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Analyse von hochaufgelösten Tidewasserständen und Ermittlung des MSL an der deutschen Nordseeküste (AMSeL)

  

  

  

Projektorganisation

Projektziel und –zusammenfassung

Im Laufe des Projekts entstandene Veröffentlichungen

  

Projektorganisation

Koordination und Bearbeitung:
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jürgen Jensen   (jensen@fb10.uni-siegen.de)
Dr.-Ing. Torsten Frank
Dipl.-Ing. Thomas Wahl

Universität Siegen
Forschungsinstitut Wasser und Umwelt (fwu)
Paul-Bonatz-Str. 9-11
57076 Siegen

Laufzeit:
01.10.2007 bis 30.09.2010

Förderung und Fachliche Begleitung:

AMSeL ist ein KFKI Projekt (Kuratorium für Küsteningenieurwesen), gefördert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) durch Projekt Management des Projektträgers Jülich (PTJ) unter dem Förderkennzeichen 03 KIS 068

Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) (http://www.bmbf.de/)
Kuratorium für Forschung im Küsteningenieurwesen (KFKI) (http://www.kfki.de/)
Projektträger Jülich (PTJ) (http://www.ptj.de)

Projektseite AMSeL auf der KFKI Webseite
 

Projektziel und –zusammenfassung

Vorstellung des Forschungsvorhabens und Aufgabenstellung:

Die mittleren Tideverhältnisse und die Entwicklung der Wasserstände an der deutschen Nordseeküste (siehe Abbildung 1) werden routinemäßig über verschiedene Parameter definiert. So geben die Mittleren Tidehochwasser (MThw), die Mittleren Tideniedrigwasser (MTnw), und der Mittlere Tidehub (MThb) als Differenz der ersten beiden Parameter, die Jahresmittel der entsprechenden Wasserstände an. Die entsprechenden Scheitelmaxima geben die Jahresextrema an und werden auf Basis langjähriger Beobachtung ausgewertet und der weiteren statistischen Zeitreihenauswertung bis hin zu Trendanalysen zugeführt. Die Sturmflutverhältnisse werden über die HThw bzw. auch HHThw als die höchsten Scheitelwerte über definierte Zeiträume charakterisiert. Flut- und Ebbedauer werden als TF und TE definiert, bedingen aber bereits eine weitergehende Auseinandersetzung mit dem tatsächlichen Verlauf der Tide. Dieser Tideverlauf ist in seiner zeitlichen Abfolge von extremen Scheitelwerten sowie in den damit einhergehenden Verweildauern bestimmter Wasserstände noch wenig untersucht; vor allem im Hinblick auf den bisher beobachteten und weiter prognostizierten Anstieg des Meeresspiegels.
Die Angabe eines Mean Sea Level (MSL) als z.B. Mittel von Stundenwerten über einen Zeitraum von 18,6 bzw. 19 Jahren (intern. Definition) hat in Deutschland keine Tradition; der MSL ist aber im Zuge der Klimadiskussion eine wichtige Vergleichsgröße. Bisherige Ansätze zur Abschätzung des mittleren Meeresspiegels basieren meist auf arithmetischen Mittelwerten von MThw und MTnw, ohne Berücksichtigung der Tideform. Der MSL ist für die deutsche Nordseeküste eine zeitabhängige Größe, die weiterhin auch von einem Küstenabschnitt zum anderen variiert.
Neben dem MSL sind weiterhin die Ausprägung aufeinanderfolgender Tiden in Form von Verweildauern als auch in Form von Anzahl in Folge auftretender Tidescheitel verschiedener Höhenniveaus, sogenannter Tideketten, wesentliche Informationen, welche bei der Planung regionaler Küstenschutzstrategien herangezogen werden sollten.
 

Untersuchungsgebiet

Abb. 1: Untersuchungsgebiet und für Endbearbeitung herangezogene Pegelstationen

  

Projektergebnisse:

