Forschung

Küstenregionen analysieren

Kopfbild Kueste Forschung

Die Küstenbereiche der Erde faszinieren die Menschen schon immer und werden seit jeher bevorzugt besiedelt. Heute lebt knapp die Hälfte der Weltbevölkerung weniger als 100 Kilometer von der Küste entfernt.
Auch für die Wissenschaft sind die Küsten ein bedeutendes Forschungsfeld. Der Bereich, in dem Land und Wasser aufeinander treffen ist ein Hotspot der Artenvielfalt, der Austauschprozesse und zahlreicher menschlicher Nutzungen.

Die vielfältigen Prozesse und Wechselwirkungen an der Küste zu verstehen und abzuschätzen, wie sich die weltweiten Küsten zukünftig entwickeln - das haben sich die Wissenschaftler des Instituts für Küstenforschung am Helmholtz-Zentrum Geesthacht zur Aufgabe gemacht.

Gemeinsames Ziel ist es, durch Beobachtungen, Analysen und Modelle zu einem besseren Verständnis der natürlichen Abläufe und der menschlichen Einflüsse an der Küste beizutragen. Das Institut für Küstenforschung liefert so die wissenschaftliche Basis für eine nachhaltige Entwicklung und ein zukunftsorientiertes Management der Küsten.


Schwerpunkte


COSYNA
Cosyna-logo Teaser

Coastal Observing System for Northern and Arctic Seas


Aktuelles
Zeppelin Uhrwerk Ozean

Ein Zeppelin für die Meere - Expedition Uhrwerk Ozean gestartet mehr


Fähren als Forschungsschiffe

Die Küste im Blick

Die Küste im Blick mit dem Küstenbeobachtungssystem COSYNA (Coastal Observing System for Northern and Arctic Seas)

Ob mit Satelliten, Wellenmessbojen oder Forschungsschiffen – die Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums Geesthacht haben die Küsten der Welt stets im Blick.

Ihr Küstenbeobachtungssystem COSYNA (Coastal Observing System for Northern and Arctic Seas) ist eines der weltweit umfangreichsten Monitoringsysteme. Das Messnetz mit seinen vielfältigen Messgeräten und Beobachtungsplattformen liefert in Kombination mit Computersimulationen ständig Beschreibungen und Vorhersagen zum Umweltzustand der Nordsee. Die frei zugänglichen Daten aus COSYNA ermöglichen es Nutzern aus Behörden, Forschung und Industrie, Routineaufgaben besser zu planen und auf Ausnahmesituationen wie Verschmutzungen, Ölunfälle oder toxische Algenblüten passend zu reagieren.

Die Küstenforscher entwickeln ihre Methoden ständig weiter. Auch um das „Uhrwerk des Ozeans“ zu verstehen.

Die Wirbeljäger im Uhrwerk Ozean

Meeresströmungen beeinflussen das Leben auf unserer Erde. In Europa gilt der Golfstrom als die Wärmepumpe des Klimas. Die Energie der großräumigen Strömung wird in immer kleinere Wirbel aufgebrochen und geht letztendlich in kleinskaliger Turbulenz und Reibung wieder verloren. Der entscheidende Schritt dieser Energiekaskade findet vermutlich bei Wirbeln von wenigen Kilometer Durchmesser statt.

Wirbelforschung

Den Wirbeln auf der Spur.

Wegen der fehlenden Auflösung von Satelliten und der sehr kurzen Lebensdauer der Wirbel konnten sie erst kürzlich von einem internationalen Wissenschaftsteam unter der Leitung vom Helmholtz-Zentrum Geesthacht erstmals vor Kaliforniens Küste vermessen werden. Um solche Wirbel mit einem Durchmesser von bis zu zehn Kilometern direkt vor Ort zu untersuchen, müssen die Wissenschaftler schnell sein. Denn die Wirbel entstehen und zerfallen innerhalb weniger Stunden und sind an der Wasseroberfläche nur schwer zu sehen.

