Methodik der numerischen Simulation
(Beschreibung der Modelle des IfMH und des DHI
Die Ausbreitung von wasseröslichen Substanzen kann durch ein Modell-
system, bestehend aus einem Strömungs- und einem Ausbreitungsmodell,
simuliert werden. Da es sich bei den betrachteten Stoffen um passive
Substanzen handelt, die also keinen Einfluß auf die Zirkulation aus-
üben, können diese Modelle getrennt voneinander gerechnet werden.
Das zuerst berechnete Strömungsmodell liefert die Daten für das
Ausbreitungsmodell.
Sowohl am Deutschen Hydrographischen Institut als auch am Institut
für Meereskunde der Universität Hamburg wird ein solches Modell-
system betrieben.
Zwei Tabellen (s. Anhang) stellen die Eigenschaften dieser Systeme
in einem Vergleich dar.
Auf die Bedeutung der Unterschiede der beiden Modellsysteme wird in
den folgenden Kapiteln eingegangen.
Die beiden Strömungsmodelle fanden bisher vielseitige Anwendung
sowohl im Institut für Meereskunde als auch im Deutschen Hydrograp-
hischen Institut. Soweit möglich, wurden die Modellergebnisse mit
Hilfe von Beobachtungsdaten verifiziert (Backhaus, 1985; Müller-
Navarra und Mittelstaedt, 1985; Duve, 1983; Pohlmann, 1985).
Beschreibungen der Ausbreitungsmodelle sind bei Maier-Reimer (1973);
Müller-Navarra und Mittelstaedt (1985) sowie Hainbucher et al.
(1986), zu finden.
Den im folgenden beschriebenen Ausbreitungssimulationen des DHI bzw.
IfMH liegen zwei unterschiedliche Strömungsfelder zugrunde. Um die
Modellergebnisse der beiden Institute miteinander zu vergleichen,
müssen zunächst die physikalischen Prozesse, die die Schadstoffaus-
breitung in der Nordsee wesentlich beeinflussen, betrachtet werden.
Weiter sind die Zeit- und Raumskalen in denen sich diese Prozesse
abspielen zu berücksichtigen.
In die Ausbreitungsberechnungen geht in beiden Modellen nicht die
mittlere, sondern eine zeitabhängige Strömung ein. Beim DHI-Modell
variiert die Strömung periodisch mit der halbtägigen M2-Gezeit
- die Strömung ist zyklisch stationär - und ist 3dimensional. Das
IfMH-Ausbreitungsmodell verwendet für den Zeitraum 1969 bis 1982
jeden Tag ein mittleres wind- und gezeitenbedingtes 2dimensionales
Strömungsfeld. Die vom IfMH-Strömungsmodell tatsächlich berechneten
3dimensionalen Strömungen wurden für die Ausbreitungssimulationen
vertikal integriert, um die erhebliche Datenmenge zu reduzieren und
um so einen Schwerpunkt auf die Zeitabhängigkeit der Ausbreitungs-
problematik zu legen.
Wie aus den Tabellen (s. Anhang) hervorgeht, wird die Transport-
gleichung (siehe Kapitel 1) auf verschiedene Weise gelöst. Während
im DHI-Modell ein Ansatz für den Diffusionsterm gemacht wird, be-
schränkt sich das IfMH-Modell für diese Simulation auf den Advekti-
