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Mit aufwändigen Rechenmodellen und moderner Radartechnik ergründen Forscher die Strömungen des Meeres. Ihnen gelingen immer präzisere Voraussagen – wovon Rettungskräfte und Wissenschaftler gleichermaßen profitieren. Was uns bewegt: Wohin das Wasser fließt


Institut für Küstenforschung
Küsten, Klima und Gesellschaft

Computersimulationen

Das Gesamtsystem im Blick

Deutsche Bucht

Foto: Data from ESA (MERIS), processed by Helmholtz-Zentrum Geesthacht Zentrum für Material- und Küstenforschung GmbH

Um die vielfältigen Wechselbeziehungen zu verstehen, bilden sie die HZG-Forscher auf Großrechnern mit Computersimulationen nach. Das Ziel: ein möglichst detailliertes und aussagekräftiges Modell des Gesamtsystems Küste.

Basis für diese virtuellen Modelle sind grundlegende physikalische Prinzipien und daraus abgeleitete Bewegungsgleichungen. Sie beschreiben unter anderem die Dynamik von Ozeanzirkulation oder von Luftströmungen in der Atmosphäre. Die Modellierung hat das Gesamtsystem im Blick, das von den Flusseinzugsgebieten über die Randmeere bis zu den Ozeanrändern reicht und sowohl die Meere als auch die Atmosphäre einschließt. Beobachtungsdaten, gewonnen etwa durch das Küsten-Messnetz COSYNA, tragen zur Verbesserung der Modellergebnisse bei und können mithilfe von mathematischen Methoden in die Berechnung eingehen. Auch der Mensch hat einen stetig wachsenden Einfluss auf das Geschehen: Er betreibt Fischerei, baut Windparks in die See und belastet die Küsten mit Schadstoffen.

Warum Computermodelle wichtig sind

Manche der Modelle erlauben fundierte Prognosen. Ein Beispiel sind Voraussagen darüber, wie sich die Meeresströmungen in der Deutschen Bucht kurzfristig entwickeln werden. Für die Schifffahrt liefern sie wichtige Informationen: Sollte zum Beispiel eine Person über Bord gehen, kann man mithilfe der Simulationen abschätzen, wohin die Strömungen den Verunglückten treiben. Bei einer Ölhavarie lässt sich angeben, in welche Richtung sich der Ölteppich bewegt und ob Wattgebiete oder Inseln bedroht sind.

Mit anderen Modellen lassen sich längerfristige Szenarien erstellen, insbesondere im Zusammenhang mit dem Klimawandel: Könnten in den nächsten Jahrzehnten Stürme in unseren Breiten durch den menschgemachten Klimawandel heftiger und stärker werden? Wie sehr könnte der Meeresspiegel in bestimmten Regionen steigen, welche Küstenregionen dürften am stärksten gefährdet sein? Bereits heute erteilt das Norddeutsche Küsten- und Klimabüro über seine Produkte Informationen zu möglichen Klimaänderungen und deren Auswirkungen im Norden Deutschlands.

Ebenfalls mithilfe von Rechnersimulationen versuchen die Experten abzuschätzen, inwieweit die Türme von Offshore-Windparks das Wasser in ihrer Umgebung so stark vermischen, dass sich die Strömungsverhältnisse in der Nordsee ändern. Zwar sind Aussagen wie diese stets mit einigen Unsicherheiten behaftet. Doch die HZG-Forscher bemühen sich, diese Unwägbarkeiten immer weiter zu minimieren – zum einen durch verbesserte Rechenmodelle, zum anderen durch ein tieferes Verständnis der komplexen, miteinander gekoppelten Prozesse.

In die Vergangenheit schauen, um für die Zukunft zu lernen

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Foto: Fotolia/dell

Ferner dienen die Simulationen dazu, in die Vergangenheit zu schauen, um für die Zukunft zu lernen. Über die Nordsee liegen Messdaten aus mehr als 150 Jahren vor. Daraus lassen sich Statistiken ermitteln, wie sich bestimmte Wetter- oder Strömungsbedingungen ausbilden. Entsprechende Modelle sind in einem Datensatz namens "coastDat“ zusammengefasst und dienen als wichtige Grundlage etwa für die Planung von neuen Offshore-Windparks: In welchen Monaten ist das Wetter am günstigsten, um die Windräder zu warten?

Um das System Küste möglichst umfassend zu verstehen, ist das Institut für Küstenforschung vielfältige Kooperationen mit nationalen und internationalen Forschungspartnern eingegangen. Unter anderem ist es am Klima-Exzellenzcluster beteiligt und arbeitet im Rahmen des Netzwerks „KlimaCampus Hamburg“ eng mit Behörden, Hochschulen und Forschungseinrichtungen zusammen, beispielsweise dem Max-Planck-Institut für Meteorologie sowie der Universität Hamburg. Auch hinter dem vom HZG koordinierten Küsten-Messnetz COSYNA steckt eine breit angelegte Kooperation: Beteiligt sind unter anderem das Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH), das Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) sowie mehrere Landesämter und Institute der Universitäten Bremen, Oldenburg und Kiel. Alles in allem arbeiten mehr als 100 Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen für COSYNA.