Wasserqualität in Küstengewässern (TP2)

Für das Monitoring der Wasserqualität stehen Küstengewässer im Vordergrund des Interesses, da sich hier der Eintrag von Substanzen wegen des noch geringen Verdünnungseffektes besonders bemerkbar macht, zum anderen ist die Küstenregion von besonderem ökologischen und ökonomischen Interesse. Gleichzeitig sind hier im Vergleich zum offenen Ozean die größten Gradienten zu beobachten, es bilden sich Frontensysteme aus und die Verteilung unterliegt aufgrund der Tidenströme einer hohen Dynamik. In flachen Weichbodenküsten, wie z.B. der Deutschen Bucht, treten zudem hohe Schwebstoffkonzentrationen auf, die stark von Wind und Wellen abhängen und zeitlich wie räumlich sehr heterogen verteilt sind. Zur Überwachung der Küstengewässer mit Hilfe von Satellitenbeobachtungen ist daher zugleich eine räumliche wie zeitlich hohe Auflösung erforderlich. Zudem beeinträchtigen Inseln, Buchten, und flache Gewässerstellen sowie die Überstrahlung durch helle Landoberflächen die Fernerkundung.

Das abbildende Spektrometer MERIS auf ENVISAT bietet mit seinem „full resolution“ Mode (FR) mit einer räumlichen Auflösung von 300 m die Möglichkeit diese Probleme bei der Fernerkundung von Küstengewässern zu lösen oder zumindest erheblich zu reduzieren. Die FR Daten wurden allerdings bisher im Rahmen von GMES im Bereich der Meeresüberwachung nicht eingesetzt, da sie bis vor kurzem von der ESA für operationelle Anwendungen nicht in geeigneter Weise zur Verfügung gestellt wurden und auch keine operationellen Verfahren vorliegen, die die oben aufgeführten Besonderheiten der Küstengewässer berücksichtigen. Dies ist eine entscheidende Einschränkung für die Überwachungsbehörden, da die Berichtspflicht insbesondere für die Wasserrahmenrichtlinie aber für auch das Trilaterale Monitoring and Assessment Programm sehr detaillierte Informationen eines schmalen Küstenstreifens (1sm jenseits der Basislinie) fordert.

Im Projekt sollen daher die in Teilen bereits vorliegenden Verfahren zur Auswertung von MERIS-Daten zu einem operationellen System entwickelt werden, um die FR Daten von MERIS für das Monitoring von Küstenregionen den deutschen Überwachungsbehörden in geeigneter Weise verfügbar zu machen.

Dazu sind drei Hauptaspekte zu bearbeiten:

  1. Entwicklung/Konsolidierung und Validierung von regionalen MERIS FR-Produkten,
  2. Entwicklung von Indikatoren zur Umsetzung der Anforderungen aus der Wasserrahmenrichtlinie und der Europäischen Marinen Strategie und
  3. stufenweise Implementierung und Bereitstellung entsprechender Dienste für Bundes- und Landesbehörden in Erweiterung bestehender Dienste aus MarCoast.

Bei der Entwicklung von Indikatoren geht es um die Aggregation von fernerkundlich zugänglichen Parametern mit anderen, z.B. synoptischen oder ozeanografischen, Daten zur Ableitung verallgemeinerter „Parameter“ oder Indizes, die einerseits eine ökologische Zustandsklassifikation erlauben und gleichzeitig zur Trendüberwachung herangezogen werden können. Dazu zählen z.B. die Wassertypklassifikation an Hand von saisonal typischen Phytoplankton- und Schwebstoffkonzentrationen oder der Wassertrübung oder ein Qualitätsindex abgeleitet aus den unmittelbar fernerkundbaren Variablen (Konzentrationen von Phytoplankton, Schwebstoff und Gelbstoff, totale Absorption und Streuung, Transparenz) zusammen mit weiteren Daten (Wassertiefe, Temperatur), der den Grad der Eutrophierung (Trophie-Index) kennzeichnet. Außergewöhnliche Planktonblüten (Red Tides, aufrahmende Cyanobakterien) sollen über einen Algenblüten-Index erfasst werden. Für die Deutsche Bucht soll die Primärproduktion über ein bereits vorliegendes Modell berechnet werden. Zur Erstellung von Zeitserien werden Daten, die teilweise durch Wolken beeinträchtigt sind, mit Hilfe geostatistischer Verfahren rekonstruiert.

Entscheidend für die Durchführung und den Erfolg des vorgeschlagenen Teilprojektes sind die Nutzer. Hier handelt es sich um Bundes- und Landesbehörden, die auf unterschiedlichen Ebenen mit Umweltüberwachungsaufgaben betraut sind. Auf der Nutzerseite sind sie im Nutzerbüro organisiert haben dort die Möglichkeit, ihre Interessen in das Projekt einzubringen. Innerhalb des Teilprojektes werden die Nutzer unmittelbar in die Weiterentwicklung von Produkten und Services wie auch bei der Validierung einbezogen. Die Anforderungen werden von den Nutzern vorgegeben, die Funktionalität und Qualität der Dienste von ihnen bewertet und evtl notwendige Änderungen oder Anpasungen können direkt initiiert werden.

Das Gesamtziel des DeMarine-Umwelt Teilprojektes „Wasserqualität in Küstengewässern“ ist somit eine entscheidende Verbesserung der operationellen Dienste speziell für die deutschen Küsten und angepasst an die zur Erfüllung nationaler und landeshoheitlicher Monitoringaufgaben nötigen Anforderungen.