Teilprojekt 5

Forschungsansatz | Ziele | Projektteam

Prognose der klimabedingten Änderungen von Hydrodynamik und Wasserqualität im Bodensee

Forschungsansatz

Numerische Modelle ermöglichen die Quantifizierung von hydrodynamischen, chemischen und biologischen Prozessen in Seen. Hierzu liegt das überprüfte Modellsystem von Bodenseeonline vor. Dieses ermöglicht, die seeinternen Prozesse dreidimensional zu beschreiben. Das System simuliert den saisonalen Verlauf der Schichtung, der Primärproduktion und der relevanten Nährstoffe. Darüber hinaus lassen sich die Auswirkungen von Hochwasserereignissen mit erhöhten Sedimentfrachten und Einträgen von sauerstoffhaltigem Wasser in das Hypolimnion quantifizieren. Langzeitsimulationen über die letzten Jahrzehnte zeigen die Veränderungen durch die Reoligotrophierung beim Nährstoffkreislauf, bei der Primärproduktion und der Sauerstoffverteilung auf. Damit ist das Modellsystem bestens für die Prognose der Wirkungen durch die Klimaänderung auf die limnologischen Prozesse im See geeignet. Das zur Verfügung stehende Modellensemble ermöglicht die Simulation auf verschiedenen Raum- und Zeitskalen.

Modellensemble mit Modellnetzen für a) Paleosimulationen mit Flexiblem Netz, b) Langzeitsimulationen mit Finite-Differenzen-Netz, und c) Kurzzeitsimulationen (wenige Jahre).
© Kobus und Partner

Vorgehensweise

Die Nahrungskette im bestehenden Informationssystems Bodenseeonline wird um die Wachstums- und Filtrationsprozesse der Quaggamuschel erweitert. Für die Modellierung der Entwicklung der Quaggamuschel wurde ein Modul entsprechend den Daten und Erfahrungen an den Great Lakes von Prof. Dr. Alexander Y. Karatayev entwickelt. Das Modul beinhaltet 3 Größenklassen von Quaggamuscheln und ist Teil des Nährstoffkreislaufs.

Ebenso wird modelltechnisch das Wachstum von Makrophyten erfasst und die Nachbildung des Zooplanktons weiter verfeinert. Anhand von Paläosimulationen sollen vor allem die langfristigen Entwicklungen der Vergangenheit unter Verwendung von am Institut für Seenforschung entnommenen Sedimentproben untersucht werden. Anhand der Paläobetrachtungen sollen relevante Prozesse für die Prognose bei klimatisch veränderten Verhältnissen identifiziert werden.

Ziele

Das Ziel des Teilprojektes ist es mit Hilfe des numerischen Modells zunächst die aktuellen Entwicklungen der Neozoen abzubilden. Beispielhaft zeigt nachfolgende Abbildung die Nachbildungsgüte.

Vergleich zwischen gemessener und berechneter Quaggamuschel-Biomasse auf dem Seeboden des Bodensees in unterschiedlichen Tiefen.
© Kobus und Partner

Unter Berücksichtigung der klimabedingten Änderungen werden mit dem Modellsystem Prognosen über die zukünftige Entwicklung der Schichtungs- und Austauschprozesse erstellt. Darauf aufbauend werden die biologischen und chemischen Entwicklungen simuliert. Es wird prognostiziert, wie sich die Verteilung der Quaggamuschel verändert und wie sich der Nährstoffkreislauf in Zukunft ändern kann. Da die zukünftige Entwicklung der biologischen Prozesse von vielen Faktoren abhängen wird in einer Sensitivitätsstudie die Bandbreite der möglichen Entwicklungen aufgezeigt. Ziel ist, die nahe Zukunft der nächsten 20 bis 40 Jahre abzuschätzen.

Erste Prognose der Entwicklung der Quaggamuscheldichte in Abhängigkeit von der Tiefe.
© Kobus und Partner

Zusammenarbeit im SeeWandel-Klima Projekt

Entwicklung Quaggamuschel-Modul: Definition der wesentlichen Parameter für Wachstum, Tiefenabhängigkeit, Filtration, Überprüfung Modell mit Vergleichsdaten (Eawag, Teilprojekt 6A).

Entwicklung Makrophyten-Modul: Aufstellen des Konzeptionellen Modells, Eingrenzung der Wachstumsparameter, Vergleich mit Messdaten (Universität Konstanz, Teilprojekt 3B).

Modellentwicklung Zooplankton: Identifizierung der relevanten Planktonspecies, Modellimplementierung und Testung (Universität Innsbruck, Teilprojekt 4).

