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Der Einfluss des Drucks auf die Temperaturschichtung und die Zirkulation in Seen

Projektleiter:

Prof. Dr. Thomas Richter

Finanzierung:

Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) ; 01.10.2023 bis 31.12.2026

Gesellschaftliche Relevanz: Die Versorgung der Bevölkerung mit ausreichend Wasser guter Qualität wird eine der großen Herausforderungen der nahen Zukunft sein. Flächennutzung und Klimawandel verschärfen dieses Problem noch. Wir haben nur begrenzte Möglichkeiten, neues Wasser zu schaffen oder Wasser in Reservoirs saisonal in Zeiten der Knappheit zu transferieren. Eine umsichtige Nutzung und Bewirtschaftung der Wasserressourcen erscheint als das vielversprechendste Mittel, um die Situation zu entschärfen. Aus diesem Grund wurden numerische Modelle für Seen eingeführt: Die Umsetzung der Wassereigenschaften ist jedoch immer noch an Annahmen über den Ozean gebunden. Infolgedessen sind die simulierten Strömungen im Tiefenwasser von Seen in der Nähe der Temperatur der maximalen Dichte (d. h. bei 4 °C) fehlerhaft oder haben mit der Realität nichts zu tun. Wir wissen heute viel mehr über die physikalischen Eigenschaften von Seen. Numerische Seemodelle könnten erheblich verbessert werden.
Wissenschaftliche Herausforderung: Die Thermobarizität steuert die Rezirkulation in tiefen Seen in der gemäßigten und subpolaren Klimazone. Obwohl das Thema in letzter Zeit in der Ozeanographie an Interesse gewonnen hat, wurden die Eigenschaften in tiefen Seen nicht richtig behandelt. Definitionsgemäß geht die praktische Eigenschaft der potenziellen Dichte verloren, wenn thermobare Effekte vorherrschend sind. Dies erschwert die Darstellung von Stabilitätsüberlegungen. Wir sind jedoch davon überzeugt, dass die Beschreibung thermobarer Effekte erheblich verbessert werden kann. Wir schlagen vor, von den Grundlagen thermodynamischer Ansätze zu Stabilitätsbetrachtungen zu einer parsimonischen Modellierung überzugehen und werden dieses Forschungsprogramm durch die Implementierung einer angemessenen Einbeziehung der Thermobarizität in numerische Modelle abschließen, um die Auswirkungen in einigen prominenten Fällen zu demonstrieren. [Wir stellen die Hypothese auf, dass die Einbeziehung der Thermobarizität in numerische Modelle dieses Problem löst und die thermobarischen Effekte richtig widerspiegelt.
Dieser Text wurde mit DeepL übersetzt am 04.05.2026

The effect of pressure on temperature stratification and circulation in lakes

Societal Relevance: Providing the population with sufficient good quality water will be one of the great challenges in near future. Land use and climate change exacerbate this problem. We have only limited possibilities to create new water or transfer water in reservoirs seasonally to periods of shortage. Wise use and management of water resources appear as the most promising tools to alleviate the situation. Hence, numerical models have been adopted for lakes: the implementation of water properties however is still tied to ocean assumptions. As a consequence, simulated flows in the deep water of lakes close to temperature of maximum density (i.e. near 4°C) are flawed or entirely disconnected from reality. We have much better knowledge of the physical properties of lake waters. Numerical lake models could be substantially improved.
Scientific Challenge: Thermobaricity is controlling recirculation in deep lakes in the temperate and subpolar climate zone. Though the topic has gained interest recently in oceanography, the features in deep lakes have not been properly dealt with. By definition, the convenient property of potential density is lost, when thermobaric effects are dominant. This makes stability considerations difficult to display. However, we are convinced that the description of thermobaric effects can significantly be improved. We propose to start from basics of thermodynamic approaches to stability considerations to parsimonious modelling and will complete this research programme by the implementation of a proper inclusion of thermobaricity in numerical models to demonstrate the effects in some prominent cases. We hypothesize that an inclusion of thermobaricity in numerical models solves this issue and thermobaric effects are properly reflected.