Bessere Vorhersage von Oberflächenströmungen

Im Journal of Atmospheric and Oceanic Technology stellen Wissenschaftler des Instituts für Küstenforschung am Helmholtz-Zentrum Geesthacht ein neues Verfahren zur Datenanalyse vor, das es ermöglicht, Oberflächenströmungen in der Deutschen Bucht genauer abzuschätzen. Die Arbeit ist in Kooperation mit dem Institut für Ozeanographie der Universität Hamburg entstanden und kann in der Praxis vor allem die Planung von Maßnahmen im Fall von Katastrophen verbessern.

HF-Radar Empfangsarray auf Sylt. Foto: HZG/Jochen Horstmann

Bisher wurden Oberflächenströmungen im Wesentlichen mit mathematischen Modellen analysiert. Aufgrund der unzureichenden Datenlage konnte nur in wenigen Fällen überprüft werden, inwieweit die Modelle korrekte Ergebnisse liefern. Die Situation hat sich geändert, seitdem das Institut für Küstenforschung des Helmholtz-Zentrums Geesthacht in der Deutschen Bucht drei sogenannte Hochfrequenzradargeräte als Teil des COSYNA-Messsystems installiert hat.

Radarsystem mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung

Das in COSYNA eingesetzte Radarsystem besteht aus drei Antennenstationen auf den Inseln Wangerooge und Sylt sowie auf dem Festland in Büsum. „Das Radar sendet mit einer Frequenz von ca. 12 MHz und macht sich den Dopplereffekt zunutze, um aus den zurückgestreuten Signalen Informationen über die Strömungsrichtungen und –geschwindigkeiten zu gewinnen. Die Geräte liefern Informationen über die Oberflächenströmung mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung“ erklärt Dr. Jörg Seemann aus der Abteilung Radarhydrographie des Helmholtz-Zentrums Geesthacht. Die einzelnen Antennenstationen haben eine Reichweite von ca. 100 km und decken so weite Teile der Deutschen Bucht ab.

Illustration der Komplexität der Strömungen während eines Gezeitenzyklus von 12 Stunden. Abbildung: HZG

Die im Journal of Atmospheric and Oceanic Technology vorgestellte neue Methode kombiniert die Analysen der numerischen Modelle mit den Daten aus den Beobachtungen der Hochfrequenzradargeräte und ermöglicht so eine verbesserte Vorhersage insbesondere von kurzfristigen Entwicklungen im Strömungsgeschehen in der Deutschen Bucht innerhalb der nächsten 12 Stunden. „Die Strömungen in der Deutschen Bucht sind sowohl durch die Gezeiten als auch durch den Wind angetrieben. Die Vorhersage ist durch die komplizierte Küstenform und die Struktur des Meeresbodens anspruchsvoll“, sagt Johannes Schulz-Stellenfleth aus der Abteilung „Auswertung und Datenassimilation“ von Prof. Emil Stanev.

Leben retten durch genauere Strömungsabschätzung

In der Praxis sind solche Informationen im Fall von Ölunfällen oder zur Rettung Schiffsbrüchiger unerlässlich. Je genauer sich das Strömungsgeschehen abschätzen lässt, desto gezielter können Rettungsteams auf einen Unfall reagieren und negative Auswirkungen mindern.

Antennenstation in Büsum. Foto: HZG

"Bei der Positionsbestimmung von driftenden Objekten auf der Meeresoberfläche können schon relativ kleine Fehler in den Strömungsschätzungen zu erheblichen Ortsabweichungen führen. Für viele praktische Anwendungen müssen diese Fehler minimiert werden“, sagt Emil Stanev. So zum Beispiel bei im Wasser treibenden Personen, die nach Unfällen auf Schiffen oder Offshore-Plattformen im Rahmen von "Search and Rescue" (SAR) Operationen geborgen werden müssen. Die im Artikel vorgestellte Methode ist inzwischen in das zu COSYNA gehörende Vorhersagesystem integriert und die entsprechenden Strömungsfelder sind auf der COSYNA Webseite frei verfügbar. Zur COSYNA Webseite

Der Artikel ist erschienen in der Februar-Ausgabe des Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, Vol. 32, No. 2, Seiten 256-281. Zum Artikel Blending Surface Currents from HF Radar Observations and Numerical Modeling: Tidal Hindcasts and Forecasts