomogeneity is examined by results of simulations wherein one parameter is alternatively changed for all grid cells of the domain within its natural range of variability. A higher sensitivity of evapotranspiration to evaporative conductivity, roughness length, and subgridscale heterogeneity or inhomogeneity is found than for the other parameters examined. Except for wind velocity, the quantities of liquid and solid water substances the uncertainty is lower at night and early afternoon than at other times. Therefore, evaluation of meteorological models should be performed at those times of the day when the uncertainty in model results caused by the choice of plant and soil parameters is at a minimum. Furthermore, domainspecific parameters should be used when ever available. / Die Unsicherheit in simulierten Flüssen, Zustandsgrößen, Wolken- und Niederschlagsbildung durch die Wahl der Pflanzen- und Bodenparameter, Bodentypen, subskaligen Heterogenität und Inhomogenität wird mit Hilfe von Ergebnissen aus Simulationen untersucht, in denen alternativ für alle Gitterzellen ein Parameter im Rahmen seiner natürlichen Variabilität verändert wird. So besteht eine höhere Sensitivität der Evapotranspiration zur Verdunstungsleitfähigkeit, Rauhigkeitslänge und subskaligen Heterogenität oder Inhomogenität als zu den anderen untersuchten Größen. Windgeschwindigkeit, die Menge an flüssigen und festen Wassersubstanzen ausgenommen, ist die Unsicherheit nachts und am frühen Nachmittag geringer als zur übrigen Zeit. Deshalb sollten Modellevaluationen möglichst zum Zeitpunkt geringer Unsicherheit durchgeführt werden. Darüber hinaus sollten, wenn möglich, gebietsspezifische Parameter verwendet werden.

Das Jahr 1816 ist in die Klimatologie als das 'Jahr ohne Sommer' eingegangen. Der 1815 erfolgte Ausbruch des Vulkans Tambora auf der indonesischen Insel Sumbawa führte im darauffolgenden Jahr in vielen Teilen der Welt zu katastrophalen Missernten. Während in Nordamerika daran besonders die außerordentlich tiefen Sommertemperaturen Schuld waren, scheinen in Europa dafür sowohl die unter dem Durchschnitt liegenden Temperaturen wie auch die überdurchschnittlichen Regenmengen verantwortlich zu sein. Zeitgenössische Berichte wie auch Niederschlags- und Pegelaufzeichnungen aus verschiedenen Teilen Europas belegen eine besonders hohe Niederschlagstätigkeit im 'Erntemonat' Juli des Jahres 1816 und eine hohe Wasserführung der großen europäischen Ströme in den Jahren 1816 und 1817. / The year 1816 is known in climatology as the 'Year without Summer'. The eruption of the Tambora volcano on the Indonesian island Sumbawa in 1815 led to catastrophic crop failures over many parts of the world in the following year. Whereas in North America those failures originated from extraordinarily low summer temperatures, causes in Europe seem to have been below-normal temperatures as well as above-normal rainfall. Contemporary reports and also precipitation and river gauge measurements from different parts of Europe document enhanced precipitation in July 1816 ('Erntemonat') and high discharges of large European rivers in years 1816 and 1817.

This thesis deals with the role of precipitation on erosion and landscape formation in the Nepal Himalayas. I investigate all successive steps involved in the erosion process: 1) Starting from the evaluation of precipitation datasets, 2) the transfer of precipitation to river discharge, 3) the mobilization and transport of material out of the mountain range, 4) and finally, erosion constrains over longer time-scales. I show that the dataset derived from the interpolation of rain gauge data performs best in the Himalayas. I demonstrate the importance of an until now unconsidered, major compartment of the Himalayan discharge cycle, which I identify as a fractured basement aquifer, and estimate the snow and ice melt contribution to the Himalayan rivers. Erosion rates calculated from suspended sediment fluxes and cosmogenic nuclide analysis range between 0.1 and 4 mm/yr. The rivers in the Nepal Himalayas are supply limited and the hillslopes as contributing source are transport limited. Last I show that over several thousand years erosion is not related with precipitation, but with relief. / Cette thèse porte sur le rôle des précipitations sur l’érosion et la formation des reliefs dans l’Himalaya Népalais. J’étudie chaque étape du processus d’érosion : 1) Evaluation des bases de données de précipitations, 2) Transfert des précipitations au débit fluvial, 3) Mobilisation et transport du matériel dans le bassin versant, et enfin 4) Mécanismes d’érosion sur de longues échelles de temps. Je montre que la base de données de précipitations obtenue par interpolation de données pluviométriques est la plus performante pour la région de l\'Himalaya. Je démontre l’importance d’une composante majeure, jusqu’alors ignorée, du cycle de débit de l’Himalaya que j’identifie comme étant les aquifères de sous-sol fracturé, et j’évalue la contribution de la fonte des neiges et glaces aux rivières Himalayennes. Les taux d’érosion calculés à partir des flux de sédiments en suspension et des analyses de nucléides cosmogéniques varient de 0.1 à 4 mm/a. Les rivières au Népal sont limitées par l’apport sédimentaire alors que les versants, en tant que source de sédiments, sont limités par le transport. Enfin, je montre que l’érosion sur des milliers d’années ne dépend des précipitations mais du relief. / Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Rolle