Datenbasierte geomorphologische Hindcast-Simulationen in der Deutschen Bucht Möglichkeiten und Grenzen. smile consult GmbH.

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Karlheinz Althaus
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1 Datenbasierte geomorphologische Hindcast-Simulationen in der Deutschen Bucht Möglichkeiten und Grenzen Peter Milbradt smile consult GmbH

2 Motivation

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5 Motivation

Morphodynamische Analyse Naturbeobachtung Analyse der Naturdaten Datenbasierte Modelle Prozessbasierte numerische Simulationsmodelle Aufbau von integrierten Modellsystemen

6 Morphodynamische Analyse Naturbeobachtung Analyse der Naturdaten Datenbasierte Modelle Prozessbasierte numerische Simulationsmodelle Aufbau von integrierten Modellsystemen zur Analyse der langfristigen Morphodynamik in der Deutschen Bucht Laufzeit (AufMod) vom bis gefördert durch das BMBF als KFKI Projekt 03KIS082-03KIS088

7 Funktionales Bodenmodell Zeitvariantes Modell der Oberfläche des Meeresbodens Basiskomponenten Bathymetry mittlere Tiefe Seite 7

8 Funktionales Bodenmodell Zeitvariantes Modell der Oberfläche des Meeresbodens Basiskomponenten Bathymetry mittlere Tiefe Bodenformen Seite 8

9 Funktionales Bodenmodell Zeitvariantes Modell der Oberfläche des Meeresbodens Basiskomponenten Bathymetry mittlere Tiefe Bodenformen Sedimentologie Korngrößenverteilungen Porosität organischer Anteil Seite 9

10 Funktionales Bodenmodell Zeitvariantes Modell der Oberfläche des Meeresbodens Basiskomponenten Bathymetry mittlere Tiefe Bodenformen Sedimentologie Korngrößenverteilungen Porosität organischer Anteil Bauwerksmodelle Konsolidierter Horizonte Seite 10

DGM-W Projekte im Auftrag der BFG Ems 2010

11 Digitale Geländemodelle Eine digitale Repräsentation der Oberfläche auf der Basis von Vermessungsdaten und räumlichen Interpolationsverfahren. DGM-W Projekte im Auftrag der BFG Ems 2010 Elbe 2010 Weser 2011 Jade 2012 Jade 2001 Jade 2006 DGM-W Projektgrenzen

12 DGM-W Basisdaten Komposition unterschiedlicher aktuellster Vermessungsdaten Aufnahmeverfahren Basisdaten DGM-W Produkt Modell A

13 DGM-W Basisdaten Komposition unterschiedlicher aktuellster Vermessungsdaten Aufnahmeverfahren Datenerheber Aufgabe Aufnahmezeitraum ergänzt um Bauwerksund Ersatzmodelle Erhebungsjahre des DGM-W Jade 2012

14 Zeitvariante Digitale Geländemodelle Vermessungsdaten und zugehörige Metadaten verknu pft mit Interpolationsverfahren in Raum und Zeit z((x,y),t) klassische Karten Elbe-Ästuar z((x,y),t) Vermessungsdaten vor Langeoog

15 AufMod: bathymetrische Datenbasis u ber 20 tausend Datensätze seit 1939 Profilvermessungen, Single und Multi beam Echo Sounder Lidardaten Historische Karten Bauwerks- und Ersatzmodelle u ber 3 Milliarden Punkte unterschiedlichste Datenlieferanten

16 Datenbank-basierte Verwaltung Schneller, selektiver Zugriff auf große Datenbestände zweistufige Datenbankstruktur Metadaten Daten Komfortable Navigation Navigation erfolgt zunächst auf Metadaten Batch-Import von Vermessungsdaten verschiedene Koordinatensysteme De-/Aktivierbarkeit von Vermessungen

17 Metadatenauswahl DB-Server Datenbank Vermessung Ergebnis: Sammlung von Punktmengen zeitliche Kriterien räumliche Kriterien

Metadata basierend auf ISO 19115 erweitert um spezifische Informationen: Aussagebereich Qualität /

18 Metadata basierend auf ISO erweitert um spezifische Informationen: Aussagebereich Qualität / Fuzzyness (Datendichte, Position, Höhe) Interpolationsmethode Messintervall / Zeitstempel aktiv / inaktiv...

