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Im Rahmen des BMVI-Expertennetzwerks Themenfeld 1 „Verkehrs- und Infrastruktur an Klimawandel und extreme Wetterereignisse anpassen“ untersucht die Bundesanstalt für Wasserbau Hamburg u.a. die Bedeutung von Meeresspiegelanstieg und Topographieänderungen in der Deutschen Bucht und ihren Ästuaren. Der Meeresspiegelanstieg beeinflusst die Hydrodynamik in den Ästuaren und somit sowohl mittlere Tiden, als auch Sturmflutereignisse. Da das Küstenprofil in einem morphodynamischen Gleichgewicht mit den hydrodynamischen Kräften steht, kann sich jedoch auch die Topographie eines Küstengebietes durch den Meeresspiegelanstieg verändern. Die Wattflächen der Deutschen Bucht, welche eine wichtige Komponente des Küstenschutzes sind, können, bei ausreichender Sedimentverfügbarkeit, zu einem gewissen Anteil mit dem Meeresspiegelanstieg mitwachsen. Der Einsatz hydrodynamisch-numerischer Modelle ermöglicht es, den Einfluss der genannten Prozesse auf z. B. Sturmflutscheitelwasserstände einzeln zu untersuchen. In einer Sensitivitätsstudie analysieren wir den Einfluss eines Meeresspiegelanstiegs und einer topographischen Erhöhung der Wattflächen auf Sturmflutereignisse in der Tideelbe. Die Ergebnisse zeigen, dass der Sturmflutscheitelwasserstand (HW) in der Tideelbe etwas höher ansteigt als der am Modellrand eingesteuerte Meeresspiegelanstieg. Eine Erhöhung der Wattflächen führt zu einem Absinken des HW gegenüber einem Szenario mit alleinigem Meeresspiegelanstieg ohne Topographieänderung. Die Berechnung weiterer Analysegrößen, wie der Durchflussfläche, ermöglicht ein besseres Systemverständnis der untersuchten Änderungen in der Tideelbe. Die Untersuchungen verdeutlichen die positiven Auswirkungen eines Wattwachstums bei Meeresspiegelanstieg auf den Küstenschutz und die Notwendigkeit, einem Verlust an Wattflächen durch den Klimawandel entgegenzuwirken.

Future mean sea level rise will influence tidal dynamics and storm surge events in estuaries. The bathymetry in estuaries and coastal areas will also be affected by mean sea level rise, since it is in a morphodynamic equilibrium with hydrodynamic forces. Tidal flats, which are an important component of coastal protection, will grow to a certain extent with mean sea level rise in case of sufficient sediment availability.With the help of a highly resolved hydrodynamic-numerical model of the German Bight (North Sea), we analyse the potential influence of mean sea level rise and vertical growth of tidal flats on tidal dynamics and storm surge events in the Elbe estuary.The results show an increase of tidal amplitude and storm surge water levels due to mean sea level rise. A bathymetric rise of tidal flats in the German Bight and the mouth of the Elbe estuary leads to a decrease in storm surge water level and tidal amplitude compared to the scenario with sole mean sea level rise without a change in bathymetry. Further analyses show, how geometric parameters of the Elbe estuary are changing due to mean sea level rise and tidal flat growth. These changes in geometry influence tidal dynamics and can therefore be an explanation for the observed changes in tidal amplitude and storm surge water levels.These findings enable a better understanding of future changes in the Elbe estuary and support coastal managers in decision making processes concerning adaptation options to reduce the impacts of climate change.

