Ausbreitung

Simulation von Ausbreitungsprozessen im Meer

Die Rolle des BSH

Das BSH hat die Aufgabe Ausbreitungsvorhersagen und Rückrechnungen für interne Zwecke und im Auftrag anderer Behörden durchzuführen. Wie sich Substanzen und Objekte im Meer verlagern ist in vielen Fällen von entscheidender Bedeutung. Das BSH beantwortet zum Beispiel die Frage, wohin die verlorenen Container treiben oder wohin der Ölteppich bei einem Ölunfall driftet. Die Ergebnisse helfen bei unterschiedlichen Aufgaben.

Institutionen, die beim BSH Driftanfragen stellen


Driftsimulation eines Objektes (Vorwärts)

  • Abschätzung von Gefährdungspotenzialen z.B. durch Havarien in Schifffahrtsrouten
  • Suchaktionen bei der Seenotrettung
  • Suche/Bergung von verlorenen Gegenständen/Schifffahrtszeichen und Warnung der Schifffahrt
  • Vorhersage von Umweltverschmutzugnen und Warnung der Bevölkerung (etwa Algenblüten)
  • Planung von Monitoringfahrten zu bestimmten Anlässen (Elbehochwasser)

Driftsimulation eines Objektes (Rückwärts)

  • Rekonstruktion von Seeunfällen (nach Auffinden von Personen/Gegenständen)
  • Ermittlung von möglichen Verursachern nach dem Auffinden von Verschmutzungen (Strandgut)

Driftsimulation einer Substanz (Vorwärts-/Rückwärts)

  • Planung von Ölbekämpfungsmaßnahmen im Falle einer Havarie
  • Abschätzung von Gefährdungspotenzialen verschiedener Ökosysteme durch eine Ölverschmutzung
  • Mögliche Verursacher eines Ölteppichs ermitteln

Zu diesen Zwecken verwendet das BSH wahlweise das Lagrang'sche oder das Euler'sche Ausbreitungsmodell. Diese Modelle simulieren die Drift- bzw. Ausbreitung von Objekten und Substanzen vorwärts bzw. rückwärts in der Zeit. Je nach Art der Anfrage werden Ergebnisse auch innerhalb kürzester Zeit und zu jeder Tages- und Nachtzeit geliefert. Dies ist zum Beispiel bei Ölhavarien der Fall.

Das Lagrange'sche Ausbreitungsmodell

Substanz

Für die Simulation der Drift und Ausbreitung von Stoffen wird die untersuchte Substanz wie eine „Teilchenwolke“ behandelt (Lagrange'sches Verfahren). Die Teilchen werden unter dem Einfluss der Strömung verdriftet. Schwimmende Substanzen werden zusätzlich mit einem bestimmten Prozentsatz der Windgeschwindigkeit transportiert. Bei der Simulation einer Ölausbreitung wird außerdem das physikalische Verhalten unterschiedlicher Ölsorten auf der Wasseroberfläche und in der Wassersäule berücksichtigt. Außerdem wird das Modell häufig verwendet, um das Herkunftsgebiet eines Stoffes zu bestimmen, in diesem Fall wird eine Rückwärtsrechnung durchgeführt.

Objekte

Mit dem Lagrange’schen Modell können neben Ausbreitungs- und Driftberechnungen für Öl und wasserlösliche Chemikalien auch Driftvorhersagen für Personen und Gegenstände durchgeführt werden. Für Boote, über Bord gegangene Ladung oder vermisste Personen werden bspw. Vorwärtsrechnungen durchgeführt, für die Ermittlung von Verschmutzungsquellen oder gefundenen unbekannten Personen werden Rückwärtsrechnungen genutzt.

Einsatz

Das Lagrange'sche Modell wird unter anderem zur Unterstützung des Havariekommandos bei aktuellen Meeresverschmutzungen eingesetzt. Es ist somit ein wichtiges Hilfsmittel für die Ermittlung des Verursachers einer Verschmutzung. Aber auch die Küstenwache erfragt bei Gefahren für die Schifffahrt oder illegalen Funden eine Simulation und Einschätzung zur Drift. Die Seenotrettung wird vom BSH mit Strömungsvorhersagen unterstützt, die in dessen SAR-System eingelesen werden können. In einigen Fällen erfolgen Anfragen zu einer Driftsimulation von Forschungsinstitutionen oder dem BSH selbst, z.B. bei losgelösten Seegangsbojen, Sendern oder Messinstrumenten.

Das Euler'sche Ausbreitungsmodell

Das Euler'sche Ausbreitungsmodell simuliert die zeitliche Entwicklung von Konzentrationsverteilungen. Der im Modell verwendete Transportalgorithmus ermöglicht die Darstellung starker Konzentrationsunterschiede (Fronten).

Untersuchungen zur Ausbreitung von wasserlöslichen Substanzen und zur Wasserqualität der Nord- und Ostsee werden deshalb überwiegend mit dem Euler'schen Ausbreitungsmodell durchgeführt. Das Modell kann beispielsweise eine Antwort auf die Frage liefern, wie sich schädliche Stoffe, die durch die Flüsse ins Meer gelangen, ausbreiten und verteilen.