Hintergrund

Der Klimawandel und regionale anthropogene Einflüsse wie Verschmutzung, z.B. durch hohe Nährstoffeinträge aus der Landwirtschaft (Eutrophierung) setzen den Meeren weltweit stark zu. Die verheerenden Auswirkungen beeinflussen den Menschen direkt und indirekt durch verringerte Ökosystemleistungen u.a. in Bezug auf die natürliche Kohlenstoffspeicherung und den Fischereiertrag. Heute werden 17 % des globalen Bedarfs an tierischem Eiweiß allein durch den Fang von Meerestieren gedeckt - mit stark steigender Tendenz. Die Ostsee ist weltweit eine der marinen Regionen, die von anthropogenen Umweltstressoren am stärksten betroffen sind. Starke Erwärmung, Versauerung, Eutrophierung und immer häufiger auftretende Sauerstoffminimumereignisse stellen ostseeweit Bedrohungen für die marine Biodiversität dar. Trotz der Bemühungen durch das HELCOM-Abkommen und die EU-weite Wasserrahmenrichtlinie zur Reduzierung der Einträge von Nährstoffen und schädlichen Stoffen, hat sich der Umweltzustand der Ostsee nicht maßgeblich verbessert. Keiner der 48 Wasserkörper, die im Rahmen der EU-Wasserrahmenrichtlinie zuletzt 2021 im Bereich der Ostsee bewertet wurden, befand sich in einem „guten Zustand“. Der Umweltzustand der Eckernförder Bucht wurde von den zuständigen Behörden als „unbefriedigend“ bewertet und erhielt somit den zweitschlechtesten möglichen Bewertungszustand. Detailliertes Wissen zu den Treibern und insbesondere zum Zusammenspiel verschiedener ökologischer und chemischer Parameter ist essenziell, um gezielte Maßnahmen zur Verbesserung des Umweltzustands der marinen Ökosysteme zu ergreifen. Eine weitere Voraussetzung zum Erfolg einer Maßnahme ist die Akzeptanz in der breiten Bevölkerung, die mithilfe eines starken öffentlichen Bewusstseins für die genannten Umweltprobleme gesteigert werden kann.

Projektbeschreibung

Dieses Projekt nutzt Messdaten der Zeitserienstation Boknis Eck, die seit 1957 regelmäßig monatlich für eine Vielzahl physikalischer, chemischer und biologischer Parameter beprobt wird. An der Zeitserienstation werden seit 2017 auch hoch-frequente kontinuierliche Daten einiger physikalischer und chemischer Parameter mithilfe von Sensoren gemessen. Diese wurden 2019 um weitere biogeochemische Parameter als Teil des WT.SH-unterstützten Projektes „CoastSens“ erweitert. Zusätzlich steht am GEOMAR ein kleinskaliges Modell der Ostsee zur Verfügung, das die physikalischen Parameter in der Eckernförder Bucht sehr gut abbildet, das somit verwendet werden kann, um die zur Verfügung stehenden Datensätze noch umfangreicher zu gestalten. Mithilfe der KI-Methoden (insbesondere Zeitreihenanalyse, Edge AI, supervised und unsupervised learning) soll ein digitales Abbild der Bucht erstellt werden,

• mit dem die Bewertung des Umweltzustands der Bucht in Echtzeit möglich ist
• mit dem hypothetische Szenarien und Maßnahmen zur Verbesserung des Umweltzustandes vor dem Einsatz getestet werden können, um effektiver und nachhaltiger handeln zu können
• das zur Frühwarnung der  Nutzer:innen bei einer Verschlechterung des Umweltzustands eingesetzt werden kann. Mit größer-werdenden Datensätzen werden die angewandten KI-Methoden kontinuierlich verbessert und erzeugen somit genauere Kurzzeit-Prognosen und Warnungen

Die diskreten und kontinuierlichen Daten, als auch die Kurzzeit-Prognosen und Warnungen sollen den Nutzer:innen digital und vor Ort zur Verfügung gestellt werden.

Arbeitsplan und Arbeitspakete

Das Projekt ist in drei übergeordnete Arbeitspakete (AP) unterteilt. Dabei wird der Fokus von AP1 auf der Datenerhebung liegen. In AP2 soll der KI-basierte Ansatz entwickelt werden und in AP3 soll die Datenvisualisierung im Fokus stehen. Im Folgenden werden die Arbeitspakete genauer beschrieben. Eine Übersicht zum Projektverlauf gibt Abbildung 2.