Ein gekoppeltes, dreidimensionales Modell der Nährstoff- und Planktondynamik für die westliche Ostsee
Creators: name: Fennel, Katja
Publisher: name: Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde
Year: 1998

description: Meereswissenschaftliche Berichte No 30 1998 - Marine Science Reports No 30 1998
description: A coupled, 3-dimensional model, consisting of a mesoscale resolved circulation model (MOM1) and a simple chemical-biological model, is presented in this paper. Furthermore it is examined how well the dynamics of nutrients and phytoplankton in the water column of the western Baltic Sea are described by this model. Simulations for the years 1994, 1995, and 1996 were performed with realistic meteorological forcing to investigate the influence of mesoscale 
variability in circulation patterns and variations in external forcing on the chemical-biological dynamics, especially on interannual and regional differences in phytoplankton blooms.

To validate the model a sensitivity analysis, a quantitative comparison of model results and measurements, and a qualitative comparison were carried out. For qualitative validation it was checked, whether observed phenomena like the delay in timing of the spring bloom, the amplitude and spatial scale of patchiness, and the typical seasonal course of phytoplankton and the ratio of new versus regenerated production are simulated well.

Interannual and regional differences occurred especially in the timing and course of the simulated spring blooms. Interannual deviations are explained by differences in external forcing. The delay in timing of the spring bloom in northeasterly direction is caused by the different duration of spring convection after cold winters. After mild winters without convective overturn in spring no delay in bloom timing occured.

Mesoscale eddies play an important role in the generattion of patchiness in the homogeneous initial distributions, because distinct water bodies are isolated in the core of such eddies, allowing higher growth rates.

An eutrophication experiment was carried out to investigate the distribution of riverine nutrients and the regional effects on the pelagic system. The simulation showed a regionally differing influence depending on the dynamic distribution of loaded material.

Despite the underlying simplifications the model displays the pelagic system of the western Baltic Sea well and represents a suitable starting point for an ecosystem model of the Baltic Sea.
description: In der vorliegenden Arbeit wird ein gekoppeltes, dreidimensionales Modell, bestehend aus einem mesoskalig auflösenden Zirkulationsmodell (MOM1) und einem einfachen chemisch-biologischen Modell, beschrieben und untersucht wie gut die Nährstoff- und Phytoplanktondynamik in der Wassersäule der westlichen Ostsee mit diesem Modell erfaßt werden kann. Unter realistischem meteorologischen Antrieb wurden Jahresgänge für 1994, 1995 und 1996 simuliert, um den Einfluß von mesoskaligen Variabilitäten in den Zirkulationsmustern und Variationen des äußeren Antriebs auf die chemisch-biologische Dynamik, insbesondere zwischenjährliche und regionale Unterschiede im Auftreten von Phytoplanktonblüten, zu untersuchen.
 
Zur Validierung des Modells wurde neben einer Sensitivitätsanalyse und einem quantitativen Vergleich der Modellergebnisse mit Messungen ein qualitativer Vergleich durchgeführt, wobei gezeigt wurde, daß real beobachtete Phänomene wie die zeitliche Verschiebung im Beginn der Frühjahrsblüte, Amplitude und räumliche Skale von Patchiness und der typische saisonale Verlauf der Phytoplanktondynamik und des Verhältnisses von neuer und regenerierter Produktion qualitativ gut simuliert werden.

Die simulierten Jahresgänge weisen zwischenjährliche und regionale Unterschiede, insbesondere im Auftreten der Frühjahrsblüte, auf. Die zwischenjährlichen Abweichungen können durch Unterschiede im meteorologischen Antrieb erklärt werden. Die zeitliche Verzögerung der Frühjahrsblüte in nordöstlicher Richtung wird durch die unterschiedlich lange andauernde Frühjahrskonvektion nach kalten Wintern verursacht. Nach milden Wintern ohne konvektive Durchmischung im Frühjahr tritt keine Verzögerung der Blüte auf. Bei der Erzeugung von Patchiness in den zunächst homogenen Anfangsverteilungen spielen mesoskalige Wirbel eine wichtige Rolle, denn durch die spezielle Dynamik eines solchen Wirbels wird in dem isolierten Wasserkörper in seinem Kern eine höhere Wachstumsrate als in der Umgebung erreicht.

In einem Eutrophierungsexperiment wurde die Verteilung von fluvial eingetragenen Nährstoffen simuliert und die regionalen Auswirkungen auf das pelagische System untersucht. Es ergibt sich eine regional unterschiedlich starke Belastung in Abhängigkeit von der dynamischen Verteilung des eingetragenen Materials.

Trotz der zugrundeliegenden Vereinfachungen ist das Modell gut geeignet, um die realen Verhältnisse in der westlichen Ostsee zu erfassen und bildet einen guten Ausgangspunkt für ein Ökosystemmodell der Ostsee.