des Niederschlag bei Erosions- und Oberflächenprozessen im nepalesischen Himalaja. Ich untersuche die Abfolge der Erosionspsozesse im Himalaja: 1) Ausgehend von der Bewertung von Niederschlagsdatensätzen, 2) die Prozesse der Abflussbildung in Flüssen, 3) die Mobilisierung und Transport von Material, 4) und Erosionsraten über längere Zeiträume. Ich zeige, dass interpolierte Niederschlagsdaten die beste Qualität im Himalaya haben. Ich zeige auf, wie wichtig der bislang unberücksichtigt Grundwasserzwischenspeicher für die Abflussbildung im Himalaya ist und schätze den Anteil der Schnee-und Eisschmelze an dem Gesamtabfluss der Flüssen im Himalaja. Erosionsraten die mittels Schwebestofffracht und der Analyse kosmogener Nukluide berechnet wurden, liegen zwischen 0,1 und 4 mm pro Jahr. Der Sedimenttransport in den Flüssen in Nepal ist limitiert durch die Verfügbarkeit von transportierbarem Material, während der Transport und die Mobilisierung auf den Hängen durch die Verfügbarkeit von Wasser limitiert ist. Zudem sind die Erosionsraten über mehrere Jahrhundert nicht von der Niederschlagsverteilung abhängig sondern vom Relief.

The Wadi Dhuliel catchment/ North east Jordan, as any other arid area has distinctive hydrological features with limited water resources. The hydrological regime is characterized by high variability of temporal and spatial rainfall distributions, flash floods, absence of base flow, and high rates of evapotranspiration. The aim of this Ph.D. thesis was to apply lumped and distributed models to simulate stream flow in the Wadi Dhuliel arid catchment. Intensive research was done to estimate the spatial and temporal rainfall distributions using remote sensing. Because most rainfall-runoff models were undertaken for other climatic zones, an attempt was made to study limitations and challenges and improve rainfall-runoff modeling in arid areas in general and for the Wadi Dhuliel in particular. The thesis is divided into three hierarchically ordered research topics. In the first part and research paper, the metric conceptual IHACRES model was applied to daily and storm events time scales, including data from 19 runoff events during the period 1986-1992. The IHACRES model was extended for snowfall in order to cope with such extreme events. The performance of the IHACRES model on daily data was rather poor while the performance on the storm events scale shows a good agreement between observed and simulated streamflow. The modeled outputs were expected to be sensitive when the observed flood was relatively small. The optimum parameter values were influenced by the length of a time series used for calibration and event specific changes. In the second research paper, the Global Satellite Mapping of Precipitation (GSMaP_MVK+) dataset was used to evaluate the precipitation rates over the Wadi Dhuliel arid catchment for the period from January 2003 to March 2008. Due to the scarcity of the ground rain gauge network, the detailed structure of the rainfall distribution was inadequate, so an independent from interpolation techniques was used. Three meteorological stations and six rain gauges were used to adjust and compare with GSMaP_MVK+ estimates. Comparisons between GSMaP_MVK+ measurements and ground rain gauge records show distinct regions of correlation, as well as areas where GSMaP_MVK+ systematically over- and underestimated ground rain gauge records. A multiple linear regression (MLR) model was used to derive the relationship between rainfall and GSMaP_MVK+ in conjunction with temperature, relative humidity, and wind speed. The MLR equations were defined for the three meteorological stations. The ‘best’ fit of the MLR model for each station was chosen and used to interpolate a multiscale temporal and spatial distribution. Results show that the rainfall distribution over the Wadi Dhuliel is characterized by clear west-east and north-south gradients. Estimates from the monthly MLR model were more reliable than estimates obtained using daily data. The adjusted GSMaP_MVK+ dataset performed well in capturing the spatial patterns of the rainfall at monthly and annual time scales, while daily estimation showed some weakness for light and moderate storms. In the third research paper, the HEC-HMS and IHACRES rainfall runoff models were applied to simulate a single streamflow event in the Wadi Dhuliel catchment that occurred in 30-31.01.2008. Both models are considered suitable for arid conditions. The HEC-HMS model application was done in conjunction with the HEC-GeoHMS extension in ArcView 3.3. Streamflow estimation was performed on hourly data. The aim of this study was to develop a new framework of rainfall-runoff model applications in arid catchment by integrating a re-adjusted satellite derived rainfall dataset (GSMaP_MVK+) to determine the location of the rainfall storm. Each model has its own input data sets. HEC-HMS input data include soil type, land use/land cover map, and slope map. IHACRES input data sets include hourly rainfall and temperature. The model was calibrated and validated using observed stream flow data collected from Al-Za’atari discharge station. IHACRES shows some weaknesses, while the flow comparison between the calibrated streamflow results agrees well with the observed streamflow data of the HEC-HMS model. The Nash-Sutcliffe efficiency (Ef) for both models was 0.51, and 0.88 respectively. The application of HEC-HMS model in this study is considered to be satisfactory.

