Dekadische Variabilität





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Dekadische Variabilität

   
 
 

der thermohalinen Zirkulation

 

stellt einen Beitrag zum Hamburger Ozean/CLIVAR-Projekt: "Der veränderliche Nordatlantik: Mechanismen der Zirkulationsveränderungen" dar.

Während der "Feldphase" des World Ocean Circulation Experiments (WOCE) von 1990 bis 1998 wurde ein weltweit einmaliger, qualitativ-hochwertiger hydrographischer Datensatz zusammengetragen, besonders für den nördlichen Nordatlantik. Beispielsweise sind mittlerweile neun Realisierungen des sogenannten "48°N"-Schnitts (WOCE/A2) entlang der Linie Englischer Kanal-Neufundlandbänke verfügbar. Sieben Aufnahmen wurden während WOCE gewonnen (seit 1998 als Beitrag zu GOOS ) und zwei in früheren Jahrzehnten, nämlich 1957 und 1982.

Erste Analysen der konsistenten Datensätze von Wiederholungen des hydrographischen Schnittes WOCE/A2 während der 90er Jahre zeigen bereits auf zwischenjährlichen Zeitskalen beträchtliche Schwankungen für die klimarelevanten Größen der ozeanischen Zirkulation, wie die advektiven Transporte von Wärme und Süßwasser. Mit einer Verzögerung von nur einem Jahr reagieren diese Transportgrößen fast linear auf Veränderungen des NAO-Index, der die NordAtlantische Oszillation (NAO) und damit niederfrequente atmosphärische Veränderungen über dem Nordatlantik, sehr gut beschreibt. Die Beträge der beiden früheren Reisen bestätigen dieses Verhalten (Lorbacher, 2000).

Der Nulldurchgang der z-Komponenten der Rotation des Windschubs (curl) verlagert sich meridional in Einklang mit der NAO, wodurch lange barokline Rossby-Wellen generiert werden. Diese stellen eine Senke potentieller Energie der großskaligen Ozeanzirkulation dar; die Superposition der Rossby-Wellen führt zu verstärkter mesoskaliger Variabilität. Entlang A2 manifestiert sich diese in der Entstehung und/oder Verlagerung von Mäandern des Nordatlantischen Stroms im zentralen Neufundlandbecken. Ein Jahr nach einem negativen NAO-Index (schwache Westwinde und eine südwärtige Verlagerung des Nulldurchgangs des curls) reduziert sich der Wärmetransport um 60%. "Dynamisch" scheint der Ozean entlang A2 empfindlicher auf die Abschwächung der Westwinde zu reagieren, als auf ihre Verstärkung.

Die Ausbreitung langer barokliner Rossby-Wellen - angetrieben im östlichen Nordatlantik durch die meridionale Verlagerung des Nulldurchgangs des curls - erklärt die räumliche Struktur der Variabilität des oberen Kilometers entlang A2 und den Phasenunterschied von einem Jahr zwischen Änderungen der NAO und der dynamischen Reaktion entlang A2, der Variabilität von Wärme- und Süßwassertransport. Im Bereich des Zwischenwassers nördlichen Ursprungs -  das LabradorSeeWassers (LSW) - lassen sich die Änderungen der Transportraten auf Änderungen der NAO mit einer zeitlichen Verzögerung von 3 bis 5 Jahren zurückführen. Mit der Hydrographie entlang 24.5°N (WOCE/A5) and 36°N (WOCE/A3)  zeichnet sich die dekadische Variabilität im Nordatlantik in einer bimodalen Struktur des vertikalen Profils der meridionalen Overturningzirkulation (MOC) ab: Eine einzelne meridionale Zelle, wie zu Beginn der 80er-Jahre (1982/83) mit einem verstärkten Transport des oberen Astes der MOC und des Tiefenwassers und einem reduzierten Transport des LSW. Ende der 50er-Jahre (1957/59) und zu Beginn der 90er-Jahre (1992/1993) bilden sich zwei meridionale Zellen aus durch eine starke Reduktion des Transports des oberen Astes der MOC und des Tiefenwassers und durch eine deutliche Zunahme des LSW-Transports (Koltermann et al., 1999). Den Wechsel zwischen den beiden Moden nur einem Kontrollmechanismus zuzuordnen ist schwierig, da die Variabilität der tieferen Schichten  mit der Distanz zu ihren Entstehungsregionen gekoppelt ist; als Funktion der Tiefe spiegeln die zwei Moden  eine Variabilität wieder mit unterschiedlichen Phasenunterschieden zu derjenigen des atmospharischen Antriebs.

Diese Ergebnisse werfen neue Fragen auf: Ist die lineare Korrelation zwischen dem atmosphärischen Antrieb und der beobachteten Variabilität des ozeanischen Wärme- und Süßwassertransports statistisch signifikant und lassen sich die Transportgrößen somit als ozeanische Indizes zur Vorhersage von Klimavariationen im (gesamten?) Nordatlantik nutzen? Die beobachtete Variabilität der Temperatur scheint eher adiabatisch als klimatischen Ursprungs zu sein. Verstehen wir die Kontrollmechanismen der ozeanischen Variabilität auf verschiedenen Zeitskalen ist eine Aussage darüber möglich, ob die beobachteten Änderungen auf mesoskalige Variationen zurückgehen, die einem dekadischen Trend überlagert sind, der in dem geänderten vertikalen Profil der MOC deutlich wird. Zur eindeutigen Identifizierung der Mechanismen der beobachteten niederfrequenten Variabilität im Nordatlantik wird innerhalb von CLIVAR die Synthese der beobachteten Ergebnisse, die mit "klassischen" ozeanographischen Methoden gewonnen wurden, und derjenigen zeitlich und räumlich hochauflösender Assimilations- und numerischer Modelle angestrebt - in enger Zusammenarbeit mit den Modelliergruppen:

High-resolution Atlantic circulation modeling C. Böning (IfM Kiel)

Reconstruction of the Atlantic circulation 1990-1998 J. Schröter, D. Olbers (AWI Bremerhaven)



oben: Winter (DJF) NAO-Index von Löwe und Koslowski [1998] und (schwarze Kurve) deren 5jähriges gleitendes Mittel. Transporte für den WOCE-Schnitt A2 (rot: Wärme, grün: Süßwasser und blau: meridionale Overturningrate). (gelbe Kurve) Geographische Breite des Nulldurchgangs des zonal-integrierten (zwischen 30°-40°W) curl im Winter (DJF).

unten: Korrelation zwischen dem Wärmetransport und der meridionalen Overturningrate und zwischen der Overturningrate und dem NAO-Index mit einem Phasenunterschied von einem Jahr; Erklärte Varianzen der Korrelation zwischen dem NAO-Index und den Transportraten mit verschiedenen Phasenunterschieden.

 

 
 © 2017 Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie Aktualisiert am: 09.08.2011 14:03:44  
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