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Planktonvorhersage im Meer

09.08.1996 - (idw) Biologische Anstalt Helgoland

B I O L O G I S C H E A N S T A L T H E L G O L A N D - NR.: 04/1996

Planktonvorhersage im Meer

Meteorologen und Ozeanographen koennen es bereits: Wetter und Wasserstaende vorhersagen.

Jetzt ziehen die Meeresbiologen nach: Die Biologische Anstalt Helgoland plant die Planktonvorhersage.

Vorhersagen ueber Wetter und Wasserstaende sind heutzutage recht zuverlaessig. Das wollen jetzt auch Meereskundler fuer das Plankton in der Nordsee erreichen.

Mit einem gemeinsamen Forschungsprogramm zur Planktonvorhersage in der Nordsee betreten die Biologische Anstalt Helgoland (BAH) und die Universitaet Hamburg in diesen Tagen wissenschaftliches Neuland. Das vom Bundesforschungsministerium (BMBF) mit 1,2 Millionen DM gefoerderte Projekt hat eine Laufzeit von zunaechst drei Jahren. Es dient der Vorbereitung einer nachhaltigen Nutzung der Nordsee.

Auf dem Weg zur Synthese

"Nach 150 Jahren wissenschaftlicher Diversifizierung in der Planktologie ist die Zeit fuer eine Synthesephase und die Formulierung ueberpruefbarer Hypothesen gekommen" sagt Dr. Greve, Koordinator des Projekts und Wissenschaftler an der BAH. Er hat mit seinen Mitarbeitern 22 Jahre lang das Zooplankton der Deutschen Bucht untersucht, bei Helgoland an jedem zweiten Werktag. Dieses Datenmaterial dokumentiert, wann welche Planktonarten in welchen Mengen bei unterschiedlichsten Bedingungen vorkommen.

Der Einfluss der biologischen Wechselbeziehungen wirkt sich darin ebenso aus wie der der Stroemungen unter dem Einfluss von Tiden und Wind. Sind diese Regeln bekannt, werden Vorhersagen moeglich.

Neue Vorstellungen vom Meeresoekosystem

Seit etwa zwei Jahrzehnten wandelt sich die wissenschaftliche Vorstellung des Meeresoekosystems von der "Nahrungskette" zum "Nahrungsnetz". Anstelle einer einseitigen Sicht, die von der Naehrstoffbasis, dem Phytoplankton, ausgeht ("bottom up"), wurde die Kontrolle durch Raeuber und Pflanzenfresser wiedererkannt ("top down"). Dieses Zooplankton steht im Mittelpunkt der Planktonvorhersage.

In Land- und Suesswasseroekosystemen werden Produzenten und Konsumenten als gleich wichtig betrachtet. Im Meer beruecksichtigt das Fischereimanagement bereits heute mit einem speziellen Berechnungsverfahren, der "Multi Species Virtual Population Analysis" (MSVPA), wie Nutzfischarten sich gegenseitig fressen und gefressen werden.

In der Planktonforschung ist diese Denkweise noch nicht verbreitet. Aber nur, wenn die oekologischen Reaktionen der Organismen in diesem Lebensraum so gut verstanden werden, dass man sie vorhersagen kann, sind die Eingriffe des Menschen erfassbar und zu kontrollieren. Das an einem kleinen Teilsystem durchgefuehrte Pilotvorhaben der BAH und der Uni Hamburg dient diesem Ziel.

Biologische Anstalt Helgoland und Universitaet Hamburg arbeiten eng zusammen

Die Untersuchungen des Systemoekologen Dr. Wulf Greve (BAH) mit dem physikalischen Ozeanographen Professor Dr. Jan Backhaus (Institut fuer Meereskunde der Universitaet Hamburg, Zentrum fuer Meeres- und Klimaforschung (ZMK)) und dem Umweltinformatiker Professor Dr. Bernd Page (Fachbereich Informatik, Arbeitsgruppe Umwelt- und Sozialorientierte Informatik der Universitaet Hamburg) sollen am Zentralinstitut der Biologischen Anstalt Helgoland in Hamburg-Bahrenfeld durchgefuehrt werden.

Die Biologische Anstalt Helgoland und die Universitaet Hamburg sind seit 1986 durch einen Kooperationsvertrag verbunden. Das Projekt zur Planktonvorhersage ist ein Synergie-Effekt dieser Kooperation. Eine Universitaet waere ebensowenig in der Lage, jahrzehntelange Messserien zu erarbeiten, wie es der BAH als Staatsinstitut nicht moeglich waere, alle potentiell erforderlichen Spezialdisziplinen zu pflegen. Gemeinsam aber ist die geplante Untersuchung moeglich.

