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Digital GreenTech 2 - DIWA: Digitale, vernetzte und interaktive Wasserqualitätsüberwachung, ein Konzept für autonome Frühwarnsysteme zum Gewässerschutz

Zeitliche Variabilität von internen Wellen und vertikaler Vermischung im Nordatlantik

Das Ziel dieses Projektes ist die Untersuchung der zeitlichen Variabilität in der Energie von internen Wellen und der Stärke von vertikaler Vermischung in Abhängigkeit des Nordatlantikstroms und dem damit verbundenen Wirbelfeld. Hierfür werden 5-6 Jahre von Strömungsmesserdaten und Temperatur/Leitfähigkeitsmessungen von drei Verankerungen entlang eines Schnittes westlich des Mittelatlantischen Rückens (MAR) sowie LADCP/CTD Daten von fünf Schifffahrten genutzt. Konkrete wissenschaftliche Ziele dabei sind:- Erstellung von Zeitserien der Energie in internen Wellen unter Benutzung der Verankerungszeitreihen von Strömung und Schichtung- Untersuchung der Zeitskalen auf denen Veränderungen in der Energie interner Wellen stattfinden. Mögliche Ursachen für Variabilität sind der Windeintrag, Position des Nordatlantikstroms und Wirbel- Identifizierung von Prozessen, welche die beobachteten internen Wellen generieren, wie z.B. Gezeiten, Stürme, Jahresgang, Wirbel, die Arme des Nordatlanikstroms (Verhältnis von lokalen zu großräumigen Erzeugungsmechanismen)- Bestimmung der Vermischungsraten (Temperaturinversionen, Thorpe Skalen, Feinstrukturparameterisierung) in Abhängigkeit der variablen Hintergrundbedingungen Hierfür werden zunächst Spektren potentieller und kinetischer Energy der internen Wellen auf ihre Abhängigkeit von veränderlichen Hintergrundbedingungen wie z.B. Wind, Gezeiten, Wirbel, Schichtung und Variabilität im Nordatlantikstrom sowieso des Einflusses der Topographie untersucht. Die instrumentelle Ausstattung der Verankerungen seit Sommer 2012 erlaubt zusätzlich die Approximation der internen Wellen durch vertikale Moden und damit verbunden die Berechnung von Energieflüssen, welche wichtige Informationen über die Menge und die Variabilität in der Energie, die in internen Wellen im Nordatlantik transportiert wird, liefern. Außerdem geben diese so gewonnenen Energieflüsse in Kombination mit der Berechnung von Ausbreitungspfaden von internen Wellen, welche am mittelatlantischen Rücken erzeugt wurden, Aufschluss über die relative Bedeutung der Topographie des MAR für die Erzeugung von internen Wellen. Beginnend vom Sommer 2015 werden die Analysen erweitert, indem Temperatur- und Druckdaten mit hoher Tiefenauflösung für die Berechnung von Thorpe Skalen und Dissipationsraten und deren zeitlichen Variabilität genutzt werden. Weitere Informationen über die zeitliche und räumliche Variabilität der Vermischungsraten im Nordatlantik werden durch die Analyse von Diffusionsraten, die anhand von LADCP/CTD Daten und einer Feinstrukturparameterisierung berechnet werden, erlangt. Dies liefert weitere Aufschlüsse über die dominanten Prozesse in der Erzeugung von internen Wellen und vertikaler Vermischung im Nordatlantik, sowie deren zeitlicher und räumlicher Variabilität.

Auswirkungen von Rapid Climate Changes und menschlicher Aktivität auf die holozäne hydro-sedimentäre Dynamik Mitteleuropas (Modellregion lössbedecktes Weiße Elster-Einzugsgebiet)

