Ozeanzirkulation und Klimadynamik

SFB 754 Teilprojekt A4: Trends und Variabilität von Sauerstoffinventar und -versorgung in Sauerstoffminimumzonen an den Osträndern der tropischen Ozeane

Das Ziel von Teilprojekt A4 ist es, sowohl ein besseres Verständnis dafür zu entwickeln, wie Sauerstoffminimumzonen (SMZs) durch die Ozeanzirkulation beeinflusst werden, als auch die zeitliche und räumliche Sauerstoffvariabilität zu charakterisieren und die physikalische Sauerstoffversorgung in SMZs zu quantifizieren. Teilprojekt A4 wird zum dynamischen Verständnis  der advektiven Ventilationspfade sowie zur Quantifizierung lateraler wirbelgetriebener Sauerstoffflüsse beitragen. Es basiert sowohl auf verschiedenen Beobachtungsplattformen wie Schiffsmessungen, kontinuierlichen Langzeitbeobachtungen mittels Verankerungen sowie einem temporären  Verankerungsfeld mit submesoskaliger Auflösung (in Kombination mit einem Tracerrelease- und einem Gleiterschwarmexperiment durchgeführt in A3) als auch auf Prozesssimulationen mit idealisierter Modellgeometrie und idealisiertem Modellantrieb. A4 wird einen für den gesamten SFB relevanten Referenzdatensatz von Sauerstoff- und Strömungsvariabilität im Tropischen Nord-Ost-Atlantik  liefern und zur Entwicklung neuer Parametrisierungen von Ventilationsprozessen beitragen, die weder in globalen Ozeanzirkulationsmodellen noch in globalen gekoppelten Ozean-Atmosphären-Zirkulationsmodellen aufgelöst werden.
Während der ersten Phase wurde gezeigt, dass meridional alternierende zonale Strombänder (latitudinally alternating zonal jets = LAZJ) über zonale Advektion einen signifikanten Beitrag zur Ventilation der Sauerstoffminimumzone im Tropischen Nord-Ost-Atlantik (ETNA SMZ ) liefern. Aus dem Vergleich von historischen hydrographischen Daten und aktuellen Daten aus Geschwindigkeit und Hydrographie wurde vermutet, dass langzeitliche Veränderungen in der Intensität der LAZJ zur Ausdehnung der ETNA SMZ in den vergangenen Dekaden beigetragen haben (Brandt et al., 2010). Einen weiteren wichtigen Ventilationsprozess stellen äquatoriale Deep Jets (EDJ) dar, die zur Sauerstoffversorgung im äquatorialen Atlantik auf mittlerer Tiefe  beitragen (Brandt et al., 2008; 2011).
Die Ziele für die zweite Phase sind, 1) unser Verständnis der dynamischen Prozesse im Ozean zu verbessern, die für die Erzeugung der LAZJ und EDJ verantwortlich sind und infolgedessen die Sauerstoffverteilung beeinflussen und 2) die Variabilität von Hydrographie und Strömung in der SMZ sowie damit verbundene laterale Sauerstoffflüsse (mit speziellem Fokus auf die Rolle mesoskaliger Prozesse) zu quantifizieren. Während das Beobachtungsprogramm auf den tropischen Nordatlantik ausgerichtet ist, ist das allgemeine Ziel der prozessorientierten Modellstudien, unser Verständnis der Ventilationspfade zu den SMZs der tropischen Ozeane und deren Variabilität zu verbessern.
Das erste Ziel soll mittels Kombination aus Prozesssimulationen und verschiedenen Beobachtungsplattformen (Schiffsmessungen, äquatoriale Langzeitverankerung) erreicht werden. Kernpunkte sind hierbei:

  • kontinuierliche Beobachtung des Strömungs- und Dichtefeldes am Äquator zur Charakterisierung der Eigenschaften intrasaisonaler Wellen und EDJ
        
  • Bestimmung des äquatorialen zonalen Sauerstoffflusses vom sauerstoffreichen westlichen Rand nach Osten (hervorgerufen durch die mittlere Strömung und die interannual variierenden EDJ) mittels Verankerungsmessungen und wiederholten Schiffsmessungen
      
  • Durchführung von idealisierten hochauflösenden Simulationen unter Verwendung einer für den tropischen Atlantik typischen Geometrie zur Analyse der Erzeugungsmechanismen sowohl der LAZJ als auch der EDJ; verschiedene Antriebsmechanismen, z.B. idealisierte intrasaisonale Wellen, tropische Instabilitätswellen, intrasaisonale Fluktuationen des Stromsystems am westlichen Rand, werden untersucht
     
  • Identifikation der realistischsten  numerischen Simulationen durch den Vergleich von Modellergebnissen mit bereits vorhandenen und während des Projekts gewonnenen Datensätzen
      
  • Entwicklung von Strategien zur Parametrisierung der Auswirkungen der LAZJ und EDJ auf die Ventilation der SMZs in Modellen wie globalen Ozean- und gekoppelten Ozean-Atmosphären-Zirkluationsmodellen, welche nicht in der Lage sind, diese Prozesse zu simulieren
Mittlere Zonalgeschwindigkeit (a,b) und gelöster Sauerstoff (c,d) entlang 23°W für die Perioden 1972-85 (a,c) und 1999-2008 (b,d). Deutlich erkennbar sind stärkere LAZJ, generell höhere Sauerstoffkonzentrationen sowie stärker ausgeprägte Sauerstoffmaxima, assoziiert mit ostwärtigen Strömungen, während der früheren Periode (Brandt et al., 2010).

Team:
Prof. Dr. P. Brandt
Prof. Dr. A. Körtzinger
Prof. Dr. R. Greatbatch
Dr. J. Hahn
Dipl.-Oz. S.-H. Didwischus
Dipl.-Phys. J.-D. Matthiessen

 

Weitere Informationen (engl.):

https://www.sfb754.de/home