Die Forscher

Dr. Wulf GREVE begann seine Untersuchungen auf Helgoland und wechselte 1981 nach Hamburg, um den Kontakt mit den Universitaetsinstituten zu vertiefen. Im Projekt koordiniert er die Zusammenarbeit der Spezialdisziplinen, um die erfolgversprechendsten Verfahren fuer die Planktonprognose zu erkennen und gezielt weiterzuentwickeln. Dazu steuert er eigene Modellierverfahren und biologische Analysemethoden bei.

Professor Dr. Jan BACKHAUS hat grundlegende Arbeiten zur Simulation der Stroemungen in verschiedenen Meeresgebieten geschaffen. Mit seiner Arbeitsgruppe im Institut fuer Meereskunde (ZMK) sind Studien ueber den Transport von Fischlarven und Ruderfusskrebsen verbunden, die wesentlich zum Verstaendnis der Planktondynamik beigetragen haben. Er berechnet im Teilprojekt "Advektion der Helgoland Reede Proben" die Herkunft der Wasserkoerper, aus denen die Planktonproben auf Helgoland gewonnen werden.

Professor Dr. Bernd PAGE ist Professor fuer Angewandte Informatik mit den Forschungsschwerpunkten Simulationstechnik und Umweltinformationssysteme. Er ist Sprecher des Fachausschusses "Informatik im Umweltschutz" der Gesellschaft fuer Informatik (GI) und Vice Chairman der entsprechenden Fachgruppe der International Federation for Information Processing (IFIP). Neben zahlreichen Fachveroeffentlichungen trat er mit einem Handbuch zur Umweltinformatik und mit einem internationalen Sammelband "Environmental Informatics" hervor. Sein Teilprojekt "Kuenstliche neurale Netze in der Planktonprognose" benutzt selbstlernende Programme, um die Aussagen ueber die zukuenftige Planktonentwicklung auf der Basis der gespeicherten Messdaten zu machen. Da die Wechselbeziehungen in den Nahrungsnetzen des Planktons nur unzureichend bekannt sind, koennen derartige Verfahren in Ergaenzung der oekologischen Analysen sehr nuetzlich sein.

Vorlaeuferprojekte

Das Projekt zur Planktonvorhersage baut auf einer Reihe von laufenden Vorhaben zur Klimafolgenforschung im Nordsee-Plankton auf, die von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefoerdert werden. Daran sind neben der BAH (Dr. Greve), das Institut fuer Hydrobiologie und Fischereiwissenschaft (ZMK) der Universitaet Hamburg (Professor Dr. Hartmut Kausch), das Institut fuer Angewandte Mathematik der Universitaet Hamburg (Professor Dr. Claus-Peter Ortlieb), das Max-Planck-Institut fuer Meteorologie und das GKSS-Forschungszentrum Geesthacht (Professor Dr. Hans von Storch) beteiligt.

In den Untersuchungen von Dr. GREVE geht es um die Entwicklung einer marinen Phaenologie, das heisst, es werden Ereignisse definiert, an denen sich Wetter- und Klimaeinfluesse ablesen lassen. An Land ist der Beginn der Forsythienbluete ein bekanntes phaenologisches Kriterium. Eine entsprechende marine Phaenologie gibt es bisher nicht. Die Messreihen Greves sollen dafuer erste Kriterien liefern.

Die Untersuchungen von Professor KAUSCH befassen sich mit dem Fettsaeurestoffwechsel von Phyto- und Zooplankton. Dieser Stoffwechsel ist stark temperaturabhaengig und koennte daher sehr empfindlich auf Klimaverschiebungen reagieren.

Die Mathematik von Phasenspruengen, die durch das Klima ausgeloest werden, ist Thema von Professor ORTLIEB. Das ploetzliche Umkippen von Oekosystemen ist ein Beispiel fuer solche Phasenspruenge.

Waehrend diese Untersuchungen an der BAH durchgefuehrt werden, finden statistische Analysen zur Klimawirkungsforschung an Greves Material in der Arbeitsgruppe von Professor VON STORCH in Geesthacht statt.

Ansprechpartner: Dr. Wulf Greve, Tel.: 040-89693-210

Abdruck, auch auszugsweise, honorarfrei. Beleg erbeten.


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