Die Küste, 72 (2007), 65-103
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In Küstennähe verlieren die Modelle des BSH (und ähnliche Modelle) ihre Gültigkeit,
wenn die Wellenlängen so kurz werden, dass Dispersionseffekte wieder eine Rolle spielen.
Diese Einschränkung betrifft Aussagen zum Wasserstand relativ wenig. Vergleichsrechungen
(Pedersen, 2004) zeigen, dass hydrostatische Modelle den Wasserstand angemessen simulieren,
die Geschwindigkeit der Wasserteilchen aber unterschätzen. Stärker wird der Gültigkeitsbereich
der Modellannahmen dadurch eingeschränkt, dass sie für brechende Wellen
nicht mehr gerechtfertigt sind. Angegebene Wasserstandsverläufe sind daher mit Vorbehalt
zu interpretieren.
5.2 Randbedingungen
Wenn für die Nordsee davon ausgegangen wird, dass die Quelle des Tsunami außerhalb
des Modellgebiets liegt, ist es notwendig, den Tsunami als in das Modellgebiet einlaufendes
Signal vorzugeben. Dadurch ergeben sich zwei Arten von Problemen: das Signal muss physikalisch
sinnvoll sein, d. h. es muss das aus einer potentiellen Quellregion ankommende
Signal angemessen darstellen, und das Geschehen am Rand muss numerisch korrekt modelliert
werden.
Für die Simulation hypothetischer Tsunami sind verschiedenartige Randbedingungen
gewählt worden. Lehfeldt et al. (2008, in diesem Heft) geben eine einzelne solitäre Welle
am Rand vor (Modell MARTIN, finite Elemente). Bei den Simulationen im DMI-Bericht
(Buch et ah, 2005; Modell MOG2D, finite Elemente) ist das Problem für die Nordsee durch
Gitternetzverfeinerung gelöst. WINTER (2005) nutzte eine Simulation des Tsunami, ausgelöst
von der Storegga-Hangrutschung (Bondevik et ah, 2005), um Randwerte für Ausbreitungsrechnungen
(Modell Delft3D, horizontaler Gitterabstand etwa 5 km) in die Nordsee hinein
zu erhalten. Ähnlich wird im DEFRA-Bericht (Kerridge, 2005) die Simulation eines Tsunami
durch eine potentielle Hangrutschung (Run H) im feineren Modell (N10,2D, horizontale
Auflösung 3,5 km) mit Randwerten aus einem gröberen Modell (NEA, 2D, horizontale
Auflösung 35 km) fortgesetzt. In weiteren Simulationen wird für NEA eine aus Süden kommende
Welle vorgegeben, und wieder werden die in NEA berechneten Größen an N10 als
Randwerte übergeben. Es wurde sowohl ein positives als auch ein Signal mit führender negativer
Auslenkung, jeweils mit einer Periode von einer Stunde, genutzt. In einer Ergänzung
zum DEFRA-Bericht (Smallman, 2006) wird das Modell NEA durch eine Erweiterung des
britischen operationeilen Windstaumodells (Flather, 2000; 2-D, horizontale Auflösung
12 km) ersetzt und von einer bekannten Anfangsverteilung gestartet. Es übergibt Randwerte
an ein Modell mit variablem Gitterabstand (TELEMAC-2D, finite Elemente, horizontaler
Gitterabstand 12 km bis 1 km).
Im operationeilen Betrieb besteht das Modellsystem des BSH auch aus ,genesteten' Modellen.
Auf eine Übergabe der Ergebnisse des Nordostatlantikmodells (Abschnitt 4) als
Randwerte an das Nordseemodell wurde verzichtet, da die Randbedingungen des Nordostatlantikmodells
willkürlich gewählt wurden und das Modell nicht alle Aspekte der Modifikation
eines Tsunami im tiefen Wasser und am Kontinentalrand reproduziert. Im Nordseemodell
(Modell „Nordsee 2 km“, 2-D, horizontale Auflösung 1,8 km) wurden daher auch
analytische Signale als Randbedingung vorgegeben. Der in die Modellgebiete einlaufende
Wellenzug besteht jeweils aus drei aufeinander folgenden positiven Einzelwellen. In den
Berechnungen der Abschnitte 5.3 und 5.4 wurden sie am entsprechenden Rand über die
Geschwindigkeit der Wasserteilchen u = H \jgh/h sin 2 (2T/2n t) vorgegeben. Das entspricht
einem von der Tiefe unabhängigen positiven Eingangssignal für die Oberflächenauslenkung