The Wadi Dhuliel catchment/ North east Jordan, as any other arid area has distinctive hydrological features with limited water resources. The hydrological regime is characterized by high variability of temporal and spatial rainfall distributions, flash floods, absence of base flow, and high rates of evapotranspiration. The aim of this Ph.D. thesis was to apply lumped and distributed models to simulate stream flow in the Wadi Dhuliel arid catchment. Intensive research was done to estimate the spatial and temporal rainfall distributions using remote sensing. Because most rainfall-runoff models were undertaken for other climatic zones, an attempt was made to study limitations and challenges and improve rainfall-runoff modeling in arid areas in general and for the Wadi Dhuliel in particular. The thesis is divided into three hierarchically ordered research topics. In the first part and research paper, the metric conceptual IHACRES model was applied to daily and storm events time scales, including data from 19 runoff events during the period 1986-1992. The IHACRES model was extended for snowfall in order to cope with such extreme events. The performance of the IHACRES model on daily data was rather poor while the performance on the storm events scale shows a good agreement between observed and simulated streamflow. The modeled outputs were expected to be sensitive when the observed flood was relatively small. The optimum parameter values were influenced by the length of a time series used for calibration and event specific changes. In the second research paper, the Global Satellite Mapping of Precipitation (GSMaP_MVK+) dataset was used to evaluate the precipitation rates over the Wadi Dhuliel arid catchment for the period from January 2003 to March 2008. Due to the scarcity of the ground rain gauge network, the detailed structure of the rainfall distribution was inadequate, so an independent from interpolation techniques was used. Three meteorological stations and six rain gauges were used to adjust and compare with GSMaP_MVK+ estimates. Comparisons between GSMaP_MVK+ measurements and ground rain gauge records show distinct regions of correlation, as well as areas where GSMaP_MVK+ systematically over- and underestimated ground rain gauge records. A multiple linear regression (MLR) model was used to derive the relationship between rainfall and GSMaP_MVK+ in conjunction with temperature, relative humidity, and wind speed. The MLR equations were defined for the three meteorological stations. The ‘best’ fit of the MLR model for each station was chosen and used to interpolate a multiscale temporal and spatial distribution. Results show that the rainfall distribution over the Wadi Dhuliel is characterized by clear west-east and north-south gradients. Estimates from the monthly MLR model were more reliable than estimates obtained using daily data. The adjusted GSMaP_MVK+ dataset performed well in capturing the spatial patterns of the rainfall at monthly and annual time scales, while daily estimation showed some weakness for light and moderate storms. In the third research paper, the HEC-HMS and IHACRES rainfall runoff models were applied to simulate a single streamflow event in the Wadi Dhuliel catchment that occurred in 30-31.01.2008. Both models are considered suitable for arid conditions. The HEC-HMS model application was done in conjunction with the HEC-GeoHMS extension in ArcView 3.3. Streamflow estimation was performed on hourly data. The aim of this study was to develop a new framework of rainfall-runoff model applications in arid catchment by integrating a re-adjusted satellite derived rainfall dataset (GSMaP_MVK+) to determine the location of the rainfall storm. Each model has its own input data sets. HEC-HMS input data include soil type, land use/land cover map, and slope map. IHACRES input data sets include hourly rainfall and temperature. The model was calibrated and validated using observed stream flow data collected from Al-Za’atari discharge station. IHACRES shows some weaknesses, while the flow comparison between the calibrated streamflow results agrees well with the observed streamflow data of the HEC-HMS model. The Nash-Sutcliffe efficiency (Ef) for both models was 0.51, and 0.88 respectively. The application of HEC-HMS model in this study is considered to be satisfactory.

