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Arbeitspaket 4: Modellgestützte Prognose des Seegütezustands

Temperaturprofile der geschichteten Seen wurden für verschiedene Zeiträume ausgewertet und die Schichtungsdauer für zukünftige, voraussichtlich wärmere Zeitperioden ermittelt. Dauer und Zeitpunkt der Schichtung werden weitgehend von den Verhältnissen im Frühjahr, insbesondere vom Temperaturanstieg vom März zu April, bestimmt. Eine Zunahme der Schichtungsdauer seit Beginn der kontinuierlichen Messungen ist im Stechlinsee und der Scharmützelseenkette nachweisbar. Der Stechlinsee könnte sich vom aktuell dimiktischen in einen warm-monomiktischen See verwandeln, dessen Wassersäule nur im Winter vollständig durchmischt wird. Die beobachtete Erhöhung der Oberflächentemperatur des Stechlinsees im Verlauf der vergangenen 50 Jahre beträgt ca. 1,5 °C. Die Wirkungen der beiden untersuchten thermalen Stressoren (Klimawandel, Betrieb des KKW Rheinsberg von 1966 – 1990) auf das Schichtungsverhalten erwiesen sich jedoch hinsichtlich ihrer raumzeitlichen Erstreckung als recht unterschiedlich.

Für die Berechnungen und weiterführende Analysen wurden drei Modelle verwendet: 1) SALMO-ST, ein gekoppeltes hydrodynamisches ökologisches Modell, 2) GLM, ein neues hydrodynamisches Open-Source-Modell und 3) ein vom IGB selbst entwickeltes Sauerstoffmodell. Effekte der Tageszeit, des Datums, der Tageslänge und viele weitere Parameter wurden charakterisiert und in die statistischen Modelle implementiert. Ein Mechanismus für die Interaktion von Klimawandel und Eutrophierung wurde identifiziert und statistisch validiert. Dieses neu erworbene Wissen über solche See-spezifischen Mechanismen war für das eigentliche Kalibrieren und Verifizieren des Modells und das Interpretieren der Ergebnisse von unschätzbarem Wert. Nachdem das Modell fertig kalibriert war, konnten Szenarien simuliert werden, und aus den so dargestellten Auswirkungen des Klimawandels auf den See Rückschlüsse auf ein adaptives Seenmanagement gezogen werden.

Im Scharmützelseengebiet wurde die Interaktion von Phytoplankton und Makrophyten untersucht. Dazu wurde der Makrophytenbestand (Biomasse, Bedeckungsgrad, Arteninventar) im Scharmützelsee und im Langen See kartiert. Dabei ging es auch um die Frage, in welchem Maße klimabedingte Faktoren und Prozesse die Konkurrenzbeziehung zwischen Phytoplankton und Makrophyten beeinflussen können. Danach wird ein Erfolg der Makrophyten­ent­wicklung von der Dauer der Eisbedeckung und der Intensität und Dauer der Diatomeen­blüte im Frühjahr bestimmt. Späte und lang anhaltende Frühjahrsblüten bilden aufgrund der höheren Trübung ungünstige Bedingungen für den Start des Makrophyten­wachstums. Ein langes Klarwasserstadium kann dagegen eine Makrophytenentwicklung fördern und damit Konkurrenzbedingungen für das sommerliche Phytoplankton (Cyanobakterien) schaffen, die mit einer Reduzierung der Phytoplanktonbiomasse verbunden sind. Nach den gerechneten Szenarien sind zwischen 0,7 und 3,1 (im Mittel 1,3) t P in der Makrophytenbiomasse gebunden, was 49 - 213 % der Phosphormenge des Epilimnions, d. h. dem Bereich des Wasserkörpers, der mit den submersen Makrophyten während der Vegetationsperiode direkt in Kontakt steht, entspricht. Demgegenüber ergibt die Schätzung nur 5,3 -22,1 t, d. h. 15 – 62 % (im Mittel 27 %) des epilimnischen Stickstoffs. Somit scheint im Scharmützelsee eine direkte Steuerung der Phytoplanktonbiomasse eher über die Konkurrenz um Phosphor als durch Stickstoffkonkurrenz wahrscheinlich zu sein.