ANALYSE AF MILJØTILSTANDEN I HORSENS FJORD FRA 1985 TIL 2006

Transkript

1 ANALYSE AF MILJØTILSTANDEN I HORSENS FJORD FRA TIL Empirisk modellerig Faglig rapport fra DMU r. 733 DANMARKS MILJØUNDERSØGELSER AU AARHUS UNIVERSITET

2 [Tom side]

3 ANALYSE AF MILJØTILSTANDEN I HORSENS FJORD FRA TIL Empirisk modellerig Faglig rapport fra DMU r. 733 Stiig Markager Marc Bassompierre Ditte Jase Peterse DANMARKS MILJØUNDERSØGELSER AU AARHUS UNIVERSITET

4 Datablad Serietitel og ummer: Faglig rapport fra DMU r. 733 Titel: Aalyse af miljøtilstade i Horses Fjord fra til Udertitel: Empirisk modellerig Forfattere: Afdelig: Udgiver: URL: Stiig Markager, Marc Bassompierre & Ditte Jase Peterse Afd. for Mari Økologi Damarks Miljøudersøgelser Aarhus Uiversitet Udgivelsesår: Marts Redaktio afsluttet: Marts Faglig kommeterig: Stee Schwærter, Miljøceter Århus Fiasiel støtte: Bedes citeret: Miljømiisteriet ved Miljøceter Århus Markager, S., Bassompierre, M. & Peterse, D.J.. Aalyse af miljøtilstade i Horses Fjord fra til. Empirisk modellerig. Damarks Miljøudersøgelser, Aarhus Uiversitet. s. Faglig rapport fra DMU r Gegivelse tilladt med tydelig kildeagivelse Sammefatig: Emeord: Layout: Illustratioer: Forsidefoto: Miljøtilstade i Horses fjord er aalyseret for periode til, og der er opstillet kvatitative modeller for sammehæge mellem tilførsler af ærigsstoffer og e række parametre, som beskriver miljøtilstade i fjorde. Aalyse er lavet med heblik på at styrke det faglige grudlag for implemeterige af EU s vadrammedirektiv. Ud fra e samlet vurderig af alle parametree for fjordes miljøtilstad, vurderes det, at tilførslere til fjorde skal reduceres til 3 tos fosfor og 5 tos kvælstof pr. år for at opå god økologisk tilstad. E reduktio til dette iveau vil betyde at fytoplaktos vækst er ærigsbegræset i hele vækstperiode, samtidig med at klorofyliveauet reduceres markat. Det forvetes at tilførsler på det iveau over e periode på atagelig til 3 år vil reducere frigivelse af ærigsstoffer fra bude, give markate forbedriger i lysforholdee og forbedre iltforholdee. Det vil så i sidste ede tillade e rekoloiserig af fjorde med ålegræs, som er det afgørede kriterium for opfyldelse af målsætige om god økologisk tilstad. E betydelig tidsforsikelse betyder dog at det ikke er sadsyligt at opå god økologisk tilstad i år 5. E større reduktio i tilførslere, eller iddragelse af alterative virkemidler, vil fremskyde processe. Horses Fjord, empiriske modeller, eutrofierig, vadplaer, EU's vadrammedirektiv, ærigsstoftilførsler, miljøtilstad, regimeskift Kari Balle Madse Forfattere Idsejlige til Horses Fjord ved Saptu e sommermorge. Stiig Markager ISBN: ISSN (elektroisk): - Sideatal: Iteretversio: Rapporte er tilgægelig i elektroisk format (pdf) på DMU's hjemmeside

5 Idhold Sammefatig 5 Summary 7 Idledig 9 Datagrudlag. Forkortelser. Data og kvalitetskotrol.3 CD-ROM idhold. Data for tilførsler af ærigsstoffer 3 Metodebeskrivelse 3 Resultater. Hjælp til læsere. Tilførsel af kvælstof og fosfor.3 Empiriske modeller 7. Atal dage med ærigsstofbegræsig 5 Diskussio 3 5. Fjordes udviklig 3 5. Fjordes udviklig ved reduktioer i ærigsstoftilførsler 5.3 Samlet vurderig Koklusio 5 7 Refereceliste 5 Bilag : Figurer af empiriske sammehæge 53 Horses Iderfjord TP-modellerig 53 Horses Iderfjord DIP-modellerig 5 Horses Iderfjord TN-modellerig 59 Horses Iderfjord DIN-modellerig Horses Iderfjord Kd-modellerig 3 Horses Iderfjord Kd-modellerig 5 Horses Iderfjord CHL-modellerig Horses Yderfjord TP-modellerig 7 Horses Yderfjord DIP-modellerig 73 Horses Yderfjord TN-modellerig 75 Horses Yderfjord DIN-modellerig 77 Horses Yderfjord Kd-modellerig 79 Horses Yderfjord Kd-modellerig Bilag : Rådata-filer til empiriske sammehæge (CD-ROM) 3 Bilag 3: Regeark til scearier (separate Excel-filer) Damarks Miljøudersøgelser Faglige rapporter fra DMU

6 [Tom side]

7 Sammefatig Dee rapport beskriver resultatere af e aalyse af miljøtilstade i Horses Fjord med data fra periode til. Rapporte er udført af Damarks Miljøudersøgelser i samarbejde med Miljøceter Århus. Formålet med aalyse er at tilvejebrige et fagligt grudlag for e vadpla for Horses Fjord og des oplad, jf. Miljømålslove. Hovedformålet er derfor at estimere de ødvedige reduktioer i tilførsler af ærigsstoffer for at opå e god økologisk tilstad i 5. Rapporte er de fjerde af e række rapporter (Markager et al., og Sømod et al. 9), hvor DMU aveder statistiske aalyser af tidsserier for fjordes tilstad samt tilførsler af ærigsstoffer og klima til at etablere kvatitative sammehæge mellem tilførsler og fjordes tilstad. Ud fra disse sammehæge har DMU aalyseret fjordes mulige udviklig ved e reduktio af tilførslere af fosfor og kvælstof. Aalyse viser, at der i periode er sket et fald på 7% i de afstrømigskorrigerede tilførsler af fosfor til fjorde og et fald i tilførslere af kvælstof på %. De faktiske tilførsler af især kvælstof er faldet betydeligt midre pga. af e række år med høj edbør sidst i periode. I fjorde er kocetratioere af ærigsstoffere fosfor og kvælstof ligeledes faldet markat. Det gælder især for fosfor. Ædrigere i kocetratioere af klorofyl er betydeligt midre, me dog målbare i forsommere. Lysforholdee i fjorde er ku margialt forbedret i periode, ige mest i forsommere. Fjordes miljøtilstad er således forbedret me ku i meget begræset omfag for lysforholdee ved bude, som er afgørede for e geetablerig af ålegræs. Aalyse viser også, at kocetratioere af uorgaiske ærigsstoffer u har ået et iveau, hvor de for alvor begyder at være begræsede for fytoplaktos vækst. Det må derfor forvetes, at yderligere reduktioer i tilførslere, og dermed i kocetratioere af tilgægelige ærigsstoffer, vil få e positiv effekt på miljøtilstade i fjorde. Geerelt viser de empiriske modeller, at miljøtilstade i fjorde ku ædrer sig relativt lidt, år tilførslere af ærigsstoffer reduceres. Dette er mest udtalt for klorofyl og lyssvækkelse me gælder til dels også for kocetratioe af total kvælstof. Hvis modellere ekstrapoleres tilbage til meget lave tilførsler, fx til et iveau svarede til det aturlige baggrudsiveau, får ma således urealistisk høje værdier for flere af parametree for miljøtilstade. Fx er det ikke muligt med modellere at berege e forbedrig i lysforholdee, som tillader forekomst af ålegræs i de dybere dele af fjorde. Her skal det dog poiteres, at ma på de måde aveder modellere lagt ude for deres gyldighedsområde. Alligevel idikerer resultatere, at fjordes uværede tilstad er meget lagt fra tilstade før fjorde blev væsetligt påvirket af ærigsstoffer i 5 ere og således også er meget lagt fra god økologisk tilstad. Fra gamle observatioer er det kedt, at ålegræs tidligere var vidt udbredt i fjorde og daede store sammehægede bestade. I dag er ålegræs og ade makrovegetatio meget sparsom. Atagelig er der tale om to fudametalt forskellige tilstade for fjordes økosystem, hvor overgage fra de ee tilstad til de ade sker ved e give tærskelværdi for 5

