Experimentelle Untersuchungen

Methodisch lassen sich Mischungs- und Transportprozesse in Seen anhand ihrer Auswirkung auf die Verteilung von Wasserinhaltsstoffen und Wärme und anhand der Strömungen im Gewässer charakterisieren. In Seen ist die räumliche Verteilung und zeitliche Veränderung von Temperatur, Leitfähigkeit und Partikelkonzentration von besonderem Interesse, da diese Parameter nicht nur als Tracer für Transportprozesse dienen, sondern auch die Dichteverteilung bestimmen. Die Dichteverteilung spielt für konvektive Transportprozesse, interne Wellen und den vertikalen turbulenten Transport in Seen eine zentrale Rolle. Neben Messungen mit CTD-Sonden setzen wir auch Vreankerungen mit hochauflösenden temperatursensoren ein um die interne Wellenbewegung in Seen zu erfassen. Die Verteilungen von gelöstem Sauerstoff und Chlorophyll sowie von pH-Werten liefern ebenfalls Information über Mischungs- und Transportprozesse, da diese Parameter auf Grund biogeochemischer Prozesse natürliche Gradienten im Gewässer aufweisen. Darüber hinaus sind sie zentrale Grössen für das Verständnis des Öksystems und stellen somit ein Bindeglied zwischen physikalisch und biologisch ausgerichteter Forschung in der Limologie dar. Neben diesen eher traditionellen Umwelttracern sind andere natürliche Wasserinhaltsstoffe wie z.B. Tritium, Edelgase, FCKW´s und SF6 hervorragend zur Quantifizierung von vertikalem Austausch in Gewässern geeignet (Zusammenarbeit mit Kollegen an der ETH-Zürich/EAWAG). Um Informationen über die grossskalige Zirkulation in Gewässern zu erhalten, setzen wir autonom registrierende Driftkörper ein, die mit der Strömung mittransportiert werden und so den Weg von Wasserpaketen aufzeichnen.

Ein wichtiger methodischer Schwerpunkt der Arbeitsgruppe liegt im Einsatz von Akkustischen Doppler Strömungsmessern (ADCP und ADV). Diese Instrumente erlauben nicht nur Strömungsprofile zu messen (ADCP), sondern können auch zur Messung des Turbulenzniveaus und des turbulenten Flusses von Tracern eingesetzt werden. Darüber hinaus liefern sie auch Informationen über die Partikel in der Wassersäule. Wir nutzen die ADCPs nutzen wir, um die Ausbreitung suspendierter Partikel zu untersuchen, und um die räumliche Verteilung und die Vertikalbewegung von Zooplankton zu messen.

  • Eingesetzte Instumente
  • CTD und Multisonde (Temperatur, Leitfähigkeit, Druck, Trübe, Fluoreszenz, Sauerstoff, pH)
  • ADCPs, ADVs, Aanderaa Strömungsmesser
  • Thermistorkette und Temperaturlogger
  • Temperaturmikrostruktursonde
  • Lichtmesskette
  • hochauflösende Drucksensoren zur Wellenmessung
  • autonom registrierende Drifter
  • Wasser- und Planktonproben

Modellierung

Für physikalische Untersuchungen werden verschiedene Modelle eingesetzt: In Zusammenarbeit mit dem IOW wird ein 3-dimensionale hydrodynamische Modelle verwendet, um Detailuntersuchungen von physikalischen Prozesse im Randbereich zu ermöglichen. Die bei Schwingungsphänomenen (Seiches, Buchtschwingungen und topographische Wellen) auftretenden Eigenwertprobleme werden in Zusammenarbeit mit Dr. Erich Bäuerle numerisch analsiert. Die Wellenmodelle SWAN und FUNWAVE werden eingesetzt, um windinduzierte Wellenfelder zu berechnen und die Eigenschaften von in die Littoralzone einlaufenden Oberflächenwellen genauer zu anlysieren.

Darüber hinaus entwicklet die Umweltphysik eingene Ökosystemmodelle, die die Mischungsdynamik und bio-geochemische Prozesse berücksichtigen. Die Modelle werden eingesetzt, um die Bedeutung physikalische Faktoren für die zeitlichen Dynamik aquatischer Ökosysteme zu untersuchen. Das angestrebte Ziel ist ein besseres Verständnis und eine bessere Parameterisierung der biologischen und geochemischen Prozesse unter Berücksichtigung der sehr variablen Umweltbedingungen. Der Schwerpunkt der Arbeit stützt sich auf einfache 1-dimensionale Modelle, die auch langfristige Simulationen erlauben und daher zur Beurteilung von Auswirkungen langfristiger Umweltveränderungen (z.B. Klimaänderungen, Oligotrophierung) auf aquatische Systeme herangezogen werden können.