Die deutsche Außenküste der Ostsee mit ihrer Länge von 377 km ist ein dynamisches System, welches regelmäßig hydrodynamischen Belastungen ausgesetzt ist. Die Nutzung der Küstengebiete durch den Menschen lässt der Wunsch nach statischen Verhältnissen und Schutz der Küsten sowie der küstennahen Lebensräume gegen die zerstörerischen Kräfte des Meeres entstehen. Küstenschutzbauwerke (z.B. Dünen, Deiche, Wellenbrecher) sowie touristisch genutzte Bauwerke (z.B. Seebrücken, Yachthäfen) müssen so bemessen und konstruiert werden, dass sie definierten hydrodynamischen Ereignissen (z.B. Wiederkehrintervall T=200 a) widerstehen können. Die hydrodynamische Belastung bei kurzfristigen Einzelereignissen (Sturmfluten) setzen sich im Wesentlichen aus den Größen Wasserstand und der Wellenhöhe zusammen.

Grundlage der Dimensionierung von Bauwerken sind Messdaten (extremer) Sturmfluten aus der Vergangenheit. Während Wasserstände an den Ostseeküsten seit längerer Zeit und engmaschig durch die Anrainerstaaten messtechnisch erfasst werden (z.B. Gesla 3), so sind Seegangsmessdaten (Wellenhöhen) nur punktuell und für kurze Zeiträume verfügbar (z.B. Internes Messnetz Küste, Messkampagnen der Ämter und der Universität Rostock). Die Ausprägung beider Größen und ihre zeitlich-dynamische Kopplung während einer Sturmflut sind wichtige Informationen für die Bauwerksbemessungen und eine Vielzahl von weiteren wissenschaftlichen Fragestellungen. Um Informationen über zurückliegende Ereignisse (wie z.B. Sturmfluten) gewinnen zu können werden in der Wissenschaft sogenannte Hindcasts durchgeführt. Dabei wird durch numerische Modelle versucht auf Basis historischer Daten (Wasserstände, meteorologische Informationen) die hydrodynamischen Verhältnisse für ein definiertes Untersuchungsgebiet in der Vergangenheit zu ermitteln.

Ziel dieser Arbeit ist der Aufbau eines hydrodynamisch-numerischen Modells (DHI, Mike 21) zur Modellierung von Wasserständen und Seegang in der südwestlichen Ostsee auf Basis von meteorologischen Reanalyse-Daten.

In einem ersten Schritt soll durch eine Literaturrecherche ermittelt werden welche Reanalysen für die Modellierung der Hydrodynamik in der südwestlichen Ostsee geeignet sind. Anschließend ist das Modell so aufzubauen, dass wesentliche hydrodynamische Effekte wie z.B. ausgereifter Seegang für das Untersuchungsgebiet abgebildet werden können. Die Modellkalibrierung und die Plausibilisierung der Ergebnisse wird anhand von Messdaten verschiedener Lokationen durchgeführt. Alle Ergebnisse der Untersuchungen sind ausführlich zu dokumentieren und u.a. grafisch, tabellarisch oder in Form von Kennwerten für abgestimmte Lokationen darzustellen und vergleichend zu bewerten.

Im Einzelnen sind folgende Aufgaben zu bearbeiten:

• Literaturrecherche zu geeigneten meteorologischen Renaylsen
• Festlegung sinnvoller Modellgrenzen und der Randbedingungen
• Aufbau eines hydrodynamischen Modells der südwestlichen Ostsee mit dem DHI Modell Mike21
• Kalibrierung und Plausibilisierung der Modellergebnisse anhand von Messdaten verschiedener Lokationen
• Durchführung der Hindcast-Modellierungen auf Basis der gewählten Reanalysen und Randbedingungen
• Zusammenfassende und kritische Bewertung der Ergebnisse, Beurteilung der angewandten Methodik und Ausblick auf den zukünftigen Forschungsbedarf

Die Bearbeitung der Masterarbeit ist in enger Abstimmung mit den Betreuern durchzuführen. Des Weiteren sind die am Lehrstuhl geltenden "Hinweise für die Erstellung von Studienarbeiten" zu beachten.

J.-Prof. Dr.-Ing. Arne Arns
Rostock, 11.07.2022

Literatur:
• https://climatedataguide.ucar.edu/climate-data/atmospheric-reanalysis-overview-comparison-tables
• https://gesla787883612.wordpress.com/

Datum: 11.07.2022
Professur Küstenschutz und Küstendynamik