Küstenforschungsagenda für Nord- und Ostsee - Im Rahmen des BMBF-Programms "Forschungen für nachhaltige Entwicklungen"

 
Küstenforschungsagenda für Nord- und Ostsee - Im Rahmen des BMBF-Programms "Forschungen für nachhaltige Entwicklungen"
Küstenforschungsagenda für Nord- und Ostsee
Im Rahmen des BMBF-Programms
„Forschungen für nachhaltige Entwicklungen“
Küstenforschungsagenda für Nord- und Ostsee - Im Rahmen des BMBF-Programms "Forschungen für nachhaltige Entwicklungen"
Küstenforschungsagenda für Nord- und Ostsee
Im Rahmen des BMBF-Programms
„Forschungen für nachhaltige Entwicklungen“
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Küstenforschungsagenda für Nord- und Ostsee
Im Rahmen des BMBF-Programms
„Forschungen für nachhaltige Entwicklungen“
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Literatur

KFKI, 2001:                                                   BMBF, 2009:
Forschungskonzept für das Kuratorium für                      Rahmenprogramm „Forschung für Nachhaltige Entwicklungen“,
Forschung im Küsteningenieurwesen, Hamburg                    Bonn, Berlin

WBGU, 2006:                                                   HTG/DGGT, 2010:
Die Zukunft der Meere – zu warm, zu hoch, zu sauer.           Unsere Gewässer – Forschungsbedarf aus Sicht der Praxis,
Sondergutachten des Wissenschaftlichen Beirats der Bundes-    Dokumentation der Hafentechnische Gesellschaft e.V. und
regierung Globale Umweltveränderungen, Berlin                 der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik e.V., Hamburg

KDM, 2007:
Küstenmeere im Wandel - Forschungsbedarf der Deutschen
Küsten- und Randmeerforschung, Berlin

Impressum

Herausgeber:                                                  Druck:
Projektträger Jülich                                          Prost Druck GmbH, Jülich
Geschäftsbereich System Erde, Schifffahrt und Meerestechnik
Forschungszentrum Jülich GmbH                                 Bildnachweis:
Seestraße 15, 18119 Rostock                                   G. Niedzwiedz, Universität Rostock
                                                              Susanne Knotz
Redaktion:                                                    istockphoto
Dr. Irmisch
Dr. Wolf                                                      Bestellungen und weitere Informationen:
                                                              schriftlich an den Herausgeber
Autoren:                                                      Postfach 311144
Prof. von Bodungen (Institut für Ostseeforschung, Rostock)    18119 Rostock
Prof. Colijn (Helmholtz-Zentrum Geesthacht)                   oder per Tel.: 0381 5197-281
Prof. Emeis (Universität Hamburg)
Prof. Kraus (von-Thünen-Institut für Seefischerei, Hamburg)
Dr. Peinert (Konsortium Deutsche Meeresforschung)
Herr Rabe (Ministerium für Landwirtschaft, Umwelt und
ländliche Räume des Landes Schleswig-Holstein)
Prof. Schlurmann (Universität Hannover)
Prof. Schüttrumpf (RWTH Aachen)
Dr. Theobald (Bundesanstalt für Seeschifffahrt und
Hydrografie)
Herr Thorenz (Kuratorium für Forschung im
Küsteningenieurswesen)

Satz:
Baumann
Projektträger Jülich (PtJ)                                    Stand: November 2011
Küstenforschungsagenda für Nord- und Ostsee - Im Rahmen des BMBF-Programms "Forschungen für nachhaltige Entwicklungen"
Inhalt
Zusammenfassung                                                            5

1. Einleitung 		                                                           6

2. Herausforderungen für und Erwartungen an die Küstenmeerforschung        8

3. Wissenschaftliche Ziele                                                10

    3.1 Wissenslücken schließen, neues Wissen generieren                  10

		       3.1.1 Hydro-, Sediment- und Morphodynamik                        10

		       3.1.2. Stoffkreisläufe                                           11

		       3.1.3. Biologischer Wandel                                       12

    3.2 Lösungsstrategien im Spiegel des Klimawandels entwickeln          13

		       3.2.1. Veränderte Nutzungsansprüche                              13

		       3.2.2. Infrastrukturen im Küsten- und Verkehrswasserbau          14

		 3.2.3 Entwicklung eines Mess- und Beobachtungsystems und Monitoring-
			      Netzwerkes für die Küstenforschung und für Nutzer                15

4. Implementierung und Management                                         16
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Küstenforschungsagenda für Nord- und Ostsee - Im Rahmen des BMBF-Programms "Forschungen für nachhaltige Entwicklungen"
Zusammenfassung           5

Zusammenfassung
Küstenmeere wie Nord- und Ostsee verbinden
terrestrische und ozeanische Lebensräume. Sie
sind hoch produktive komplexe Systeme mit
mannigfaltigen Ökosystemdienstleistungen, die
die menschliche Gesellschaft in zunehmendem
Maße nutzt. Die Prozesse, die hier ablaufen,
sind einerseits entscheidend für Menge und
Zusammensetzung der terrestrischen Einträge
in den offenen Ozeanen. Andererseits stehen
sie hier, an der Schnittstelle zwischen Land
und Ozean, auch unter dem Einfluss beider
Systeme: so kommen neben Veränderungen
durch den Klimawandel und den zunehmen-
den Nutzungsdruck auch noch Reaktionen auf
Veränderung im Einzugsgebiet der Küstenöko-
systeme dazu.