Die Weiße Elster-Modellregion repräsentiert ein lössbedecktes Einzugsgebiet unter subkontinentalem Klima in Mitteleuropa. Das Einzugsgebiet zeigt eine ausgesprochen hohe fluvial-geomorphologische Sensitivität gegenüber abrupten hydroklimatischen Wechseln während des Holozäns. Dies wird angezeigt durch gleich mehrfach belegte, horizontale Sediment-Boden-Abfolgen innerhalb der Auenstratigraphie. Wir postulieren, dass die Auen der Weißen Elster ein außergewöhnlich hohes Potential für die Archivierung globaler Rapid Climate Change-Ereignisse (RCCs) besitzen. Erstmalig hat diese Studie zum Ziel, über die chronostratigraphische Rekonstruktion eines Auenarchivs den Einfluss globaler Rapid Climate Changes auf die hydro-sedimentäre Dynamik Mitteleuropas zu belegen. Das fundierte Sedimentaltersmodell wird vor allem auf neuen OSL-Daten beruhen. Die Alter horizontal abgelagerter Hochflutlehme mit eingebetteten Auenböden werden systematisch verglichen mit bekannten Rapid-Climate Change-Ereignissen, welche eine Dauer von mehreren Jahrhunderten aufweisen. Unser Ziel ist die Überprüfung einer möglichen Kopplung holozäner Auenstratigraphien in Mitteleuropa mit Rapid Climate Change-Ereignissen. Innerhalb des lössbedeckten Weiße Elster-Einzugsgebiets nutzen wir die chronostratigraphische Aufnahme von Kolluvienabfolgen als potentiellen Parameter für menschlichen Einfluss auf die holozäne Landschaftsdynamik. Wir beabsichtigen, die Kolluvien- und Auenabfolgen über Verzahnungsbereiche am Auenrand systematisch stratigrapisch zu koppeln um mögliche geomorphologische Schwellenwerte und Sedimentkaskaden besser nachweisen zu können. Im Weiße Elster-Einzugsgebiet planen wir erstmalig eine diachrone Rekonstruktion der Siedlungs- und Landnutzungsgeschichte von der frühen Jungsteinzeit bis ins Hochmittelalter basierend auf der Zusammenstellung aller publizierten archäologischen und historischen Daten sowie Grabungsberichten und GIS-Datensätzen der archäologischen Landesämter in Sachsen, Sachsen-Anhalt und Thüringen. Für ausgewählte Teileinzugsgebiete werden alle verfügbaren Daten zur Landnutzung aus den archäologischen und historischen Archiven systematisch dokumentiert, vertieft analysiert und hinsichtlich ihrer Altersstellung ggf. korrigiert. Die Bewertung der Landnutzungsintensität erfolgt hierbei über einen semiquantitativen Ansatz Die Kopplung archäologischer und historischer Daten mit kolluvialen und fluvialen Chronostratigraphien dient der Bewertung diachroner Zusammenhänge zwischen Landnutzungsintensitäten und holozäner Sedimentumlagerung. Abschließend vergleichen wir zeitlich und semiquantitativ Rapid Climate Change-Ereignisse mit Landnutzungsintensitäten und holozänen hydrosedimentären Daten aus dem Einzugsgebiet der Weißen Elster. Ziel ist die Herausarbeitung der Vulnerabilität und möglicher Schwellenwerte des hydrosedimentären Systems der Weißen Elster-Modellregion gegenüber Klima- und Landnutzungsänderungen in sensiblen, lössbedeckten Landschaften Mitteleuropa.

Stoffhaushalt des Bodensees (SFB 248 / Uni Konstanz), Teilprojekt A1: Wasserbewegung und Durchmischungsprozesse im Ueberlinger See

Eine wichtige Fragestellung des SFB 248 ist die integrierte Betrachtung von biologischen und physikalischen Prozessen. Die physikalischen Mischungsprozesse sind fuer die biologischen Vorgaenge von grosser Bedeutung. Sie beeinflussen zum einen die Horizontalverteilung von Organismen und sind zum anderen fuer den passiven Transport des Planktons und den Naehrstofftransport vom Hypolimnion in die euphotische Zone verantwortlich. Teilprojekt A1 befasst sich (a) mit den horizontalen und vertikalen Durchmischungsprozessen und (b) mit dem vom Wassertransport unabhaengigen Stofftransport in der Wassersaeule und speziell mit der Anlagerung geloester Spurenstoffe an Partikel. Fuer die Parametrisierung der Prozesse und deren Modellierung ist ein Verstaendnis des Stroemungsverhaltens des Sees notwendig.

TrilaWatt: Hydrodynamische Kennwerte 2016 (WMS)