8 tilførsler af ærigsstoffer. Dog foregår det atageligt såda, at der er e hysteresis effekt, dvs. at reetablerig af makrovegetatioe først sker ved e væsetlig lavere tilførsel ed de tilførsel, hvor makrovegetatioe forsvadt. Ud fra e samlet vurderig af alle parametree for fjordes miljøtilstad skøes det, at tilførslere til fjorde skal reduceres til 3 tos fosfor og 5 tos kvælstof pr. år for at opå god økologisk tilstad. Der er e betydelig usikkerhed i disse talstørrelser. Det er ikke muligt at lave e egetlig usikkerhedsberegig me et skø for usikkerhede er ± tos for fosfor og ± 5 tos for kvælstof. E reduktio til dette iveau vil betyde, at fytoplaktos vækst er ærigsbegræset i hele vækstperiode, samtidig med at klorofyliveauet er reduceret markat. Vi forveter, at tilførsler på dette iveau over e periode på atagelig -3 år også vil reducere frigivelse af ærigsstoffer fra bude, give markate forbedriger i lysforholdee og forbedre iltforholdee. Det vil så i sidste ede tillade e rekoloiserig af fjorde med ålegræs, hvilket må betragtes som væsetligt for opfyldelse af målsætige for god økologisk tilstad. Tidsforsikelse på effekte af tiltagee betyder dog, at det ikke er muligt at have målopfyldelse i år 5 som forudsat i Miljømålslove. E større reduktio i tilførslere, eller iddragelse af adre virkemidler, vil fremskyde processe.

9 Summary I this report, the state of the eviromet i Horses Fjord durig the period from to was aalysed. Horses Fjord is a shallow eutrophic estuary o the east coast of Jutlad, Demark. The study was iitiated by the Eviromet Cetre Århus who fiaced the report, together with the Natioal Evirometal Research Istitute at Aarhus Uiversity, Demark. The aim was to establish a scietific backgroud for the implemetatio of the water actio pla for the estuary accordig to the Water Framework Directive. Thus, a key issue was to idetify the maximal allowable utriet loadigs to the estuary i order to establish good ecological status i 5. This is the forth report usig empirical models to establish quatitative relatioships betwee loadigs ad the evirometal state of Daish estuaries. Data for utriets, chlorophyll cocetratios, ad light atteuatio were aalysed ad quatitative relatioships were established to utriet loadigs, takig ito accout effects of iter aual variatios i climate. The aalysis showed that there has bee a sigificat reductio i loadigs of phosphorous (7% corrected for iter aual variatios i ruoff). The correspodig value for itroge was %, but due to high ruoff late i the period, the actual reductios i itroge loadigs were substatially lower. The results showed that cocetratios of utriets have bee reduced over the period as a cosequece of reductios i utriet loadigs. However, for most of the growig seaso, cocetratios of iorgaic utriet cocetratios are still above values limitig for phytoplakto growth. This ca explai why the respose for chlorophyll cocetratios ad light atteuatio are weak ad i some cases abset. The results idicate that util ow the reductios i loadigs have mostly removed a surplus of utriets i the estuary. Observatios of depth limits for occurrece of eelgrass (Zostera maria) over a period of hudred years showed that macrovegetatio was widespread also at great depth. Our models for light atteuatio are uable to predict values low eough to simulate this, eve at zero loadigs. This idicates that the preset state of the estuary is very differet from the situatio before loadigs icreased i the 95s. Most likely the preset state, without widespread macro vegetatio, will chage ito a oliear way whe loadigs are reduced. However, a cosiderable time lag must be expected due to the pool of utriets stored i the sedimets ad the time lag for re-growth of eelgrass. Based o a overall assessmet of parameters it is cocluded that the maximal allowable loadigs are about 3 tos of phosphorous ad 5 tos of itroge per year i order to re-establish good ecological status of the estuary. There is a cosiderable ucertaity i these umbers. Our judgemet is that the ucertaity is about ± tos for phosphorous ad ± 5 tos for itroge. However, eve applyig these reductios, it will 7

10 probably take about to 3 years before the good ecological status is reached. Hece, it is probably ot possible to fulfil the requiremets i the water framework directive by 5. Greater reductios i utriet loadigs or the use of alterative measures will probably speed up the process.

11 Idledig Horses Fjord er e lavvadet fjord med god vadudvekslig med Bælthavet. Geem årtier har fjorde modtaget store mægder fosfor og kvælstof fra opladet. Miljøet i fjorde påvirkes i dag både af de ærigsstoffer, som i dag kommer med ferskvadet til fjorde, af kocetratioere af fosfor og kvælstof i Bælthavet og af e stor pulje af ærigsstoffer i sedimetet, som gvist frigives. I dag er fjordes miljø præget af uklart vad med høje kocetratioer af fytoplakto, og de aturlige makrovegetatio, primært ålegræs, er æste fraværede. Tidligere var der udbredte bestade ålegræs, som i de ydre dele af fjorde voksede ed til omkrig,5 meters dybde (D. Krause Jese, pers. medd.). Selvom DMU ikke har direkte måliger af fx kocetratioer af ærigsstoffer og lys fra degag, ka ma ud fra vide om lyskravee hos ålegræs slutte, at vadet må have været meget klarere ed i dag, og at kocetratioere af ærigsstoffer var meget lavere. Årsage til de rige miljøtilstad i dag er ude tvivl mage års store tilførsler af ærigsstoffer, både direkte til fjorde og til de åbe idre farvade geerelt. For Limfjorde og Raders Fjord er det fx bereget, at kvælstoftilførslere fra omkrig år 9 og frem til 9 ere er forøget med omkrig e faktor 5 (Christiase et al., Sømod et al. 9). Der er ige grud til at tro, at det forholder sig aderledes for Horses Fjord. Negative effekter af ærigsstoftilførsler er velkedte for søer, fjorde og kystære områder verde over, og der er ige tvivl om, at miljøtilstade i fjorde som udgagspukt ku ka forbedres ved, at reducere tilførslere af ærigsstoffer. Cetrale spørgsmål er derfor: hvor meget skal tilførslere reduceres, og hvor lag tid går der, fra tilførslere reduceres, til ma ser e mærkbar effekt i fjorde? Dee rapport beskriver resultatere af e aalyse af miljøtilstade i Horses Fjord i periode fra til, udført af Damarks Miljøudersøgelser i samarbejde med Miljøceter Århus. Formålet med aalyse er at tilvejebrige et fagligt grudlag for e vadpla for Horses Fjord og des oplad som forudsat i EU s vadrammedirektiv. De er de fjerde af e række rapporter (Markager et al., og Sømod et al. 9), hvor DMU aveder statistiske aalyser af tidsserier for fjordes tilstad, tilførsler af ærigsstoffer og e række klimavariable til at etablere kvatitative sammehæge mellem tilførsler og fjordes tilstad. Ud fra disse sammehæge har DMU aalyseret fjordes mulige udviklig ved e reduktio af tilførslere af fosfor og kvælstof. 9