Aufgrund des Klimawandels wird ein beschleunigter Anstieg des Meeresspiegels erwartet. Eine Kernfrage für die Entwicklung von Anpassungsmaßnahmen ist, wie sich der Meeresspiegelanstieg auf die Gezeitendynamik in Randmeeren wie der Nordsee auswirkt. Studien, die den Einfluss des Meeresspiegelanstiegs auf die Gezeitendynamik in der Nordsee untersuchen, zeigen selbst für die gleichen Meeresspiegelanstiegsszenarien unterschiedliche und zum Teil gegensätzliche Ergebnisse. Die Ergebnisse unterscheiden sich je nachdem, ob mit Meeresspiegelanstieg neue Elemente im Modell überflutet werden dürfen oder ob die Modellgrenze fixiert ist. Unsere Untersuchungen mit einem hochaufgelösten hydrodynamischen 3D-Modell der Deutschen Bucht zeigen, dass die unterschiedliche Entwicklung der M2-Amplitude bei Meeresspiegelanstieg nicht nur auf die Implementierung der landwärtigen Grenze, sondern auch auf die Auflösung der Küstenbathymetrie im Modell zurückzuführen ist. Zum einen untersuchen wir die Auswirkungen des Abtrennens von Ästuaren aus dem Modellgebiet, was einer in Schelfmodellen üblichen auflösungsbedingten Vereinfachung entspricht. Hierzu werden im hochauflösenden Modell die Ästuare entfernt, um den Einfluss des fehlenden Oszillationsraums zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigen, dass dies lokal einen großen Einfluss haben kann. Zum anderen wird der Einfluss der Modellauflösung untersucht. Auf das numerische Gitter des hochauflösenden Modells wird jeweils eine grobe und eine hochauflösende Bathymetrie interpoliert. Das Ergebnis zeigt ein unterschiedliches dissipatives Verhalten in der intertidalen Zone, das zu gegenläufigen Änderungen der M2-Amplitude durch Meeresspiegelanstieg führt. Unsere Ergebnisse bestätigen, dass es in Abhängigkeit von der Fragestellung und der betrachteten Region wichtig ist, den Modellaufbau so zu wählen, dass alle relevanten Prozesse insbesondere in den flacheren Küstenabschnitten und in der intertidalen Zone berücksichtigt werden.

Viele Politikfelder und Wirtschaftssektoren sind durch die Folgen des Klimawandels betroffen. Extremereignisse wie Hitzewellen, Dürren, Starkregen und Stürme oder auch allmähliche Verschiebungen in langjährigen Mittelwerten (Meeresspiegelniveau, Wasserdargebot, Globalstrahlung, Wind, Temperatur-, Niederschlags- und Abflussregime) setzen Wirkungsketten in Gang, an deren Ende ökologische und ökonomische Funktionen beeinträchtigt und Aspekte der Daseinsvorsorge sowie der Sicherheit berührt sind. Eine vorausschauende Planung und ein auf Resilienz ausgerichtetes Handeln müssen den Aspekt Klimawandel berücksichtigen. Dafür sind eine einheitliche Datengrundlage und abgestimmte Methoden notwendig. Diese Grundlagen zur Bewertung der regionalen und sektoralen Wirkungen des Klimawandels und zur Erarbeitung und Bewertung von Anpassungsoptionen werden durch den DAS-Basisdienst "Klima und Wasser" bereitgestellt, der 2019 durch das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur ins Leben gerufen wurde. Der DAS-Basisdienst "Klima und Wasser" soll u.a. die Bereiche Verkehr, Wasser- und Energiewirtschaft, Bauwesen, Küsten-, Meeres- und Bevölkerungsschutz, Industrie und Gewerbe mit einheitlichen Informationen zu extremen Witterungsereignissen sowie zu Änderungen mittlerer Bedingungen versorgen. Die zentralen Aspekte des in Abstimmung befindlichen Konzepts des DAS-Basisdienstes "Klima und Wasser" werden vorgestellt.

Due to climate change an accelerated mean sea level rise is expected. One key question for the development of adaptation measures is how mean sea level rise affects tidal dynamics in shelf seas such as the North Sea. Owing to its low-lying coastal areas, the German Bight (located in the southeast of the North Sea) will be especially affected. Numerical hydrodynamic models help to understand how mean sea level rise changes tidal dynamics. Models cannot adequately represent all processes in overall detail. One limiting factor is the resolution of the model grid. In this study we investigate which role the representation of the coastal bathymetry plays when analysing the response of tidal dynamics to mean sea level rise. Using a shelf model including the whole North Sea and a high-resolution hydrodynamic model of the German Bight we investigate the changes in M2 amplitude due to a mean sea level rise of 0.8 and 10 m. The shelf model and the German Bight Model react in different ways. In the simulations with a mean sea level rise of 0.8 m the M2 amplitude in the shelf model generally increases in the region of the German Bight. In contrast, the M2 amplitude in the German Bight Model increases only in some coastal areas and decreases in the northern part of the German Bight. In the simulations with a mean sea level rise of 10 m the M2 amplitude increases in both models with largely similar spatial patterns. In two case studies we adjust the German Bight Model in order to more closely resemble the shelf model. We find that a different resolution of the bathymetry results in different energy dissipation changes in response to mean sea level rise. Our results show that the resolution of the bathymetry especially in flat intertidal areas plays a crucial role for modelling the impact of mean sea level rise.

