AufMod
Aufbau von integrierten Modellsystemen
Ansprechpartner: Dr.-Ing. Harro Heyer
Projektseite: http://www.kfki.de/.../aufmod

Aufbau von integrierten Modellsystemen zur langfristigen Modellierung der Morphodynamik in der Deutschen Bucht




In AufMod wurde durch den Aufbau integrierter Modellsysteme eine Grundlage geschaffen, die zur Analyse und zum Verständnis der langfristigen und großräumigen Sedimentdynamik sowie der Prognose großräumiger Transport- und Formänderungsprozesse in der Deutschen Bucht beiträgt. Die drei wesentlichen Ziele von AufMod waren:
1. Der Aufbau eines Bodenmodells, das einen plausibilisierten und konsistenten Datensatz an Bodenparametern (Topographie, Sedimentbeschaffenheit) bereithält, und durch anpassbare Interpolations- und Approximationsmethoden Eingangs- und Verifikationsdatensätze für numerische Modelle liefert (Funktionales Bodenmodell).
2. Der Aufbau numerischer Modelle und Bestimmung von Anwendbarkeit und Genauigkeit dieser Simulationsverfahren auf Basis der Berechnung zurückliegender Zeiträume.
3. Verbesserung des Verständnisses sedimentdynamischer Prozesse in repräsentativen Teilsystemen (Fokusgebiete) der Deutschen Bucht, durch den Einsatz hochauflösender hydroakustischer Messmethoden.
Die Informationen und Daten aus dem Bodenmodell sowie die Ergebnisse und Analysen der morphodynamischen Simulationsmodelle werden hier durch die Einbindung in das KFKI-Projekt MDI-DE zur Verfügung gestellt.

Eine vollständige Übersicht über das Projekt bietet der Endbericht (PDF in hoher Auflösung (32MB) oder niedriger Auflösung (12MB)).

Pressemitteilung vom 27.12.2013.
 

[Hinweis zur Verwendung der Daten]

Die Fokusgebiete wurden so ausgewählt, dass die Systeme Schelf, Vorstrand, Wattenmeer und Ästuare repräsentativ abgebildet werden. In diesen wurden flächenhaft hochauflösende Datensätze erhoben und zusammen mit bestehenden Datensätzen ausgewertet.

Hydroakustische Messungen und Oberflächensedimentproben

In den Fokusgebieten wurde durch den Einsatz von Seitensichtsonaren (SSS) eine hochauflösende Oberflächensedimentkartierung durchgeführt. Zur Klassifizierung der SSS Daten wurden zudem punktuell Oberflächensedimentproben analysiert („ground truthing“). Stellenweise wurden seismische Verfahren und Fächerecholote eingesetzt und Bohrkerne entnommen. Die unten dargestellten Datensätze AufMod Hydroacoustics und AufMod Sediment Stations zeigen in den Fokusgebieten durchgeführte SSS-Fahrten und Stationen zur Oberflächensedimentbeprobung.

Sedimentkartierung

Auf Basis der SSS-Daten und Sedimentgreiferproben wurden in den Fokusgebieten flächendeckende Sedimentkarten erarbeitet. Auf Grundlage der Rückstreueigenschaften wurden die Gebiete in Polygone eingeteilt, denen verschiedene Parameter zugewiesen wurden. So wurde eine gemittelte Korngrößenverteilung generiert anhand derer statistische Parameter und eine Klassifikation nach Folk (1957) abgeleitet wurden. Im Map Viewer ist beispielsweise der Layer SedimentClasses dargestellt.