Einer der Arbeitsschwerpunkte bestand in der Datenrecherche und Aufbereitung qualitativ hochwertiger Zeitreihen. Dabei wurden umfangreiche Massendaten zusammengeführt, analysiert und plausibilisiert. Dabei konnten Qualitätsunterschiede zwischen den historischen (vor 1936) und neueren Datensätzen (ab 1936) festgestellt werden. Bei der Generierung langer Zeitreihen des Relativen Mean Sea Levels (RMSL) wurden sowohl hochaufgelöste Daten, als auch Scheitelwerte in Kombination mit dem k-Wert Verfahren genutzt.
Gleichzeitig konnten wichtige Erkenntnisse für den Umgang mit möglichen zukünftigen Meeresspiegelentwicklungen im Rahmen der regionalen Küstenschutzplanung gezogen werden. Bei den Vergleichsbetrachtungen konnten deutliche Unterschiede in der MSL-Entwicklung über die letzten ca. 150 Jahre in der Deutschen Bucht und im Mittel globaler MSL-Auswertungen festgestellt werden. Beim Vergleich der MSL-Rekonstruktionen für die Deutsche Bucht und den Nord-Ost-Atlantik konnte über größere Zeitabschnitte des betrachteten Zeitraumes ein ähnliches Verhalten nachgewiesen werden. Auf Basis dieser Ergebnisse konnte die Empfehlung abgeleitet werden, für Küstenschutzfragen auf verfügbare und noch zu erstellende regionalisierte Meeresspiegelszenarien zurückzugreifen. Gleichzeitig wurde die Möglichkeit aufgezeigt und diskutiert, die nun verfügbare lange MSL-Rekonstruktion für die Deutsche Bucht direkt zur Ableitung von Szenarien im Sinne einer Prognose über wenige Dekaden hinweg zu nutzen.
Aus den Analysen zu Verweildauern und Tideketten geht hervor, dass für die jeweils abzuleitenden Parameter positive Trends zu verzeichnen sind. Für die durch unterschiedlich lange Tnw-Ketten erreichten Wasserstände liegen die Trends in der Mehrzahl über den Trends des jeweiligen MTnw und oft auch über dem Trend des jeweiligen MSL. Auch für die Thw-Ketten liegen die Trends meist über dem Trend des MThw, was in diesem Fall gleichbedeutend mit einer Überschreitung der Anstiegsrate des MSL ist.
Bezüglich der Auftretenshäufigkeit solcher Kettenereignisse erscheint eine signifikante Trendbestimmung aufgrund der geringen Anzahl entsprechender extremer Ereignisse sowie der Beeinflussbarkeit des Trends durch unterschiedlich entlang der Zeitachse angeordneter Einzelereignisse schwierig. Generell wird jedoch die Schlussfolgerung gestützt, dass eine Berücksichtigung des Jahres-MSL (zeitabhängig) sinnvoll und trendreduzierend ist, aber dass dennoch ein gehäuftes Auftreten von Ereignissen, sowohl von Tnw- als auch Thw-Ketten, in den Jahren zwischen Mitte der 70er bis Mitte/Ende der 90er zu beobachten ist. Die Bestimmung des MSL als Referenz für das Auftreten und den Trendverlauf von Kettenereignissen ist damit eine wichtige, jedoch allein nicht hinreichende Größe.
Auch bei den Verweildauern, die langjährig nur für den Pegel Cuxhaven analysiert werden konnten, ist festzuhalten, dass sich durch die Auswertung langjährig vorliegender Aufzeichnungen des Wasserstands in mindestens Stundenintervallen aussagekräftige Trendaussagen sowohl zu anteiligen Veränderungen von Verweildauern und Wasserstandshöhen innerhalb der mittleren Tide als auch bezogen auf die mittlere Verweildauer innerhalb eines Jahres  gewinnen lassen.
Zur weitergehenden Verwertung wurde gemeinsam mit dem Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie eine Webseite geplant, welche auf der Webpräsenz des BSH gehostet werden soll. Auf ihr sollen die im Vorhaben AMSeL ermittelten MSL-Zeitreihen, zunächst für den Pegel Cuxhaven-Steubenhöft (später alle AMSeL-Pegel), in grafischer und tabellarischer Form abrufbar gemacht werden und diese Daten auch in Zukunft seitens des BSH mit dem im Vorhaben entwickelten Methodiken fortgeschrieben werden.

 

Im Laufe des Projekts entstandene Veröffentlichungen

Abschlussbericht:

Jensen, J.; Frank, T.; Wahl, T.; Dangendorf, S., 2011: Analyse von hochaufgelösten Tidewasserständen und Ermittlung des MSL an der deutschen Nordseeküste (AMSeL), Abschlussbericht, Siegen (Bericht mit Anhängen)

Artikel:

Wahl, T.; Jensen, J.; Frank, T., 2010: On analysing sea level rise in the German Bight since 1844, Nat. Hazards Earth Syst. Sci., 10, 171-179. (Journal article)
Wahl, T.; Jensen, J.; Frank, T.; Haigh, I.D., 2011: Improved estimates of mean sea level changes in the German Bight over the last 166 years, Ocean Dynamics, Volume 61, Number 5. (Journal article)
Frank, T.; Wahl, T. and Jensen, J., 2011. Mean Sea Level and Tidal Analysis at the German North Sea Coastline. Journal of Coastal Research, SI 64 (Proceedings of the 11th International Coastal Symposium), 501 – 505. Szczecin, Poland, ISSN 0749-0208 (Journal article waiting for online publication, Poster)

Proceedings:

Jensen, J.; Wahl, T.; Frank, T. and Blasi, C.; 2008: AMSeL – Mean Sea Level and Tidal Analysis at the German North Sea Coastline, Geophysical Research Abstracts, Vol. 10, EGU General Assembly 2008, Vienna, Austria. (Poster: Link lokal auf Poster)
Jensen, J.; Wahl, T. and Mudersbach, Ch., 2008: Sea Level Variations at the German North Sea and Baltic Sea Coastlines, Proceedings of the 7th International Conference on Coastal and Port Engineering in Developing Countries (PIANC COPEDEC VII), Dubai.
Wahl, T.; Jensen, J.; Frank, T., 2008: Changing sea level and tidal dynamics at the German North Sea coastline, Proceedings of the Coastal Cities Summit 2008, St. Petersburg, USA.
Jensen, J.; Wahl, T.; Blasi C., 2009: Investigation of Mean Sea Level and Tidal Dynamics in the Light of Climate Change, Medcoast 09 - 9th International Conference on the Mediterranean Coastal Environment, Sochi, Russia.
Wahl, T.; Jensen, J.; Frank, T., 2009: Combining high and low resolution sea level data for MSL computations in shallow seas, Geophysical Research Abstracts, Vol. 11, EGU General Assembly 2009, Vienna, Austria. (Poster)
Wahl, T.; Frank, T.; Jensen, J., 2010: Sea level rise in the German Bight as one of the main contributors to changing storm surge statistics, Storm Surges Congress, Hamburg. (Poster)
Wahl, T.; Frank, T.; Jensen, J., 2010: Regional patterns of sea level change in the German North Sea in a worldwide context, Geophysical Research Abstracts, Vol. 12, EGU General Assembly 2010, Vienna, Austria. (Poster)
Wahl, T.; Frank, T.; Jensen, J.: Regional patterns of sea level change in the German North Sea related to global patterns – Are IPCC projections reliable for regional planning purposes, 34th IAHR world congress, Brisbane, Australia, 2011 (accepted).