12 Datagrudlag. Forkortelser I rapporte er avedt e række udtryk og forkortelser. Disse er beskrevet i Tabel.. Tabel. Ordforklarig til udtryk og forkortelser der er avedt i dee rapport. Udtryk/forkortelse Forklarig DIN (5-) DIP (3-7) Kocetratio af opløst uorgaisk kvælstof (sum af NO - + NO NH + ) (μm) for periode maj til og med oktober. Kocetratio af opløst uorgaisk fosfor (PO - ) (μm) for periode marts til og med juli. De variable, som avedes i modelle til at forklare e resposvariabel (y-variabel), og som i modellere Forklarigsvariable er e lieær kombiatio af e række forklarigsvariable. Kaldes også x-variable. Se også b- koefficieter. I dee rapport avedes følgede forklarigsvariable: tilførsler af ærigsstoffer (kvælstof og fosfor), klima (, NAO, vadtemp., og vid 3 ). FV Forklarigsvariable Kalibrerigssæt Datapukter (år) som avedes til at kalibrere modelle., Kd Lyssvækkelseskoefficiet. Kd = m -, hvor, er e empirisk kostat. Sd Kd (-) Lyssvækkelseskoefficiet for periode april til og med jui (m - ). Kd (7-9) Lyssvækkelseskoefficiet for periode juli til og med september (m - ). MLR Multipel Lieær Regressio North Atlatic Oscillatio. NAO-idekset er defieret som trykforskelle mellem højtryksområdet ved Azorere og lavtryksområdet vest for Islad. NAO-idekset har e overordet effekt på klimaet i Nordeuropa, NAO især om vitere. E stor trykforskel medfører kraftigere viterstorme fra sydvestlige retiger og dermed milde og våde vitre. Q Ferskvadstilførsel til fjorde (m 3 ). R Korrelatioskoefficiet mellem de sade, observerede værdier og de estimerede værdier. r Residual Resposvariable RMSECV RMSECV RMSEP TN (-) TP (-) Validerigssæt Korrelatioskoefficiet (r) i ade potes. Udtryk for de adel af variatioe i y, som ka forklares af modelle. Forskelle mellem modelestimatet og de observerede værdi. Positive værdier betyder, at de observerede værdier ligger over modelestimatet. TP, TN, DIN, DIP, Sd &, Kd &, PA. Modellere forklarer e resposvariabel (y-variabel) som e lieær kombiatio af e række forklarigsvariable: y = b.x + b.x + b 3.x 3 + b i.x i + residual. Se også forklarigsvariable og b-koefficieter. Root Mea Square Error of Cross Validatio: geemsitlig total kvadratafvigelse mellem de sade værdi og estimatet af dee for alle tækelige kombiatio ved krydsvaliderig. Agiver kalibrerigsfejle på de edelig model. Samme som ovefor, me hvor de sidste fire år ikke er med, me avedes som uafhægige validerigsår til bestemmelse af RMSEP. Root Mea Square Error of Predictio: geemsitlig total kvadratafvigelse mellem de sade værdi og estimatet af dee ved avedelse af et uafhægigt validerigsdatasæt. Beskriver modelles eve til at bestemme ye ukedte år, dvs. prædiktiosfejle. Middel kocetratioe af total kvælstof (TN) for periode jauar til og med december. Middel kocetratioe af total fosfor (TP) for periode jauar til og med december. Datasæt der holdes ude fra kalibrerigssættet i forbidelse med variabeludvælgelse og modelkalibrerig. Validerigssættet ka avedes til bestemmelse af modelles kvalitet (se RMSEP).

13 Tabel. Ordforklarig til udtryk og forkortelser, der er avedt i dee rapport. Udtryk/forkortelse Forklarig Vid 3 eller vi X Udtryk for vidpåvirkige. Vide i 3. potes repræseterer tilærmet de eergi som afsættes på vadoverflade og medvirker til omrørig af vadsøjle (m s - ) 3. Datasæt beståede af flere x-variable (forklarigsvariable). Forklarigsvariable/uafhægige variable: tilførsler af fosfor og kvælstof, idstrålig (Rad), vadtemperatur, vid 3 og NAO-ideks. x-variable Y Datasæt beståede af y-variable (resposvariable). P Forklarigsvariabel: middelfosfortilførsel (tos år - ). N Forklarigsvariabel: middelkvælstoftilførsel (tos år - ). Sal Forklarigsvariabel: iitet ( / ). Rad Forklarigsvariabel: idstrålig (MJ m - ). b-koefficieter Resposvariable (y variable) er e lieær kombiatio af e eller flere forklarigsvariable: y = b.x + b.x + b 3.x 3 + b i.x i + residual, hvor b, b, b 3, b i er "b-koefficietere" og residual er afvigelse mellem modelestimatet og de observerede værdier. b ka bestemmes, år Y og X er kedte og residualet må ases for at være meget tæt på. b hat er et estimat af b ved midste kvadraters metode b hat=(x'.x) - X'y. y-variabel Resposvariabel/tilstadsvariabel: kocetratioer af total kvælstof og fosfor (TN og TP), uorgaisk kvælstof og fosfor (DIN og DIP), klorofyl kocetratio og lyssvækkelseskoefficiet (Kd) vadtemp Vadtemperatur ( o C). Data og kvalitetskotrol Datagrudlaget for dee rapport består af to dele. De første del er de data, som beskriver fjordes miljøtilstad (afhægige variable, y- variable, resposvariable), de ade del er data for de forhold, som atages at påvirke fjordes miljøtilstad, dvs. tilførsler af ærigsstoffer, klima og vadudvekslig (uafhægige variable, x-variable, forklarigsvariable). Alle data om fjordes miljøtilstad stammer fra Miljømiisteriets database STOQ og er trukket ud derfra af Afdelig for Mari Økologi, DMU, AU. Data er idsamlet over periode 9 til i hehold til de tekiske avisiger for de forskellige marie overvågigsprogrammer i periode (se fx Kaas & Markager 99) for periode fra 99 og frem. Data for kocetratioer af ærigsstoffer er bereget som middelværdie af alle diskrete dybder mellem og meter. I de tilfælde, hvor der ku foreligger bladigsprøver, er værdie for - meter prøve avedt. Data for lyssvækkelse, sigtdybde og areal-primærproduktio er alle uafhægige af dybde. Data blev udersøgt for tilstedeværelse af afvigede værdier ved hjælp af kotrolplot (også beævt "Shewhart charts"), og alle værdier, der lå mere ed ± tre gage stadardafvigelse fra middelværdie, blev fjeret fra datasættet. Derefter blev der iterpoleret lieært mellem observatioere, således at der er é observatio per dag, ide der bereges middelværdier for hver måed. Dee procedure sikrer, at måedsmiddelværdier, så vidt det er muligt, er uafhægige af atal og fordelig af prøvetagiger over året. Data for idstrålig og vid er idsamlet af Damark Meteorologiske Istitut i Ålborg Lufthav. Disse er omreget til middelværdier pr. måed. Data for temperatur er vadtemperature mellem og meter fra CTD-profiler i STOQ. Disse er omreget til måedsmiddelværdier på samme måde som for de vadkemiske data. Data for NAO-ideks er hetet fra hjemmeside for Uiversity of East Aglia, og måedsmiddelværdier er avedt. Data for tilførsler af ærigsstoffer og ferskvad