Datenverfügbarkeit

Die Ergebnisprodukte sind in der File-Geodatabase AufModFocusAreas.gdb zusammengefasst und können heruntergeladen werden.
Das Funktionale Bodenmodell beschreibt die Oberfläche des Meeresbodens und seine Veränderung. Es besteht aus einer relationalen Datenbank in Kombination mit numerischen Rechenvorschriften zur Interpolation und Approximation. Das Funktionale Bodenmodell umfasst folgende Module:
    • Bathymetrie
        o mittlere Höhenlage (Topographie) des Meeresbodens
        o Bodenformen in parametrisierter Form
    • Sedimentologie
        o Kornverteilung der Oberflächensedimente
        o Porosität
        o organischer Anteil im Sediment
    • konsolidierter Horizont
        o holozäne Basis / Basis nordseezeitlicher Sande
    • Wasserbauwerks- und Ersatzmodelle

Bathymetrie

Ein Element des Funktionalen Bodenmodells ist die Beschreibung der Bathymetrie der Deutschen Bucht. Der Layer Bathymetrie der Deutschen Bucht zeigt die Entwicklung der Bathymetrie im Zeitraum von 1990 bis 2010.
Als Ergebnisprodukt ist eine Datenreihe an raum-zeitlich interpolierten Bathymetrien verfügbar. Der Zeitraum dieses Datensatzes reicht von 1982 bis 2012, wobei jeweils zum 01.06. jeden Jahres eine Topographie generiert wurde. Die Daten sind als in einer räumlichen Auflösung von 50m als CSV-Dateien erhältlich, oder als klassifizierte Polygondaten in der File-Geodatabase  erhältlich.
Das Funktionale Bodenmodell...

Morphologische Parameter

Durch analytische und statistische Auswertungen der interpolierten bathymetrischen Zeitreihe über 31 Jahre, können weitere Informationen über die Morphodynamik des Betrachtungsraums abgeleitet werden. Alle Parameter stehen zum Download bereit.
Die einfachste hier zu nennende Kenngröße ist die Änderungsrate. Ein Beispiel hierfür stellt der Layer MorphologicalAlteration2002_2007 dar, der die Tiefendifferenz der Jahre 2002 und 2007 zeigt. Dieser Parameter ist für verschiedene Zeiträume verfügbar. Die Downloaddatei AlterationYearly.zip beinhaltet jährliche Differenzen, AlterationDifferentPeriods.zip stellt die Änderungsrate für größere Zeiträume bereit.
Der Morphologische Raum errechnet sich aus der Differenz der maximalsten und minimalsten Tiefe an jedem Gitterpunkt. Er gibt demnach Aufschluss über die Mächtigkeit der maximalen Sedimentverlagerung innerhalb des Betrachtungszeitraums (Zmax-Zmin). Der Layer MorphologicalSpace2002_2007 zeigt den Morphologischen Raum für den Zeitraum von 2002 – 2007. Die Datei MorphologicalSpaceXYZ.zip enthält den Parameter für verschiedene Zeiträume.
Ein weiterer Parameter zur Analyse der Morphodynamik ist der Morphologische Drive ((dz/a)max-( dz/a)min). Durch diese Kenngröße wird eine Aussage darüber möglich, ob eine morphologische Änderung über den Betrachtungszeitraum stetig verläuft, oder ob Extremereignisse stattgefunden haben. Hiermit lässt sich auch die Verlagerung von Rinnen gut identifizieren. Dieser Parameter ist für verschiedene Zeiträume berechnet worden.
Die Aussagekraft der aus der bathymetrischen Zeitreihe abgeleiteten morphologischen Parameter ist vom zugrundeliegenden Datenbestand abhängig. Aus diesem Grund wurde in AufMod eine umfassende Datenbankanalyse durchgeführt, die speziell für die Betrachtung von Zeitspannen weitere Informationen über die Datenbasis geben. Die Ergebnisse können heruntergeladen werden.
Alle morphologischen Parameter sind auch als klassifizierte Polygone in der File-Geodatabase  erhältlich.

Sohlformen

Ein Teilprojekt von AufMod behandelt die Beschaffenheit und von Veränderung von Bodenformen. In diesem Zusammenhang wurde die Riesen- und Großrippelverteilungskarte nach Ulrich (1973) digitalisiert, und steht zum Download zur Verfügung.
Das Funktionale Bodenmodell...

