von Wenyan Zhang ; Kai W. Wirtz ; Ute Daewel ; Alexa Wrede ; Ingrid Kröncke ; Gerhard Kuhn ; Andreas Neumann ; Julia Meyer ; Mengyao Ma ; Corinna Schrum
Die Dynamik von Schwebstoffen (SPM) ist für das Verständnis von biogeochemischen Prozessen in Küstengewässern von enormer Bedeutung. In der Arbeit wurde das neuartige, verteilungsbasierte Flockulationsmodell DBFloc entwickelt, das die Dynamik der mittleren Größe der SPM-Aggregate beschreibt. Das DBFloc Modell wurde erfolgreich mit Ergebnissen von Laborexperimenten und einem typischerweise genutzten größenklassenbasierten Modell verglichen. In einer Modellanwendung auf das Spiekerooger Rückseitenwatt konnte der saisonale Einfluß biologischer Prozesse auf die SPM-Dynamik anhand von Parameterveränderungen verifiziert werden. Erste erfolgreiche Schritte einer Kopplung mit hydrodynamischen Modellen wurde unternommen und die hydrodynamisch bedingten Vor- und Nachteile aggregatassoziierter Bakterien untersucht. Durch eine klare, effektive SPM-Dynamik-Beschreibung ist das DBFloc Modell potenziell geeignet, in Sedimenttransport- und Ökosystemmodellen Anwendung zu finden. <dt.>
Knowledge about suspended particulate matter (SPM) dynamics is essential for the understanding of biogeochemical cycles in coastal waters. Within this thesis, a novel distribution-based flocculation model DBFloc has been developed describing the evolution of the mean size of SPM-aggregates. It has been successfully compared to laboratory experiments and a typically used size class-based model. Seasonally changing influences of biological processes on SPM-dynamics have been shown in an application of the DBFloc model on the Spiekeroog backbarrier basin by means of parameter changes. A coupling of the DBFloc model to hydrodynamical models has been derived and successfully used to investigate hydrodynamic-driven effects of SPM-dynamics on aggregate-associated bacteria. The DBFloc model is potentially well suited to bridge sediment transport and ecosystem models due to clearly defined interfaces and a computationally effective description of the SPM size evolution. <engl.>
In dieser Dissertation wird der Effekt biologisch-physikalischer Interaktionen auf zwei fundamentale Prozesse in küstennahen Ökosystemen mit Hilfe Individuenbasierter Modelle untersucht. Die Dynamik der Phytoplankton Frühjahrsblüte wurde in zwei aufeinanderfolgenden Jahren auf einem küstenparallelen Transekt in der Deutschen Bucht maßgeblich entweder durch das Lichtklima in der Wassersäule oder das Strömungsmuster gesteuert. Die Hydrodynamik war auch der Hauptfaktor, der die Invasion eines nicht-nativen benthischen Invertebraten bestimmt hat. Zudem können planktische Larven dieser benthischen Invertebraten trotz eingeschränkter Schwimmfähigkeiten ihr Verdriften durch vertikale Migration in vertikal gescherten Tideströmungen signifikant beeinflussen. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass die Interaktion biologischer und physikalischer Prozesse entscheidenden Einfluß auf das Wachstum und die Verteilung mariner Organismen im Küstenmeer haben. <dt.>
In this thesis, the effect of biological-physical interactions on two fundamental processes in coastal ecosystems is assessed by means of Individual-based Models. The phytoplankton spring bloom dynamics on an alongshore transect in the German Bight were mainly regulated by either the water column light climate or the current pattern in two consecutive years. Hydrodynamics were also the main factor determining the invasion of a non-native benthic invertebrate into the intertidal Wadden Sea. Despite their limited swimming ability, planktonic larvae of these benthic invertebrate may significantly alter their dispersal by vertical migration in vertically sheared tidal currents. The results of this thesis reveal that the interaction of biological physical processes has a distinct impact on growth and distribution of marine organisms in the coastal ocean. <engl.>
