Operationelle Systeme
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Messinstrumente werden von Bord der "Ludwig Prandtl" ins Meer abgelassen. -Bild: HZG-

Submesoskalige Dynamik

In dieser Abteilung wird untersucht, wie sich Wasser und in ihm schwebende Sedimente und Algen („Schwebstoffe“) im Küstenozean und speziell im Wattenmeer vermischen. Zudem werden der Hin- und Hertransport dieser Schwebstoffe zwischen Küste und offenem Meer und ihr Verbleib untersucht. Dafür werden die entscheidenden Messgrößen wie Strömungsgeschwindigkeit, Wassertemperatur, Salzgehalt oder Konzentrationen der Schwebstoffe gemessen. Zum Einsatz kommen mobile und verankerte Messgeräte. Mittels einfacher theoretischer Modelle deuten die Wissenschaftler die gewonnenen Messdaten und leiten daraus die wichtigsten Parameter der Transportprozesse ab. Diese finden später Eingang in umfassende mathematische Modelle anderer Abteilungen, die die Materialtransporte in den Küstenmeeren genau berechnen.

Ein weiteres Augenmerk der Abteilung liegt auf der Erforschung sogenannter „submesoskaliger Strukturen“. So werden einzelne Wirbel und Fronten im Meer mit einer Größe von einigen hundert Metern bis zu einigen Kilometern bezeichnet. Sie sind dank klar erkennbarer Grenzen eindeutig identifizierbar. Hier wird untersucht, wie sich die im Meer vorhandene Energie in verschiedenen Stufen von submesoskaligen Strukturen letztlich in Wärme umwandelt. Die kurze Lebensdauer der Strukturen von nur einigen Stunden macht ihre Beobachtung jedoch schwierig.


Forschungsziele

  • Schwebstoffe Schwebstoffe und daran haftende Nähr- oder Schadstoffe werden aus dem vorgelagerten Schelfmeer und einmündenden Flüssen in die Küstenmeere eingetragen. Sie unterliegen dort einem komplexen Wechselspiel von Strömungen, Wellen, Zuflüssen von Süßwasser und biologischen Prozessen. Untersucht wird, warum die Menge an Sedimenten im Wattenmeer nahezu unverändert bleibt, obwohl bei jeder Tide sehr große Mengen durch Ebbe und Flut transportiert werden und einzelne Stürme zudem große Sedimentmengen vom Meeresboden in das Wasser schaffen.
    Die im Wattenmeer vorhandenen Sedimentmenge ist für den Lebensraum Wattenmeer entscheidend: Untersucht wird daher, ob die Sedimentzufuhr ausreicht, um bei steigendem Meeresspiegel die Größe der Wattflächen im Wesentlichen zu erhalten. Erforscht wird zudem, ob auf Dauer über die Schwebstoffe genügend Nährstoffe aus der Nordsee nachgeliefert werden können, um die hohe Produktion an Pflanzen und Tieren im Wattenmeer zu erhalten. Die gewonnen Erkenntnisse unterstützen das nachhaltige Management des „Weltnaturerbes Wattenmeer“.
  • Submesoskalige Strukturen Derzeitig gibt es noch grundsätzliche Lücken in der Beobachtung der Ozeane bei submesoskaligen Strukturen. Der Grund liegt in ihrer kurzen Lebensdauer und der Nichtvorhersagbarkeit ihres Auftretens.
    Aufbau und Zerfall von submesoskaligen Wirbeln und Fronten konnten bisher kaum untersucht werden, da passende Beobachtungstechniken erst in den letzten Jahren entwickelt wurden. Die Wissenschaftler widmen sich der systematischen Weiterentwicklung dieser äußerst komplexen Beobachtungstechniken und der Untersuchung der submesoskaligen Prozesse. Forschungsziel ist zum einen eine vollständigere Erklärung des Energietransportes von den Ozeanen an die Küsten über stufenweise Energieumwandlungen. Zudem wird vermutet, dass die plötzlichen Temperatursprünge an den scharfen Kanten der submesoskaligen Strukturen das Wachstum von Phytoplankton, der Grundlage des Nahrungsnetzes der Meere, anstoßen. Dies beeinflusst zudem die räumlichen Muster für das Auftreten von Zooplankton und weiterer Nahrung von Fischen.
  • COSYNA Beobachtungsmethoden, Messergebnisse und Verfahren für die Gewährleistung guter Datenqualität werden von den Wissenschaftlern routinemäßig in das Küstenbeobachtungssystem COSYNA integriert. Ziel ist es, einen Beitrag für die Erklärung langfristiger Entwicklungen von Küstenmeeren zu erbringen. So lassen sich auch kurzfristige und kritische Zustände erkennen. Die Deutsche Bucht soll dabei als eine Art Blaupause für Küstenregionen weltweit stehen.