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23. KFKI Seminar · Hamburg · 05.12.2017
Arne Arns, Andra Ebener, Leon Jänicke, Sönke Dangendorf & Jürgen Jensen
Forschungsinstitut Wasser und Umwelt (fwu)
Analyse der beobachteten Tidedynamik in der Nordsee
ALADYN-A
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Hintergrund
Beobachtete Entwicklung
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Hintergrund
Beobachtete Entwicklung
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Hintergrund
Lokale Unterschiede
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Hintergrund
+54 cm +71cm +174cm
Numerische Sensitivitätsstudie zu Tideänderungen
Simulation von 75 „Sturmfluten“ seit 1970
Simulation extremer Wasserstände
Dynamische Kopplung von Wasserstand und Seegang
Anstieg des mittleren Meeresspiegels (SLR)unter Berücksichtigung von
RCP4.5: +54 cm SLR RCP8.5: +71 cm SLR RCP8.5 HE: +174 cm SLR
A-B Vergleich, mit
A = HindcastB = Projektionen
“Ocean tides have experienced large‐scale changes over the past century, in concert with regionally variable global mean sea level (MSL) rise” (Devlin et al., 2018)
ARNS ET AL. 2017
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Wie lassen sich die beobachteten Änderungen in der Tidedynamik an der Deutschen Nordseeküste ganzheitlich erklären?
Übergeordnete Forschungsfrage
Hintergrund
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Langfristige Änderungen des mittleren Meeresspiegels
Langfristige Änderungen im globalen Gezeitenregime
Änderungen im Windklima und Luftdruckfeldern
Verschiebung der amphidromischen Punkte (Ursache <-> Wirkung)
Gestalt des Nordseebeckens (inkl. Flussmündungen und Wattenmeer)
Änderungen in der Bathymetrie
Baumaßnahmen entlang der Küste und den Ästuaren
u.v.m.
Tideänderungen (anteilig)
Erklärungsversuche
Global/überregional
regional
lokal
Arns et al. (2017) Arns et al. (2015)
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Hintergrund
Lokale/regionale/globale Charakteristiken überlagern sich
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Hintergrund
Gibt es ein gemeinsames Signal in der Nordsee?
~80%
GB FRA NL DB
+
-
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Hintergrund
Regionale Ausprägung/Antwort, globale Ursache?
• MSL?• Hohe Korrelationen
Temperatur vs. PC1• Beginn vor Portugal
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Hintergrund
Gesamte Nordsee, globale Ursache?
• Kohärentes Signal aus dem Atlantik
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Hintergrund
Lokal stark ausgeprägt, lokale Ursache?
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Baumaßnahmenkatalog
Lokale Effekte
Seit 1900: vielzählige Baumaßnahmen an derKüste von Schleswig-Holstein
Konsequenz: Veränderungen der Küstenlinie / Form
Typische Baumaßnahmen:
Bekannte Eckdaten der Maßnahmen:
• Eindeichung der Vorländer• Bau von Dämmen• Bau von Sperrwerken
• Baujahr• Deichkronenhöhe• Küstenlänge (Veränderung) • Fläche
LEHMANN, 2018
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Lokale Effekte
Eindeichung der Meldorfer Bucht
• Bauzeit: 1969 – 1978
• Reduzierung der Deichlinie
• Reduzierung des Tidevolumens
8,8 Meter hoher Deich
14,8 km langer Deich (im Kernbereich der Bucht)
LEHMANN, 2018
Büsum
Cuxhaven MELDORFERBUCHT
Meldorfer Bucht
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Lokale Effekte
Bayesian Change Point Algorithm
Analyse der Residualzeitreihe
MThb residual,i = MThb beobachtet,i – PC1 MThb,i
Bruchpunktanalyse
Büsum Cuxhaven Steubenhöft0 0.0000 0.00941 0.9866 0.99022 0.0133 0.00043 0.0000 0.00004 0.0000 0.0000
Number of change points
Posterior Probability
Eindeichung Meldorfer Bucht1969 – 1978
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Die Tidedynamik ist bislang nicht vollständig verstanden
Weltweit erste Separierung von Einflüssen auf die Tidedynamik in einem zusammenhängenden System
Veränderungen der Tidedynamik als Antwort auf globale, regionale und lokale Einflüsse
Die Ausprägung ist lokal stark unterschiedlich
Tidedynamik wird beeinflusst von:
Meeresspiegeländerungen
Baumaßnahmen
Ozeantemperatur
…
Finaler Nachweis und Budgetierung der Einzelkomponenten steht noch aus
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Zusammenfassung
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Dr.-Ing. Arne ArnsAndra Ebener, M. Sc.Leon Jänicke, M. Sc. Dr.-Ing. Sönke DangendorfProf. Dr.-Ing. Jürgen Jensen
Universität SiegenForschungsinstitut Wasser und Umwelt (fwu)Paul-Bonatz-Str. 9-1157076 Siegen
Fragen oder Anregungen?
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Arns, Arne; Dangendorf, Sönke; Jensen, Jürgen; Talke, Stefan; Bender, Jens & Pattiaratchi, Charitha B. (2017): Sea-level rise induced amplification of coastal protection design heights. Nature Scientific Reports 7. DOI: 10.1038/srep40171.
Arns, Arne; Wahl, Thomas; Dangendorf, Sönke & Jensen, Jürgen (2015): The impact of sea level rise on storm surge water levels in the northern part of the German Bight. Coastal Engineering 96, S. 118–131. DOI: 10.1016/j.coastaleng.2014.12.002.
Devlin, Adam T., Pan, Jiayi, & Lin, Hui (2019): Extended spectral analysis of tidal variability in the North Atlantic Ocean. Journal of Geophysical Research: Oceans, 124. https://doi.org/10.1029/2018JC014694.
Jänicke, Leon; Dangendorf, Sönke; Arns, Arne & Jensen, Jürgen (2018): Assessing 20th century tidal range changes in the North Sea. ALADYN-Workshop 2018. Hamburg, 2018.
Lehmann, Christopher (2018): Baumaßnahmen an der Westküste Schleswig-Holsteins seit 1900; Landesbetrieb für Küstenschutz, Nationalpark und Meeresschutz Schleswig-Holstein (LKN.SH); 2018.
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Referenzen
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Niederländische Küste
Abb. 7: Geographic description of Afsluitdijk and influenced tide gauges. (TIDEDYN; JÄNICKE ET AL., 2018)
Den Helder
West-Terschelling
Den Oever
Afsluitdijk
20 km
Harlingen
Lokale Effekte
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Niederländische Küste
Abb. 8: Comparison of the tidal range values of the tide gauges Den Helder, Den Oever buiten, Harlingen and West-Terschelling (all NL). (TIDEDYN; JÄNICKE ET AL., 2018)
Lokale Effekte