Abstract. Due to climate change an accelerated mean sea level rise is expected. One key question for the development of adaptation measures is how mean sea level rise affects tidal dynamics in shelf seas such as the North Sea. Owing to its low-lying coastal areas, the German Bight (located in the southeast of the North Sea) will be especially affected. Numerical hydrodynamic models help to understand how mean sea level rise changes tidal dynamics. Models cannot adequately represent all processes in overall detail. One limiting factor is the resolution of the model grid. In this study we investigate which role the representation of the coastal bathymetry plays when analysing the response of tidal dynamics to mean sea level rise. Using a shelf model including the whole North Sea and a high-resolution hydrodynamic model of the German Bight we investigate the changes in M2 amplitude due to a mean sea level rise of 0.8 and 10 m. The shelf model and the German Bight Model react in different ways. In the simulations with a mean sea level rise of 0.8 m the M2 amplitude in the shelf model generally increases in the region of the German Bight. In contrast, the M2 amplitude in the German Bight Model increases only in some coastal areas and decreases in the northern part of the German Bight. In the simulations with a mean sea level rise of 10 m the M2 amplitude increases in both models with largely similar spatial patterns. In two case studies we adjust the German Bight Model in order to more closely resemble the shelf model. We find that a different resolution of the bathymetry results in different energy dissipation changes in response to mean sea level rise. Our results show that the resolution of the bathymetry especially in flat intertidal areas plays a crucial role for modelling the impact of mean sea level rise.
Tidally dominated coasts are directly affected not only by projected rise in mean sea level, but also by changes in tidal dynamics due to sea level rise and bathymetric changes. By use of a hydrodynamic model, which covers the entire German Bight (South-Eastern North Sea), we analyse the effects of sea level rise and potential bathymetric changes in the Wadden Sea on tidal current velocities. The model results indicate that tidal current velocities in the tidal inlets and channels of the Wadden Sea are increased in response to sea level rise. This is explained by the increased ratio of tidal prism to tidal inlet cross-sectional area, which is due to the characteristic hypsometry of tidal basins in the Wadden Sea including wide and shallow tidal flats and relatively narrow tidal channels. The results further indicate that sea level rise decreases ebb dominance and increases flood dominance in tidal channels. This is, amongst others, related to a decreased intertidal area again demonstrating the strong interaction between tidal wave and tidal basin hypsometry in the Wadden Sea. The bathymetry scenario defined in this study includes elevated tidal flats and deepened tidal channels, which is considered a potential future situation under accelerated sea level rise. Application of these bathymetric changes to the model mostly compensates the effects of sea level rise. Furthermore, changes in current velocity due to the altered bathymetry are in the same order of magnitude as changes due to mean sea level rise. This highlights the significance of considering potential bathymetric changes in the Wadden Sea for regional projections of the tidal response to sea level rise.
<p>Im Rahmen des BMVI-Expertennetzwerks Themenfeld 1 &#8222;Verkehrs- und Infrastruktur an Klimawandel und extreme Wetterereignisse anpassen&#8220; untersucht die Bundesanstalt f&#252;r Wasserbau Hamburg u.a. die Bedeutung von Meeresspiegelanstieg und Topographie&#228;nderungen in der Deutschen Bucht und ihren &#196;stuaren.</p> <p>Der Meeresspiegelanstieg beeinflusst die Hydrodynamik in den &#196;stuaren und somit sowohl mittlere Tiden, als auch Sturmflutereignisse. Da das K&#252;stenprofil in einem morphodynamischen Gleichgewicht mit den hydrodynamischen Kr&#228;ften steht, kann sich jedoch auch die Topographie eines K&#252;stengebietes durch den Meeresspiegelanstieg ver&#228;ndern. Die Wattfl&#228;chen der Deutschen Bucht, welche eine wichtige Komponente des K&#252;stenschutzes sind, k&#246;nnen, bei ausreichender Sedimentverf&#252;gbarkeit, zu einem gewissen Anteil mit dem Meeresspiegelanstieg mitwachsen.</p> <p>Der Einsatz hydrodynamisch-numerischer Modelle erm&#246;glicht es, den Einfluss der genannten Prozesse auf z.&#160;B. Sturmflutscheitelwasserst&#228;nde einzeln zu untersuchen. In einer Sensitivit&#228;tsstudie analysieren wir den Einfluss eines Meeresspiegelanstiegs und einer topographischen Erh&#246;hung der Wattfl&#228;chen auf Sturmflutereignisse in der Tideelbe.</p> <p>Die Ergebnisse zeigen, dass der Sturmflutscheitelwasserstand (HW) in der Tideelbe etwas h&#246;her ansteigt als der am Modellrand eingesteuerte Meeresspiegelanstieg. Eine Erh&#246;hung der Wattfl&#228;chen f&#252;hrt zu einem Absinken des HW gegen&#252;ber einem Szenario mit alleinigem Meeresspiegelanstieg ohne Topographie&#228;nderung. Die Berechnung weiterer Analysegr&#246;&#223;en, wie der Durchflussfl&#228;che, erm&#246;glicht ein besseres Systemverst&#228;ndnis der untersuchten &#196;nderungen in der Tideelbe.</p> <p>Die Untersuchungen verdeutlichen die positiven Auswirkungen eines Wattwachstums bei Meeresspiegelanstieg auf den K&#252;stenschutz und die Notwendigkeit, einem Verlust an Wattfl&#228;chen durch den Klimawandel entgegenzuwirken.</p>