Der externe Druck in Form massiver Nutzung
der Ressourcen und klimatischer Veränderun-
gen hat in den marinen küstennahen Öko-             und Küstenforscher im Verbund mit Entschei­
systemen ein Ausmaß und eine Komplexität            dungs­trägern der marinen Raum- und Ressourcen-
angenommen, die die Erforschung von Ursache-        planung identifiziert und die drängenden
Wirkungs-Geflechten und die Abschätzung             wissenschaftlichen Herausforderungen in den
über die Nutzbarkeit der endlichen marinen          Küstenmeeren und Küstenzonen der nächsten
Ressourcen stark erschweren. Trotz großer           Dekade benannt. Prozessuntersuchungen in
Wissensgewinne in den letzten Jahrzehnten           den Feldern der Küstendynamik, Hydrodynamik,
über die Funktionsweise mariner Ökosysteme          Stoffkreisläufe, Biodiversität und Verschmutzung
und ihre Reaktionen auf veränderte Einflüsse        wurden als ebenso dringend identifiziert wie
reicht das Wissen nicht aus, um das Ausmaß          Entwicklungen zu Forschungsinfrastrukturen im
der Veränderungen in verlässlichen Zukunfts-        Küsten- und Ästuarbereich und innovative Beo-
szenarien darzustellen. Damit ist eine wichtige     bachtungs- und Monitoringsysteme. Zur schnellen
Grundvoraussetzung für ein auf einer ökosyste-      Verbreitung und Nutzbarmachung der Ergeb-
maren Gesamtschau basierendes Management            nisse wird gleichzeitig die Bereitstellung von
der marinen Umwelt, wie es die integrierte          nutzerspezifischen Modellen, Informations­
Meerespolitik der EU fordert, nur unvollkommen      systemen und Karten angestrebt.
gegeben.
                                                    Für den Erfolg der Küstenforschung und zur
All dies stellt die Politik vor neue Herausforde-   Umsetzung der Ergebnisse in den entsprechen-
rungen. Das Dilemma zwischen dem Nutzungs-          den Richtlinien sind neue inter- und transdis-
druck und dem Erhalt der Küstenökosysteme           ziplinäre Allianzen von größter Wichtigkeit.
kann nur im Rahmen eines integrierten Küsten-       Es gilt, neue Formen der Kooperation und
zonenmanagements nachhaltig gelöst werden,          Kommunikation zwischen Forschungseinrichtun-
und es gilt, dafür gemeinschaftlich Strategien,     gen, Förderinstitutionen und Behörden zu
Methoden und Kommunikationsstrukturen zu            etablieren, die den Komplex „Küstenforschung /
entwickeln und langfristig zu implementieren.       Meeresschutz / Umsetzung von Richtlinien“ als
                                                    Leitlinie und Forschungsergebnisse als feste
In dieser Agenda wurden Wissenslücken durch         Bestandteile des Managements der Küstenöko-
eine breite Gemeinschaft der deutschen Meeres-      systeme und der Küstenzone nutzen.
Küstenforschungsagenda für Nord- und Ostsee - Im Rahmen des BMBF-Programms "Forschungen für nachhaltige Entwicklungen"
6      Einleitung

    1. Einleitung
    Küsten- und Meeresökosysteme unterliegen seit       formuliert (KDM 2007). Darin werden drän-
    jeher einem steten Wandel – zum Teil auch           gende wissenschaftliche Herausforderungen
    raschen Veränderungen. Über das bekannte,           und notwendige Schritte für die Forschung im
    natürliche Maß hinaus werden seit einigen           Küstenmeer der nächsten Dekade benannt. In
    Jahrzehnten die vom Menschen gemachten              Ergänzung dazu stellten die „Hafentechnische
    Veränderungen immer deutlicher sichtbar.            Gesellschaft e.V.“ (HTG) und die „Deutsche
    Diese Veränderungen finden auf allen Ebenen         Gesellschaft für Geotechnik e.V.“ (DGGT) aus
    statt, bis hin zu globalen Verschiebungen           ingenieurwissenschaftlicher Sicht eine gemein-
    atmosphärischer Transporte, Erwärmung und           same Dokumentation „Unsere Gewässer –
    Meeresspiegelanstieg. Angetrieben oder              Forschungsbedarf aus Sicht der Praxis“ vor
    zumindest beeinflusst werden sie maßgeblich         (HTG/DGGT 2010). Beide Programmschriften
    durch vielseitige menschliche Aktivitäten.          ergänzen sich und bieten Grundlagen für die
    Es gilt als gesichert, dass das Ausmaß der          hier formulierte Forschungsagenda. Unter Be-
    bisherigen Nutzungen zukünftig weiter zunehmen      rücksichtigung von Leitlinien für eine nachhalti-
    und zusammen mit neuen Nutzungsformen den           ge Entwicklung der Binnen- und Küstengewäs-
    Druck auf die marine Umwelt und die Ressour-        ser werden in dieser Agenda die wichtigsten
    cen der Meere erhöhen wird. Gleichzeitig ist        wissenschaftlichen Herausforderungen und der
    zu erwarten, dass sich der von Menschen             damit einhergehende Forschungsbedarf abge-
    beeinflusste Klimawandel manifestieren wird.        leitet. Prioritäre Schwerpunkte werden im Lichte
    Bereits jetzt zeichnen sich in den Ökosystem-       neuester Erkenntnisse über wesentliche geophy-
    funktionen der Küstenmeere Veränderungen            sikalische Prozesse sowie anthropogene Wir-
    ab, ohne dass deren Ursachen hinreichend            kungsmechanismen in Küstenzonen, Ästuaren
    bekannt und ihre Auswirkungen gänzlich
    erfasst wären. Auf solcher Basis sind zukünftige
    Entwicklungen schwer vorherzusagen. Folge-
    richtig stellt das Sondergutachten des WBGU
    (2006) fest: „Das derzeitige Wissen über die
    überaus komplexen Zusammenhänge zwischen
    Klima, physikochemischen Meeresbedingun-
    gen, marinen Ökosystemen und Fischerei reicht
    nicht aus, um verlässliche Prognosen über die
    Reaktion der marinen Systeme auf Klimaverän-
    derungen abzugeben.“