14 er idsamlet og bereget af Miljøceter Århus som måedsmiddelværdier..3 CD-ROM idhold De data, som ligger til grud for modellerige, er at fide på medfølgede CD-ROM i MatLab file: "Horses fjord X&Ydata.mat". X- variable er at fide uder "thexmi" og Y-variable uder "they", og de dertil relaterede variabelave har tilsvarede ave med tilføjelse af "var". Alle rådata (klima, vadkemi, miljøbelastig m.m.): de opridelige observatioer ude tidsmæssig iterpolerig i csv-format. De arbejdsdokumeter og figurer, som er vist i bilagee. Dee rapport i PDF format.. Data for tilførsler af ærigsstoffer Data for tilførsler af ærigsstoffer er bereget af Miljøceter Århus. Værdiere er bereget i 7 og ideholder både bidrag via ferskvadsafstrømig, atmosfærisk depositio på fjorde og puktkilder som fx dambrug.

15 3 Metodebeskrivelse 3.. Udformig af datasættee, x og y y-data blev defieret ved e bestemt periode af året på mellem tre og tolv måeder afhægigt af arte af de ekelte y-variabel. Data blev efterfølgede importeret til MATLAB, hvor de resterede dataaalyse blev udført. x-variablee blev defieret med udgagspukt i tidsperiodere for de tilsvarede udersøgte y-variable med følgede regler for de forskellige tidsperioder af x-variablee:. Disse skulle have de samme slutmåed som y-variable (x-variabel skal ligge før y-variabel). Samtidig skulle starte på x-variablee være ete de samme måed som for y, eller e, to, fire eller otte måeder før starte af y.. Eller de skulle have de tidligst mulige startmåed, dvs. jauar året før og samme slutmåed som y. 3. Eller de skulle have de tidligst mulige startmåed og slutmåed lige før y-variables start.. Eller de skulle have e slutmåed lige før y-variables start, samtidig med at x-variablee skulle have samme lægde som y eller e, to, fire eller otte måeder lægere. For y-variable med e tidsperiode på måeder blev afgræsige af x-variablee begræset til pukt til 3. Tilsamme giver disse kombiatioer mulighed for, at modellere ka beskrive et godt udsit af de mulige tidsforsikelser i respose mellem x- og y-variable i data sættet. 3.. Præprocesserig Idledigsvis blev tidsserie for y-værdier geemgået visuelt for ekstreme værdier. Disse blev udelukket ud fra e vurderig af, at de ete skyldes fejl i måliger eller dataprocesserig eller skyldes meget specielle forhold i fjorde, som ikke bør ifluere på de overordede aalyse. Et eksempel på sådae forhold ka være e prøvetagig i forbidelse med isdække. Deræst blev både x- og y-variable autoskalerede ved at fratrække middelværdie og dividere med stadardafvigelse: x x σ Lig.. 3

16 Figur 3.. Tidsmæssig udviklig af e resposvariabel, her DINkocetratio i Horses Iderfjord i periode maj til oktober. Værdiere for 993 og 9 er idetificeret som afvigede datapukter ud fra regressiosaalyse. Horses Iderfjord, DIN 5- (μm) Alle x- og y-variable får herved e middelværdi på og e stadardafvigelse på. Derved udliges forskelle i umeriske værdier og varias, og det sikres, at alle variable idgår med samme vægt i aalyse Multipel Lieær Regressiosmetode (MLR) MLR er e metode, som kombierer de x-variable i de lieære løsig, som korrelerer bedst muligt med de specifikke y-variabel (vektor) og resulterer i: eller y=b +b x +b x + +b px p Lig. y=xb+f, Lig. 3 hvor b er e vektor for regressioskoefficietere, og f er de midst mulige fejl (residual, der ikke er beskrevet af modelle), og b opået ved modelle: b hat=(x T X) - X T y Lig Krydsvaliderig og krydsvaliderig med fuldstædig udelukkelse af observatioe Et kritisk forhold i regressiosaalyser er at udgå, at e ekelt eller e særlig gruppe af observatioer påvirker resultatet uforholdsmæssigt meget. For så vidt muligt at udgå det, og for at kvatificere e evt. fejl, har vi avedt to tekikker Jack-kifig, hvilket vil sige e iterativ udelukkelse af alle observatioer é for é og e udelukkelse af de sidste år af tidsserie. Først udelukkes de sidste år af tidsserie, og aalyse geemføres på de resterede tidsserie med e Jack-kifig-tekik. Alle Observatioer udelukkes é for é, og aalyse geemføres lige så mage gage, som der er år i tidsserie. Martes & Dardee (99) beskriver dee metode som rimelig uder forudsætig af, at dét sæt, ma arbejder med, er repræsetativt for de populatio, som øskes modelleret. Hvis e bestemt observatio i dee procedure påvirker resultatere i særlig g, udelukkes de permaet fra aalyse. Metode fugerer dermed som e objektiv idetificerig af afvigede obser-

17 vatioer ("outliers"), dvs. år som, år de ikluderes i datasættet, giver store ædriger i modelle. Ved udelukkelse af de sidste år fra starte får vi et grudlag for at validere modelle efter variabeludvælgelse. Fordele ved at udelukke de sidste år er, at vi får et godt grudlag for at vurdere modelles eve til at forudsige udviklige de kommede år (de relaterede figurer er typisk at fide i Bilag ) Variabeludvælgelse Objektiv, trivis, iterativ og automatisk variabeludvælgelse foregik ved hjælp af e krydsvalideret Multipel Lieær Regressiosmetode (MLR) kombieret med e løbede tilbageholdelse af de forklarigsvariabel, der gav de laveste modelfejl i form af "Root Mea Square Error of Cross Validatio" (RMSECV). Metode er e variat af e metode beskrevet som "forwards selectio" af Broadhurst (997). I første iteratio blev de forklarigsvariabel idetificeret, som alee gav de laveste RMSECV, dvs. de forklarigsvariabel, som kue forklare de største adel af variatioe i y-variable. Derefter blev dee variabel udelukket fra datasættet, og bladt de resterede forklarigsvariable blev variable med de laveste RMSECV udvalgt. E forudsætig for udvælgelse af forklarigsvariable var, at der ku måtte vælges é variabel fra hver klasse af x-variable (fx N-tilførsel, vidstyrke og iitet). Hele x-datasættet blev udersøgt på dee iterative måde, idtil 7 forklarigsvariable var udvalgt. Således blev der for hver kombiatio af år (dvs. tidsserie mius de sidste år og mius et år af gage) udvalgt de 7 variable, der gav de bedste løsig med hesy til RMSECV. Herved blev der daet et atal modeller svarede til atallet af år, der var til rådighed, gaget med det potetielle atal af udvalgte variable (dvs. 7). Disse forskellige modelløsiger gav mulighed for at vurdere forklarigskrafte af de ekelte x-variable ud fra deres udvælgelsesfrekves og udviklige i RMSECV som fuktio af atallet af valgte variable. Hele procedure blev geemført uder forskellige betigelser:. e "fri", utvuge løsig, dvs. at procedure ka vælge frit mellem alle typer af forklarigsvariable,. e løsig, hvor de første variabel, der vælges, skal være e P- tilførselsvariabel, 3. e løsig, hvor de første variabel, der vælges, skal være e N- tilførselsvariabel, og. e løsig, hvor de første variabel, der vælges, skal være e N- tilførselsvariabel, og de ade skal være e P-tilførselsvariabel. De første betigelse svarer til e objektiv løsig, som ku er baseret på statistiske kriterier. I de tre øvrige tviges ærigsstoftilførsler id i mo- 5

