Ozeanzirkulation und Klimadynamik

Teilprojekt 1 - Jahreszeitliche und räumliche Variabilitäten von ozeanographischen Fronten und Transportprozessen

Hintergrund

Die Verteilung und der Transport des Flusswassers auf den sibirischen Schelfen sind durch komplexe, bisher noch nicht vollständig verstandene Wechselwirkungen mit dem Meereis-Polynja-System und den Transportprozessen charakterisiert. Sie scheinen mit diesen in einem dynamischen Gleichgewicht zu stehen. Der Flusswasserausstrom der Lena und die damit verbundene Ausbildung von ozeanographischen Fronten zwischen dem Flusswasserausstrom und dem Schelfwasser der Laptewsee sind von wesentlicher Bedeutung für die Meereisbildung, hauptsächlich im Zeitraum von Oktober bis Dezember (Herbstpolynja). Außerdem sind sie für die Ausbreitung des Festeisgürtels und für die Lage der Großen Sibirischen Schelfpolynja in den darauf folgenden Monaten (Winter- und Frühjahrspolynja) relevant. Die Position der Großen Sibirischen Schelfpolynja wiederum beeinflusst die Hydrographie des Laptewsee-Schelfs im April/Mai durch die Neueisbildung und dem damit verbundenen Anstieg des Salzgehalts. Veränderungen im Flusswassereintrag aufgrund des globalen Klimawandels haben unmittelbare Auswirkungen auf dieses dynamische Gleichgewicht. Die Auswirkungen sind bisher allerdings weitgehend unbekannt. 

Ziele

Im Mittelpunkt steht die Untersuchung der komplexen Wechselwirkungen zwischen den hauptsächlich durch den frühsommerlichen und sommerlichen Flusswassereintrag bestimmten ozeanographischen Frontensystemen und dem Meereis-Polynja-System. Dazu sollen Zweijahresmessungen in der Wassersäule (Wärme, Salz, Strömungen und partikuläres Material) mit Meeresobservatorien sowie detaillierte Feldmessungen (Wärme, Salz, Strömungen, Partikuläres Material, biologische Produktivität) innerhalb der Polynja im Winter und während der eisfreien Periode durchgeführt werden. Ein Vergleich der Ergebnisse mit historischen Datensätzen zu meteorologischen Bedingungen, Meereisbedeckung, Flusswasser- und Schwebstoffausstrom der Lena soll Aufschluss über die Variabilität der Fronten- und Polynjasysteme geben, um erste Auswirkungen des Klimawandels aufzeigen zu können.Von besonderem Interesse sind dabei die Verschiebung der Jahreszeiten zu längeren Öffnungsperioden der Polynja sowie der früher eintretende Flussaufbruch der Lena. 

Design der Meeresobservatorien ANABAR und KHATANGA

Zwischenstand 2007

Während der Schiffsexpedition TRANSDRIFT XII zusammen mit den russischen Partnern wurden die zwei Meeresobservatorien ANABAR und KHATANGA im Bereich der ozeanographischen Front zwischen dem Flusswasserausstrom der Lena und dem Schelfwasser und in der Großen Sibirischen Schelfpolynja nördlich und nordöstlich des Lena-Deltas erfolgreich ausgebracht. Sie sollen zunächst für den Zeitraum eines Jahres die jahreszeitliche Variabilität von Transport- und Frontenprozessen aufzeichnen. Durch das Ausbringen der Meeresobservatorien in unterschiedlichen Wassertiefen (ANABAR: 32m; KHATANGA: 43m) können räumliche Variabilitäten innerhalb des ozeanographischen Frontensystem und des Polynjasystems erfasst werden (Stationsplan). 

Um die vertikale und horizontale Verteilung und Variabilität von Salzgehalt, Temperatur, Schwebstoffen und Plankton während der eisfreien Monate innerhalb des Arbeitsgebietes beim Aussetzen der Observatorien zu erfassen, sind während der Schiffsexpedition TRANSDRIFT XII in Zusammenarbeit mit den russischen Partnern detaillierte Feldmessungen vorgenommen worden. Dazu wurde erstmals ein engmaschiges Netz an Messungen innerhalb des ozeanographischen Frontensystems zwischen dem Flusswasser der Lena und dem Schelfwasser der Laptewsee im Bereich der Positionen der Meeresobservatorien durchgeführt. Erweiternd wurden Messungen auf dem inneren östlichen und dem äußeren Laptewsee-Schelf und in der westlichen Ostsibirischen See vorgenommen. 

