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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)
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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.
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