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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-62322
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2013/6232/


Regional Mean Sea Level Changes in the German Bight

Regionale Meeresspiegeländerungen in der Deutschen Bucht

Albrecht, Frauke

pdf-Format:
 Dokument 1.pdf (3.063 KB) 


SWD-Schlagwörter: Meeresspiegel , Deutsche Bucht , Rekonstruktion , Luftdruck
Freie Schlagwörter (Deutsch): Trends und Variabilität
Freie Schlagwörter (Englisch): Sea Level , German Bight , Reconstruction , Trends and Variability , Sea Level Pressure
Basisklassifikation: 38.80 , 38.82
Institut: Geowissenschaften
DDC-Sachgruppe: Geowissenschaften
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Storch, Hans von (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 19.06.2013
Erstellungsjahr: 2013
Publikationsdatum: 08.07.2013
Kurzfassung auf Englisch: Regional mean sea level changes of the German Bight are analysed. The time span considered ranges from the mid of the 19th until the end of the 21st century. Tide gauge data from 15 locations are used to analyse past regional mean sea level changes. From these data, a time series representing the regional mean sea level of the German Bight is reconstructed following two different approaches. From both approaches comparable long-term trends are obtained from 1924 onwards. For the period 1924-2008 these trends are 1.64 mm/yr and 1.7 mm/yr, respectively. Also inter-annual and decadal variability from both approaches is comparable from 1924 onwards. Results before 1924 largely depend on data from a few stations only, in particular from Cuxhaven which is longest record available dating back until 1843. Thus, it is analysed to what degree the tide gauge of Cuxhaven is representative for the German Bight. The test was made for the period from 1924 onwards where data from most tide gauges were available. It was found that data from Cuxhaven do not reflect the common signal from all tide gauges and thus Cuxhaven does not provide a good proxy for sea level changes in the German Bight. It is assumed that this is mainly a result from different construction works. However, it can not been excluded that Cuxhaven has been representative before 1924. Decadal trends are analysed to detect a possible acceleration in the mean sea level time series. The result shows that decadal trends in the most recent periods were relatively high. However, when compared with earlier periods they are not extraordinary high.

Subsequently, the impact of large-scale atmospheric pressure changes to the regional mean sea level is analysed. A statistical model between the regional mean sea level in the German Bight and the large-scale sea level pressure field over the North Atlantic is developed, using multiple linear regression. For the time period 1924-2001 it was found that the sea level pressure explains 58% of the inter-annual variability and 33% of the long-term trend. To capture large-scale mean sea level changes, not caused by corresponding changes in atmospheric pressure, the mean sea level of the North East Atlantic is introduced as a second variable in the regression. This improves both, the explained inter-annual variability (74%) and the explained long-term trend (87%). These results indicate that the sea level pressure accounts mainly for the inter-annual variability and the mean sea level of the North East Atlantic for the long-term trend. However, cross-validation of the model shows that these results depend on the time period considered.

