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Sonderforschungsbereich Transregio 165 (SFB TRR): Wellen, Wolken, Wetter; Waves to Weather - A Transregional Collaborative Research Center, Teilprojekt C03: Multiskalige Dynamik und Vorhersagbarkeit von Medicanes und atlantischen subtropischen Zyklonen

Eine ensemblebasierte Multiskalenanalyse der Dynamik und Vorhersagbarkeit von Medicanes wird durchgeführt und mit Fällen tropischer Umwandlung von subtropischen Zyklonen im Nordatlantik verglichen. Die Analyse reicht von vorhergehende Rossbywellen bis zu Antriebsmechanismen für Konvektion auf der Mesoskala. Visualisierungsmethoden helfen dabei, die komplexen Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Prozessen und das damit verbundene Anwachsen der Vorhersageunsicherheit zu beleuchten. Die Auswertung von Ensembledaten erlaubt die Untersuchung von konsistenten Entwicklungen der relativ seltenen Medicanes.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1889: Regional Sea Level Change and Society (SeaLevel), Untersuchungen zur Reaktion von Meeresspiegel und Hydrographie in der Arktis auf Veränderungen des hydrologischen Regimes über borealen Einzugsgebieten

Der Süßwassereintrag in den Arktischen Ozean stellt einen wichtigen Antriebsmechanismus für regionale Meeresspiegeldynamik in der Arktis dar. Salzarmes Oberflächenwasser erzeugt und unterhält eine starke Schichtung im Arktischen Ozean. Diese Halokline schirmt größtenteils das kalte polare Oberflächenwasser und das Meereis von wärmerem Tiefenwasser atlantischen Ursprungs ab und verhindert so vertikale Wärmeflüsse. Veränderungen des Süßwassergehalts werden wahrscheinlich den regionalen Meeresspiegel direkt beeinflussen, aber ebenso wird eine modifizierte Ozeandynamik durch Massentransporte innerhalb der Arktis den Meeresspiegel verändern. Das hydrologische Regime des kontinentalen Abflusses unterliegt Schwankungen. Leider sind kontinuierliche Aufzeichnungen von kontinentalem Abfluss in den Arktischen Ozean zu selten, um wichtige wissenschaftliche Fragen über das Langzeitverhalten und die Entwicklung von arktischem Meeresspiegel und Klima zu bearbeiten. Neben in-situ Beobachtungen und hydrologischen Modellen eröffnen Satellitengravimetrie (GRACE) und Satellitenaltimetrie neue Möglichkeiten, die Hydrologie von großen Einzugsgebieten zu beobachten. Dies geschieht, im dem man mit diesen Fernerkundungsmethoden die Größe von Wasserspeichern in den Einzugsgebieten und Pegelstände entlang von Flüssen misst, die dann auf verschieden Arten in Abfluss umgerechnet werden können. Für Meereis-Ozeanmodelle bedeutet die Seltenheit von Abflussinformationen in der Arktis, dass der Jahresgang des Abflusses als stationär angenommen wird. In unserem Projekt werden wir diese Annahme aufheben und ein Meereis-Ozeanmodell benutzen, um den Einfluss von zeitlich variablem Abfluss auf die arktische Ozeanzirkulation und das Süßwasserbudget zu untersuchen. Das Hauptziel der Projektes ist es, die Reaktion von Meeresspiegel und Hydrographie in der Arktis auf Veränderungen des hydrologischen Regimes über borealen Einzugsgebieten abzuschätzen und zu quantifizieren. Die Projektziele tragen zur Strategie des Schwerpunktprogramms 1889 bei, indem 1)die Datensätze und Zeitreihen von hydrologischen Parametern über borealen Einzugsgebieten durch den Einsatz von geodätischen satellitengestützten Fernerkundungsmethoden (zeitliche auflösenden Gravimetrie, Satellitenaltimetrie) verbessert werden und lange und hochauflösende Zeitserien für alle großen Einzugsgebiete, die in den Arktische Ozean entleeren, erstellt werden. 2) Sensitivität von Meereis- und Ozeandynamik auf Veränderungen des Süßwasserantriebs (u.a. Abfluss) analysiert wird. 3) Modellergebnisse über Veränderungen des kontinentalen Abflusses verglichen werden mit seit 1990 beobachteter Variabilität von flüssigen Süßwassergehalt (und damit verbundenen sterischen Meeresspiegeländerungen) im Arktischen Ozean und im Nordatlantik. Nicht nur dienen diese Vergleiche der Modellbewertung, sondern sie unterstützen auch die Interpretation relativ seltener ozeangraphischer in-situ Beobachtungen.

DavisShip system (DShip) measurements in NetCDF format including weather station, thermosalinograph, ferrybox and navigation system gathered during Polarstern cruise PS147

The ship campaign PS147 (Atlantic Transit) with the German research vessel Polarstern took place from 12 March to 14 April 2025. The transit proceeded from Stanley, Falkland Islands, to Bremerhaven, Germany, with a stopover in Mindelo, Cape Verde, dividing the campaign into two sections, PS147/1 and PS147/2. During the voyage, several climate zones were crossed, including the Intertropical Convergence Zone (ITCZ). Here, we present data from the ship-integrated instruments within the DavisShip system (DShip), including meteorological parameters from the weather station as well as ship position and orientation from the navigation system. These data form part of a series of standardized datasets of atmospheric observations collected during the PS147 campaign.

