Hydrodynamische modellen

De OD Natuur bestudeert het ecosysteem van de Noordzee aan de hand van mathematische modellen. Wij vertalen de mechanismen (stromingen, golven, biologische en sedimentprocessen…) die de werking van de zee regelen, naar wiskundige formules. Deze worden samengebracht in een systeem van vergelijkingen in een rooster voor het gebied dat we willen modelleren. De vergelijkingen worden omgezet in computerprogramma’s en die worden dan op zware computers opgelost waardoor een grote rekensnelheid kan worden bereikt.

Hydrodynamische modellen
Modellen

De mathematische modellen worden gemaakt voor fysische variabelen (waterhoogte, stromingen, golven, temperatuur, zoutgehalte), chemische variabelen (in hoofdzaak koolwaterstoffen), biologische variabelen (beperkt tot de eerste schakels van de voedselketen) en transport van sedimenten en andere (eventueel vervuilende) substanties zoals olievlekken en voor het berekenen van veranderingen in de vorm en samenstelling van de zeebodem. De variabelen zijn onderling met elkaar verbonden en de graad van complexiteit en onzekerheid gaat in stijgende lijn van fysica tot biologie en sedimenten.

De resultaten van de modellen worden daarna zorgvuldig vergeleken met alle beschikare waarnemingen van cruises op zee, meetinstrumenten op zeeoppervlak of zeebodem en satellietwaarnemingen. Dit is de "valideringsfase". Als de resultaten van de validering onvoldoende zijn, betekent dit dat de wiskundige formules die gekozen werden ter beschrijving van de processen, ontoereikend zijn. Als de resultaten van de validering wel voldoende zijn, betekent dit dat de modellen bruikbaar zijn voor het beheer van de zee en ook om parameters te voorspellen. Dit laat toe om de onzekerheden in de resultaten berekend door het model te verminderen door bijvoorbeeld een betere afstelling van de parameters. Een meer geavanceerde techniek is data-assimilatie waarbij de voorspellingen van het model worden aangepast aan de observaties tijdens de simulatie zelf. De methode laat ook toe om een foutenmarge te berekenen.

De modellen zijn op de eerste plaats onderzoeksinstrumenten om wetenschappelijke hypothesen op een virtuele manier te testen. In dat geval spreken we over modellen in ontwikkeling. Van zodra deze modellen een aanvaardbare betrouwbaarheid bereikt hebben, spreken we over operationele modellen. Deze modellen kunnen allerlei informatie leveren over de zee (voorspellingen van waterhoogte, stromingen, golven…), net zoals weerkundige modellen het weer kunnen voorspellen.

Golven
COHERENS

Het hydrodynamisch model dat de OD Natuur ontwikkeld heeft en verder verfijnt, is het driedimensionaal COupled Hydrodynamical Ecological model for REgioNal Shelf seas (COHERENS) model. Dit model is speciaal bedoeld voor ondiepe waters, zoals onze kust, maar ook voor estuaria en meren wereldwijd. Het is gratis beschikbaar voor de wetenschappelijke wereld en wordt al in meer dan 90 landen gebruikt!

Ondanks de complexiteit van de huidige generatie van zee modellen en de groeiende computer capaciteit moeten de resultaten van de simulaties steeds als een benadering van de werkelijke toestand op zee beschouwd worden. Dit in tegenstelling met de meeste waarnemingen. Het grote voordeel is echter dat numerieke simulaties een globale dimensie hebben en daardoor een veel groter bereik hebben in ruimte (via een fijn  rooster) en tijd (zowel in het verleden, het heden en de toekomst).  Specifieke toepassingen zijn:

  • Operationele voorspellingen van waterhoogten (op zee en langs de kustlijn) en stromingen voor de volgende dagen;
  • Verspreiding van olievlekken;
  • Transport van vislarven wat van belang is voor de evolutie van het visbestand in de toekomst;
  • Erosie of sedimentatie van kustgebieden en vaargeulen;
  • Klimaatvoorspellingen voor de volgende decennia;
  • Algenbloei;
  • Studies van biodiversiteit in beschermde natuurgebieden;
  • Ontwerpen van specifieke scenarios zoals het effect van een superstorm, de gevolgen van een schipongeval op zee, het berekenen van parameters voor het ontwerpen van structuren voor kustbescherming,…
Go to top