<span><strong>Definitionen:</strong> Hydrodynamik beschreibt die Bewegung von Fluiden und die dabei wirkenden Kräfte. Hydrodynamische Kennwerte sind zeitintegrierte, beschreibende Parameter dieser Prozesse. So tragen bspw. die grundlegenden Tidekenngrößen des Tidehochwassers, des Tideniedrigwassers sowie der damit eng verbundenen Werte für Tidestieg, Tidefall und Tidehub dazu bei, die Dynamik der Tide herauszuarbeiten.</span> <span><strong>Datenerzeugung:</strong> Aus numerischen Simulationsdaten wurden physikalische Größen wie beispielsweise Wasserstand oder Strömungsgeschwindigkeit in festen zeitlichen Intervallen unter Berücksichtigung erreichbarer Genauigkeiten berechnet. Diese Simulationsdaten wurden mit Datenanalysemethoden zu hydrodynamischen Kennwerten wie beispielsweise dem Tidehub zusammengefasst. Es wurden harmonische Analysen des Wasserstandes durchgeführt und Tidekennwerte des Wasserstands bzw. statistische Langzeitkennwerte von Wasserstand, Strömungsgeschwindigkeit, Salzgehalt, Wassertemperatur und Schwebstoffgehalt berechnet. </span> <span><strong>Produkte:</strong> Hydrodynamische Kennwerte aus dem Projekt TrilaWatt basieren auf der Analyse der numerischen Simulation von Tide, Seegang, Salzgehalt, Temperatur und Schwebstoffkonzentration im Bereich des trilateralen Wattenmeers (Niederlande -nl, Deutschland -de, Dänemark -dk) und der Deutschen Bucht als Jahresmittel für das Jahr 2016. Die Daten werden als regelmäßiges 20 m Raster im GeoTIFF-Format bereitgestellt. Kennwerte werden nur für Berechnungszellen bereitgestellt, die im Analysezeitraum immer überflutet waren. In den Datenäquivalenten (*_no_filter) wurde diese Maskierung nicht angewendet. Nicht-gefilterte Datenäquivalente (no_filter) sind, falls physikalisch sinnvoll, ebenfalls erstellt worden. Bei nicht-gefilterten Datenprodukten ist zu beachten, dass die Anzahl der den Mittelwerten zugrundeliegenden Werte vor allem im Flachwasserbereich durch intertidales Trockenfallen geringer ist und damit die Mittelwertbildung beeinträchtigt ist. Die Anzahl an validen Datenpunkten bzw. Tiden pro Jahr (Anzahl gültiger Datenpunkte bzw. Anzahl Tidehochwasser) wird als Rasterdatei zur Einordnung nicht-gefilterter Produkte mitgeliefert.</span> <span><strong>Produktliste:</strong> - Tidehub und Tidehoch- und Tideniedrigwasser: 5-, 50- und 95% Quantil <br> - Laufzeitverschiebung zur Referenzposition „Leuchtturm Alte Weser“ von Tidehoch- und Tideniedrigwasser: Jahresmittelwerte <br> - Tidemittelwasser: 50% Quantil <br> - M2-Partialtide: Amplitude und Phase <br> - Tidehochwasser und validen Datenpunkte: Anzahl pro Jahr<br> - Wasserstand: 1-, 50- und 99% Quantil, Mittelwert, Minimum, Maximum <br> - Strömungsgeschwindigkeit: tiefengemittelter Mittelwert, 99- und 99,9% Quantil des Betrags <br> - Strömungsgeschwindigkeit: tiefengemittelter Betrag und x- und y-Komponente des Residuums <br> - Strömungsgeschwindigkeit: tiefengemittelter mittlerer, kubierter Betrag <br> - Bodenschubspannung: 99% Quantil, Mittelwert<br> - Salzgehalt, Temperatur und Schwebstoffkonzentration: tiefengemitteltes 1- und 99% Quantil und Mittelwert (Schwebstoffkonzentration als Summe aus drei Fraktionen mit einer Sinkgeschwindigkeit ws = 0,25, 1,5 und 7 mm/s) <br> - Signifikante Wellenhöhe des Seegangs: 50-, 95- und 99% Quantil, (Jahres-) Mittelwert und Maximalwert <br> - Mittlere Wellenperiode: Jahresmittelwert bei maximaler signifikanter Wellenhöhe<br> - Seegangsrichtung: x- und y-Komponenten des Residuums </span> <span><strong>English:</strong> This web service contains annual averages and quantiles of tidal characteristics, annual averages and quantiles of hydrographic parameters (e.g., depth-averaged salinity, suspended sediments, or sea water temperature), and tidal constituents from harmonic analyses that were estimated from numerical simulations of the year 2016. Data are distributed on regular 20 m grids as GeoTIFFs. </span> <span><strong>Download:</strong> A download is located under references (in German: "Verweise und Downloads"). </span>

EasyGSH-DB: Hydrodynamik 2009 (WFS)