Abstract. Due to climate change an accelerated mean sea level rise is expected. One key question for the development of adaptation measures is how mean sea level rise affects tidal dynamics in shelf seas such as the North Sea. Owing to its flat coastal areas, especially the German Bight (located in the south-east of the North Sea) will be affected. Numerical hydrodynamic models help to understand how mean sea level rise changes tidal dynamics. By definition models cannot represent all processes in overall detail. One limiting factor is the resolution of the model grid. In this study we investigate which role the representation of the coastal bathymetry plays when analysing the response of tidal dynamics to mean sea level rise. Using a shelf model including the whole North Sea and a high-resolution hydrodynamic model of the German Bight we investigate the changes in M2 amplitude due to a mean sea level rise of 0.8 m and 10 m. To the mean sea level rise of 0.8 m the shelf model and the German Bight Model react in different ways. In the shelf model the M2 amplitude generally increases in the region of the German Bight. In contrast, the M2 amplitude in the German Bight Model increases only in some coastal areas and decreases in the northern part of the German Bight. In two case studies we adjust the German Bight Model in order to more closely resemble the shelf model. We find that a different resolution of the bathymetry results in different energy dissipation changes in response to mean sea level rise. Our results show that the resolution of the bathymetry especially in flat intertidal areas plays a crucial role for modelling the impact of mean sea level rise in the order of 1 m. For higher mean sea level rise scenarios (10 m) the resolution of the bathymetry is less important.
<p>Aufgrund des Klimawandels wird ein beschleunigter Anstieg des Meeresspiegels erwartet. Eine Kernfrage f&#252;r die Entwicklung von Anpassungsma&#223;nahmen ist, wie sich der Meeresspiegelanstieg auf die Gezeitendynamik in Randmeeren wie der Nordsee auswirkt.</p> <p>Studien, die den Einfluss des Meeresspiegelanstiegs auf die Gezeitendynamik in der Nordsee untersuchen, zeigen selbst f&#252;r die gleichen Meeresspiegelanstiegsszenarien unterschiedliche und zum Teil gegens&#228;tzliche Ergebnisse. Die Ergebnisse unterscheiden sich je nachdem, ob mit Meeresspiegelanstieg neue Elemente im Modell &#252;berflutet werden d&#252;rfen oder ob die Modellgrenze fixiert ist.</p> <p>Unsere Untersuchungen mit einem hochaufgel&#246;sten hydrodynamischen 3D-Modell der Deutschen Bucht zeigen, dass die unterschiedliche Entwicklung der M2-Amplitude bei Meeresspiegelanstieg nicht nur auf die Implementierung der landw&#228;rtigen Grenze, sondern auch auf die Aufl&#246;sung der K&#252;stenbathymetrie im Modell zur&#252;ckzuf&#252;hren ist.</p> <p>Zum einen untersuchen wir die Auswirkungen des Abtrennens von &#196;stuaren aus dem Modellgebiet, was einer in Schelfmodellen &#252;blichen aufl&#246;sungsbedingten Vereinfachung entspricht. Hierzu werden im hochaufl&#246;senden Modell die &#196;stuare entfernt, um den Einfluss des fehlenden Oszillationsraums zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigen, dass dies lokal einen gro&#223;en Einfluss haben kann.</p> <p>Zum anderen wird der Einfluss der Modellaufl&#246;sung untersucht. Auf das numerische Gitter des hochaufl&#246;senden Modells wird jeweils eine grobe und eine hochaufl&#246;sende Bathymetrie interpoliert. Das Ergebnis zeigt ein unterschiedliches dissipatives Verhalten in der intertidalen Zone, das zu gegenl&#228;ufigen &#196;nderungen der M2-Amplitude durch Meeresspiegelanstieg f&#252;hrt.</p> <p>Unsere Ergebnisse best&#228;tigen, dass es in Abh&#228;ngigkeit von der Fragestellung und der betrachteten Region wichtig ist, den Modellaufbau so zu w&#228;hlen, dass alle relevanten Prozesse insbesondere in den flacheren K&#252;stenabschnitten und in der intertidalen Zone ber&#252;cksichtigt werden.</p>
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
hi@scite.ai
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
Copyright © 2024 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.