Numerical modelling of biological particle transport in the upper ocean mixing layer by means of random walk models coupled to turbulence models

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Das Hauptziel des vorgeschlagenen Projektes ist es, vorhandene Modelle für die Teilchendynamik in der durchmischten Deckschicht des Ozeans zu untersuchen und zu verbessern. Diese verbesserten Modelle sollen dann mit einem vom Antragsteller mitentwickelten, international weitverbreiteten ozeanischen Wassersäulenmodell gekoppelt werden, um zu ermöglichen, dass die Partikel realistische Bahnkurven durch die turbulente Wassersäule beschreiben. Die einzelnen Teilchen (auch Lagrangesche Tracer genannt) können zum Beispiel einzelne Zellen oder Gruppen vom Phyto- oder Zooplanktonpartikeln oder organische Schwebstoffflocken repräsentieren, die sich aktiv oder passiv mit der Strömung bewegen. Durch solche Individuum Based Models (IBMs) werden realistische Simulationen von einzelnen Partikelinteraktionen erst ermöglicht. Mit Hilfe einfacher IBMs sollen prinzipielle Ökosystemprozesse reproduziert werden, die bei Algenblüten eine zentrale Rolle spielen. Dann sollen Prozesserweiterungen wie z.B. Lichtadaption, Zellteilung und Aggregation implementiert werden. Mit Hilfe solcher Modelle können die Lebensbedingungen planktonischer Gemeinschaften in ihrer turbulenten Umgebung simuliert werden. Eine wichtige Herausforderung wird es sein, die Äquivalenz von Eulerschen (auf Konzentrationen basierenden) und Lagrangeschen Modellen zu zeigen. Vor allem bei der Entwicklung verbesserter Partikelmodelle sowie bei der Parametrisierung relevanter Prozesse ist eine enge Zusammenarbeit mit unserem Japanischen Projektpartner geplant.