    Angesichts der bestehenden Herausforderun-
    gen haben sich die Erforschung, der Schutz
    und die Nutzung der Meere von früher eher
    sektoralen Arbeitsbereichen hin zu komplexen
    Politik- und Arbeitsfeldern entwickelt. Eine öko-
    systemare Gesamtsicht („Ecosystem Approach
    to Management“, EAM) gewinnt eine stark
    wachsende Bedeutung, insbesondere im Hin-
    blick auf die Küstenmeere und die Küstenzo-
    ne. Die deutsche Meeres- und Küstenforscher­
    gemeinde griff diese Herausforderungen auf
    und hat unter ihrer Dachorganisation „Konsor-
    tium Deutsche Meeresforschung“ (KDM) eine
    Programmschrift „Küstenmeere im Wandel“
Küstenforschungsagenda für Nord- und Ostsee - Im Rahmen des BMBF-Programms "Forschungen für nachhaltige Entwicklungen"
Einleitung      7

und Flusseinzugsgebieten identifiziert. Dabei    Das Rahmenprogramm „Forschung für Nach-
werden insbesondere Nutzungspotentiale           haltige Entwicklungen“ (2010-2015) des
dieser Regionen ins Auge gefasst.                Bundesministeriums für Bildung und Forschung
                                                 (BMBF) benennt die deutsche Küste als eine
Ohne eine enge und funktionierende Koope-        von weltweit vier Schwerpunktregionen der
ration zwischen Forschung und den für das        Erdsystemforschung, in denen die Folgen des
Management von Nutzungen verantwortlichen        Globalen Klimawandels besonders schnell
Stellen werden die anstehenden Fragen nicht      und / oder besonders spürbar zu Tage treten.
zu beantworten sein. Die gesellschaftliche       Das BMBF plant daher, in diesem Forschungs-
Forderung an die Wissenschaft, Forschung zum     bereich die Projektförderung zu intensivieren
Meeres- und Küstenschutz verstärkt auf eine      und regte an, als förderpolitische Grundlage
Steigerung des Allgemeinwohls auszurichten,      die „Küstenforschungsagenda für die Nord-
wächst. Die Einrichtung einer Koordinations-     und Ostsee“ aufzustellen. Zur Erarbeitung
und Forschungsstruktur für die Küstenmeere ist   der Agenda hat das BMBF grundlagenorien-
daher ein wichtiger und notwendiger Schritt.     tierte und angewandt-ingenieurwissenschaft­
Neue Formen der Kooperation und Kommuni-         liche Forschungsorgani­sationen sowie Ressort­
kation zwischen kompetitiver Forschung, staat-   forschungseinrichtungen des Bundes und den
lichen Ressortforschungseinrichtungen, For-      Bund-Länder-Meeres­umweltschutz hinzuge­
schungsförderung und Behörden müssen dem         zogen.
Gesamtbereich „Küstenforschung / Meeres-
schutz / Umsetzung von Richtlinien“ eine neue
Qualität geben.
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8      Herausforderungen für und Erwartungen an die Küstenmeerforschung

    2. Herausforderungen für und Erwartungen an die
       Küstenmeerforschung
    Das Verständnis der Prozesse und Wechsel­
    wirkungen in den Küstenzonen blieb lange
    Zeit auf Beobachtungen und Erfahrungswissen
    beschränkt. Vor mehr als 100 Jahren begann
    dann in der Ostsee und Nordsee eine meeres­-
    kundliche Forschung, die als Wiege eines
    Systemansatzes in der Meeresforschung
    betrachtet werden kann. Diese Forschung
    diente sowohl der reinen Wissensvermehrung
    als auch der Beobachtung von Veränderun-
    gen, die die maritimen Interessen der mensch-
    lichen Gesellschaft betrafen, wie zum Beispiel
    Schwankungen in den Fischanlandungen. Der
    Nutzungsdruck auf die marinen Küstensysteme
    ist heute durch verstärkte und erweiterte
    Aktivitäten auf See und im Einzugsgebiet stark
    angewachsen. Zu nennen sind steigende
    Urbanisierung, Kanalisierung industrieller und
    häuslicher Abwässer, Intensivierung von
    Land- und Viehwirtschaft, Einleitung neuer
    Stoffe in Gewässer, Flussregulierungen sowie
    Tourismus.

