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Invigorating Hydrological Science and Teaching: merging key Legacies with new Concepts and Paradigms (ViTamins)

Das Projekt ViTamins zielt auf die nachhaltige Belebung und Stärkung des kleinen Fachs Hydrologie als a) akademisches Fundament einer nachhaltigen Wasserressourcenbewirtschaftung in einer sich wandelnden Welt, b) als „Kitt“ zwischen den benachbarten Ingenieurdisziplinen Hydromechanik und Hydraulik und c) vernetzendes Element zwischen den Erdsystemwissenschaften Meteorologie/Klimaforschung, Ökologie und Bodenkunde. Das vorgeschlagene Strategiekonzept beruht auf vier wissenschaftlichen Eckpfeilern (Scientific Corner Stones; SCS), welche die akademischen Stärken eines Kernteams führender Hydrologen und Klimaforscher bündeln und großes Potenzial bieten, um das Fach Hydrologie durch Vertiefung und Vernetzung zu stärken und für Studenten attraktiver zu gestalten:

  • Die Hydrologie ist traditionell eine empirische, datengetriebene Wissenschaft, in die A. Bárdossy schon 1995 Verfahren der Künstlichen Intelligenz eingeführt hat. Sie ist somit prädestiniert um Synergien zwischen Daten-/KI basierter und der noch jungen theoriebasierten hydrologischen Forschung und Lehre auszuloten (SCS I). Dieser Komplex ist ideal, um die Hydrologie durch „citizen science“ in der Öffentlichkeit bekannter zu machen.

  • Trotz ihrer fundamentalen Bedeutung für das Erdsystem, fehlt der Hydrologie im Vergleich zu den Disziplinen Meteorologie, Hydromechanik und Hydraulik ein theoretisches Fundament, dass erklärt warum Prognosen mit vereinfachten empirischen Modellen oft funktionieren, und einen Rahmen für Experimente und Modellentwicklung bietet. SCS II zielt auf die Schließung dieser Lücke, auch, um das Fach auch bei den Studenten aufzuwerten, die sich heute noch für die anderen genannten Fächer entscheiden.
  • Die hydrologische Community ist zersplittert in Modellierer und Feldforscher, aber auch in Grundwasser- und Oberflächenwasserhydrologen. SCS III und IV zielen auf die Zusammenführung dieser Teil-Communities durch gemeinsame Forschungs- und Lehrekonzepte, auch um den Austausch von Studierenden und Doktorand*innen zu fördern.
ViTamins setzt auf den Ausbau der strategischen Zusammenarbeit eines Kernteams international führender Wissenschaftler unter Integration ihres weitereichenden Community-Netzwerks, sowie die Verbindung inspirierender Forschung und mit einer konzertierten Aktion zur Schärfung und Harmonisierung der hydrologischen Curricula der beteiligten Universitäten. Das Projekt ist in sieben Arbeitspakete strukturiert und kombiniert neu beantragte Strategieelemente mit am KIT laufenden strategischen Entwicklungen als Rückgrat:
  • Eine neue Nachwuchsgruppe im Bereich “Energy and Information Flows in Hydrological Systems”, um die Schwungmasse des Kernteams zu verstärken.
  • Mehrere „Bridging Post Docs“ um die Zusammenarbeit im Kernteam und im Community-Netzwerk voranzutreiben und zu koordinieren.
  • Laufende durch den Haupantragsteller mitkoordinierte Entwicklungen im Bereich des Forschungsdatenmanagements, um Reproduzierbarkeit in der Wissenschaft sicherzustellen und die technischen Voraussetzungen für KI und Big Data in der Hydrologie zu schaffen.
  • Die Langfristentwicklung eines “Karlsruhe Environmental System Simulator” (KESS), um die Lücke zwischen Feld-, Laborexperimenten und numerischen Modellen zu schließen.
  • Die Stärkung der forschungsorientierten Lehre, durch Entwicklung und Testen neuer Lernformen sowie Schärfung und Harmonisierung der hydrologischen Curricula der beteiligten Universitäten und darüber hinaus.