18 delle med det formål at idetificere de bedst mulige modeller uder atagelse af, at ærigsstoftilførsler er af betydig for fjordes tilstad. 3.. Strategi for udvælgelse af modeller Som e følge af oveævte variabeludvælgelsesprocedure fik vi et atal MLR-modeller svarede til: Atal MLR-modeller = x 7 x atallet af år i udersøgelsesperiode. Det første tri i udvælgelse af e passede model var at fide e model, der var avedelig som miljøforvaltigsværktøj, dvs. at defiere og udpege de af ærigsstofkombiatioere, som lå tættest op ad e (fordoms-) fri løsig. De pågældede løsig blev valgt og atallet af modelvariable bestemt ud fra et evetuelt sammefaldede RMSECVmiimum (Figur 3.). middel RMSECV,,3,,,9,,7 ædrig af middel RMSECV(%) N&P tvuget fri P tvuget N tvuget atal variable () atal variable (), RMSECV (resposvariables ehed),,,,,,,3,,5, atal variable () Figur 3.. Eksempel på værktøj til bestemmelse af atallet af variable, der skal idgå i modelle. Her i e situatio, hvor kvælstof er styrede, tyder det på, at e løsig med to variable er optimal til at modellere (første miimum på de blå kurve, øverste til vestre). y-akse øverst til vestre er de geemsitlige værdier af krydsvaliderigsfejle (RMSECV) som fuktio af atal variable (x-akse). Tilsvarede er at fide øverst til højre, me hvor det er midskig af RMSECV, som e fuktio af atal variable. I ederste figur viser hver ekelt modelløsig plottet med RMSECV som Y og atal variable i modelle som X (her ser ma e del miima med tre variable).

19 korrelatio med de fri løsig, r=,5, p=, korrelatio med de fri løsig, r=,9, p=, X: X: P (atal udvælgelse) 5 5 X: X: 9 X: 5 X: 39 X: 9 X: 5 X: X: 7 N (atal udvælgelse) 5 5 X: X: 5 X: 9 X: 7 X: X: vi ao p vi ao p FRI (atal udvælgelse) korrelatio med de fri løsig, r=,, p=, X: X: X: 9 X: X: 7 X: 5 X: 7 N & P (atal udvælgelse) 5 5 X: korrelatio med de fri løsig, r=,5, p=, X: X: 39 X: X: 9 X: 5 X: vi ao p vi ao p Figur 3.3. Eksempel på frekvesfordelig (Y akse er atal gage, hvor de pågældede X-forklarigsvariabel - ummeret på X-akse - er valgt) for udvælgelse af de ekelte variable uder de løsigsbetigelser. Figure viser, at de kvælstoftvuge (N) løsig (øverst til højre) matcher de objektive, utvuge løsig. Derfor vil modeller, hvor kvælstoftilførslere avedes i scearier til forudsigelse af udviklig af miljøtilstad, være hesigtsmæssige. Med afsæt i disse objektive variabeludvælgelseskriterier har vi udpeget modeller til brug for scearier. I ogle tilfælde har det ikke været muligt at fide e model, hvor tilførsler af ærigsstoffer idgår. Det betyder at vi, med det foreliggede datagrudlag, ikke ka vise e effekt af ærigsstoftilførsler. Figur 3. beskriver udviklig af b-koefficietere som fuktio af atal variable. Er de modellerede b-koefficieter kostate, er modelle robust overfor atallet af valgte forklarigsvariable. I dette eksempel er b- koefficietere for fosfortilførsel (rødt +) og vidstyrke (blåt o) relativt kostate op til tre variable. 7

20 Figur 3.. Eksempel på udviklige af b-koefficietere fra MLR med stigede atal udvalgte variable. Figure viser, at koefficiete for kvælstoftilførsle (rødt +) er relativt stabil i modeller med - 3 forklarigsvariable, hvorefter de stiger væsetligt. X-akse er atal variable i modelle og Y-akse værdie af b- koefficietere for de to første variable. Koef af de første (+ rød) og adet variable (o blå)din 5-,9,,7,,5, b koefficiet,5,5 3 3,5 De edelige model blev daet ud fra de specifikke og edeligt udvalgte variable, og kvalitete vurderet i forhold til følgede:. Sammefald mellem de objektive, utvuge løsig og e forvaltigsrelateret løsig, hvor tilførsler af kvælstof eller fosfor er tvuget id i modelle (Figur 3.3). Dette betyder, at vi objektivt ka vise, at ærigsstoftilførsler påvirker fjordes tilstad.. Tydeligt miimum på RMSECV (Figur 3.) udtrykker, at MLR vil forsøge at modellere støj ved tilføjelse af yderlige forklarigsvariable. Hvor tilpasige (r -værdi) vil stige med atallet af forklarigsvariable, vil værdier som RMSECV og RMSEP udtrykke e evetuel overtilpasig. 3. Hvorda b-koefficiete fra MLR udvikler sig med stigede atal variable i modelle (Figur 3.). Hvis de er stabile, viser det, at modelle er robust med hesy til atallet af variable.. Forskelle mellem observerede og modellerede værdier (Figur 3.): korrelatioskoefficiete (b-koefficietere), fejle på kalibrerigsdata (RMSECV) og fejle på validerigssæt (RMSEP), fejle på alle data samt fordelig af de år, som er med i kalibrerige (rød), og dem, som er holdt ude for (grø for de sidste fire år, og blå for mulige afvigede år). Regressioskoefficiete r viser, hvor godt modelle gegiver de observerede data. I Bilag ka ma se alle de løsiger, som tager udgagspukt i forskellige atal af udvalgte variable. 5. Evetuelle afvigede og forstyrrede værdier, dvs. år, der bør udelukkes fra kalibrerigssættet (Figur 3., Figur 3., Figur 3.3 og Figur 3.5, de mulige afvigede år er med blå symboler).