Der Featuredienst EasyGSH-DB: Hydrodynamik 2009 (WFS), beinhaltet die Produkte der Hydrodynamikanalysen aus dem Projekt EasyGSH-DB. Literatur: - Hagen, R., et.al., (2019), Validierungsdokument - EasyGSH-DB - Teil: UnTRIM-SediMorph-Unk, doi: https://doi.org/10.18451/k2_easygsh_1 - Freund, J., et.al., (2020), Flächenhafte Analysen numerischer Simulationen aus EasyGSH-DB, doi: https://doi.org/10.18451/k2_easygsh_fans_2 - Hagen, R., Plüß, A., Ihde, R., Freund, J., Dreier, N., Nehlsen, E., Schrage, N., Fröhle, P., Kösters, F. (2021): An integrated marine data collection for the German Bight – Part 2: Tides, salinity, and waves (1996–2015). Earth System Science Data. https://doi.org/10.5194/essd-13-2573-2021 Für die einzelnen Jahre liegen Jahreskennblätter als Kurzfassung der Jahresvalidierung auf der EasyGSH-DB (www.easygsh-db.org) zur Verfügung. Zitat für diesen Datensatz (Daten DOI): Hagen, R., Plüß, A., Freund, J., Ihde, R., Kösters, F., Schrage, N., Dreier, N., Nehlsen, E., Fröhle, P. (2020): EasyGSH-DB: Themengebiet - Hydrodynamik. Bundesanstalt für Wasserbau. https://doi.org/10.48437/02.2020.K2.7000.0003

EasyGSH-DB: Hydrodynamik 2012 (WMS)

Der Kartendienst EasyGSH-DB: Hydrodynamik 2012 (WMS), beinhaltet die Produkte der Hydrodynamikanalysen aus dem Projekt EasyGSH-DB. Literatur: - Hagen, R., et.al., (2019), Validierungsdokument - EasyGSH-DB - Teil: UnTRIM-SediMorph-Unk, doi: https://doi.org/10.18451/k2_easygsh_1 - Freund, J., et.al., (2020), Flächenhafte Analysen numerischer Simulationen aus EasyGSH-DB, doi: https://doi.org/10.18451/k2_easygsh_fans_2 - Hagen, R., Plüß, A., Ihde, R., Freund, J., Dreier, N., Nehlsen, E., Schrage, N., Fröhle, P., Kösters, F. (2021): An integrated marine data collection for the German Bight – Part 2: Tides, salinity, and waves (1996–2015). Earth System Science Data. https://doi.org/10.5194/essd-13-2573-2021 Für die einzelnen Jahre liegen Jahreskennblätter als Kurzfassung der Jahresvalidierung auf der EasyGSH-DB (www.easygsh-db.org) zur Verfügung. Zitat für diesen Datensatz (Daten DOI): Hagen, R., Plüß, A., Freund, J., Ihde, R., Kösters, F., Schrage, N., Dreier, N., Nehlsen, E., Fröhle, P. (2020): EasyGSH-DB: Themengebiet - Hydrodynamik. Bundesanstalt für Wasserbau. https://doi.org/10.48437/02.2020.K2.7000.0003

EasyGSH-DB: Hydrodynamik 1999 (WMS)

Der Kartendienst EasyGSH-DB: Hydrodynamik 1999 (WMS), beinhaltet die Produkte der Hydrodynamikanalysen aus dem Projekt EasyGSH-DB. Literatur: - Hagen, R., et.al., (2019), Validierungsdokument - EasyGSH-DB - Teil: UnTRIM-SediMorph-Unk, doi: https://doi.org/10.18451/k2_easygsh_1 - Freund, J., et.al., (2020), Flächenhafte Analysen numerischer Simulationen aus EasyGSH-DB, doi: https://doi.org/10.18451/k2_easygsh_fans_2 - Hagen, R., Plüß, A., Ihde, R., Freund, J., Dreier, N., Nehlsen, E., Schrage, N., Fröhle, P., Kösters, F. (2021): An integrated marine data collection for the German Bight – Part 2: Tides, salinity, and waves (1996–2015). Earth System Science Data. https://doi.org/10.5194/essd-13-2573-2021 Für die einzelnen Jahre liegen Jahreskennblätter als Kurzfassung der Jahresvalidierung auf der EasyGSH-DB (www.easygsh-db.org) zur Verfügung. Zitat für diesen Datensatz (Daten DOI): Hagen, R., Plüß, A., Freund, J., Ihde, R., Kösters, F., Schrage, N., Dreier, N., Nehlsen, E., Fröhle, P. (2020): EasyGSH-DB: Themengebiet - Hydrodynamik. Bundesanstalt für Wasserbau. https://doi.org/10.48437/02.2020.K2.7000.0003

EasyGSH-DB: Hydrodynamik 1998 (WMS)

