Ozeanzirkulation und Klimadynamik

Die Ozean-Atmosphären Wechselwirkung des Nordatlantiks und deren Auswirkungen auf den gesamten Nordatlantik

Welche Bedeutung hat die globale Ozeanzirkulation auf die langfristige Klimavariabilität auf die Nordatlantikregion? Vor mehr als 50 Jahren, vermutete Bjerknes, dass sich die Eigenschaften der großräumigen Ozean-Atmosphären Wechselwirkung in den mittleren Breiten des Nordatlantiks auf verschiedenen Zeitskalen unterscheiden: auf kurzen Zeitskalen (zwischenjährlich) bestimmt die Atmosphäre die Schwankungen der Meeresoberflächentemperaturen (sea surface temperatures: SSTs), auf längeren Zeitskalen (über mehrere Dekaden) bestimmt die Ozeandynamik die Meeresoberflächentemperaturen und damit möglicherweise auch die Schwankungen in der Atmosphäre. Dieser Zusammenhang wird auch durch Simulationen mit verschiedenen Klimamodellen gestützt, in denen die Atlantische Umwälzbewegung (Atlantic Meridional Overturning Circulation: AMOC) die Hauptursache für multi-dekadische Schwankungen der Meeresoberflächentemperaturen darstellt.

Der erste Teil der Bjerknes-Hypothese ist bisher gut untersucht, aber für den zweiten Teil der Hypothese fehlen noch längere Beobachtungsdaten zur Bestätigung; so bleibt das Verständnis der multidekadischen Schwankungen der Meeresoberflächentemperaturen im Atlantik (Atlantic Multidecadal Variability: AMV), bedingt durch die begrenzte Verfügbarkeit von Ozeandaten, weiterhin eine Herausforderung. Gleichwohl hat die AMV eine große sozio-ökonomische Bedeutung, da sie direkt mit wichtigen Klimaphänomenen, wie z.B. der Häufigkeit atlantischer Hurrikane und dem Niederschlag in der Sahelzone verbunden ist. Dies erschwert auch den Nachweis anthropogener Signale im Bereich des tropischen nördlichen Atlantiks.

Der unmittelbare Nachweis für den Einfluss des Ozeans auf die AMV kann nur mit Hilfe des Wärmetransports durch die Ozeanoberfläche, so zusagen als „Sprache des Ozeans“, gelingen.

Gulev et al. (2013) ist erstmals ein Nachweis mit Messungen für die mittleren Breiten des Nordatlantiks auf Zeitskalen von mehr als 10 Jahren gelungen: tatsächlich treiben die turbulenten Wärmeflüsse aus dem Ozean die Atmosphäre an. Sie konnten aber auch bestätigen, das auf kürzeren Zeitskalen die Verhältnisse zwischen Ozean und Atmosphäre umgekehrt sind, womit sie die Bjerknes Hypothese bestätigt haben.

Im Einklang mit dieser Vorstellung zeigt Klöwer et al. (2014) die bedeutende Rolle der AMOC für die Verbesserung der dekadischen Vorhersagbarkeit der Meeresoberflächentemperaturen im Nordatlantik. Die Untersuchungen von Gulev et al. (2013) und Klöwer et al. (2014) lassen vermuten, dass die Vorhersagbarkeit der Wechselwirkungen zwischen dem Ozean und der Atmosphäre in den mittleren Breiten des Nordatlantiks sich auch auf das Klima der angrenzenden Kontinente auswirken kann.

Martin et al. (2015) finden im Kieler Klimamodell (Kiel Climate Model: KCM), dass Schwankungen des südlichen Ozean im Bereich von Jahrhunderten das Klima im Bereich des Nordatlantiks über eine verzögerte Reaktion der AMOC beeinflussen. Der aus Modellen bestimmte Einfluss der hundertjährigen Schwankungen im südlichen Ozean auf den lokalen und den nordatlantischen Meeresspiegel ist dabei von ähnlicher Stärke, wie der mittlere globale Meeresspiegelanstieg während des 20. Jahrhunderts von etwa 15-20 cm. Dieses legt nahe, dass die interne Variabilität auf Zeitskalen von Jahrhunderten bei der Abschätzung der AMOC Intensität und der Meeresspiegeländerung des 20. und 21. Jahrhunderts nicht von vornherein vernachlässigt werden darf.

 

Publikationen:

  • Gulev, S. K., M. Latif, N. S. Keenlyside, and K. P. Koltermann (2013): North Atlantic Ocean Control on Surface Heat Flux at Multidecadal Timescales. Nature, 499, 464-467.
  • Klöwer, M., M. Latif, H. Ding, R. Greatbatch, and W. Park (2014): Atlantic Meridional Overturning Circulation and Prediction of North Atlantic Sea Surface Temperature. Earth Pl. Sci. Lett., 406, 1-6.
  • Martin, T., W. Park and M. Latif (2015): Southern Ocean Forcing of the North Atlantic at Multi-centennial Timescales in the Kiel Climate Model. Deep-Sea Research II, DOI: 10.1016/j.dsr2.2014.01.018.