A numerical wave model was used to determine the wave climate in the southern Baltic Sea. The basic data derived from wave hindcasts were evaluated statistically. Climate graphs were developed on the basis of continuous computations for the years 1988 through 1993. Extreme value statistics were derived from the results of hindcast computations for 40 storms in the years 1956–1993. The evaluation was made primarily with a view to redesigning the Warnemunde harbour entrance, but the data are also useful with respect to other areas of the Baltic Sea.

Bei einem vom Menschen unbeeinflussten Fliesgewasser werden Struktur und Dynamik durch die klimatischen und geologischen Verhaltnisse sowie durch das Relief des Einzugsgebietes bestimmt. Bei einem solchem Gewasser kann also aus jahrelangen kontinuierlichen Messungen hydrologischer Parameter auf den Einfluss des Klimas geschlossen werden. Bei einem durch den Menschen gepragten Gewasser wie der Elbe ist dies nur schwer moglich. Hier lassen lange Messzeitreihen keinen eindeutigen Schluss auf den Einfluss des Klimas zu. Aus den vorhandenen Messungen konnen aber Erkenntnisse aus der Reaktion des Systems Elbe auf anthropogene und naturliche Veranderungen abgeleitet werden, die vor dem Hintergrund eines zukunftigen Klimawandels beachtet werden mussen. Deswegen wird im Folgenden neben der Beschreibung der Hydrodynamik auch auf die historische Entwicklung der Elbe eingegangen.

Since launch of the ERS-2 Satellite in 1995, more than 40 SAR images of the intertidal areas of the River Elbe estuary have been received at Neustrelitz antenna station and processed at DFD in near real time. This area is morphodynamical very active, i.e. the bottom topography underlies a continuous change due to sediment transport, with strong impact on the main waterways of the Elbe. To investigate these morphodynamics, the ERS-2 SAR images are very useful, because of their all weather, day and night capability and because the land-water boundary-the shoreline-can be extracted using edge detection methods. The detected shorelines are transformed into isolines of bottom topography by combining them with available tide gauge information. Due to the speckle noise of the SAR image, edge detection from SAR is a demanding task. In this paper a new approach is used combining wavelet methods and active contour models. In a first step this approach takes advantage of Mallats (1992) wavelet algorithm acting as a full resolution noise filter and edge detector. The Mallat algorithm leads to a first guess full resolution land water segmentation. Based on this segmentation an active contour model starting from the wafer side is used as a second step, similar to the approach used by Mason and Davenport (1996). After the active contour model has mapped a connected shoreline, the derived line is combined with height, information from tide gauges and compared to bottom topography provided by the German Federal Waterway Engineering and Research Institute (BAW) to show changes due to morphodynamics.

Within the framework of the current cooperation between the Federal Waterway Engineering and Research Institute (BAW) and the German Aerospace Center (DLR) in the Project TIDE, a possible improvement of the boundary conditions of the hydrodynamic tide model TRIM-2D in the Elbe estuary using satellite data is investigated. The model currently uses a bottom topography boundary condition determined by conventional vessel mounted echo sounder measurements, which is difficult and expensive to update. With the aid of Synthetic Aperture Radar (SAR) data of the European Remote Sensing Satellites (ERS-1/2) it can be shown that this intertidal Elbe estuary region underlies a continual change. This is essential for the model performance and has to be taken into account. The major goal of the TIDE project is the operational extraction of shorelines from the SAR data. The shorelines are transformed to isolines of bottom topography which then can be used as model boundary. The transformation is done either by combining the SAR data with conventional tide gauges or with satellite based ERS-2 altimeter data. To derive topography by satellite is much cheaper and less time consuming than conventional methods, but ifs accuracy has still to be validated against them.