    Zwar macht der Küstenraum nur ca. 6% der          erheblich erschwert. In der marinen Ökosystem-
    Gesamtfläche der Erde aus, hier werden aber       forschung können nichtlineare Reaktionen nur
    ca. 40% des Gesamtwertes aller Ökosysteme         anhand einer begrenzten Anzahl von Schlüssel-
    der Erde erbracht. Diese Relationen führten       variablen beschrieben werden, die gleichwohl
    in den letzten Jahren zu einem Paradigmen-        die Komplexität der Systemabläufe hinreichend
    wechsel. Die Integration ökologischer, ökono-     genau widerspiegeln sollen. Auch wenn gene-
    mischer und sozio-ökonomischer Aspekte mit        relle Prinzipien und Mechanismen etwa der
    dem Ziel einer nachhaltigen Entwicklung im        Eutrophierung oder der Küstendynamik bekannt
    Sinne eines integrierten Küstenzonenmanage-       sind, ist doch das Verständnis der Propagation
    ments (IKZM) gewann zunehmend an Bedeu-           von Veränderungen im Küstensystem auf ver­-
    tung. Mit der Meerespolitik der EU sowie ihrer    schiedenen zeitlichen und räumlichen Skalen
    Umweltsäule, der Meeresstrategie-Rahmenricht-     und auch des qualitativen und quantitativen
    linie (MSRL), wurde für die europäischen Meere    Ausmaßes der Veränderungen noch sehr lücken­-
    erstmals ein einheitlicher Rechtsrahmen vor-      haft. Unter diesen Bedingungen besteht gegen-
    gegeben. Einheitliche methodische Standards       wärtig eine der großen wissenschaftlichen
    sind zu etablieren, eine Vielzahl von wissen-     Herausforderungen in einer eindeutigen Diffe-
    schaftlichen Methodiken muss neu oder             renzierung zwischen anthropogenen Verände-
    weiterentwickelt werden. All diese Verfahren      rungen und klimatischen Trends vor dem
    einschließlich Interkalibration und Qualitäts­    Hintergrund natürlicher Variabilität.
    sicherung auf wissenschaftlicher Grundlage
    sind sodann auch international abzustimmen.       Die Präzisierung der Kenntnisse über individu-
                                                      elle und kumulative Effekte von natürlichen und
    Die Reaktionen im Küstensystem auf unter-         anthropogenen Einflüssen auf das System
    schiedliche Einflussgrößen sind außerordentlich   schafft die Voraussetzungen für die hinreichend
    komplex, was Ursache-Wirkungsanalysen             frühe Erkennung möglicher nachhaltiger
Herausforderungen für und Erwartungen an die Küstenmeerforschung              9

                                                  Kapazitäten in Entwicklungs- oder Schwellen-
                                                  ländern von der deutschen Meereskunde und
                                                  dem deutschen Küsteningenieurwesen erwartet.

                                                  Ein umfassendes Verständnis anthropogener
                                                  Antriebe im System muss aber auch die
                                                  politischen, ökonomischen und gesellschafts­
                                                  politischen Rahmenbedingungen für die
                                                  Nutzung von Ökosystemdienstleistungen im
                                                  maritimen Raum mit berücksichtigen. Das
                                                  Verständnis der Steuerungsmöglichkeiten
                                                  direkter bzw. indirekter anthropogener Ein­-
                                                  flüsse mit Hilfe politischer Instrumente ist zu
                                                  verbessern. Für die Umsetzung des Öko­
                                                  systemansatzes im Management der mensch­
                                                  lichen Aktivitäten im Küstenmeer sind bislang
                                                  die wissenschaftlichen Arbeitsprogramme
                                                  einschließlich der Datenerhebung und der
                                                  Modellansätze nicht ausreichend entwickelt.
                                                  Die politischen Vorgaben hierzu sind für die
                                                  nächsten Jahre eindeutig (z.B. durch MSRL).
                                                  Erforderlich sind etwa eine Basisaufnahme von
                                                  Fauna, Flora und Lebensräumen, die Entwick-
Veränderungen, die Erstellung von Entwick-        lung und Anpassung von Bewertungsmethoden
lungszenarien, die Verbesserungen von             für den Zustand der Meeresumwelt im Einklang
Sicherheit und Effizienz maritimer und küsten-    mit den Anforderungen der MSRL, eine
naher Aktivitäten, die Kontrolle oder Milderung   Abschätzung kumulativer Effekte der ökono-
der Folgen natürlicher Risiken, den Schutz oder   misch wichtigen Nutzungsformen und die
die Wiederherstellung von Habitaten und           Entwicklung von ökosystemorientierten
marinen Ressourcen und auch für den Schutz        Managementwerkzeugen, welche Möglich­
und die Sicherheit der Bevölkerung.               keiten und Grenzen einer Weiterentwicklung
                                                  ökonomischer Aktivitäten im Küstenmeer
Eine Schlüsselrolle für die wissenschaftliche     aufzeigen.
Ausrichtung der nationalen und internationalen
Forschung in den Küstenmeeren spielen             Die deutsche Forschergemeinde im Bereich
moderne, innovative Methoden der (Fern-)          der Küsten- und Schelfmeere verfügt über die
Beobachtung, ausgereifte numerische Modelle,      notwendigen Erfahrungen, um in der nächsten
neue experimentelle Untersuchungsmethoden         Dekade mit innovativen Methoden, Werk­
sowie die Verschränkung von Monitoringdaten       zeugen und Strukturen die hier beschriebenen
mit operationellen Modellen. Nur aus dieser       Herausforderungen zu bewältigen und die in
Kombination können Grundlagen und Lösungs-        sie gesetzten Erwartungen zu erfüllen.
vorschläge für eine nachhaltige Entwicklung
und zukunftsfähige Strategien zur Meeresnut-
zung, zum Meeres- und Küstenschutz sowie zu
einem nachhaltigen Management der Meere
und Küsten gewonnen werden. Diesbezüglich
wird auch ein Transfer von Know-how und der
Aufbau wissenschaftlich / technologischer
10      Wissenschaftliche Ziele