21 Figur 3.5. Fire eksempler på MLR-løsiger (e til fire variable). År med turkis symbol ( ) er ikke taget med overhovedet (her er 993 og 99 betragtet som væsetlige afvigede pukter) i kalibrerige, mes åree med grøt symbol ( ) er taget med som uafhægigt validerigssæt (de sidste fire år i serie) til at dae et objektivt grudlag for, hvorda de kommede år vil blive forudsagt på basis af kalibrerigssættet i rød skrift ( ). X- og Y-akser er i de udersøgte variabels opridelige ehed. Modelestimat, DIN 5- (μm) r cal =, RMSEP = RMSECV =, RMSE (all) =, atal V= it.: (,) 99 99:Ja-sy to *Oct-sy x (,5) Horses Iderfjord, observeret værdi, DIN 5- (μm) Modelestimat, DIN 5- (μm) r cal =, 7 RMSEP =, RMSECV =,9 RMSE (all) =,3 atal V= Horses Iderfjord, observeret værdi, DIN 5- (μm) 99 99it.: (,3) :Ja-sy to *Oct-sy x (,5) vidcube:ja-yb to *Oct-sy x (,59) Modelestimat, DIN 5- (μm) r cal =, 7 9 RMSEP =,7 RMSECV =,9 RMSE (all) =,3 atal V= it.: (,35) :Ja-sy to *Oct-sy x (,533) vidcube:ja-yb to *Oct-sy x (,553) t:may-sy to *Oct-sy x (,3) Horses Iderfjord, observeret værdi, DIN 5- (μm) Modelestimat, DIN 5- (μm) r cal =,7 7 9 RMSEP =, RMSECV =, RMSE (all) =, atal V= it.: (,) :Ja-sy to *Oct-sy x (,59) vidcube:ja-yb to *Oct-sy x (,359) t:may-sy to *Oct-sy x (,5) p:ja-yb to *Apr-sy x (-,53) Horses Iderfjord, observeret værdi, DIN 5- (μm) 9

22 . b-koefficieteres størrelse og forteg, dvs. om disse er i overesstemmelse med de eksisterede vide på området (Figur 3., Figur 3.5 og Figur 3.). 7. Er der e tedes i residualere (Figur 3.)? Hvis ja, ka det være e idikatio af, at der er e systematisk tidslig udviklig i data, som modelle ikke formår at beskrive.. For til sidst at levere e optimal og uik løsig (Figur 3.7), hvor resultatere på MLR-lije opået ved krydsvaliderig evetuelt vil kue avedes til forvaltigsscearier. Figur 3.. Eksempel på ogle MLR-løsiger for e til fire variable. Dette plot viser RMSECV krydsvalideriges kalibrerigsfejl og prædiktiosfejle (RMSEP/forudsigelsesfejl) på ukedte år for modelle. Det forvetes, at RMSECV og RMSEP mødes og har et miimum: her lader løsiger med de to-tre første variable åbebart til at være beskrivede, hvorimod de sidste er forstyrrede. RMSEP (+), RMSECV (o),,,,,,,5,5 3 3,5 variable Figur 3.7. De edelige MLRmodel: Eksempel på prædiktiosplot med de edelige MLRløsig, her med tre udvalgte variable. X- og Y-akser er i de udersøgte variabels opridelige ehed. b-koefficietere ka avedes i forvaltigsscearier. Modelestimat, DIN 5- (μm) r cal =,7 7 RMSECV =,9 RMSE (all) =, atal V= it.: 99 (,3e-) :Ja-sy to *Oct-sy x (,53) vidcube:ja-yb to *Oct-sy x (,593) Horses Iderfjord, observeret værdi, DIN 5- (μm)

23 Figur 3.. Eksempel på residualplot opået ved de edelige MLR-løsig. Y-akse er i de udersøgte variabels opridelige ehed. X-akse er år. Horses Iderfjord,residual, DIN 5- (μm)

24 Resultater. Hjælp til læsere I kapitel 3 - Metodebeskrivelse - redegøres for de sekves af tri, der er fulgt for at komme frem til de modeller, som ligger til grud for rapportes aalyser og koklusioer. I dette kapitel præseteres to figurer for hver af de resposvariable, som er modelleret. Disse figurer viser udviklig af de pågældede resposvariabel i de udersøgte periode (svarer til Figur 3.7) og de valgte model (svarer til Figur 3.7). Alle figurer for de valgte modeller og øvrige alterative modeller fides i bilag. Ud over aalyse af de tidslige udviklig med de valgte modeller (afsit.3) præseteres resultater for udviklig i tilførsler af ærigsstoffer (afsit.) og lægde af perioder med potetiel ærigsstofbegræset vækst (afsit.). I tillæg til aalysere af fjordes udviklig og de tilhørede empiriske modeller er der lavet e række scearieberegiger for fjordes tilstad ved ædriger i tilførslere af ærigsstoffer. Disse beregiger er vedlagt rapporte som et Excel-regeark (filav: scearieberegiger ved ormalt klima HorsesIderfjord og scearieberegiger scearieberegiger ved ormalt klima HorsesYderfjord ).. Tilførsel af kvælstof og fosfor Som grudlag for e samlet aalyse af fjordes tilstad og udviklig har DMU aalyseret udviklige i tilførsler af ærigsstoffer til fjorde. Aalyse er baseret på data for de samlede ærigsstoftilførsler til fjorde, dvs. at de atmosfæriske depositio og bidrag fra havbrug er med. Data for tilførsler omfatter periode tilbage fra 977, dvs. 9 år mere ed de empiriske modeller for fjordes tilstad. Åree fra 977 til 9 er taget med, idet de øvrige resultater tyder på, at der er e betydelig forsikelse i fjordes respos på tilførsler. Afstrømig Tilførsle af ærigsstoffer til fjorde styres i høj g af afstrømige, som briger ærigsstoffer fra lad ud i fjorde. Det gælder for kvælstof i hele periode og for fosfor efter omkrig 995, hvor puktkildere til fjorde blev reduceret væsetligt. Figur. viser de årlige afstrømig til fjorde. Middelværdie er på 7 x m 3 me varierer mellem x m 3 i 99 og 55 x m 3 i 99. Åree fra 99 til har alle haft e afstrømig omkrig eller over middel, hvilket betyder, at e del af reduktioe i tilførslere side midt i 9 ere er kompeseret af e højere edbør, således at fjorde ku i midre g har oplevet e edgag i tilførsle af især kvælstof.

25 Afstrømig År Figur.. Årlig afstrømig fra 977 til til Horses Fjord ( m 3 ). Middelværdie er agivet med e vadret streg. Fosfortilførsel Fosfortilførsle ka iddeles i tre perioder. Fra 977 til 97 ligger de på et højt iveau; omkrig 95 tos pr. år (Figur.). Fra 97 til 997 falder de æste e faktor 5 ed til et iveau omkrig 5 tos pr. år. Tilførslere har holdt sig på dette iveau side 997. Således er tilførslere fra 997 til i geemsit,5 tos pr. år. For at fjere effekte af de årlige svigiger i afstrømig har DMU bereget sammehæge mellem afstrømig og fosfortilførsel fra 995 og frem vha. lieær regressio (P-tilførsel (tos år - ) =, +,5Q ( m 3 ), r =,75). Dee tilførsel repræseterer de afstrømigskorrigerede tilførsel fra 995 og frem. Derefter er dee relatio avedt på alle åree, og afvigelse (residualere) mellem dee og de observerede tilførsel er bereget (Figur.3). Figure viser, at fosfortilførsle er reduceret med ca. 7 tos pr. år fra før 97 og frem til de seeste år. De viser edvidere, at fosfortilførsle fortsat er faldede. E lieær regressio mellem år og residualer fra 995 og frem viser, at faldet i geemsit er på,7 tos år - (r =,35, p<,). Ved at idsætte ormaledbøre på 7 x m 3 og fremskrive det årlige fald i tilførsle ka tilførsle i 9 (ved ormaledbør) bereges til 3, tos. Naturbidraget er vurderet til, tos fosfor år - ved ormal edbør (Miljøceter Århus) svarede til 35% af de uværede tilførsel. 3

26 Fosfortilførsel År Figur.. Årlig fosfortilførsel fra 977 til til Horses Fjord (tos år - ). Middeltilførsle på 5, tos år - er agivet med e vadret streg.