Die „Wirbeljäger“ arbeiten während ihrer Expeditionen aus dem All, der Luft und vom Wasser aus. Mit in Flugzeugen installierten, hochempfindlichen Wärmebildkameras werden die Wirbel aufgespürt. Dann fahren die Wissenschaftler den Wirbel mit einem schnellen Boot an. Mit speziell entwickelten Messgeräten wird unter anderem die Temperaturverteilung im Wirbel untersucht. Die Ergebnisse geben Aufschluss darüber, wie sich oberflächennahe Wassermassen vermischen oder wie das Auftreten und Wachstum von Mikroalgen gesteuert wird.

Auch in der Nord- und Ostsee werden die Küstenforscher aus Geesthacht diese Verfahren in Zukunft einsetzen.

zum Institut & zu den Abteilungen

Steckbrief Institut

Institut Institut für Küstenforschung
Abteilungen Radarhydrographie: Um die Struktur des Meeresbodens, die Verlagerung von Sanden und anderen Sedimenten im Wasser zu erfassen, sind für gewöhnlich zeit- und kostenintensive Schifffahrten nötig. Die Mitarbeiter der Abteilung Radarhydrographie entwickeln radargestützte Messmethoden, mit denen man mit weniger Aufwand die Gestalt des Meeresgrundes vom Ufer aus untersuchen kann.

Fernerkundung: Die Küstengebiete der Erde lassen sich weltweit großflächig vom Satelliten aus beobachten. Die Abteilung „Bio-Optische Fernerkundung“ benutzt eigene Verfahren, mit denen sich die optischen und biogeochemischen Eigenschaften des Meerwassers aus Satellitendaten bestimmen lassen.

Submesoskalige Dynamik: Die in den letzten Jahren entwickelten, äußerst komplexen Beobachtungstechniken zur Erfassung von Aufbau und Zerfall submesoskalige Wirbel erfordern eine systematische Weiterentwicklung. Ziel ist die vollständige Beschreibung des Energietransportes in Ozean und Küstenmeer, um beispielsweise räumliche Muster für das Auftreten von Zooplankton und anderer Nahrungsquellen von Fischen zu erklären. Unsere Küstenmeere dienen dabei als eine Art Blaupause für Küstenregionen weltweit.

In-situ Messsysteme: Stetige Veränderungen und aktuelle Ereignisse in Küstengewässern können nur beurteilt werden, wenn über deren Wasserqualität kontinuierliche und kostengünstige Informationen vorliegen. Zur Beobachtung der Küstenmeere nutzen und entwickeln wir in-situ Verfahren, die Messungen zur Wasserqualität vor Ort durchführen. So erhalten wir Messergebnisse bereits auf See und nicht erst nach einer Probenanalyse im Labor.

Neue Technologien: Die Abteilung organisiert die Entwicklung neuer Messsysteme und Modelliertechniken, koordiniert die Zusammenarbeit mit Partnern in Forschung und Industrie und kümmert sich um die Vermittlung dieses Wissens an Interessensgruppen und die Öffentlichkeit.

Kleinskalige Physik und Turbulenz: In der neu gegründeten Gruppe "Kleinskalige Physik und Turbulenz" wird daran gearbeitet, die Ozeanzirkulation, Durchmischung und Transportprozesse durch Untersuchung der kleinsten turbulenten Bewegungsskalen zu verstehen.

Von der Atmosphäre bis zum Meeresboden


Aktuelles
Algenblüte an Chinas Küste. (Foto: Xuanzheng YUAN, Qianguo XING)

Internationaler Austausch über Umweltprobleme der chinesischen Küstengewässer mehr


Aktuelles
Frachtschiff

Erhöhte Feinstaubbildung in küstennahen Gebieten mehr


Sensitivitätskartierung
Sensitivitätskartierung im Wattenmeer

Sensitivitätskartierung im deutschen Wattenmeer

Chemische Verbindungen und deren Prozesse, egal ob natürlich vorkommend oder als Schadstoffe industriell produziert, spielen für die Umwelt und den Menschen eine große Rolle. Deren Vorkommen und Verbreitung werden erst mit modernsten Analysetechniken und Computersimulationen sichtbar. Auf den ersten Blick ähnlich verborgen scheint der Meeresboden und die darin ablaufenden Prozesse. Wissenschaftler am Helmholtz-Zentrum Geesthaft machen das „Unsichtbare“ einschätzbar.

