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Full text: Modellierung von extremen Sturmhochwassern an der deutschen Ostseeküste

Die Küste, 75 MUSTOK (2009), 71-130 
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Die für die Pegelgruppe KB und MB maximalen Sturmhochwasser (Realisationen 
1970_47b0dl und 1995_01b0bq) treten nach längerer Simulationszeit auf als das für die 
Pegelgruppe PB maximale Sturmhochwasser (1971_35b0bv). 
3. Modellsimulationen 
3.1 Modellbeschreibung 
Das Modellsystem des BSH (Dick et ah, 2001; Dick et ab, 2008) ist gegenüber dem in 
der Vorauswahl von SEBOK A benutzten Modell kein ausschließliches Ostseemodell, son 
dern umfasst Nordostatlantik, Nordsee und Ostsee (Abb. 1). Damit berücksichtigt es insbe 
sondere den Einfluss des Wasseraustausches zwischen Nordsee und Ostsee durch die Belte 
und den Sund auf den Wasserstand an der deutschen Ostseeküste. Diese 1990 im BSH einge 
führte Modellkonzeption (Kleine, 1994) greift auf frühere Modelluntersuchungen (Mül 
ler-Navarra, 1983) zurück, in denen ein deutlicher Einfluss des Wassermassenaustausches 
durch Belte und Sund sowie der Gezeiten auf die Wasserstände der westlichen Ostsee wäh 
rend der Sturmwetterlage vom 30.12.1977-1.1.1978 nachgewiesen wurde. 
Der Bereich der Nord- und Ostsee wird durch ein baroklines, dreidimensionales, hy 
drostatisches Modell abgedeckt. Die prognostischen Variablen sind neben Wasserstand, 
Schichtdicke, Strömung, Temperatur und Salzgehalt auch Eisdicke und Eiskompaktheit. 
An der Meeresoberfläche wird der Impulseintrag durch eine Parametrisierung der 
Windschubspannung gegeben. Der dabei auftretende Koeffizient (Smith u. Banke, 1975) 
wird für Windgeschwindigkeiten über 30 m/s konstant gehalten. Meteorologische Grund 
lage zur Berechnung von Windschub sowie Wärmefluss sind im operationeilen Betrieb nu 
merische Simulationen mit dem globalen Modell (GME) und dem lokalen Modell (COSMO- 
EU) des DWD. In den Simulationen für MUSE-Ostsee werden Archivdaten dieser Modelle 
und globale Re-Analysen (ERA40) genutzt. Meteorologisches Kernmodell der Untersu 
chung ist jedoch das dem EPS-System des EZMW zu Grunde liegende Modell (IFS). Dane 
ben werden COSMO-EU und weitere spezielle meteorologische Modelle (COSMO-B, 
COSMO-CLM und COSMO-CLMN) genutzt. 
Die Süßwasserzufuhr in die Ostsee wird aus Abflussdaten für die in die Ostsee mün 
dende Flüsse bestimmt. Im operationeilen Betrieb werden diese von der Bundesanstalt für 
Gewässerkunde (BfG) und vom Schwedischen Meteorologischen und Hydrologischen Ins 
titut (SMHI) zur Verfügung gestellt. In MUSE-Ostsee wurden durchgehend (1964-2005) 
klimatologische Werte genutzt. Da maximale Abflussraten (Frühjahr) nach Zeiten mit hohen 
Sturmhochwassern (Herbst und Winter) auftreten (Leppäranta und Myrberg, 2009), ist 
diese Einschränkung gegenüber anderen Annahmen von geringer Bedeutung. 
Für den offenen Rand der Nordsee berechnet ein barotropes Modell des Nordostatlan 
tiks Wasserstandsänderungen auf Grund von Wind und Luftdruck über dem Nordostatlan 
tik. In MUSE-Ostsee wurden Ausschnitte aus globalen Datensätze (ERA40, IFS) so gewählt, 
dass sie auch den Nordostatlantik überdecken. Die lokalen meteorologischen Modelle 
COSMO-EU und COSMO-CLM erfassen nur wenige Gitterpunkte des Nordostatlantik 
modells nicht. Dort wurden die Werte bei vergleichenden Simulationen extremer Sturm 
hochwasser durch IFS-Daten ergänzt. Problematisch war dieses Vorgehen nur für das Modell 
COSMO-B, wo eine Ergänzung auch über der Nordsee nötig war. 
Für Temperatur und Salzgehalt werden am offenen Rand der Nordsee sowohl im ope 
rationeilen Betrieb als auch in MUSE-Ostsee klimatologische Monatsmittelwerte vorgege 
ben. Bei wetterbedingtem Wechsel von Ein- und Ausstromphasen mit Zeitskalen von weni
	        
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