This thesis deals with the role of precipitation on erosion and landscape formation in the Nepal Himalayas. I investigate all successive steps involved in the erosion process: 1) Starting from the evaluation of precipitation datasets, 2) the transfer of precipitation to river discharge, 3) the mobilization and transport of material out of the mountain range, 4) and finally, erosion constrains over longer time-scales. I show that the dataset derived from the interpolation of rain gauge data performs best in the Himalayas. I demonstrate the importance of an until now unconsidered, major compartment of the Himalayan discharge cycle, which I identify as a fractured basement aquifer, and estimate the snow and ice melt contribution to the Himalayan rivers. Erosion rates calculated from suspended sediment fluxes and cosmogenic nuclide analysis range between 0.1 and 4 mm/yr. The rivers in the Nepal Himalayas are supply limited and the hillslopes as contributing source are transport limited. Last I show that over several thousand years erosion is not related with precipitation, but with relief. / Cette thèse porte sur le rôle des précipitations sur l’érosion et la formation des reliefs dans l’Himalaya Népalais. J’étudie chaque étape du processus d’érosion : 1) Evaluation des bases de données de précipitations, 2) Transfert des précipitations au débit fluvial, 3) Mobilisation et transport du matériel dans le bassin versant, et enfin 4) Mécanismes d’érosion sur de longues échelles de temps. Je montre que la base de données de précipitations obtenue par interpolation de données pluviométriques est la plus performante pour la région de l\'Himalaya. Je démontre l’importance d’une composante majeure, jusqu’alors ignorée, du cycle de débit de l’Himalaya que j’identifie comme étant les aquifères de sous-sol fracturé, et j’évalue la contribution de la fonte des neiges et glaces aux rivières Himalayennes. Les taux d’érosion calculés à partir des flux de sédiments en suspension et des analyses de nucléides cosmogéniques varient de 0.1 à 4 mm/a. Les rivières au Népal sont limitées par l’apport sédimentaire alors que les versants, en tant que source de sédiments, sont limités par le transport. Enfin, je montre que l’érosion sur des milliers d’années ne dépend des précipitations mais du relief. / Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Rolle des Niederschlag bei Erosions- und Oberflächenprozessen im nepalesischen Himalaja. Ich untersuche die Abfolge der Erosionspsozesse im Himalaja: 1) Ausgehend von der Bewertung von Niederschlagsdatensätzen, 2) die Prozesse der Abflussbildung in Flüssen, 3) die Mobilisierung und Transport von Material, 4) und Erosionsraten über längere Zeiträume. Ich zeige, dass interpolierte Niederschlagsdaten die beste Qualität im Himalaya haben. Ich zeige auf, wie wichtig der bislang unberücksichtigt Grundwasserzwischenspeicher für die Abflussbildung im Himalaya ist und schätze den Anteil der Schnee-und Eisschmelze an dem Gesamtabfluss der Flüssen im Himalaja. Erosionsraten die mittels Schwebestofffracht und der Analyse kosmogener Nukluide berechnet wurden, liegen zwischen 0,1 und 4 mm pro Jahr. Der Sedimenttransport in den Flüssen in Nepal ist limitiert durch die Verfügbarkeit von transportierbarem Material, während der Transport und die Mobilisierung auf den Hängen durch die Verfügbarkeit von Wasser limitiert ist. Zudem sind die Erosionsraten über mehrere Jahrhundert nicht von der Niederschlagsverteilung abhängig sondern vom Relief.

This contribution describes a generator of stochastic time series of daily precipitation for the interior of Israel from c. 90 to 900 mm mean annual precipitation (MAP) as a tool for studies of daily rain variability. The probability of rainfall on a given day of the year is described by a regular Gaussian peak curve function. The amount of rain is drawn randomly from an exponential distribution whose mean is the daily mean rain amount (averaged across years for each day of the year) described by a flattened Gaussian peak curve. Parameters for the curves have been calculated from monthly aggregated, long-term rain records from seven meteorological stations. Parameters for arbitrary points on the MAP gradient are calculated from a regression equation with MAP as the only independent variable. The simple structure of the generator allows it to produce time series with daily rain patterns that are projected under climate change scenarios and simultaneously control MAP. Increasing within-year variability of daily precipitation amounts also increases among-year variability of MAP as predicted by global circulation models. Thus, the time series incorporate important characteristics for climate change research and represent a flexible tool for simulations of daily vegetation or surface hydrology dynamics.