27 Residualer, fosfor År Figur.3. Afvigelse mellem faktisk tilførsel af fosfor til Horses Fjord og de geemsitlige afstrømigskorrigerede tilførsel i åree 995 til. Ehede er de samme som for tilførsle: tos fosfor år -. Kvælstoftilførsel Kvælstoftilførsle varierer mellem 5 og 37 tos pr. år med et geemsit på 77 tos pr. år (Figur.). Tilførslere steg i de første ca. 5 år og lå på et kostat højt iveau frem til ca. 99. Billedet påvirkes dog meget af år til år variatioere i afstrømig, fx betyder åree med høj afstrømig fra 999 til, at det faktiske fald i tilførslere er midre, ed hvis afstrømige havde været ormal i hele periode. Aalyserer ma sammehæge mellem afstrømig og kvælstoftilførsel fra 9 til 99, får ma e sigifikat sammehæg: N-tilførsel (tos år - ) = +,7Q ( m 3 ), r =,7. Avedes dee sammehæg på samme måde som for fosfor, får ma, at kvælstoftilførsle er faldede fra 993 og frem til omkrig år. De sidste år er der ikke sket oge reduktio i tilførsle, og de ligger omkrig tos uder iveauet før 99. E aalyse af sammehæge mellem residualer og år viser e tedes til e egativ sammehæg, me de er ikke sigifikat (N-residual =,5år, r =,, p=,). De uværede tilførsel ved ormal edbør er således 3 tos pr. år. Naturbidraget for kvælstof er skøet til 5 tos pr. år ved ormal afstrømig af Miljøceter Århus, svarede til %. Naturbidraget udgør således e meget midre adel af de samlede tilførsel for kvælstof ed for fosfor. 5

28 Kvælstof tilførsel År Figur.. Årlig kvælstoftilførsel fra 977 til til Horses Fjord i tos kvælstof år -. Middelværdi på 77 tos pr. år er agivet med e vadret streg.

29 Residualer, kvælstof År Figur.5. Afvigelse mellem faktisk tilførsel af kvælstof til Horses Fjord og de geemsitlige afstrømigskorrigerede tilførsel bereget for åree 9 til 99. Ehede er de samme som for tilførsle: tos kvælstof år -..3 Empiriske modeller.3. Fosforkocetratioer Total fosfor (TP) Variatioe fra år til år i årsmiddelkocetratioe af TP viser det samme møster i både Ider- og Yderfjorde (Figur.). TPkocetratioere i Horses Fjord har overordet set været faldede geem hele udersøgelsesperiode dog med e tedes til e stabiliserig af iveauet fra omkrig 99 og frem. De valgte modeller for TP-kocetratioe er vist på Figur.7. De observerede pukter har e god fordelig omkrig :-lije, og P- tilførsle har e væsetlig vægt i begge modeller, idet de idgår med b- koefficieter på, og, for hhv. Iderfjorde og Yderfjorde, hvilket er mere ed det dobbelte af de øvrige variable. I Iderfjorde er NAOidekset valgt som de ade forklarigsvariabel og har e koefficiet på,3. De ade forklarigsvariabel i modelle for Yderfjorde er vadtemperature, der har e b-koefficiet på,3. Både NAO-idekset 7

30 og vadtemperature idgår i begge modeller. For TP i Iderfjorde idgår desude iitete. Forklarigsvariable, koefficieter, r -værdier mv. for alle resposvariable er opsummeret i Tabel. (Horses Iderfjord) og Tabel. (Horses Yderfjord). Tabel.. Opsummerig af Multilieær Regressio (MLR)- modeller, som avedes for Horses Iderfjord. b-koefficiete kvatificerer sammehæge mellem resposvariable i fjorde og udvalgte forklarigsvariable (FV). Koefficietere for de årlige tilførsel af ærigsstoffer (FV ) er agivet både i absolutte eheder (tos N eller P år - ) og som autoskalerede værdier. De relative betydig af e forklarigsvariabel ka direkte aflæses af de autoskalerede koefficieter. Periode agiver start- og slutmåed for beregig af variable, hvor e asterisk agiver året før det år, som resposvariable er bereget for. Kalibrerigsfejle/prædiktiosfejle (RMSECV / RMSEP ) er bereget med de sidste avedte fire år som kalibrerig uafhægige validerigsår, derved bliver præcisioe for scearier af de avedte MLR-løsig bestemt. Hvor de edelige kalibrerigsfejl RMSCV aveder alle åree, på ær de afvigede, og beskriver derved det bedste bud på præcisioe for scearier for de kommede år. For e velbegrudet model vil disse tre fejlestimat være es. HORSENS INDERFJORD Forklarigsvariabelummer Periode Start Slut b-koefficiet (opridelige eheder/ autoskaleret) r / RMSECV RMSECV / RMSEP Afvigede År (udtaget fra model kalibrerig) Modelvurderig Resposvariabel: TP (µm),/,,/, 5 FV P 9 *,/, FV NAO,3 FV 3 Saliitet 3 * -, FV Vadtemperatur * *, Resposvariabel: DIP (µm) 3 7,/,,/, 9, FV P *,5/,9 FV vid ,57 FV 3 NAO 3 * -,33 FV Rad 5 3 7,3 Resposvariabel: TN (µm),5/3,3/,3 7,9 FV N,3/, FV NAO *, Resposvariabel: DIN (µm) 5,7/,7,7/,7 93,9 FV N,/,5 FV Vid 3 7 *,53 Resposvariabel: Kd (m - ),77/,,/, _ FV P 9 3,/,5 FV Vadtemperatur *,57 Resposvariabel: Kd (m - ) 7 9,/,,/, 5,9, FV N 9,/, FV 3 * -,5 FV 3 Vadtemperatur 7 9,7 FV Saliitet 9 7 9, FV 5 Vid 3 * -, Resposvariabel: Chl (mg C m - ),/,,/,9 5, 9 og FV P *,9/,7 FV Vid3 75,5 FV 3 NAO * -, FV 9 7* -,3 Resposvariabel: Chl (mg C m - ) me er afvigede Me afvigede

