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Full text: 15: Wasserstandsvorhersage mittels neuronaler Netze

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geographisch ungefähr in der Mitte der deutschen Nordseeküste, sondern manchmal auch den 
Stau betreffend. Bei SW-Wind ist oft bei Büsum ein höherer Stau und bei Borkum ein 
niedrigerer Stau als bei Cuxhaven zu verzeichnen. Für die Ableitung der Vorhersage für 
Hamburg existiert ein statistisches Verfahren. Mit höherem Wind nimmt der Stau in Hamburg 
stärker zu als in Cuxhaven. Der Stau für Cuxhaven wird BSH-intern vorhergesagt und daraus 
die Stauvorhersagen für die übrigen Orte abgeleitet. Aus diesen abgeleiteten Stauvorhersagen 
wird für jeden Ort die entsprechende Abweichung vom mittleren Hochwasser berechnet, das 
an jedem Ort relativ zum Pegel Null bzw. Normal Null jeweils unterschiedlich ist. Anschlie 
ßend wird die Abweichung vom mittleren Hochwasser für jeden Ort offiziell vorhergesagt, 
d.h. an die betreffenden Stellen verbreitet (Kap.2.4.1). 
Der Wasserstand bei Cuxhaven wurde 1843 erstmalig gemessen, so daß die entsprechende 
Pegelzeitreihe mit zu den längsten ihrer Art gehört. Cuxhaven als Vorhersageort zu wählen, 
hat zur Folge, daß für die neuronalen Netze, den Gesamtansatz, das K-Nearest-Neighbor- 
Verfahren und das Persistenz-Modell die Pegelzeitreihe an diesem Ort als Grundlage für die 
Vorhersage gewählt wird. Zu Beginn der Pegelmessungen bei Cuxhaven wurden nur Hoch- 
und Niedrigwasser gemessen. Für diese Arbeit wurde eine Zeitreihe verwendet, die zwar erst 
1984 beginnt, aber eine bessere zeitliche Auflösung durch stündliche Werte bietet (Kap.4). 
U.a. für den Schiffsverkehr ist aber eine detailliertere Vorhersage des Wasserstandsverlaufs 
entlang der Elbe erforderlich. Darum ist das BSH z.Zt. bei der Entwicklung von statistischen 
und hydrodynamischen Elbemodellen. Für den Wasserstandsvorhersagedienst müssen die 
Elbemodelle innerhalb kürzester Zeit akzeptable Ergebnisse liefern. Außerdem müssen sie 
laufend an die sich fortwährend ändernde moiphologische Struktur der Elbe angepaßt werden. 
Die Morphologie ist von der Sedimentation im Gezeitenrhythmus abhängig. Am Institut für 
Meereskunde in Hamburg wurde z.B. ein zweidimensionales hydrodynamisches Elbemodell 
entwickelt (primär Wasserstandsuntersuchung) [Luszcz 88]. 
Seit kurzem wird am BSH ein eindimensionales hydrodynamisches Modell eingesetzt, das 
auf einer neuartigen Datenassimilationstechnik basiert [Sein 95 unveröff.]. Da die Elbe von 
der Nordsee her zur Mitschwingung angeregt und damit der Wasserstandsverlauf der unteren 
Tideelbe (von Cuxhaven bis Hamburg) weitgehend durch die astronomischen und meteorolo 
gischen Einflüsse an der Mündung bestimmt wird, genügt es, die Vorhersage für die Mün 
dung (d.h. Cuxhaven) zu erstellen. Die Stau Vorhersage kann auf die Gezeitenvorausberech 
nung addiert werden. Ihre Summe, die Wasserstandsvorhersage kann z.B. für das neue ein 
dimensionale Elbemodell als Eingabe dienen, das die Vorhersage für die gewünschten Orte 
entlang der Elbe der Dynamik entsprechend modifiziert. 
2.4.3. Simulation der Vorhersage 
Im Wasserstandsvorhersagedienst des BSH spielt die Vorhersage von Hoch- und Niedrig 
wasserereignissen die größte Rolle. Bei beiden sind jeweils ihre Höhe und ihre Eintrittszeit 
zu unterscheiden. Da aber die Höhe stärker von den meteorologischen Größen beeinflußt wird 
als die Eintrittszeit, liegt der Schwerpunkt auf der Vorhersage der Höhen. Die Hoch- und 
Niedrigwasserereignisse spielen insofern die größte Rolle, als daß sie offiziell vorhergesagt 
werden. Darum werden die neuronalen Netze auch nur hinsichtlich dieser Ereignisse mit den 
Modellen des Vergleichsmaßstabs verglichen. Die Vorhersage von stündlichen Werten spielt 
im Wasserstandsvorhersagedienst nur eine untergeordnete Rolle. D.h. stündliche Werte 
werden nur inoffiziell vorhergesagt. Es gibt manchmal Situationen, in denen die Kenntnis der 
gesamten Tidelinie erforderlich ist. 
Hoch- und Niedrigwasser können über stündliche Werte vorhergesagt werden. Zeitreihen
	        
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