Forschung im HLRN-Verbund 2011

72Wird es die ostfriesischen Inseln im Jahr 2100 noch geben?Auswirkungen des prognostizierten Klimawandels auf die Sediment- undHydrodynamik im Ostfriesischen WattenmeerJ.-O. Wolff, K.A. Lettmann, S. Grashorn, Institutfür Chemie und Biologie des Meeres, UniversitätOldenburgKurzgefasst• Der klimabedingte Anstieg des Meeresspiegelsund veränderte Wind- und Seegangsbedingungenin der Nordsee werden im 21. Jahrhundertzur Zeit unbekannte Auswirkungen auf denTransport und die Verteilung von Sedimenten imWattenmeer haben.• Die kleinskaligen Seegatten und Priele im ostfriesischenWattenmeer bedingen sehr hoch aufgelösteSimulationen der Hydrodynamik• Diese hydrodynamischen Rechnungen auf unstrukturiertenDreiecksgittern mit variabler Dreiecksformund -größe können nur auf einemhochskalierten Multiprozessorsystem in der erforderlichenZeit gerechnet werdenDer zu erwartende Klimawandel wird sich in denvielfältigen Natur- und Wirtschaftsräumen Niedersachsensin sehr unterschiedlicher Weise bemerkbarmachen. Entsprechend werden dessen Folgenin den Watten und Marschen andere sein als inden Sandgebieten der Geest, den grundwasserbeeinflusstenTälern, den Lössfluren sowie im BergundHügelland und im Harz. Das VerbundprojektKLIFF ist ein vom Niedersächsischen Ministeriumfür Wissenschaft und Kultur aus Mitteln der StiftungVolkswagenwerk finanzierter Forschungsverbund,der für eine Dauer von 5 Jahren konzipiertist. In ihm arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftleraus 21 Universitäten und Forschungseinrichtungen.Die Entwicklung von Anpassungsstrategien anden Klimawandel erfordert eine räumlich undzeitlich differenzierte Analyse des Klimawandelsund der Klimafolgen sowie die Berücksichtigungökologischer und gesellschaftlicher Bezüge. ImForschungsthema 7, Küste, sollen die zu erwartetenVeränderungen durch den Klimawandel auf dieNiedersächsische Küstenregion untersucht werden.Insbesondere sollen hier untersucht werdenwie sehr sich ein potentieller Meerespiegelanstiegund veränderte meteorologische Bedingungen aufdie Hydrodynamik und Sedimentdynamik im OstfriesischenWattenmmeer bis zum Jahre 2100 auswirkenwürden.Der Sedimentimport in das Ostfriesische Wattenmeeraus externen Quellen reicht nicht aus, umdas durch den Meerespiegelanstieg von bis zu 1.8m gegen Ende des 21. Jahrhunderts erzeugte Defizitzu kompensieren. Als Konsequenz ergibt sicheine Erodierung auf der seewärtigen Seite der Barriereinselnund einer Ablagerung dieser Sedimenteim Wattenmeer. Insgesamt verlagert sich dasBarriereinselsystem somit landwärts mit einer Ratevon ca. 100 m pro 10 cm Meeresspiegelanstieg.Diese natürliche Verlagerung wurde aber durchmenschliche Aktivitäten wie Landgewinnung undDeichbau in den letzten mehreren hunderten vonJahren gestört mit der Folge, dass die natürlicheFläche des Wattenmeeres an einigen Stellen umbis zu 50 % reduziert wurde. Die Folgen der Eindeichungensind in einer Reduktion des Gezeitenprismasund einer Erhöhung der Energieniveaus senkrechtzur Küste zu finden. Da der natürliche Ablagerungsraumfehlt und die Sedimente durch dieerhöhte turbulente kinetische Energie länger in derWassersäule suspendiert bleiben, werden zunehmendgröbere Sedimentpartikel entlang der Küsteaus dem Wattenmeer entfernt.In den letzten 20 Jahren hat die Popularität unstrukturierterGittermethoden für die Modellierunghydrodynamischer Bedingungen in Küstenzonenund Ästuaren stetig zugenommen. Einen aktuellenÜberblick zum den Stand der Forschung gebenDeleersnijder et al. (2010). Einer der Hauptgründefür diesen Trend ist die besondere Fähigkeit realistischeKüstenlinien gut abzubilden und Raumskalenaufzulösen, die von kleinen Flüssen bis zugesamten Ozeanbecken reichen. Die am weitestverbreiteten Methoden zur Lösung der hydrodynamischenGleichungen auf unstrukturierten Gitternsind die Finite-Elemente- und die Finite-Volumen-Methode. Die hier verwendete Finite-Volumen-Methode gehört zu der Klasse der gewichtetenResiduenmethoden, die konzeptionell dahingehendvon Finiten-Differenzen-Methoden verschiedensind durch die Annahme, dass die Lösunganalytisch repräsentiert werden kann. Ein gegebenerRaum wird dabei unterteilt in finite Volumina(oder Zellen), die jeweils ein kleines Volumen umeinen Knoten auf einem Netz repräsentieren. Eswerden dann Volumenintegrale der grundlegendenGleichungen gebildet und Terme, die eine Divergenzbeinhalten, werden mithilfe des Divergenztheorems(oder des Gauss-Ostrogradsky Theorems)in Oberflächenintegrale umgeformt. DieseTerme werden dann berechnet als Flüsse überdie Oberflächen jedes der finiten Volumina. DaGeowissenschaften