     3. Wissenschaftliche Ziele
     Übergeordnetes Ziel der nationalen Küsten-        lationen sind notwendig, um eindeutig zu
     meerforschung der nächsten Dekade ist es, die     klären, inwieweit es sich bei den beobachteten
     wissenschaftliche Grundlage des von der Politik   Veränderungen um langfristige Schwankungen
     geforderten „Ecosystem Approach of Manage-        oder um anhaltende, gegebenenfalls anthro­
     ment“ (EAM) zu verbessern. Im Fokus stehen        pogen beeinflusste Veränderungen handelt.
     dabei Systemanalysen, mit denen der Zusam-
     menhang zwischen externen Antrieben einer-
                                                         Forschungs- und Entwicklungsbedarf:
     s­eits (gekoppeltes Ozean-Atmosphäre-System;
     menschliche Einflüsse) und der Veränderlichkeit
     mariner Ökosysteme und ihrer Organismen            (i)      Gekoppelte Modellsysteme zur Quantifi-
     andererseits entschlüsselt werden soll. Eine                zierung von Wechselwirkungen zwischen
     interdisziplinäre und sektorübergreifende                   Atmosphäre, Seegang, Ozeanzirkulation,
     Ausrichtung der Forschung zur Schließung von                vertikalen Strukturen in der Wassersäule
     Wissenslücken und zur Entwicklung innovativer               sowie lateralem Transport,
     und effizienter Konzepte für nachhaltige            (ii)    Ensemblemodellsysteme für Atmosphäre
     Infrastrukturen zur Beobachtung, Modellierung               und Ozean, zur Erfassung der Streu­
     und zum Management der marinen Umwelt                       breiten und Wahrscheinlichkeiten von
     sowie zum Küstenschutz ist dabei unabding­                  Vorhersagen zum Küstenschutz,
     bare Voraussetzung.                                 (iii)   Modifikation von Sedimenten in
                                                                 Abhängigkeit von Sedimentbeschaffen-
                                                                 heit, Strömungsregimes und menschlichen
     3.1 Wissenslücken schließen,                                Aktivitäten,
         neues Wissen generieren                         (iv)    Erstellung sedimentdynamischer Modelle
                                                                 a) zur Erfassung kumulativer Effekte
                                                                 baulicher Maßnahmen und der Folgen
     3.1.1 Hydro-, Sediment- und Morphodynamik:                  sedimentdynamischer Veränderungen auf
                                                                 den Sedimenthaushalt und die Morpho-
     Klimaschwankungen werden zu deutlichen                      dynamik der Küstenregion und
     Veränderungen in den hydro- und thermodyna-                 b) zur Entwicklung neuer Bemessungs-
     mischen Eigenschaften sowohl der Nord- als                  ansätze zu Küsten- und Hochwasser-
     auch der Ostsee führen, in deren Folge mit                  schutz unter Berücksichtigung kaskadie-
     einer Zunahme von Georisiken wie Meeres­                    render und gekoppelter Prozesse,
     spiegelanstieg, Stürmen, extremer Seegang           (v)     Entwicklung operationeller Systeme und
     und Sturmfluten im gesamten Küstenraum zu                   Szenarien zur Langfristvorhersage
     rechnen ist. Veränderungen in den hydrodyna-                morphodynamischer Prozesse im Küsten-
     mischen Prozessen und nachfolgend in den                    und Ästuarraum,
     benthischen Lebensgemeinschaften beeinflussen       (vi)    Qualitätssteigerungen bei der Model­
     wiederum den Sedimenttransport und letztlich                lierung durch die Verknüpfung von in
     die Morphodynamik in unseren Küsten­                        situ Messungen, Fernerkundungsdaten
     gewässern. Die Vorhersagbarkeit morpho­                     und Modellsimulationen mit Hilfe von
     dynamischer Veränderungen und extremer                      Datenassimilationsverfahren.
     Belastungen von Küsten- und Hafenbauwerken
     mit Hilfe mathematischer Modelle ist bislang
     jedoch eingeschränkt. Insbesondere im
     Verständnis der Prozesse in der seegangsbeein-
     flussten Bodengrenzschicht gilt es, Wissens­
     lücken zu schließen. Lange und homogene
     Zeitreihen aus Messungen und Computersimu-
Wissenschaftliche Ziele        11

3.1.2. Stoffkreisläufe:
                                                      Forschungs- und Entwicklungsbedarf:
Die deutschen Küstengewässer bleiben trotz
erheblicher Reduzierung der kontrollierbaren
                                                     (i)      Entwicklung verbesserter Sammelstrate-
Einleitungen von Land mit hohen Nährstoff-                    gien zur Erfassung der Stoffflüsse aus der
frachten belastet, und die Eutrophierung ist                  Atmosphäre in die Küstengewässer,
weiterhin eines der ökologischen wie volkswirt-               verbesserte Quantifizierung dieser Flüsse,
schaftlichen Schlüsselprobleme des marinen            (ii)    Verbesserung der Erfassung des Stoff-
Umweltmanagements. Während punktuelle und                     eintrags in die Küstenmeere auf lokalen,
diffuse (mit Ausnahme der atmosphärischen)                    regionalen und größeren Skalen zur
Nährstoff­einleitungen inzwischen gut erfasst                 Validierung von Modellen zur Ausbreitung
sind, sind die internen Nährstoffkreisläufe und               und zum Verbleib der eingetragenen
Transportwege z. B. von Stickstoff bzw.                       Stoffe,
Phosphat wenig verstanden. Für die Modellie-          (iii)   Parametrisierung und Einbeziehung
rung der Quellen- und Senkenfunktionen auf                    von lateralen und vertikalen Stofftrans-
längeren Zeitskalen ist hier ein erheblich                    porten sowie die verstärkte Einbindung
verbessertes Prozessverständnis von Nöten,                    der höheren trophischen Ebenen in die
das auch den Einfluss von zu erwartenden                      Modelle,
Veränderungen in der Landnutzung im Einzugs-          (iv)    Beschreibung des Transports und der
gebiet einschließen muss. Neben Nährstoffen                   Modifikation von Materie an den oxisch/
und Schwermetallen gelangt eine Vielzahl                      anoxischen Grenzflächen und im
chemischer Substanzen in die Küstenmeere,                     anoxischen Milieu,
deren Wirkung auf die Umwelt in vielen Fällen         (v)     Analyse von Wechselwirkungen zwischen
noch ungeklärt ist. Besonders problematisch für            schadstoffbehafteten marinen Sedimenten
die Meeresumwelt sind die persistenten, bio-               und marinen Organismen unter Berück-
akkumulierenden und toxischen Stoffe (PBT-Stoffe)          sichtigung von Klimaänderungen,
sowie hormonell wirkende organische Verbin-           (vi) Analyse neuer und in ihrer Wirkung
dungen (endokrine Wirkstoffe). Um „neue“                   unbekannter Stoffe sowie deren Wechsel-
Schadstoffe und ihre potenziellen Effekte im               wirkungen mit den marinen Organismen.
marinen Kreislauf rechtzeitig identifizieren und
bewerten zu können, ist die Weiterentwicklung
von Nachweismethoden dringend notwendig.
12      Wissenschaftliche Ziele

