Meereskunde

-  das  empirisch  statistische  Verfahren,
-  das  operationeile  Modell  für  die  Nordund
  Ostsee,
-  das  Windstaumodell  und
-  das  neuronale  Netz.
Für  das  empirisch  statistische  Verfahren
wurde  mit  Hilfe  multipler  Regression  aus  zwanzig
Jahre  langen  Zeitreihen  der  Stau  bei  Cuxhaven  in
Abhängigkeit  von  Windrichtung,  Windstärke,  statischem ­
  Lufdruck,  dreistündiger  Luftdruckänderung, ­
  Lufttemperatur  und  Unterschied  zwischen
Luft-  und  Wassertemperatur  über  der  Deutschen
Bucht  ermittelt.
Das  operationeile  Nord-  und  Ostseemodell
(dreidimensional  mit  drei  verschachtelten  Gitternetzen ­
  von  20,  10  und  1,8  km  Gitterweite)  ist
primär  zur  Berechnung  der  Strömungen  konzipiert. ­
  Es  berechnet  aber  auch  die  Wassertände
im  Gebiet  bis  zu  36  Stunden  im  voraus.  Es  wird
einmal  am  Tag  mit  den  meteorologischen  Prognosen ­
  des  Europamodells  des  DWD  angetrieben, ­
  berücksichtigt  die  Gezeiten  mit  14  Partialtiden ­
  und  ist  an  ein  einfacheres  Modell  für  den
nordöstlichen  Atlantik  gekoppelt,  mit  dem  die
Fernwellen  aus  dem  Atlantik  berechnet  werden.
Das  speziell  für  die  Wasserstandvorhersage
konzipierte  Windstaumodell  (Gitterauflösung  10
km)  wird  zweimal  täglich,  sobald  neue  meteorologische ­
  Prognosen  verfügbar  sind,  eingesetzt.  Dabei ­
  wird  jeweils  eine  Rechnung  nur  mit  Gezeitenanregung ­
  und  eine  zweite  mit  Gezeiten-  und
Windanregung  durchgeführt.  Aus  der  Differenz
der  beiden  Ergebnisse  erhält  man  die  Vorhersage
für  den  (Wind-)Stau.  Da  bei  einem  Vorhersagetermin ­

  für  die  kommenden  Hoch  oder  Niedrigwasser
immer  Prognosen  von  verschiedenen  Simulationsläufen ­
  vorliegen,  lassen  sich  aus  den  Ergebnissen ­
  des  Modells  Aussagen  zur  Entwicklung
des  Windstaus  bei  verbesserten  meteorologischen ­
  Vorhersagen  ableiten.  Da  das  Modell  auf
weniger  Gitterpunkten  als  das  operationeile  Modell ­
  für  Nord-  und  Ostsee  rechnet,  benötigt  es  für
eine  72stündige  Vorhersage  maximal  15  Minuten.
Künstliche  neuronale  Netze  entspringen
dem  Wunsch  des  Menschen,  das  menschliche
Gehirn  in  seiner  Funktionsweise  verstehen  und
nachahmen  zu  können.  Aus  der  Fülle  der  Netztypen ­
  wurde  für  die  Wasserstandsvorhersage  das
zweischichtige,  nach  dem  finnischen  Physiker
Kohonen  benannte  Netz,  gewählt.  Während  der
sog.  Trainingsphase  hat  das  Netz  aus  bekannten
Wind-  und  Wasserstandsdaten  bei  Terschelling
und  Cuxhaven  die  Abhängigkeit  des  Staus  bei
Cuxhaven  vom  Wasserstand  bei  Terschelling  und
dem  Wind  in  der  Deutschen  Bucht  „gelernt“.  In
der  Abrufphase  wird  aus  der  eingegebenen  Windprognose ­
  für  die  Deutsche  Bucht  und  dem  aktuellen ­
  Stau  bei  Terschelling  der  Stau  bei  Cuxhaven
abgeleitet.
Da  auf  den  deutschen  Revieren,  wie  z.B.  der
Elbe,  die  mittlere  Wassertiefe  häufig  in  der  gleichen ­
  Größenordnung  wie  der  Tiefgang  der
Schiffe  liegt,  ist  es  dort  entscheidend  wichtig,  eine
möglichst  genaue  Wasserstandsvorhersage  bereitzustellen, ­
  um  die  Leichtigkkeit  und  Sicherheit
der  Schiffahrt  zu  gewährleisten.  Aus  diesem
Grund  sind  für  die  Wasserstandsvorhersage  auf
der  Elbe  zwei  spezielle  numerische  Modelle  entwickelt ­
  worden.

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