Der Kartendienst EasyGSH-DB: Hydrodynamik 1998 (WMS), beinhaltet die Produkte der Hydrodynamikanalysen aus dem Projekt EasyGSH-DB. Literatur: - Hagen, R., et.al., (2019), Validierungsdokument - EasyGSH-DB - Teil: UnTRIM-SediMorph-Unk, doi: https://doi.org/10.18451/k2_easygsh_1 - Freund, J., et.al., (2020), Flächenhafte Analysen numerischer Simulationen aus EasyGSH-DB, doi: https://doi.org/10.18451/k2_easygsh_fans_2 - Hagen, R., Plüß, A., Ihde, R., Freund, J., Dreier, N., Nehlsen, E., Schrage, N., Fröhle, P., Kösters, F. (2021): An integrated marine data collection for the German Bight – Part 2: Tides, salinity, and waves (1996–2015). Earth System Science Data. https://doi.org/10.5194/essd-13-2573-2021 Für die einzelnen Jahre liegen Jahreskennblätter als Kurzfassung der Jahresvalidierung auf der EasyGSH-DB (www.easygsh-db.org) zur Verfügung. Zitat für diesen Datensatz (Daten DOI): Hagen, R., Plüß, A., Freund, J., Ihde, R., Kösters, F., Schrage, N., Dreier, N., Nehlsen, E., Fröhle, P. (2020): EasyGSH-DB: Themengebiet - Hydrodynamik. Bundesanstalt für Wasserbau. https://doi.org/10.48437/02.2020.K2.7000.0003

Historical digital terrain model data of the Weser Estuary (HIWEST)

The Weser estuary at the German North Sea coast serves as a fairway to the harbours of Bremerhaven and Bremen. To ensure safe shipping and navigation, the navigation channel depths are nowadays intensively monitored, and have been so in the past. These are valuable data for consulting and research purposes, and enables investigations leading to a better understanding of hydrodynamics, salt intrusion and morphological processes in the estuary, in the present as well as the past. For recent years, thanks to modern monitoring techniques and digitalization, measuring data has been compiled to consistent digital terrain models of high quality and accuracy. For time periods before the 1990ies however, measurements were scarcer and the data are available only in form of printed bathymetrical and nautical charts. The objective of the project “Historical system states of the Weser estuary (HIWEST)” was to: • digitalize depths measurements starting from 1960, • georeference the data points and • process and compile them to digital terrain models that can be used for research and consulting. The project was led and financed by the Federal Waterways Engineering and Research Institute (BAW). It was supported by the Federal Maritime and Hydrographic Agency (BSH) and by the German Water and Shipping Administration (WSV) who provided printed charts and scanned data sets. The smile consulting GmbH was contracted to process the data and compile digital terrain models. One of the main challenges of the project was georeferencing. While georeferencing and projecting in the horizontal domain was comparatively straightforward, the transformation of depths below different chart datums to the Germans mean height reference system represented a challenge. This was accomplished by an algorithm considering spatial polygons provided by BSH and further meta information on the different levelling systems. The accuracy of the data sets differs depending on the quality of the original data. Since the 1990ies, powerful measurement methods such as airborne laser scanning (ALS) and multibeam echo-sounding has led to high resolutions and high data accuracy. In past surveys, the depths were measured in single-beam echo-soundings, often along individual cross sections, and there is no information between these soundings. As a result, the older terrain models are much smoother then the newer ones and contain less detailed information. More technical details can be found in the appendix of the technical report. The following digital terrain models (DTM, in the following the German abbreviation DGM is used) of the Lower and Outer Weser estuary were made available: • DGM 1966, marking the situation before deepening the Outer Weser to SKN-12 m</li> • DGM 1972, marking the situation before deepening the Lower Weser to SKN-9 m</li> • DGM 1981, marking the situation before extensive river works in the Lower Weser</li> • DGM 1996, marking the situation before deepening the Outer Weser to SKN-14 m</li> • DGM 2002, marking the situation after deepening the Outer Weser to SKN-14 m, reference digital terrain model. The years were chosen so they would represent consistent periods not affected by constructive engineering measures such as channel deepenings, and secondly based on optimal data availability. Each data set however consists not only of data from the respective year, but data had to be added from adjacent years. To close gaps, data from recent surveys were used. The data sets span the whole estuary from the North Sea to the tidal weir in the city of Bremen and are available as 1x1 m raster data sets. How to cite the HIWEST data: <strong style="color: red;"> The data set is only to be quoted together with the Technical Report.</strong> Report: Bundesanstalt für Wasserbau (2020): Historical digital terrain models of the Weser Estuary (HIWEST). Technical Report B3955.02.04.70168-6. Bundesanstalt für Wasserbau. https://henry.baw.de/handle/20.500.11970/107521 Data set: Bundesanstalt für Wasserbau (2020): Historical digital terrain model data of the Weser Estuary (HIWEST) [Data set]. Bundesanstalt für Wasserbau. https://doi.org/10.48437/02.2020.K2.5200.0001

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