A Stochastic Extreme Sea Level Model for the German Baltic Sea Coast

2019 ◽  
Vol 124 (3) ◽  
pp. 2054-2071 ◽  
Author(s):  
Leigh R. MacPherson ◽  
Arne Arns ◽  
Sönke Dangendorf ◽  
Athanasios T. Vafeidis ◽  
Jürgen Jensen
Keyword(s):  
2020 ◽  
Author(s):  
Jani Särkkä ◽  
Jani Räihä ◽  
Matti Kämäräinen ◽  
Kirsti Jylhä

<p>Coastal areas are under rapid changes. Management to face flooding hazards in changing climate is of great significance due to the major impact of flooding events in densely populated coastal regions, where also important and vulnerable infrastructure is located. The sea level of the Baltic Sea is affected by internal fluctuations caused by wind, air pressure and seiche oscillations, and by variations of the water volume due to the water exchange between the Baltic Sea and the North Sea through the Danish Straits. The highest sea level extremes are caused by cyclones moving over the region. The most vulnerable locations are at the ends of the bays. St. Petersburg, located at the eastern end of the Gulf of Finland, has experienced major sea floods in 1777, 1824 and 1924.</p><p>In order to study the effects of the depths and tracks of cyclones on the extreme sea levels, we have developed a method to generate cyclones for numerical sea level studies. A cyclone is modelled as a two-dimensional Gaussian function with adjustable horizontal size and depth. The cyclone moves through the Baltic Sea region with given direction and velocity. The output of this method is the gridded data set of mean sea level pressure and wind components which are used as an input for the sea level model. The internal variations of the Baltic Sea are calculated with a numerical barotropic sea level model, and the water volume variations are evaluated using a statistical sea level model based on wind speeds near the Danish Straits. The sea level model simulations allow us to study extremely rare but physically plausible sea level events that have not occurred during the observation period at the Baltic Sea coast. The simulation results are used to investigate extreme sea levels that could occur at selected sites at the Finnish coastline.</p>


2011 ◽  
Vol 59 (1/2) ◽  
pp. 3-20 ◽  
Author(s):  
Reinhard Lampe ◽  
Elisabeth Endtmann ◽  
Wolfgang Janke ◽  
Hinrich Meyer

Abstract. Jüngere Pegeldaten aus dem nordostdeutschen Ostsee-Küstenraum legen nahe, dass die eustatische Komponente der gegenwärtigen Meeresspiegeländerung überlagert wird durch eine räumlich differenzierte nicht-eustatische, insbesondere glazial- isostatisch, Komponente. Um zu untersuchen, in welchem Maße die frühere Meeresspiegelentwicklung durch diese beiden Komponenten beeinflusst wurde, wurde versucht, diese so weit zurück zu verfolgen, wie dies die Mächtigkeit der marinen Küstensedimentfolgen erlaubte. Drei neue relative Meeresspiegelkurven wurden abgeleitet, wovon zwei hier zum ersten Mal präsentiert werden. Die Kurven basieren auf zahlreichen AMS-Radiokohlenstoff-Datierungen von Meeresspiegel-Indexpunkten wie Basistorfen, archäologischen Unterwasserfunden und Torfprofilen aus Küstenüberflutungsmooren. Obwohl der Indikationswert der Proben aus den Küstenmooren wegen deren möglicher Kompaktion fraglich ist, konnten zuverlässige Angaben durch den Abgleich von Daten aus unterschiedlichen Ablagerungsräumen gewonnen werden. Die drei abgeleiteten Meeresspiegelkurven überdecken den Zeitraum von 6000 bis 7000 v. Chr. bis zur Gegenwart und divergieren gleichmäßig mit zunehmendem Alter. Ein Uferlinienverschiebungsdiagramm zeigt, dass tektonische Ereignisse dieses räumliche Bewegungsmuster nicht signifikant beeinflusst haben. Für die Bestimmung der isostatischen Komponente wurden die Meeresspiegelkurven verglichen mit einer von Denys/Baeteman (1995) publizierten Kurve für die belgische Küste, die als tektonisch und isostatisch stabiler gilt. Der Verlauf dieser Kurve wird daher hauptsächlich von der eustatischen Komponente bestimmt. Der Vergleich legt nahe, dass der SW-Abschnitt der deutschen Ostseeküste gegenwärtig eine leichte Submergenz aufweist, möglicherweise infolge eines sich rückbildenden, glazial bedingten Randwulstes. Im zentralen Abschnitt ist die isostatische Bewegung vor wenigen Tausend Jahren ausgeklungen, im nördlichen Abschnitt hält sie dagegen immer noch an. Hier beträgt die maximale Hebung während der letzten 9000 Jahre etwa 6 m relativ zur belgischen Küste.


2021 ◽  
Author(s):  
Jani Särkkä ◽  
Jani Räihä ◽  
Mika Rantanen ◽  
Kirsti Jylhä

<p>In the Baltic Sea, the short-term sea level variation might be several meters, even if the tides in the Baltic Sea are negligible. The short-term sea level fluctuations are caused by passing wind storms, inducing sea level variation through wind-induced currents, inverse barometric effect and seiches. Due to the shape of the Baltic Sea with several bays, the highest sea levels are found in the ends of bays like the Gulf of Finland and the Bothnian Bay. The sea level extremes caused by the large-scale windstorms depend strongly on the storm tracks. Within the natural climatic variability during the past centuries, there have most likely been higher sea level extremes than the extreme values found in the tide gauge records.</p><p>To study this variability of sea levels, induced by varying tracks of the passing windstorms, we construct an ensemble of synthetic low-pressure systems. In this ensemble, the parameters of the low-pressure systems (e.g. point of origin, velocity of the center of the system and depth of the pressure anomaly) are varied. The ensemble of low pressure systems is used as an input to a numerical sea level model based on shallow-water hydrodynamic equations. The sea level model is fast to calculate, enabling a study of a large set of varying storm tracks. As a result we have an ensemble of simulated sea levels. From the simulation results we can determine the low-pressure system that induces the highest sea level on a given location on the coast. We concentrate our studies on the Finnish coast, but the method can be applied to the entire Baltic coast. </p>


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