Vom langen Leben der Gifte

Header Kbc 01

Selbst an entferntesten Orten lassen sich die extrem langlebigen Substanzen nachweisen.

Durch die Analyse von Luft- und Wasserproben und mithilfe computergestützter Transport-Modelle untersuchen die Wissenschaftler, wie sich Schadstoffe regional und global verbreiten und aus welchen Quellen sie stammen. Im Mittelpunkt der Arbeit stehen organische Schadstoffe, wie sie zum Beispiel in Imprägniermitteln von Textilien oder Flammschutzmitteln in der Autoindustrie eingesetzt werden. Einige dieser Verbindungen sind extrem langlebig und reichern sich auch innerhalb der Nahrungskette stark an. Wie giftig sie wirken und auf welchen Wegen sie in die Umwelt gelangen, ist bislang noch weitgehend unerforscht.

Im Sand des Meeresbodens lesen

Foto Kb Ir

Sedimente sind Archiv der Umweltbedingungen.

Wer wissen will, wie sich das Küstengebiet entwickelt, muss auch den Meeresboden untersuchen. Für flache Schelfmeere wie die Nord- und Ostsee ist der Meeresboden ein besonders bedeutender Teil des Ökosystems. Die Sedimente des Meeresbodens sind nicht nur Archive vergangener Umweltbedingungen, sondern sie nehmen aktiv an Stoffkreisläufen teil, binden Schadstoffe und sind gleichzeitig Lebensraum für eine Fülle von Pflanzen- und Tierarten. Doch bislang werden sedimentäre Prozesse erstaunlich wenig in wissenschaftliche Modelle einbezogen. Das ist ein Gebiet, auf dem die Küstenforscher in Geesthacht der internationalen Schelfmeer- und Küstenforschung wichtige Impulse geben.

Den Meeresboden auf einen Blick

Coastmap Buehne 01

Das coastMap Portal sammelt und bündelt Forschungsdaten zur Aufbereitung in einem Habitatatlas der Nordsee.

Das marine Geodatenportal coastMap bündelt wissenschaftliche Daten zu den physikalischen, biogeochemischen und biologischen Eigenschaften des Meeresbodens in der Deutschen Bucht. Im Mittelpunkt stehen dabei die Ökosystemleistungen und Belastungen des Meeresbodens der Nordsee. Durch raumbezogene Darstellungen können die Daten in coastMap auf einen Blick verortet werden. Ziel von coastMap ist es, vorhandene Daten nach außen transparent und nutzbar zu machen und weitere Anreize für zukünftige Forschungsarbeiten zu liefern.

zu den Instituten & Abteilungen

Steckbrief Institut

Institut Institut für Küstenforschung
Abteilungen Marine Bioanalytische Chemie: Die Abteilung untersucht prioritäre und neue Problemstoffe, insbesondere Schwermetalle und Elementverbindungen sowie durch sie induzierte potentielle Effekte in der küstennahen und marinen Umwelt unter Einsatz von integrativen Probenahmetechniken

Umweltchemie: Die Wissenschaftler erforschen die aktuelle Schadstoffbelastung, aber auch deren historische Entwicklung in der Natur – beispielsweise durch den Vergleich von Luft- und Wasserproben mit Proben aus Sedimenten.

Chemietransportmodellierung: Mithilfe komplexer dreidimensionaler Modellsysteme untersuchen die Wissenschaftler den Transport und den Verbleib von Schadstoffen, Nährstoffen und langlebigen Chemikalien in der Atmosphäre.

