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1. Einleitung 
Im folgenden werden die zwei Motivationen skizziert, die diese Arbeit haben zustande 
kommen lassen. Zuerst wird auf den geographischen und ökonomischen Hintergrund einge 
gangen, anschließend auf die wissenschaftliche Fragestellung. 
Seit Jahrzehnten gehört die Wasserstandsvorhersage zu den Hoheitsaufgaben des Deut 
schen Hydrographischen Instituts (DHI), das am 1.7.1990 mit dem Bundesamt für Schiffsver 
messung zu dem neuen "Bundesamt für Seeschiffahrt und Hydrographie" (BSH) verschmol 
zen wurde. Der regionale Aufgabenbereich des Wasserstandsvorhersage- und Sturmflutwarn 
dienstes des BSH umfaßt die Küsten Niedersachsens, Schleswig-Holsteins, Mecklenburg-Vor- 
pommerns und der Elbe von der Mündung bis ins Hamburger Gebiet. Die Revierzentralen der 
Wasser- und Schiffahrtsverwaltung im Nordseeküstenbereich erhalten mindestens zweimal 
täglich Vorhersagen für die Hoch- und Niedrigwasser in ihren Aufsichtsbereichen. Dort 
werden die Vorhersagen in Logistik für den Schiffsverkehr umgesetzt. Amtliche und private 
Stellen erhalten mündliche und schriftliche Auskünfte [BSH Jahresber.] [DHI Jahresber.]. 
Die Wasserstandsvorhersage ist von (iiber-)lebenswichtiger Bedeutung für Menschen, die 
im Küstenbereich leben. Der veränderliche Wasserstand hat entschiedenen Einfluß auf die 
Küstenschiffahrt, die Fischerei und die Bewohner von Inseln, die durch Watten mit dem 
Festland verbunden sind. Die Watten werden in Abhängigkeit vom Wasserstand überspült 
oder trockengelegt. Zum Schutz gegen die Naturgewalten wurden Deiche errichtet, die bei 
Sturmfluten in Abhängigkeit von der angekündigten Fluthöhe zusätzlich verstärkt werden. Die 
kurzfristige Verstärkung kostet viel Geld. Für langfristigen Schutz müssen die Deiche erhöht 
werden. Um einer optimalen Widerstandsfähigkeit willen darf beim Deichbau eine maximale 
Steigung der Böschung nicht überschritten werden. Eine Erhöhung bewirkt somit eine 
Verbreiterung des Deichfusses zur Wasser- und/oder Binnenseite hin [Otto 94]. Wird Hinter 
land benötigt, muß die Bevölkerung weichen. In diesem Entscheidungskomplex spielt die 
Genauigkeit der Wasserstandsvorhersage eine herausragende Rolle. 
Eine weitere Rolle spielt sie in der Schiffahrt. Hamburg nimmt einen Spitzenplatz unter 
den Welthäfen ein [Hamburg 94], [Hafen Hamburg 93]. Um dem zunehmenden Transportvo 
lumen gerecht zu werden, werden immer größere Containerschiffe mit entsprechendem Tief 
gang eingesetzt. Die Fahrrinne der Elbe müßte durchgehend vertieft werden, um solchen 
Schiffen tideunabhängigen Verkehr zu ermöglichen [Hamburg 93]. Aus ökologischen 
Gründen wird aber nur ein tideabhängiger Verkehr angestrebt [Siefert 93], verbunden mit 
einer nur teilweisen Vertiefung. Der Wasserstand in der Elbe wird von dem in der Nordsee 
bestimmt. Tiefgehende Schiffe können Zeitfenster nutzen, in denen der Wasserstand hoch 
genug und damit eine Mindestwassertiefe für die Revierfahrt vorhanden ist (tideabhängiger 
Verkehr) [Schlüter 93]. Da das BSH für die Sicherheit und Leichtigkeit des Elbverkehrs ver 
antwortlich ist, müssen die Abstriche an der Vertiefung durch eine verbesserte Wasserstands 
vorhersage aufgefangen werden. Die Verbesserung umfaßt sowohl eine Reduktion des 
Vorhersagefehlers als auch eine detailliertere Vorhersage des Wasserstandsverlaufs entlang 
der Elbe. 
Die Wasserstandsvorhersage setzt sich aus zwei unterschiedlichen Anteilen zusammen. Die 
langfristige Komponente (astronomisch bedingte Gezeiten) wird in der Regel für ein Jahr mit 
ausreichender Genauigkeit vorausberechnet. Die kurzfristige Komponente (meteorologische 
Einflüsse) dagegen muß jeden Tag neu fomuliert werden. Bisher werden dafür zwei Ver 
fahren operationeil verwendet, die nach verschiedenen Prinzipien funktionieren: ein älteres 
empirisch-statistisches und ein hydrodynamisch-numerisches Modell jüngeren Datums, das 
beide Komponenten zusammen berechnet. Beide Verfahren werden vom Wasserstands