31 Tabel.. Opsummerig af koefficieter for MLR-modeller for Horses Yderfjord. Se i øvrigt tabel.. HORSENS YDERFJORD Forklarigsvariabelummer Periode Start Slut b-koefficiet (opridelige eheder/ autoskaleret) r / RMSECV RMSECV / RMSEP Resposvariabel: TP (µm),7/,,/, _ FV P 9*,7/, FV Vadtemperatur 5*,3 FV 3 NAO,5 Resposvariabel: DIP (µm) 3 7,5/,,/, _ FV P *,3/,5 FV vid 3 7 7,7 FV 3 NAO 3 * -,7 Resposvariabel: TN (µm),9/,7/3,5 _ FV N,99/, FV Vid 3 ',5 FV 3 iitet 35 * * -, Resposvariabel: DIN (µm) 5,/,,/,3 FV N 5,/, FV Vid , Resposvariabel: Kd (m - ),/,,/, _ FV P 7 *,/, FV Vadtemperatur *,7 FV 3 NAO 3 3 -,55 Resposvariabel: Kd (m - ) 7 9,7/, 5 FV N 3 9,/,5 FV Vadtemperatur /,5 FV 3 NAO * 9 /,7 Resposvariabel: Chl (mg C m - ) Resposvariabel: Chl (mg C m - ) Afvigede år (udtaget fra model kalibrerig) Modelvurderig + + me afvigede Modelleres eve til at forudsige de validerigsår (markeret med grøt i Figur.) er god, idet disse år ligger fordelt på begge sider af : lije. Validerigsåree har som forvetet ret lave værdier, idet de er de fire sidste år i e tidsserie med aftagede værdier. Modelresidualeres fordelig over åree for Iderfjorde viser overvejede positive residualer mellem 9 og 997 og egative residualer fra 99 til. For Yderfjorde ses e tedes til det samme møster. Dette ka idikere, at der går omkrig år fra fosfortilførslere reduceres omkrig 9, og til der ige er ligevægt mellem TP-kocetratioe og de ekstere og itere kilder af fosfor. Uorgaisk fosfor (DIP) Udviklige i kocetratioere af uorgaisk fosfor fra marts til juli (DIP) i udersøgelsesperiode er meget es for de to dele af fjorde. Ligesom for TP s vedkommede er der sket et fald i kocetratioere i periode, og omkrig 997 falder iveauet på ca., µm i hele fjorde. Kocetratioere er geerelt omkrig, µm højere i Iderfjorde ed i Yderfjorde. (Figur.3). 9

32 Ligesom for TP ka e betydelig del af år til år variatioe beskrives vha. P-tilførsle for Iderfjordes vedkommede er ligigskoefficiete,9 og for Yderfjorde,5 ved e model med hhv. og 3 forklarigsvariable (Figur.). Derudover har Ider- og Yderfjorde NAOideks og vid 3 til fælles som forklarigsvariable; for Yderfjordes vedkommede vægtes vid 3 imidlertid tugere ed P-tilførsle. De ekelte observatioer har e god fordelig omkrig :-lije for observerede versus estimerede værdier. De fire validerigsår ligger pæt bladt de øvrige observatioer, og ige af dem afviger ekstremt fra :-lije. Dette idikerer, at modellere fugerer godt, dvs. at de også er i stad til at beskrive DIP- kocetratioere for de år, der ikke idgår i kalibrerige. Validerigsåree hører alle til i de lave ede af DIP-spektret. For både Ider- og Yderfjordes vedkommede er der e positiv effekt af vidpåvirkige og e egativ effekt af NAO. I Iderfjorde er der desude e positiv effekt af idstrålige (). Der er ige systematiske møstre i residualere over åree, hvilket står i modsætig til resultatere for TP. For Yderfjorde er der 5 år, som har tydeligt positive residualer: 99, 993, 99, og. For Iderfjorde ses det samme møster på ær for. Positive residualer betyder, at de observerede værdier er højere ed forvetet. E mulig forklarig ka være, at aaerobe forhold i sedimetet fører til frigivelse af fosfor til de overliggede vadsøjle i år med lave iltkocetratioer. Figur.. Årsmidler af TPkocetratioere for udersøgelsesperiode - i Horses Ider- og Yderfjord Horses Iderfjord, TP - (μm) 3,5, Horses Yderfjord, TP - (μm),,,,,

33 Figur.7. Valgte modeller for TPkocetratioe i Horses Iderog Yderfjord for periode jauar til december. Modelle for Iderfjorde bygger på variablee: P-tilførsel, NAO, iitet og vadtemperatur. Afvigede år:. Modelle for Yderfjorde bygger på variablee: P-tilførsel, NAO og vadtemperatur. Der er ige afvigede år. De to modeller har P-tilførsel, NAO og vadtemperatur til fælles som forklarigsvariable. De er begge rimeligt troværdige med e middel RMSECV på,, e r værdi omkrig,9 og e b-koefficiet for P-tilførsel på hhv., og,. For både Ider- og Yderfjorde var variabeludvælgelse etydig og objektiv. Validerig mht. forudsigelse af de sidste fire år gav e RMSEP i samme størrelsesorde som de tilsvarede RMSECV og RMSECV. Modelestimat, TP - (μm) Modelestimat, TP - (μm) 3,5,5,,,, ,5,5 3 Horses Iderfjord, observeret værdi, TP - (μm) , 99,,,,, Horses Yderfjord, observeret værdi, TP - (μm) 3

34 Figur.. Middelværdier for marts til juli af DIP- kocetratioere i Horses Ider- og Yderfjord for udersøgelsesperiode (-). Afvigede år, Iderfjorde: 99 og. Horses Iderfjord, DIP 3-7 (μm),7,,5,,3,, ,5 Horses Yderfjord, DIP 3-7 (μm),,35,3,5,,5, Figur.9. Udvalgte modeller for DIP-kocetratioere i Horses Ider- og Yderfjord for periode marts til juli. Modelle for Iderfjorde bygger på variablee: P-tilførsel, vid 3, NAO og. Afvigede år: 99 og Modelle for Yderfjorde bygger på variablee: P-tilførsel, vid 3, NAO og. Ige afvigede år. Begge modeller er rimeligt troværdige med e RMSECV på, for begge modeller, e r på, hhv.,5, og e ligigskoefficiet ("b-koefficiet") for fosforbelastige på,9 hhv.,5. For begge fjorde var variabeludvælgelse etydig og objektiv. Validerig mht. forudsigelse af de sidste fire år gav e RMSEP i samme størrelsesorde som de tilsvarede RMSECV og RMSECV. Modelestimat, DIP 3-7 (μm) Modelestimat, DIP 3-7 (μm),7,,5,,3,,5,,35,3,5, ,,3,,5,,7 Horses Iderfjord, observeret værdi, DIP 3-7 (μm) ,5 999,,,5,,5,3,35,,5 Horses Yderfjord, observeret værdi, DIP 3-7 (μm) 3

35 .3. Kvælstofkocetratioer Total kvælstof De årlige middelkocetratio af total kvælstof (TN) i Horses Iderog Yderfjord udviser e stigede tedes fra til 99 og derefter et geerelt højt iveau frem til 99, hvorefter kocetratioe har været faldede (Figur.). TN-iveauet i Iderfjorde ligger omkrig µm højere ed i Yderfjorde. Variatioe fra år til år er for det meste parallel i begge dele af fjorde. For hele fjorde gælder, at der i modellere idgår e positiv koefficiet for tilført N, og at kvælstoftilførsle objektivt set er de mest betydede forklarigsvariabel. For Iderfjorde er der desude e positiv koefficiet for NAO-ideks, og for Yderfjorde er vid 3 (positiv koefficiet) valgt som de ade forklarigsvariabel og iitete (egativ koefficiet) som de tredje forklarigsvariabel. Koefficiete for N-tilførsel er æste es for de to dele af fjorde; heholdsvis, og,. I figure er validerigsåree (= de sidste fire år i periode) vist med grø skrift. For begge modellers vedkommede ligger disse fire år tæt på :-lije dog er 5 lettere afvigede med lavere kocetratioer af TN ed forvetet. Validerigsåree ligger alle placeret i de lave ede af spektret for de observerede TN-kocetratioer pga. de geerelt faldede tedes for TN-kocetratioe. Figur.. Årsmidler af TNkocetratioere i Horses Ider- og Yderfjord for udersøgelsesperiode -. Horses Iderfjord, TN - (μm) Horses Yderfjord, TN - (μm)