Ozeanzirkulation und Klimadynamik

Mittelfristige Klima Prognosen (Miklip, Modul 3)

Verifizierung von Ensembles und Initialisierungsfeldern für dekadische Klimavorhersagen durch Ozeanische Beobachtungssysteme (OCEANOBS)

Zeitreihenbeobachtungen stellen seit vielen Jahren ein wichtiges Werkzeug in der ozeanographischen Forschung dar. Sie ermöglichen direkte Aussagen über die Variabilität in Schlüsselregionen, und sie können direkt genutzt werden, um die Initialisierung der ozeanischen Prognosemodelle einzugrenzen und die dekadischen Vorhersage-Systeme im "hindcast"-Modus zu überprüfen. Dies wurde deutlich im TAO / TRITON-System mit mehr als 40 Langzeit-Verankerungen nachgewiesen, die signifikant zur Vorhersagbarkeit des El Nino-Phänomens sowie des Verständnisses der dekadischen Variabilität im Pazifik beigetragen haben.
Auch im Nordatlantik gibt es derzeit eine Reihe von langfristigen Beobachtungssystemen (Abb. 1), die - zum großen Teil - durch unsere eigene Gruppe von Wissenschaftlern in Zusammenarbeit mit mehreren internationalen Partnern und dem weltweiten Argo Float System betrieben und analysiert werden. Diese Systeme sind sehr gut für die Überprüfung und Analyse der dekadische Vorhersage-Modelle geeignet, und einzelne Komponenten werden bereits jetzt für genau diesen Zweck verwendet. Allerdings sind die verfügbaren Daten noch nicht in ihrer ganzen Breite und Tiefe für die systematische Verifizierung der ozeanischen Vorhersageensembles benutzt worden.
Zur Qualitätsbeurteilung von Ensemble-Prognosen im Ozean schlagen wir daher eine konzertierte Analyse dieser Zeitreihenbeobachtungen vor. Diese Arbeiten erfolgen in enger Zusammenarbeit mit den MiKlip Modulen A und D, um einen optimierten und abgestimmten Vergleich zwischen Modellen und Beobachtungen zu ermöglichen.
Die Methodik erfordert die Entwicklung einer Reihe von raum- und zeitintegrierenden Klima-Indizes für verschiedene Regionen und Aspekte des Ozeans, und den Vergleich dieser mit Modellen. Diese Indizes decken eine Reihe ozeanischer Aspekte ab, wie Tiefenwassertransport, Änderungen im ozeanischen Wärmeinhalt in verschiedenen Schichten und Regionen, zonal integrierte Meridionaltransporte im Ozean und Veränderungen im regionalen Salzgehalt. Die Informationen werden auch im Zusammenhang mit der Untersuchung von Mechanismen dekadischer Variabilität (Modul B, Ziel B3) verwendet werden. In Bezug auf die regionalen Schwerpunkte wird sich die Analyse auf drei klima-relevante Regionen des Nordatlantiks konzentrieren:
   
R1)     die Konvektionsgebiete des subpolaren Nordatlantiks (Labrador See, Irminger See), um 

  •  die langfristigen Änderungen in Entstehung und Ausbreitung der Wassermassen zu dokumentieren, und
  • den Export dieser Wassermassen aus der Labrador See in das Innere des Ozeans zu quantifizieren. 

R2)     die beckenweit-integrierenden Meridionaltransporte bei 16°N (MOVE) und 26°N (RAPID) 

  •  zur quantitativen Abschätzung des Beitrags verschiedener Transportkomponenten zur Meridionalen Umwälzzirkulation (MOC), und  
  • zur Untersuchung der Auswirkungen der MOC-Änderungen auf die zeitliche Entwicklung grossskaliger Änderungen in der Oberflächentemperaturverteilung; 

R3)     die zonalen Transporte im oberflächennahen äquatorialen Atlantik, um  

  • die Versorgung der Auftriebszone im äquatorialen Atlantik durch Zustrom aus der Thermokline zu untersuchen, und   
  • den Zusamenhang zwischen den dominanten Moden  der Variabilität des tropischen Atlantiks (meridionale Gradienten der Oberflächentemperatur und Atlantischer El Nino) und der Variabilität der Zonalströmungen zu analysieren. 
Abb. 1: Karte der regionalen Schwerpunkte der beantragten OCEANOBS Ensemble Analyse. Grosse gelbe Punkte zeigen bestehende Zeitserienstationen; kleine gelbe Punkte repräsentieren ein Beispiel für die Verteilung von Argo Drifter Daten während eines Monats im Jahr 2008. Transportzeitserien sind entlang der magentafarbigen Linien verfügbar.
Abb. 2: Westlicher Randstrom vor Labrador (Position, siehe Abb. 1) gemittelt aus Schiffsbeobachtungen über 13 Jahre (links) und Grenzen zwischen den jeweiligen Wassermassen (als Isopyknen, schwarze Kurven). Rechts: Zeitserien der Strömungen im Kern des Randstroms über die letzten 13 Jahre, oberflächennah (200m), im Labrador See Wasser (1500m), im Nordöstlichen Atlantischen Tiefenwasser (2400m), und im Kern des Dänemarkstrassen-Overflow Wassers (DSOW) (2800m).

 

Beteiligte Wissenschaftler 
GEOMAR | Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel, Düsternbrooker Weg 20, 24105 Kiel
Fax: 0431-600-4102

 

Kontakt
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Dr. Johannes Karstensen +49 431 600-4156