Hydrodynamische Modellierung
Numerische Modelle sind notwendig um die Zustandsgrößen des Meeres zu Zeiten und an Orten für die keine Beobachtungen existieren abzuschätzen. Von besonderer Bedeutung für COSYNA ist die Fähigkeit Vorhersagen verschiedener Parameter wie Wellen, Zirkulation und Schwebstoffen zu liefern. Die Kombination von Modellen, die verschiedene Prozesse und räumliche Skalen abdecken, liefert ein umfassendes Bild des physikalischen Zustandes der Deutschen Bucht.
Zirkulationsmodell
Three-dimensional distribution of water temperatures computed with a numerical model. The data are co-located with Scanfish measurements taken between 28 Juli and 5 August 2009.
Das prä-operationelle Zirkulationsmodell mit geschachtelten Gittern besteht aus drei Modellkonfigurationen: (1) ein grobaufgelöstes äußeres Modell für die Nord- und Ostsee (Gittergröße ungefähr 5 km), (2) ein hochaufgelöstes inneres Modell für die Deutsche Bucht (Gittergröße etwa 0,8 km) und (3) ein sehr hochaufgelöstes Modell des Wattenmeeres (Gittergröße etwa 200 m), das die Barriere-Inseln und die Wattengebiete auflöst.
Trotz der hohen Komplexität der Simulation von Eigenschaften wie der vertikalen Schichtung ist das Modell in guter Übereinstimmung mit den Beobachtungen (Abbildung).
Wellenmodell
Simulierte Wellenhöhen in der Deutschen Bucht (21. April 2010)
Das COSYNA Wellenmodellsystem mit geschachtelten Gittern bietet zweimal täglich 24-stündige Wellenvorhersagen regional für die Nordsee und lokal für die Deutsche Bucht. Windfelder und Randbedingungen, die vom Deutschen Wetterdienst (DWD) zur Verfügung gestellt werden, treiben die Vorhersageläufe an, die Wellenparameter, wie Wellenhöhe, -intervall und Ausbreitungsrichtung produzieren. Das Beispiel unten zeigt die Wellenhöhen am 21. April 2010 um Mitternacht in der Deutschen Bucht, eine typische Verteilung mit niedrigen Werten an der Küste und höheren Werten im offenen Meer.
Schwebstoffmodell
Typische Verteilung von modellierten Schwebstoffkonzentrationen (durch Assimilation von Satellitendaten optimiert) in mg/l an der Meeresoberfläche (22. März 2003, 10:20 h).
Die Verteilung von Schwebstoffen ist für den ökologischen Zustand des Meeres von grundlegender Bedeutung, da sie das Eindringen des Tageslichts in tiefere Wasserschichten behindern und die Ansammlung von Schadstoffen beeinflussen. Das Modell berücksichtigt Advektion, vertikale Austauschprozesse durch Strömung und Wellen, Sedimentation, Resuspension, Bodenerosion, sowie biogene Durchmischung im Sediment.