2022/03/03 by Niehüser, Sebastian, Dangendorf, Sönke, Arns, Arne +1
#FOS: Natural sciences #Hochwasserrisiko #Küsteningenieurwesen #Küstenschutz #Meeresregionen #Wasserstandvorhersage #Windstau
paper · doi:10.18171/1.090102
Im vorliegenden Beitrag wird eine Methodik zur flächig und zeitlich hochauflösenden Wasserstandsvorhersage auf Basis existierender Ansätze und Modelle für die gesamte deutsche Nordseeküste vorgestellt. Übergeordnetes Ziel war es, die bestehenden operationellen Modelle zur Wasserstandsvorhersage in Deutschland zu erweitern, indem sie von einer punktuellen Betrachtung auf die gesamte Küstenlinie ausgedehnt werden. Dafür kam ein hydrodynamisch-numerisches Modell zum Einsatz, mit dessen Hilfe Wasserstands¬informationen für die gesamte deutsche Nordseeküste simuliert bzw. rekonstruiert wurden. Die Modellbildung erfolgte auf Basis aktueller bathymetrischer Informationen, meteorologischer und astronomischer Randbedingungen sowie den beobachteten Änderungen des mittleren Meeresspiegels. Die auf diese Weise generierten Wasserstandsinformationen wurden in die zugrundeliegenden Gezeiten- und Windstauanteile separiert. Hierzu wird der Gezeiten¬anteil direkt mit Hilfe von deterministischen Modellen abgeschätzt, während die Differenz zwischen Wasserstand und Gezeitensignal den meteorologisch induzierten Anteil am Wasserstand beschreibt. Für dieses stochastische Signal (i. d. R. als Windstau bezeichnet) wurde ein empirisch-statistisches Modell auf Basis von multiplen linearen Regressionsbeziehungen entwickelt. Die Ableitung der Regressionskoeffizienten basiert auf meteorologischen Randbedingungen. Ein Schwerpunkt bei diesen empirisch-statistischen Windstaumodellen lag auf der Berücksichtigung der nichtlinearen Interaktion zwischen Gezeiten und Wind-stau. Die Kombination der genannten Modellkette in einen Vorher¬sagebetrieb (Gezeitensynthese plus Windstauvorhersage) ermöglicht nun zum ersten Mal eine flächig wie zeitlich hochauflösende Wasserstandsvorhersage entlang der gesamten deutschen Nordseeküste (einschließlich Inseln und Halligen, Punktabstand ~1 km, Stundenwerte). Anhand eines Sturmflutereignisses (Orkan „Xaver“ im Dezember 2013) wurde das Verfahren praxisnah angewendet und anschließend erfolgreich in einen operationellen Testbetrieb integriert. Diese Arbeit liefert somit einen Beitrag zur Erweiterung und Optimierung bestehender Frühwarnsysteme des Küstenschutzes.