     3.1.3. Biologischer Wandel:

     Eine Grundvoraussetzung für die Beurteilung
     von Veränderungen in der Artenzusammen­
     setzung und den damit verbundenen Öko­
     systemfunktionen ist die Kenntnis von Habitats-
     kriterien und deren Veränderlichkeit durch
     Klima und menschliche Aktivitäten. Mittels
     experimenteller Untersuchungen müssen
     Schlüsselkriterien, -funktionen und -organismen
     identifiziert werden, mit denen stellvertretend
     die enorme Komplexität des biologischen
     Wandels und seiner Ursachen repräsentativ in
     Modellen beschrieben werden kann. Dabei
     sind qualitative (wer frisst wen) Erkenntnisse
     ebenso wichtig wie quantitative (wie viel wird
     gefressen). Neue Modellierungsansätze
     müssen zusätzlich zur Quantifizierung auch
     die Differenzierung zwischen klimabedingten
     Prozessen und Effekten menschlicher Nutzung
     ermöglichen. Aus den Forschungsaktivitäten
     müssen außerdem aussagekräftige Indikatoren
     für Veränderungen, wie sie zur Umweltüber-
     wachung und Zustandseinschätzungen im
     nationalen und europäischen Rahmen benötigt
     werden, abgeleitet werden können.

        Forschungs- und Entwicklungsbedarf:

      (i)      Erfassung von Veränderungen von Habitaten und Artengemeinschaften aufgrund von Meeres­
               spiegelanstieg, veränderter Sediment- und Morphodynamik, Schadstoffen und Eutrophierung,
        (ii) Analyse der Habitataffinität, Wanderungen und Veränderung der Verbreitungsmuster, auch im
               Hinblick der Konnektivität zwischen verschiedenen Regionen sowie Identifizierung von Indikator­
               arten als Anzeiger für Veränderungen,
        (iii) Erfassung von Mechanismen, die das Vorkommen invasiver Arten kontrollieren sowie von Auswir-
               kungen neuer Arten auf Stoffkreisläufe und Strukturen im Nahrungsnetz,
        (iv) Verbesserung der Kenntnisse über die Bedeutung der Artenvielfalt (Biodiversität) für die funktionale
               Diversität, Produktivität sowie Widerstandsfähigkeit und Elastizität der Ökosysteme,
        (v) zunehmende Einbindung von multi-Arten Beziehungen insbesondere auf den höheren trophischen
               Ebenen in Ökosystemmodelle einschließlich der Lebenszyklen, trophischen Interaktionen und
               Adaptationsverhalten,
        (vi) Bedeutung der Küstengewässer für Rekrutierung und Produktion von Fischen und anderen lebenden
               Ressourcen,
        (vii) Aufstellung ökosystembasierter Konzepte für die Erholung stark genutzter lebender Ressourcen,
        (viii) Entwicklung von Fangmethoden mit Vermeidung negativer Auswirkung auf die lebenden Ressour-
               cen und das Habitat.
Wissenschaftliche Ziele       13