Sedimentogische Parameter

Für den Bereich der Deutschen Bucht wurden Kornverteilungen auf Grundlage der im Bodenmodell vorhandenen Datensätze über eine monotone kubische Spline-Interpolation auf einem 250m-Raster generiert. Anhand dieser Kornverteilungen wurden verschiedene sedimentologische Parameter berechnet und als Produkte zur öffentlichen Nutzung aufbereitet:
    • Median-Korndurchmesser der interpolierten Kornsummenkurve
    • Mittelwert des Korndurchmessers
    • Sortierung nach TRASK (Trask PD. 1932: Origin and Environment of Source Sediments of Petroleum. Gulf Publishing Company: Houston.)
    • Sortierung nach Folk & Ward (Folk, R.L. und W.C., Ward. 1957: Brazos River bar: a study in the significance of grain size parameters. Journal of Sedimentary Petrology. 1957, Bd. 27, S. 3-26.)
    • Kornfraktionen in ½-Phi -Intervallen

Verfügbar sind diese in CSV-Dateien und als klassifizierte Polygondatensätze in der File-Geodatabase.
Die unten dargestellten Layer zeigen den interpolierten Medianwert MedianGrainSize, den Gehalt an Schluff und Ton (MudContent) und die Sortierung (Sorting).

Gitternetz

Prozessbasierte numerische Simulationsmodelle basieren auf der Analyse von physikalischen Gesetzmäßigkeiten, entsprechende mathematischen Gleichungen beschreiben diese Prozesse. Grundlage einer Simulation ist immer ein Gitternetz auf dessen Kanten und Knoten die Berechnungen durchgeführt werden.
Dargestellt ist hier das in AufMod verwendete Gitternetz des Grobmodells, das für die Berechnung von Prozessen in der Deutschen Bucht genutzt wird.
(Metadaten zu diesem Datensatz)

[Internet Explorer und keine Karten sichtbar?]


Tidekennwertatlas


Daten in AufMod: Webdienste

Im obigen Fenster sind erste Ergebnisse zu in AufMod behandelten Themenkomplexen zu sehen. Diese stammen aus einem Web Mapping Service (WMS).

Webdienste [Wikipedia] sind ein Weg im Internet lagernde Daten mittels einer URL abzurufen. Jeder Webdienst hat mindestens einen Layer (Schicht) und eine URL, die in den Metadaten zu dem Webdienst angegeben wird. Ein Dienst für Daten aus AufMod findet sich beispielsweise unter der URL http://mdi-dienste.baw.de/geoserver/aufmod/wms?. Diese URL benötigt man zum Einbinden in ein GIS.

Die bekanntesten Webdienste für Geodaten sind der Web Mapping Service (WMS), der reine Bilder z.B. für Hintergrundkarten bereit stellt, und der Web Feature Service (WFS) für den Download und eigene Bearbeitung von Daten. Im späteren Portal MDI-DE wird es möglich sein, in einem Kartenviewer manuell einzelne Layer auszuwählen, zu überlagern und eigene Dienste einzufügen.


Geometadaten in verschiedenen Metadatensystemen

Metadaten ("Daten, die Daten beschreiben") sind das essentielle Mittel, um Daten zu beschreiben und recherchierbar zu machen, insbesondere in großen Dateninfrastrukturen wie der MDI-DE. NOKIS ist ein Metadateninformationssystem entwickelt speziell für Küstendaten. Die Metadaten zu den in der BAW gehosteten Daten werden über den BAW-Infrastrukturknoten bereitgestellt, also das GeoSeaPortal. Der dazugehörige TerraCatalog wird als Teil der GDI-BSH genutzt, deshalb werden die im BSH gehosteten Daten zu AufMod dort beschrieben.

Über das zentrale MDI-DE Portal können die in verschiedenen Infrastrukturknoten gehosteten Metadaten und Daten zusammengeführt werden.