19 Metadaten-basierte Analysen Anzahl der Datensätze an einem Ort Datenerheber /-lieferant Aufnahmeverfahren Statistik auf den zeitlichen Abständen der Vermessungen... Anzahl der Datensätze ( )

20 Bathymetriesimulation Datenbasis Räumlich-Zeitliche Interpolation Produkte Zeit Jahr: 2011 Ort 1990

21 Bathymetrische Produkte Tiefenverteilung jährliche Tiefenverteilungen von 1982 bis 2012 unter ftp://ftp.bsh.de/outgoing/aufmod-data/ CSV_XYZ_files/Bathymetries1982_2012CSV/ Tiefenverteilung zum

22 Bathymetrische Produkte Tiefenverteilung Vertrauenswu rdigkeit Fuzziness der Vermessung Fuzziness der Interpolation (relative fuzziness) morphologische Variabiltität Vertrauenswu rdigkeit zum

Unschärfe der Vermessung jeder Messpunkt (-wert) ist die Realisierung einer Zufallsvariable mit einer Wahrscheinlichkeitsverteilung in Abhängigkeit von der

23 Unschärfe der Vermessung jeder Messpunkt (-wert) ist die Realisierung einer Zufallsvariable mit einer Wahrscheinlichkeitsverteilung in Abhängigkeit von der Genauigkeit des Messgerätes Modellierung durch Fuzzy-Zahlen und -Arithmetik (Höhen- und Lageunschärfe) x m 1.0 α-cut l m Supp x Fuzzy-Bathymetrie der Elbmu ndung 2006 u ℝ

24 Unschärfe der Intepretation Interpolation der Unschärfe (absolut) Interpolation bringt weitere Unschärfe (relativ) im Raum in der Zeit relative Vertrauenswu rdigkeiten zum hell: große rel. Vetrauensw. dunkel: geringe rel. Vetrauensw.

25 Bathymetrische Produkte Tiefenverteilung Vertrauenswu rdigkeit jährliche Änderungen morphologischer Raum Umsatzhöhe Umsatzhöhe zwischen 1996 und 2011

26 Wattentwicklung Tiefenhorizont -2m bis 2m Schwarz:2006 Hellblau:2007 Dunkelblau: Überlagert Volumen: mio m³ mio m³ mio m³ Fläche: ,3 mio m² ,9 mio m² ,4 mio m²

27 Fragen an das Funktionale Bodenmodell Analysemaske Tiefenhorizont -2m bis 2m Fläche [km²] Sedimentvolumen [Mio. m³] Wachsen die Wattflächen in der Deutschen Bucht? Wachstum von 0,7436 [cm/a]

28 Steilheit des Ku stenvorfeldes 40 Neigungen der Isolinien m u NN NN -2 m u NN -4 m u NN -8 m u NN Bodenneigung [ ] Jahr

29 Zeitreihen

30 Plausibilisierung / Validierung Visuelle Kontrolle Zeitliche räumliche Überdeckung KP-CUX

31 Plausibilisierung / Validierung Visuelle Kontrolle Zeitliche räumliche Überdeckung KP-CUX

32 Plausibilisierung / Validierung Visuelle Kontrolle Zeitliche räumliche Überdeckung zusammengefu gt ( )

33 Plausibilisierung / Validierung Visuelle Kontrolle Fehlertest auf der Datenbank Interpolation des Datensatzes (deaktiviert) auf der Datenbank Mittlerer quadratischer Fehler zu den Originaldaten

34 Ausblick Verknu pfung Bathymetrie und Meteorologie

Ausblick Verknu pfung Bathymetrie und Meteorologie 6000 500000000 5000 400000000 4000

2008-100000000 2010 Volumenänderung [m³] Aufsummierte Windgeschwindigkeit > 10m/s [m/s] aus

35 Ausblick Verknu pfung Bathymetrie und Meteorologie Volumenänderung [m³] Aufsummierte Windgeschwindigkeit > 10m/s [m/s] aus West bis Nord volumetrische Veränderung im Ku stensaum der Deutschen Bucht Bereich bis zur 20 m Tiefenlinie

36 Ausblick Verknu pfung von Bathymetrie und Sedimentologie Differenzen

37 Danksagung dem KFKI und dem BMBF fu r die Förderung und Unterstu tzung im Rahmen von AufMod den Kolleginnen und Kollegen aus AufMod den Datenerhebern und -lieferanten Ihnen, den Anwesenden fu r ihre Aufmerksamkeit

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