Isotope: Die Arbeitsgruppe „Isotope“ verfolgt verschiedenen Eintrags- und Stoffwechselwege anhand der natürlichen Isotopenverhältnisse in unterschiedlichen Stickstoffverbindungen. Das Ziel ist die Bewertung der verschiedenen Eintragswege unter natürlichen Bedingungen in den Flüssen und Küstenmeeren.

Ökosystem und Stoffkreisläufe: Biologen und Geowissenschaftler untersuchen gemeinsam Quellen und Senken von Nährstoffen und Sauerstoff im Küstenmeer und ihre Rolle für Funktionen des Ökosystems. Eine zentrale Rolle spielen dabei Untersuchungen der Prozesse am Meeresboden - eine Herausforderung für neue Mess- und Beobachtungstechniken.

Modellierung zur Bewertung von Küstensystemen: Mathematische Modellierung des komplexen Lebensraums Küste. Dazu werden Langzeitsimulationen verschiedener Rechenmodelle, wie zum Beispiel Atmosphären- und Strömungsmodelle, miteinander kombiniert

Molekulare Erkennung und Trennung: Untersuchung vom Einfluss ausgewählter Schadstoffe auf marine Organismen in situ und im Labor.

Wind, Wellen und der Mensch

Die Geesthachter Wissenschaftler analysieren und modellieren das Klima der Küste. Wie verhielten sich Seegang, Stürme und Sturmfluten in der Vergangenheit und wie könnten sie sich in Zukunft entwickeln? Fundierte Antworten auf diese Fragen helfen die Risiken an den Küsten einzuschätzen und Entscheidungen zu ermöglichen.

Header Ksa

Die Geesthachter Wissenschaftler analysieren und modellieren das Klima der Küste.

Daten für Wissenschaft, Gesellschaft und Wirtschaft

Schiff Jasmine

Auch im Schiffsbau werden die Daten der Geesthachter Küstenforscher genutzt.

Die Datenbank coastDat der Geesthachter Küstenforscher liefert zeitlich und räumlich lückenlose Modelldatensätze zum Küstenklima an Nord- und Ostsee. CoastDat gibt beispielsweise Auskunft über die Wind-, Seegangs- und Wasserstandsverhältnisse in Nord- und Ostsee in den letzten 60 Jahren und darüber, wie sich das Küstenklima in der Zukunft möglicherweise verändern könnte.

CoastDat-Datensätze werden bei der Planung von Offshore-Windenergieanlagen, beim Schiffsbau oder für Potenzialstudien zur Meeresenergienutzung eingesetzt. Auch zur Modellierung von Auswirkungen akuter oder chronischer Ölverschmutzungen kommen sie zum Einsatz.

Klimawandel im Ostseeraum erforscht

Algen_ostsee

Eine Algenblüte in der Ostsee. Für den Ostseeraum haben Wissenschaftler aus 13 europäischen Ländern einen Bericht zum Klimawandel erarbeitet.

Für den Ostseeraum haben Wissenschaftler aus 13 europäischen Ländern einen Bericht zum Klimawandel erarbeitet. In dem Buch „Assessment of Climate Change for the Baltic Sea Basin“ publizierten die Wissenschaftler die erste umfassende Bestandsaufnahme zum Klimawandel im Ostseeraum. Das Buchprojekt wurde federführend vom Baltic Earth-Sekretariat (ehemals BALTEX) mit Sitz in Geesthacht koordiniert. Die Lufttemperaturen im Ostseeraum

könnten demnach bis zum Jahr 2100 um bis zu fünf Grad Celsius ansteigen. Für das Wasser der Ostsee zeigen die Berechnungen einen möglichen Anstieg der Oberflächentemperatur um zwei bis vier Grad Celsius. Weitere regionale Klimaberichte wurden erstellt, unter anderem zur Metropolregion Hamburg.

Gefühlte Sicherheit erforschen

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Durch menschliches Handeln werden Küstensysteme beeinflusst. Wie steht die Küstenbevölkerung zu diesen Aktivitäten?