Paläosimulationen: Auswahl der Paläohochwasser und Simulationszeitraum, Vergleichsdaten aus Bohrkernen (ISF-LUBW, Teilprojekt 1).

Modellsimulationen und Klimaprojektionen: Vergleich Modelle 2D versus 3D, Auswahl Klimaprojektionen, Entwicklung gemeinsamer Modellprognosen und Parameterbandbreiten (Eawag, Teilprojekt 6C).

Koordination der SeeWandel-Klima Themengruppe „Modellbasierte Vorhersagen“. Die Themengruppe führt insbesondere das Wissen bezüglich prozessorientierter Modellierung zur Vorhersagbarkeit der Folgen relevanter Umweltthemen zusammen.

Projektteam

Ingenieurgesellschaft Prof. Kobus und Partner GmbH (kup), Deutschland

  Dr.-Ing. Ulrich Lang – Projektleitung

  Dipl.-Ing. Stefan Mirbach – wissenschaftlicher Mitarbeiter

  M.Sc. Irina Weber – wissenschaftliche Mitarbeiterin

  Dipl.-Ing. M.Sc. Armin Durach – wissenschaftlicher Mitarbeiter

In Zusammenarbeit mit

Externe Zusammenarbeit?

Wissenschaftliche Mitarbeitende

M.Sc. Steffen Bader

Fischereiforschungsstelle Langenargen (FFS-LAZBW)

Forschungsgebiete:
Fischmonitoring, Fischökologie Fließgewässerrevitalisierung, urbane Fischgemeinschaften, fischbasierte Gewässerbewertung
Teilprojekt: L12

steffen.bader@lazbw.bwl.de
+49 (0)7543 930 8331

Dr. Maria Cuenca Cambronero (Alumna)

Eawag, Fischökologie & Evolution

Forschungsgebiete:
evolutionäre Ökologie, Zooplankton-Gemeinschaften, phänotypische Plastizität, genetische Anpassung
Teilprojekt: L13

Dr. Stuart Dennis (Alumnus)

Eawag, Aquatische Ökologie

Forschungsgebiete:
Evolutionsbiologie, phänotypische
Plastizität, Genomik
Teilprojekt: L10

Dr. J. Tyrell DeWeber (Alumnus)

Fischereiforschungsstelle Langenargen (FFS-LAZBW)

Forschungsgebiete:
Fischereiökologie und -management, statistische Modellierung ökologischer Prozesse, Entscheidungswissenschaft
Teilprojekt: P2

Dr. Iris Dröscher (Alumna)

Inst. für Seenforschung (ISF-LUBW) 

Forschungsgebiet:
Limnologie
Teilprojekt: P7

Dr. Cameron Hudson

Eawag, Fischökologie & Evolution

Forschungsgebiet:
phänotypische Evolution invasiver Arten
Teilprojekt: L13

cameron.hudson@eawag.ch
+41 (0)58 765 2120

Dr. Benjamin Kraemer

Universität Konstanz, Limnologisches Institut

Forschungsgebiet:
Reaktionen der Seen auf den Klimawandel
Projekt: Synthese

ben.m.kraemer@gmail.com

Dr. Moritz Lürig (Alumnus)

Eawag, Fischökologie & Evolution

Forschungsgebiete:
Artinteraktionen, phänotypische Evolution, ökologische Informatik, Computervision, Zeitreihen
Teilprojekt: L13

name

M.Sc. Barbara Scholz (Alumna)
Fischereiforschungsstelle Langenargen (FFS-LAZBW)

Forschungsgebiet:
Fischökologie in Seen
Teilprojekt: L12

name

Dr. Bernd Wahl
Inst. für Seenforschung (ISF-LUBW) 

Forschungsgebiet:
Seenphysikalische Fragestellungen
Teilprojekt: P7

bernd.wahl@lubw.bwl.de
+49 (0)7543 304 170

name

Dr. Simone Wengrat Ribeiro
Universität Konstanz, Limnologisches Institut

Forschungsgebiet:
Paläolimnologie
Teilprojekt: P8

simone.wengrat-ribeiro@uni-konstanz.de
+49 (0)177 9223 743

name

PD Dr. Elizabeth Yohannes (Alumna)
Universität Konstanz, Limnologisches Institut

Forschungsgebiete:
stabile Isotopenökologie, Tierbewegung und Migration, invasive Arten
Teilprojekte: P8, L9

Mit Unterstützung von

SeeWandel-Klima
Überlandstrasse 133
CH-8600 Dübendorf
E-Mail: seewandel@seewandel.org
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