I Danmark er der en lang og stærk tradition for udvikling og brug af økosystem-modeller, som kan testes og videreudvikles på baggrund af det omfattende data, der indsamles via det nationale overvågningsprogram NOVANA. I dag repræsenterer WET-modellen (Water Ecosystems Tool), der er udviklet ved Aarhus Universitet, state-of-the-art indenfor området.

Overvågningsprogrammer som NOVANA indsamler imidlertid typisk kun data en eller to gange om måneden. Det kan være en udfordring, da der er en stigende erkendelse af, at højfrekvente processer – det vil sige processer, som kan udspille sig over få dage, timer eller sågar minutter og sekunder (for eksempel kortvarige lagdelinger af vandsøjlen) og som også kan forekomme ofte – kan have stor betydning for den overordnede dynamik og stofbalance over længere tid. Derfor er forskere i stigende grad interesseret i at kunne kvantificere de fysiske, kemiske og biologiske processer i høj tidslig opløsning. Her får forskerne hjælp af sensor-teknologi, som automatisk kan måle for eksempel vandets temperatur og ilt hvert 15. minut, samt økologiske modeller med en tidslig opløsning på en time eller mindre. Disse nye muligheder anvender forskerne nu i stigende grad til at opnå en bedre forståelse for betydningen af forskellige højfrekvente processer.

Et aktuelt eksempel på dette er et projekt finansieret af Poul Due Jensen Fonden, der fokuserer på den danske Ormstrup Sø. Projektet skal skabe en bedre forståelse for mekanismerne, der er i spil i forbindelse med sørestaurering. Håbet er, det vil gøre os i stand til at vælge og optimere de mest optimale sørestaurerings-tiltag, således indsatsen resulterer i en klarvandet sø med høj biodiversitet, hvor den klarvandede tilstand bevares i så lang tid som muligt.

I projektet er der udlagt en målebøje på søens dybeste sted, som måler temperaturprofiler hvert 15. minut samt iltkoncentrationen i top og bund (4 meters dybde). Desuden indsamles og analyseres der vandprøver ugentligt for kemiske og biologiske vandkvalitetselementer, herunder næringssalt- og klorofyl-koncentrationer. Søen, som i dag er særdeles uklar med høj koncentration af alger, restaureres i projektet ved flere omgange af bio-manipulation, hvor der fjernes fred-fisk fra søen, og efterfølgende ved oppumpning af fosforholddigt bund-sediment.

Målet med den økologiske model er at træne modellen mod det omfattende data og videreudvikle på modellens procesbeskrivelser, således den i højere grad kan simulere de observerede dynamikker. I sidste ende er målet at anvende modellen til at simulere holdbarheden af restaureringen – det vil sige, hvor lang tid restaureringen må forventes at “holde” søen i en klarvandet tilstand, og om der eventuelt senere må forventes at blive behov for en opfølgende indsats for at bevare søen i den ønskede tilstand.

Projektet i Ormstrup sø er første gang i Danmark, at en sømodel holdes op i mod et datasæt med høj tidslig opløsning. I projektet anvender vi WET-modellen, som er koblet med en model, der fysisk simulerer lagdeling i vandsøjlen (General Ocean Turbulence Model, GOTM). Den koblede model trænes via de observerede højfrekvente temperatur-profiler og iltkoncentrationer samt data fra det detaljerede kemiske og biologiske måleprogram.

Både måledata og modelsimuleringen viser, at Ormstrup Sø gennemgår flere midlertidige lagdelinger henover foråret og sommeren. Varigheden af lagdelingsperioderne varierer fra nogle få dage til over en måned. Effekten af lagdelingen er særdeles tydelig på iltkoncentrationen, som typisk falder hurtigt og i løbet af få dage under en lagdelingsperiode, hvilket resulterer i, at søen bliver helt iltfri i bundlagene flere gange om året. Når måledata sammenlignes med modelsimuleringen, fremgår det, at modellen i høj grad er i stand til at simulere de ellers meget dynamiske lagdelingsperioder og også hastigheden, hvormed ilt forsvinder fra bundlagene, når lagdeling indtræffer.

Modellen, som simulerer alle dybdelag i søen, giver desuden en indikation af, hvor tæt på overfladen de iltfrie lag kommer. På den måde kan modellen udfylde et datahul, da observationer fra iltsensorer kun findes i overfladen samt i 4 meters dybde. Iltsvind ved bunden betyder typisk, at jern-bundet fosfor frigives fra bundsedimentet og siver op i vandsøjlen, hvorefter det bliver tilgængeligt for alger i overfladen, når søen igen opblandes efter en lagdelingsperiode. Samtidig viser data fra fiskenes bevægelse, at de som forventet søger mod overfladen, når ilten forsvinder fra bunden. Dette bevægelsesmønster simulerer modellen også.

En stor del af årsagen til, at Ormstrup Sø er næringsrig og uklar, findes på søens bund. En meget stor pulje af næringssalte i form af både fosfor og kvælstof ligger i søbunden efter års deposition, som delvist frigives til vandet særligt i sommermånederne. I næste fase af projektet vil en stor mængde sediment blive fjernet fra søen med det formål at reducere søens næringsindhold og dermed gøre den mere klarvandet. Samtidig vil vi træne modellen for Ormstrup Sø yderligere på baggrund af data, der løbende indsamles i projektet. Vi har lavet indledningsvise virtuelle eksperimenter med sedimentfjernelse for at undersøge, hvor store mængder der nødvendigvis skal fjernes fra søens bund for at opnå en god tilstand i søen.

Disse virtuelle eksperimenter viser, at sedimentfjernelse har stor og længerevarende effekt på fosforfrigivelsen fra søens bund, som udgør en meget væsentlig del af den samlede næringssaltbelastning til søen.