Analysis of long-term changes in the tidal dynamics of the North Sea
Final Report Abstract
Im Antrag zum Projekt TIDEDYN wurden drei Aufgabenbereiche für das Untersuchungsgebiet Nordsee auf Basis beobachteter Veränderungen des Tidehubs seit 1950 definiert. Es sollte eine (1) Analyse großräumiger Veränderungen in der Tidedynamik anhand von Messdaten erfolgen, eine (2) Untersuchung barokliner Einflussfaktoren sowie Quantifizierung ihres Einflusses auf beobachtete Veränderungen in der Tidedynamik und eine (3) Untersuchung anthropogener/baulicher Einflussfaktoren sowie Quantifizierung ihres Einflusses auf beobachtete Veränderungen in der Tidedynamik. Diese Aufgabenbereiche bzw. die resultierenden Fragestellungen konnten im Verlauf des Projekts beantwortet werden. Im Bereich von Untersuchungsziel (1) konnte ein ausgeprägtes Trendmuster im Tidehub in Form eines Dipols zwischen der Südostküste Großbritanniens und der Deutschen Bucht detektiert werden, wobei die signifikant sinkenden Trends in Großbritannien den signifikant steigenden Trends in der Deutschen Bucht gegenüberstehen. Eine Analyse der dominanten M2 bzw. S2 Partialtiden bestätigt diese Entwicklung, womit ebenfalls von einer Verschiebung der amphidromischen Punkte nach Westen ausgegangen werden kann. Als barokline Ursache dieser Variationen im Bereich der Deutschen Bucht konnte im Sinne von Untersuchungsziel (2) eine Veränderung der Schichtung detektiert werden. Eine stärkere Pyknokline, die möglicherweise über längere Zeiträume anhält, stabilisiert die Wassersäule gegen turbulente Dissipation und ermöglicht höhere Tidehöhen an der Küste. Diese Pyknokline wird von uns als Verhältnis der Dichten verschiedener Wasserschichten über die Tiefe definiert und wir konnten eine Quantifizierung erreichen: Eine 1-σ-Variation des Stabilitätsindex lässt den Tidehub an den Pegeln in der südlichen Deutschen Bucht je nach Standort um 2,4 bis 2,7 cm variieren. Weiterhin wurde auch eine pegelscharfe Untersuchung bzw. Quantifizierung anthropogener Einflüsse (Forschungsfrage 3) vorgenommen, in der großräumige Entwicklungen von kleinräumigen, anthropogenen Einflüssen getrennt und möglichen Ursachen zugeordnet werden konnten. Detaillierte Untersuchungen zum Einfluss der Baroklinität konnten zeigen, dass diese das Potential besitzt, die Oberflächengezeiten durch die Schichtung des Ozeans auf saisonaler und säkularer Skala zu modulieren. Die statistische Analyse der mittleren Tidenhubdifferenz (TRD) zwischen dem baroklinen und dem barotropen Modus im Winter und Sommer an 22 Gezeitenpegelstationen zeigt, dass die TRD im Sommer im Allgemeinen viel größer ist als im Winter, mit maximalen Werten von ca. 11 cm. Die räumliche Verteilung der saisonalen TRD mit negativen Werten entlang der britischen Küste und positiven Werten in der Deutschen Bucht deutet auf eine westliche Verschiebung des amphidromischen Systems der Nordsee aufgrund von Baroklinität hin. Diese Verschiebung ist auf veränderte vertikal gemittelte Gezeitenströmungsgeschwindigkeiten in geschichteten Regionen als Folge der durch die Schichtung bedingten Entkopplung zurückzuführen. Als sekundäre Auswirkung führt diese Veränderung auch zu einer Änderung des Tidenhubs in gut durchmischten Küstenregionen. Es wird auch gezeigt, dass auf der säkularen Skala eine veränderte Schichtung und die Erwärmung des Ozeans zu positiven Trends beim Tidenhub bzw. beim mittleren Meeresspiegel führen kann. Insgesamt ist das Forschungsprojekt TIDEDYN - Analyse langfristiger Änderungen in der Tidedynamik der Nordsee - als Erfolg zu werten. Es wird ein DFG-Nachfolgeprojekt unter dem Titel Secular Changes of Ocean Tides – Processes and Projections (SCOOP) durchgeführt.
Publications
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Untersuchungen zur Entwicklung der Tidedynamik an der deutschen Nordseeküste - Ein Ansatz zur Identifizierung und Quantifizierung von Tideveränderungen durch lokale Systemänderungen. Die Küste, Heft 89. 2021, S. 143-172.
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