Windkraftanlagen, Fischerei, Tourismus: Durch menschliches Handeln werden Küstensysteme beeinflusst. Wie steht die Küstenbevölkerung zu diesen Aktivitäten?

Als wie bedrohlich empfindet sie den Klimawandel? Mithilfe sozioökonomischer Untersuchungen verstehen die Geesthachter Küstenforscher das Verhältnis zwischen Mensch und Natur im Küstenraum besser.


Beispiel: Risikobewusstsein der Hamburger Bürger für den Klimawandel [2008 bis 2014]

Steckbrief Institut

Institut Institut für Küstenforschung
Abteilungen Küstenklima: Die Wissenschaftler untersuchen, wie sich das Küstenklima langfristig ändert. Mithilfe komplexer Modellsysteme werden dabei sowohl vergangene Zustände rekonstruiert, als auch Szenarien für die Zukunft erstellt.

Regionale Atmosphärenmodellierung: Nutzung von regionalen Atmosphärenmodellen, um kleinräumige Veränderungen, beispielsweise an kurzen Küstenabschnitten, für einen Zeitraum von mehreren Jahrzehnten darzustellen.

Auswertung und Datenassimilation: Der Schwerpunkt der Forschung liegt auf der synoptischen Beschreibung der Küstengewässer. Damit wird die Entwicklung kontinuierlich laufender Mess- und Modellsysteme und fortschrittlicher Überwachungsstrategien unterstützt. Die Bewertung der Beobachtungssysteme und ihre Verbesserung mithilfe adaptiver Probennahmen und Integration von Daten und Modellen ist die langfristige Strategie der Abteilung.

Paläoklima und Statistik: Untersuchung von Langzeitveränderungen in der Vergangenheit, um die Mechanismen besser zu verstehen, welche Klimavariationen vor der industriellen Periode ausgelöst haben, um so die jüngsten Klimaänderungen in den Kontext einer Langfristperspektive zu stellen.

Sozioökonomie des Küstenraumes: Sozioökonomische Aspekte des Klimawandels, Raumnutzungskonflikte und Rahmenbedingungen zukünftiger Entwicklungen in Küstenregionen. Ziel ist das bessere Verständnis der Mensch-Natur-Interaktionen.

Langfristige Einflüsse und Auswirkungen auf Küstengebiete: Die Forschung der Gruppe fokussiert auf die Analyse von Prozessen, welche langfristige historische, aktuelle und künftige gesellschaftlich relevante Änderungen im Küstenbereich beeinflussen sowie deren Ursache- und Wirkungsbeziehungen. Hierzu werden regionale Datensätze, basierend auf Beobachtungen, Rekonstruktionen und Modellierungen aus den für küstendynamische Prozesse relevanten interdisziplinären Forschungszweigen zusammengebracht und gemeinsam analysiert.

Ökosystemmodellierung: Nutzung der numerischen Modellierung, um Szenarien der Ökosystemdynamik in Küstengewässern zu untersuchen. In dem Modellsystem bilden die Wissenschaftler die relevanten Schnittstellen zwischen Land, Ozean und Atmosphäre ab und beziehen biologische Anpassungsprozesse ein, um die zeitliche und räumliche Variabilität in Beobachtungen erklären zu können.

Themenkoordination Seegangsmodellierung: Entwicklung und Anwendung eines vollständig gekoppelten Atmosphären-Wellen-Ozeanmodells.

Themenkoordination Stürme: Sturmforschung wird am Institut für Küstenforschung des Helmholtz-Zentrums Geesthacht seit mehr als 10 Jahren betrieben. Dabei geht es sowohl um Stürme der gemäßigten Breiten als auch um tropische Stürme wie Taifune sowie um kleinräumige, mesoskalige Stürme wie Polartiefs oder Medicanes.

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Nachwirkung von Starkregen und Sturm: Klimawandel wird in Hamburg wieder bedrohlicher wahrgenommen mehr


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