Finally, the derived statistical model is applied to atmospheric data from 78 climate change experiments of the 21st century. This provides an estimate of that part of the regional mean sea level that is caused by corresponding long-term changes in sea level pressure. Using these data, on average an increase of 1.4 cm was projected, until the end of the 21st century. When these projections are conditioned upon the considered climate scenarios, some differences within the scenarios can be seen with higher rates in SRES A1B and SRES A2 and smaller values in the commit and SRES B1 scenarios. However, the statistical uncertainties associated with theses estimates are large. When the sea level changes associated with atmospheric pressure changes are compared with those caused by other drivers towards the end of this century, the results presented here suggest that the sea level pressure field of the North Atlantic is not a major contributor to future regional mean sea level long-term trends in the 21st century.
Kurzfassung auf Deutsch: In der vorliegenden Arbeit werden regionale Meeresspiegeländerungen in der Deutschen Bucht untersucht. Der betrachtete Zeitraum reicht von der Mitte des 19-ten Jahrhunderts bis zum Ende des 21-ten Jahrhunderts. Die Daten von 15 Pegeln werden untersucht und unter Verwendung von zwei unterschiedlichen Ansätzen wird eine Zeitreihe rekonstruiert, die den regionalen Meeresspiegel repräsentiert. Beide Ansätze zeigen für den Zeitraum 1924-2008 einen vergleichbaren Langzeittrend von 1.64 mm/J bzw. 1.74 mm/J. Auch jährliche und dekadische Schwankungen sind in diesem Zeitraum in beiden Ansätzen sehr ähnlich. Die Ergebnisse vor 1924 sind stark von den wenig vorhanden Daten abhängig, insbesondere von den Daten aus Cuxhaven, welches die längsten zur Verfügung stehenden Pegeldaten sind und bis 1843 zurückgehen. Es wird daher untersucht, in welchem Maße Cuxhaven repräsentativ für die Deutsche Bucht ist. Diese Analyse wurde für den Zeitraum ab 1924 durchgeführt, in dem Daten von den meisten Pegeln zur Verfügung stehen. Das Ergebnis zeigt, dass Cuxhaven das gemeinsame Signal der Pegel nicht wiedergibt und daher kein guter Proxy für Meeresspiegeländerungen der Deutschen Bucht ist. Es wird angenommen, dass dies vor allem an dem Durchführen verschiedener Baumaßnahmen liegt. Es kann allerdings nicht ausgeschlossen werden, dass Cuxhaven vor 1924 repräsentativ war. Mithilfe dekadischer Trends wird untersucht, ob in den letzten Jahren ein außergewöhnlich hoher Anstieg im regionalen Meeresspiegel zu beobachten ist. Im Ergebnis sieht man, dass die Trends in den letzten Dekaden relativ hoch waren, allerdings hat es vergleichbare Anstiegsraten bereits in früheren Perioden gegeben.

Anschließend wird untersucht, welchen Einfluss großskalige atmosphärische Druckänderungen auf den regionalen Meeresspiegel haben. Dazu wird eine multiple lineare Regression zwischen dem regionalen Meeresspiegel der Deutschen Bucht und dem großskaligem Luftdruckfeld über dem Nordatlantik durchgeführt. Die Regression zeigt, dass der Luftdruck 58% der jährlichen Schwankungen und 33% des Langzeittrends im Zeitraum 1924-2001 erklärt. Um weitere großskalige Meeresspiegeländerungen zu erfassen, die nicht mit entsprechenden Änderungen im Luftdruck einhergehen, wird der Meeresspiegel des Nord-Ost Atlantiks als eine zweite Variable in die Regression eingeführt. Dadurch werden sowohl die erklärte jährliche Variabilität (74%), als auch der erklärte Langzeittrend (87%) verbessert. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Luftdruck hauptsächlich für die jährliche Variabilität und der Meeresspiegel des Nord-Ost Atlantiks für den Langzeittrend verantwortlich ist. Eine Kreuzvalidierung zeigt jedoch, dass die Ergebnisse vom betrachteten Zeitraum abhängig sind.

Schließlich wird das entwickelte statistische Modell auf Luftdruckdaten von 78 Klimaexperimenten für das 21-te Jahrhundert angewendet. Daraus ergibt sich eine Abschätzung für den Anteil des regionalen Meeresspiegels, der durch entsprechende Langzeitänderungen im Luftdruck hervorgerufen wird. Mit Hilfe dieser Daten wird ein mittlerer Anstieg von 1.4 cm bis zum Ende des 21-ten Jahrhunderts projiziert. Werden die Projektionen eingeteilt in die Klimaszenarien betrachtet, zeigen die einzelnen Szenarien Unterschiede, wobei SRES A1B und SRES A2 höhere Anstiegsraten zeigen und commit und SRES B2 niedrigere. Die statistischen Unsicherheiten dieser Ergebnisse sind allerdings sehr groß. Im Vergleich zu anderen Beiträgen zu regionalen Meeresspiegeländerungen, deuten die Ergebnisse dieser Arbeit daraufhin, dass der Luftdruck keinen Hauptbeitrag zum zukünftigen Langzeittrend des regionalen Meeresspiegels hat.

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