Austauschströmung und Vermischung in Ästuaren mit Eisbedeckung

• Antragsteller: Professor Dr. Hans Burchard
• Fachliche Zuordnung: Physik, Chemie und Biologie des Meeres
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 525056766

Die winterliche landfeste Eisbedeckung an der Oberfläche arktischer Ästuare führt zu einer grundlegenden dynamischen Veränderung ihrer Hydrodynamik. Statt eines Gezeiten-unabhängigen Windantriebes wirkt an der Wasseroberfläche eine oszillierende Schubspannung, deren Größe vergleichbar ist mit der normalerweise dominierenden Bodenschubspannung. Für eisfreie Ästuare liegen gut etablierte Theorien zur Erklärung der ästuarinen Zirkulation und Vermischung vor. Beides sind stark voneinander abhängige Prozesse, die die Struktur und Lage des Salzkeiles sowie die Muster des Sedimenttransportes bestimmen. Für eisbedeckte Ästuare fehlen solche Theorien, obwohl einige der weltgrößten Ästuare in der Arktis liegen. Es ist zu erwarten, dass die winterliche Eisbedeckung einen bedeutenden Einfluss auf die Vermischungseigenschaften innerhalb des Ästuars hat mit der Folge, dass die Ursprungswassermassen der Flussfahnen in den Arktischen Ozean stark modifiziert sein werden. Obwohl Vorstudien basierend auf Wassersäulenmodellen mit und ohne Eisbedeckung eine eisbedingte Reduktion der ästuarinen Zirkulation zeigen, ist es unklar, ob das auch in realen Ästuaren mit longitudinalen Dichtegradienten der Fall ist. Winterszenarien in arktischen Ästuaren könnten unter anderen folgende entgegengesetzte Auswirkungen haben: (i) die Kovarianz von Wirbelviskosität und vertikaler Scherung als Antrieb ästuariner Zirkulation sollte stark geschwächt sein, sodass die ästuarine Zirkulation verringert wird; (ii) durch Eisbedeckung erhöhte Turbulenz sollte zu verringerter vertikaler Schichtung und damit kürzeren Ästuaren führen, und damit zu erhöhten Dichtegradienten und möglicherweise erhöhter ästuariner Zirkulation; (iii) stark reduzierter Süßwassereintrag während des Winters sollte zu verringerter Schichtung und schwächeren longitudinalen Dichtegradienten führen und somit zu verringerter ästuariner Zirkulation. Das hier beantragte Projekt soll mit Hilfe von idealisierter und realistischer numerischer Modellierung Einsichten in dieses bisher kaum erforschte Feld bringen. Der Fokus wird dabei auf dem in die Karasee mündenden Golf von Ob liegen, dem längsten Ästuar der Welt. Idealisierte zwei- und drei-dimensionale Modellexperimente, die einen großen Parameterraum abdecken, sollen helfen, den Einfluss der Eisbedeckung auf die ästuarine Hydrodynamik zu verstehen. Zudem sind realistische mehrjährige Hindcast-Simulationen für den Golf von Ob geplant. Diese neuen Erkenntnisse sind entscheidend, um die Auswirkungen einer sich rasch erwärmenden Arktis auf die Dynamik von arktischen Ästuaren abzuschätzen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen