Analyse biologischer Langzeitveränderungen auf Basis hydroklimatischer Parameter in der südlichen Nordsee (Helgoland)

Abstract

In der vorliegenden Arbeit werden Effekte von Veränderungen in den hydroklimatischen Bedingungen auf das marine Ökosystem der südlichen Nordsee (Deutsche Bucht, Helgoland) im Zeitraum 1962-2004 untersucht. Die Arbeit liefert einen Beitrag zu einem besseren Verständnis zu Art und Umfang der Reaktion des marinen Ökosystems, insbesondere hinsichtlich der zentralen Komponente Phytoplankton. Im ersten Teil der Arbeit werden hydrodynamische Langzeitveränderungen analysiert. Grundlage hierfür ist eine modellbasierte Rekonstruktion der Strömungsverhältnisse der Nordsee (www.coastDat.de). Die Beschreibung raum-zeitlicher Variation in den Strömungsbedingungen erfolgt mittels EOF-Analysen von Volumentransportfeldern und Partikel-Driftpfaden. Basierend auf diesen Analysen werden zeitliche Veränderungen in der Advektion von Wassermassen in der Deutschen Bucht beschrieben. Im zweiten Teil werden zeitliche Veränderungen physikalisch-chemischer Parameter und der marinen Phytoplankton-Gemeinschaft (repräsentiert durch 28 Spezies) in Helgoland untersucht. Es zeigt sich, dass die zeitliche Entwicklung der marinen Umgebung Helgolands durch eine Kombination von Trends in physikalischen Parametern (Wassertemperatur, Secchi Tiefe) und aufeinanderfolgender Phasen variierender Nährstoff- und Salzkonzentrationen charakterisiert ist. Jährliche Veränderungen in der mittleren Abundanz der einzelnen Phytoplankton-Spezies treten gehäuft um die Jahre 1972, 1978, 1989 und 1998 auf. Diese Zeitpunkte sind assoziiert mit verschiedenen Kombinationen sich ändernder physikalisch-chemischer Parameter und werden jeweils durch Veränderungen von unterschiedlichen Teilen der Phytoplankton-Gemeinschaft reflektiert. Die umfangreichste Veränderung in der Phytoplankton-Gemeinschaft, beobachtet als Zunahme in den Abundanzen und einer Ausweitung des innerjährlichen Auftretens bei der Mehrzahl der Spezies, ereignete sich um das Jahr 1998. Diese Änderung steht in zeitlichem Zusammenhang mit einer ausgeprägten Änderung der physikalisch-chemischen Bedingungen in Helgoland. Im abschließenden dritten Teil werden die Beziehungen zwischen der Transportvariabilität in der Deutschen Bucht und den in Helgoland beobachteten Parametern analysiert. Saisonal weisen verschiedene Strömungsmuster unterschiedlich ausgeprägte Beziehungen zu einzelnen physikalisch-chemischen Parametern auf. Die vorliegende Arbeit illustriert die Komplexität in der Reaktion des Phytoplanktons und demonstriert den Mehrwert einer detaillierten Erfassung der Phytoplankton-Gemeinschaft. Die Arbeit unterstreicht weiterhin den hohen Nutzen meteorologisch-mariner Rekonstruktionen für die Analyse und Interpretation von Langzeitveränderungen in marinen Ökosystemen.