3.2 Lösungsstrategien im Spiegel
    des Klimawandels entwickeln                     Forschungs- und Entwicklungsbedarf:

                                                   (i)    Schaffung von Entscheidungsgrundlagen
3.2.1. Veränderte Nutzungsansprüche:                      und -unterstützungssystemen mittels
                                                          Kopplung von Erkenntnissen aus Modell-
Zusätzlich zur klassischen Nutzung der Meere              familien in nutzerspezifische Geoinfor-
wie Nahrungsgewinnung und Entsorgung von                  mationssysteme,
Abwässern ist eine starke Zunahme von               (ii) Identifizierung und Analyse von Schnitt-
weiteren Nutzungsformen wie die Rohstoff- und             stellen und Feedback-Mechanismen
Energiegewinnung, der Verkehr, Aquakultur,                zwischen den verschiedenen Systemkom-
Tourismus und Naturschutz festzustellen. Diese            ponenten inklusive der externen Ein-
nehmen in unterschiedlichem Maße den                      flussvariablen (z.B. Klima, anthropogene
marinen Raum in Anspruch, was zu überlappen­-             Einflüsse, die politische Steuerung, und
den Raumansprüchen führt und eine große                   Veränderungen in Verhalten und
Herausforderung für eine marine Raumplanung               Ansprüchen der Gesellschaft),
als Grundlage für ein nachhaltiges Nutzungs­        (iii) Entwicklung von integrativen, sektor-
management darstellt.                                     übergreifenden Modellierungsansätzen
                                                         und Kopplung von fachspezifischen
Neben den integrierenden Ansätzen der                    Modellfamilien, die eine Evaluierung der
Systemanalyse in Küstengewässern bedürfen                Diskrepanzen zwischen dem Schutz der
die verschiedenen direkten und indirekten                Ressourcen, der Erhaltung der Biodiver-
Einflüsse der anthropogenen Aktivitäten, wie             sität, unversehrten Habitaten und dem
zum Beispiel Sedimentverfrachtungen, Entwur-             Erhalten bzw. Ausbau der ökonomischen
zelung von Seegraswiesen, Unterwasserlärm,               Aktivitäten im Küstenraum ermöglichen,
künstliche Magnetfelder, Akkumulation von           (iv) Entwicklung und Anpassung von Bewer-
festem Müll sehr spezifische Forschungsanstren-          tungsmethoden für den Zustand der
gungen, um zunächst das Ausmaß des mög-                    Meeresumwelt und einzelner Schutz-
lichen Schadens zu bewerten.                               güter, die im Einklang mit den Anforde-
                                                           rungen der MSRL stehen,
Lokale und regionale Auswirkungen eines             (v) Entwicklung von Managementwerkzeu-
Anstiegs des globalen Meeresspiegels auf                   gen, die Möglichkeiten und Grenzen
Habitate, Artengemeinschaften sowie hinsicht-              einer Weiterentwicklung ökonomischer
lich küstenbaulicher Maßnahmen sind unklar.                Aktivitäten im Küstenmeer im Rahmen
Gegenstand künftiger Untersuchungen muss                   eines ökosystemorientierten Manage-
es daher sein, basierend auf einer Regionali­              ments aufzeigen,
sierung globaler Szenarien zur Klimaände-           (vi) Entwicklung von Konzepten zur Sanie-
rung, das volle Spektrum möglicher Entwick-                rung von Küstengewässern, von Metho-
lungen (Szenarien) unter Einschluss aller für              den und Werkzeugen für die Analyse
den Küstenraum relevanten Risiken sowie ggf.               und Vorhersage des Einflusses und der
sich daraus ergebender kaskadierender Wir-                 Auswirkungen von Ingenieurmaßnah-
kungen unter Berücksichtigung der Wechsel-                 men auf natürliche Umweltprozesse
wirkung mit anthropogenen Eingriffen wie                   und Ökosysteme,
Ausbau- und Unterhaltungsmaßnahmen zu               (vii) Verbesserung der Kriterien und Kon-
betrachten und Konzepte, Methoden und                      zepte für marine Schutzgebiete,
Verfahren für zukünftige Nutzungen des Küsten-      (viii) Erforschung der Potenziale und Risiken
raums inkl. infrastruktureller Maßnahmen zu                der Aquakultur.
entwickeln.
14      Wissenschaftliche Ziele

     3.2.2. Infrastrukturen im Küsten- und
            Verkehrswasserbau:                             Forschungs- und Entwicklungsbedarf:

     Veränderungen in den hydro- und morpho­
                                                          (i)      Entwicklung neuer innovativer Schutz-
     dynamischen Prozessen sowie veränderte                        konzepte und -systeme sowie operatio-
     Georisiken und daraus resultierende kaskadie-                 neller Planungswerkzeuge für eine nach-
     rende Folgewirkungen erhöhen die Vulnerabili-                 haltige Entwicklung des Küstenraumes,
     tät der Küstenzone als Schnittstelle zwischen         (ii)    Entwicklung von neuen integrierten
     Land und Wasser. Die Küstenbereiche haben                     risikobasierten Bemessungskonzepten
     sich in ganz unterschiedlicher Weise zu                       und Planungswerkzeugen für neue und
     Lebens-, Natur- und Wirtschaftsräumen                         bestehende Infrastrukturen im Küsten-,
     entwickelt. Daher kommt einer nachhaltigen                    Ästuar- und Hafenbereich unter Berück-
     Entwicklung der Infrastrukturen im Küsten- und                sichtigung ihrer Lebensdauer,
     Verkehrswasserbau mit dem Ziel der Sicherung          (iii)   Entwicklung von Methoden zur Zustands-
     der verschiedenen Nutzungsansprüche im                        erfassung (Bauwerksüberwachung), zum
     Küstenbereich eine zentrale Aufgabe zu. Ziel                  Erhalt und zur Sanierung bestehender
     muss es sein, Küstenschutzkonzepte und                        Infrastrukturen,
     -systeme, Seeschifffahrts- und Hafeninfrastruk­       (iv)    Entwicklung innovativer, dem Wandel
     turen unter gesamtwirtschaftlichen und ökosys-                angepasster Infrastrukturen und Strate-
     temaren Randbedingungen zu verbessern,                        gien des Küstenschutzes, die besonders
     Sicherheitsrisiken zu identifizieren, neue                    an der Ressourcenschonung und der
     operationelle probabilistische und risikobasierte             Reduzierung von klimaschädigenden
     Bemessungsverfahren zu entwickeln und die                     Emissionen zu messen und zu orientie-
     Funktionsfähigkeit der innovativen Infrastruk­                ren sind,
     turen durch die Entwicklung von präventiv             (v)     Berücksichtigung ökologischer Aspekte
     orientierten Überwachungs- und Unterhaltungs­                 bei der Planung, Bemessung, Ausfüh-
     strategien über die Lebensdauer einer Infrastruk-             rung und Unterhaltung von Infrastruk-
     tur zu sichern und Ressourcen effizient und                   turen im Küstenraum.
     schonend einzusetzen.
Wissenschaftliche Ziele         15