Durch die intensive Probennahme während der Schiffsexpedition TRANSDRIFT XII liegt ein umfassender Datensatz über die Verteilung der ozeanographischen Frontensysteme während der eisfreien Monate vor. Dieser bildet die Grundlage für die weitere prozessorientierte Untersuchung der Frontenprozesse und ihrer Auswirkung auf die Polynjaprozesse im folgenden Herbst, Winter und Frühling. Die Oberflächentemperaturen in der südlichen Laptewsee im Vergleich mit dem langjährigen Mittel im September 2007 waren bis zu 3° C wärmer (siehe Abbildung A). Die Dichtesprungschicht lag vergleichsweise flacher (13-17 m Tiefe; normal 15-20 m). Im äußeren Schelfbereich der östlichen Laptewsee wurden ebenfalls wärmere Oberflächentemperaturen (1-3° C wärmer) und niedrigere Salzgehalte (3-4 psu weniger) aufgezeichnet. 

Abbildung A: Temperaturverteilung entlang 126°E im September 2007 (oben), langjährig gemittelte Temperaturen im September (1932-2000; Mitte), Differenz zwischen den Werten für September 2007 und dem langjährigem Mittel (unten) (S. Kirillov)

Zwischenstand 2008

Während der helikoptergestützten Winterexpedition TRANSDRFIFT XIII wurden 5 Kurzzeitobservatorien ausgesetzt, die zusammen mit zusätzlichen Temperatur-, Salzgehalts-, und Trübemessungen und ergänzenden Wasserproben neuartige Ergebnisse über die Transport- und Frontenprozesse liefern. Dadurch wird eine Überarbeitung der bisherigen Annahmen hinsichtlich der Änderung von Wassermasseneigenschaften und hinsichtlich des Sedimenttransports innerhalb der Polynja erforderlich. Erstmals konnte auch die Neuausbildung („frazil-ice formation“) in den Rücksstrahlungsdaten der akustischen Strömungsmesser nachgewiesen werden (siehe Abbildung B). 

Untersuchungen an historischen Datensätzen haben ergeben, dass die Variabilität der Meereisproduktion im Winter und der damit verbundene Anstieg des Salzgehalts in der Polynja durch die Variabilität des atmosphärischen Antriebs von Jahr zu Jahr stark beeinflusst werden. 

Während der Schiffsexpedition TRANSDRIFT XIV im Sommer 2008 wurden die zwei Meeresobservatorien ANABAR und KHATANGA erfolgreich geborgen, die während der Schiffsexpedition TRANSDRIFT XII im Sommer 2007 im Bereich der ozeanographischen Front zwischen dem Flusswasserausstrom der Lena und dem Schelfwasser und in der Großen Sibirischen Schelfpolynja nördlich und nordöstlich des Lena-Deltas ausgebracht worden waren. Sie wurden erneut mit zusätzlichen SCOUTS-Datenbojen zur Datenübertragung ausgebracht. Diese Meeresobservatorien werden dann, wenn sie im Sommer 2009 geborgen werden, den bestehenden einjährigen Datensatz erweitern, um so einen einmaligen Datensatz für den Zeitraum von zwei Jahren über die jahreszeitliche Variabilität von Transport- und Frontenprozessen und ihre räumliche Variabilitäten innerhalb des ozeanographischen Frontensystem und des Meereis-Polynja-Systems liefern. 

Abbildung B: 24-Tage Aufzeichnung des Kurzzeitobservatoriums M2 vom 10. April bis 5. Mai 2008: (a) Oberflächenwindgeschwindigkeit und -richtung, ermittelt mit GME, (b) ADCP Strömungsgeschwindigkeit und –richtung in 5,4 m Tiefe. Die stündlich gemittelten (c) Salzgehalte (psu) und (d) Tempertur (°C) in 4,5 m Tiefe, (e) ADCP Rückstrahlungsintensität (dB) in 5,4 m Tiefe, und (f) Differenz zwischen der aufgezeichneten Temperatur und der bei den vorherrschenden Salzgehalten ermittelten Gefriertemperaturen (Dmitrenko et al., submitted).

Kontakt

Projektleitung:

Dr. Heidemarie Kassens
Telefon: 0431 600-2850
Telefax: 0431 600-2961
e-mail: hkassens(at)geomar.de 


Sekretariat:

Dr. Karen Volkmann-Lark
Telefon: 0431 600-2851
Telefax: 0431 600-2961
e-mail: kvolkmann-lark(at)geomar.de


GEOMAR | Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel
Standort Ostufer
Wischhofstrasse 1-3
24148 Kiel

Projektvorstellung

Expeditionen

TRANSDRIFT XII
     (August & September 2007)

TRANSDRIFT XIII
     (April & Mai 2008)

TRANSDRIFT XIV
     (August & September 2008)

TRANSDRIFT XV
     (März & April 2009)

TRANSDRIFT XVI
     (August & September 2009)

TRANSDRIFT XVII
     (September & Oktober 2010)

TRANSDRIFT XVIII
     (März/April 2011, verschoben)

TRANSDRIFT XIX
     (August & September 2011)

TRANSDRIFT XX
     (geplant 19.03. - 23.04.2012)

Projektteam

Kooperation

Impressionen