3.2.3 Entwicklung eines Mess- und Beobach-		      Bund und Ländern angestrebtes Netzwerk zum
      tungsystems und Monitoring-Netz-		          Aufbau einer „Marinen Dateninfrastruktur
      werkes für die Küstenforschung und 		       Deutschland (MDI-DE)“ dient daher der
      für Nutzer:                                 schnellen Bereitstellung von Informationen
                                                  und GEO/Daten für Management und eine
Trotz internationaler Monitoringprogramme         breite Nutzergemeinde. Die Archivierung von
(HELCOM, OSPARCOM), etablierter (MAR-             Datensätzen, Zeitreihen und Modellen gehört
NET) und sich entwickelnder autonomer             ebenfalls zu den Maßnahmen, Lücken zwischen
Messsysteme (COSYNA) wird das Erkennen            Datenerhebung und Datennutzung zeitnah zu
von Veränderungen immer noch durch das            überbrücken. Neben zentralen Datensystemen
gravierende Problem des Untersammelns in          sollten auch die einzelnen Institutionen in ihren
Zeit und Raum behindert. Es besteht ein           Datenbanken Nutzerbereiche zur freien
dringender Bedarf zur Weiterentwicklung der       Verfügung identifizieren (distributed databases).
automatisierten /autonomen Messsysteme, der       Für Nordsee und Ostsee sollten für die Nutzer
insbesondere die Erweiterung des Variablen-       außerhalb der Wissenschaft auf nationaler und
Spektrums um chemische und biologische            internationaler Ebene möglichst standardisierte
Messgrößen betrifft. Hierbei sollte eine enge     Datenformate und Produkte entwickelt werden.
Zusammenarbeit zwischen den jeweiligen
Anrainerstaaten von Ostsee und Nordsee
angestrebt werden.

Neben der technologischen Erweiterung der
Messkapazitäten ist die Entwicklung von
Systemen erforderlich, die eine schnelle
Zugänglichkeit zu Daten und Datenprodukten
für jede Art von Nutzern im Sinne einer breit
gestreuten Dissemination ermöglichen. Monito-
ring-Akteure und potentielle Nutzer der Daten
sind bisher nur unvollständig vernetzt. Ein von
16      Implementierung und Management

     4. Implementierung und Management
     Die integrative und querschnittorientierte        beitragen können, wie beispielsweise
     „Küstenforschungsagenda für Nord und Ostsee“      Forschungen zum Wasserressourcenmanage-
     vervollstän­digt das Portfolio des BMBF zur       ment in Einzugsgebieten von Nord- und
     Erforschung der Küstengewässer, die sich bis-     Ostsee.
     lang auf drei Bereiche konzentrierte:
                                                       Es ist vorgesehen, etwa alle drei Jahre eine
     >> Das Multinationale Fördernetzwerk BONUS        Förderbekanntmachung zu veröffentlichen.
        zur Ostsee-Meeresforschung der acht            Die Laufzeit der Projekte wird auf drei Jahre
        Anrainerstaaten mit Unterstützung der          konzipiert.
        EU-Kommission,
     >> die Fördermaßnahmen des Kuratoriums für        Die Termine der Förderbekanntmachungen
        Forschung im Küsteningenieurwesen (KFKI)       können über den Herausgeber angefragt
        und                                            werden. Über deren Inhalt und Ziele wurde
     >> die bilateralen Kooperationen in der Küsten-   auf einem Workshop Ende November 2010
        forschung mit ausgewählten Industrie- und      diskutiert, an dem Vertreter der an der Vor­
        Schwellenländern (Brasilien, Russland und      bereitung der Forschungsagenda beteiligten
        Norwegen in polaren Küstenmeeren, Israel,      Organisationen teilnahmen. Hinzu kamen von
        Indonesien, China, Südafrika mit Namibia       diesen benannte Teilnehmer aus der Wissen-
        und Angola).                                   schaft, von Bundes- und Länderressorts sowie
                                                       aus deren nachgeordneten Einrichtungen. Zur
     Flankierend zu diesen Aktivitäten ist eine        Umsetzung der Forschungsagenda wird eine
     deutsch-niederländische Ausschreibung zur         Steuergruppe eingerichtet. Sie setzt sich aus
     bilateralen Wattenmeerforschung erfolgt.          dem Personenkreis zusammen, der an der
                                                       Ausarbeitung der Agenda beteiligt war. Zu
     Die Forschungsagenda ist als eine mittelfristi-   den Obliegenheiten der Steuergruppe zählt
     ge Maßnahme angelegt, mit der es gelingen         es, BMBF-Förderbekannt­machungen inhaltlich
     soll, angesichts der in den vorigen Kapiteln      vorzubereiten, den Fortgang der laufenden
     beschriebenen wissenschaftlichen und gesell-      Projekte zu bewerten, die Agenda weiter zu
     schaftlichen Herausforderungen die deutsche       entwickeln sowie entsprechende Kommunika­
     Küstenforschung wirksam zu vernetzen und ihre     tionsstrukturen aufzubauen und zu pflegen.
     Leistungsfähigkeit zu erhöhen.
                                                       Die aus den Förderbekanntmachungen resultie-
     In diesem Sinne ist die Agenda offen für          renden Projektvorschläge werden von externen
     Kooperationen mit anderen Bereichen, die          Experten auf der Grundlage von verbindlichen
     zur integrierten Forschung der Küstenräume        Kriterien begutachtet.
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