Känozoische Entwicklung der Sedimentation im Gebiet des Orange Fächers, Südost Atlantik

Der Orange Fächer stellt ein Archiv der Entwicklung der Sedimentation des südlichen Kapbeckens dar, da er bereits in der frühen Öffnungsphase dieses Beckens angelegt wurde und seither Sedimente aus verschiedenen Quellen erhält. Dieses Gebiet dokumentiert die unterschiedlichen Ablagerungsumgebungen, z.B. Wechsel von Meeresspiegelhoch- zu -niedrigstand oder verschiedene Turbiditsysteme als Liefergebiet, deren Variation vielfach auf Änderungen im Klimasystem (Erwärmung/Abkühlung, Veränderung der Wind- und Strömungssysteme) zurückzuführen ist. Diese Zusammenhänge sind für das Känozoikum bisher weder räumlich erfasst noch verstanden. Von großer Bedeutung ist in diesem Zusammenhang die Auswirkung der beginnenden Vereisung der Antarktis, welche aber nur über die Darstellung der Unterschiede in der Sedimentation vor und seit Beginn der Vereisung aufzeigbar wird.1200 km hochauflösende reflexionsseismische Daten, die als Vorerkundung für ODP Leg 175 gewonnen wurden, bieten nun in Kombination mit den Ergebnissen der DSDP Leg 40 Sites 360 und 361 und ODP Leg 175 Sites 1085-1087 die Möglichkeit, detailliert die Sedimentverteilung für das Känozoikum im Bereich des Orange Fächers zu rekonstruieren und so eine Vorstellung über die Sedimentdynamik in diesem Gebiet zu entwickeln.

Schwerpunktprogramm (SPP) 527: Bereich Infrastruktur - International Ocean Discovery Program, Teilprojekt: Die Öffnung der Fram-Straße und ihr Einfluss auf Sedimenttransport, Klima und Ozeanzirkulation zwischen Arktis und Nordatlantik

Die Öffnung im frühen Neogen und anschließende Verbreiterung und Vertiefung der Fram-Straße, der einzigen Tiefenwasserverbindung zwischen Arktischem und Atlantischem Ozean, stellt ein grundlegendes tektonisches Ereignis dar, das weitreichende Konsequenzen fuer die globale Ozeanzirkulation und die Klimaentwicklung sowie fuer Sedimentationsprozesse in den angrenzenden Ozeanbecken und entlang der Kontinentalränder hatte. Die entstandenen Sedimentarchive erlauben es in der Kombination von seismischen Kartierungen mit stratigraphischen Untersuchungen an existierenden DSDP/ODP-Bohrkernen, Rueckschluesse auf die Entwicklungsgeschichte dieser tiefen Meeresstrasse auf tektonischen Zeitskalen (100.000-1.000.000 Jahre) zu ziehen. Die seismostratigraphische Untersuchung von sedimentären Strukturen anhand teilweise neu zu bearbeitender reflexionsseismischer Profile in der Fram-Straße und den Antragstellern neu zugänglich gemachter externer Daten von den angrenzenden bzw. konjugierten Kontinentalrändern von Grönland und Norwegen (Daten von BGR, NPD, GEUS) stellt somit wertvolle Informationen ueber die regionale tektonische, ozeanographische und klimatische Entwicklung bereit, u.a der Vereisungsgeschichte der nördlichen Hemisphäre. Unser Ziel ist es, aus den Reflexionsmustern und internen Sedimentstrukturen seismischer Profile auf die Ablagerungsmechanismen zu schließen, um damit wiederum tektonische Prozesse sowie Veränderungen der ozeanischen Zirkulation in der Fram-Straße zu rekonstruieren. Einen wesentlichen Beitrag dazu leisten veröffentlichte und geplante Überarbeitungen der Chronostratigraphie der DSDP/ODP-Bohrkerne der Lokationen 343, 642/643, 909, 910, 912 und 913, die eine Datierung der seismischen Grenzflächen (Reflektoren) und eine sedimentologische Charakterisierung der seismischen Einheiten ermöglichen.

Schwerpunktprogramm (SPP) 527: Bereich Infrastruktur - International Ocean Discovery Program, Teilprojekt: Bestimmung des 'endmembers' der Nd-Isotopie von nordatlantischem Tiefenwasser über den letzten glazialen Zyklus

Während des letzten Eiszeit-Zykluses wurde CO2 aus der Atmosphäre jahrtausendelang in den tiefen Ozeanen gebunden. Die ozeanische Wassermassenstruktur, die eine solche erhöhte Kohlenstoffspeicherung ermöglichte, ist jedoch weiterhin nicht bekannt. Inkonsistente Rekonstruktionsergebnisse sind größtenteils eine Folge der begrenzten. Insbesondere sind nur wenige Rekonstruktionen von Tiefenwassermassen-Struktur mittels des Neodym (Nd)-Isotopen-Proxys für die letzten 100.000 Jahren verfügbar. Als Selten Erden Elemente wird Nd nicht durch den biologischen Kreislauf beeinflusst, wodurch die Nd-Isotopenzusammensetzung des Meerwassers benutzt werden kann, um Änderungen des Kohlenstoffkreislaufs von der Zirkulation in der Tiefsee getrennt betrachten. Aufgrund des Unterschieds der Nd-Isotopensignaturen zwischen Nord- und Südwasser mehrfach über signifikant unterschiedliche Wassermassenstrukturen des Atlantiks in der Vergangenheit berichtet. Kürzlich wurden jedoch Prozesse identifiziert, die unabhängig von der Herkunft der Wassermasse, die archivierten Nd-Isotopensignaturen (vor allem in Verbindung mit benthischen Nepheloid-Schichten) verändern können und somit die Interpretation als Wassermassen-Tracer in Frage stellen. Diese Prozesse könnten erhebliche Auswirkungen auf paläo-ozeanographische Rekonstruktionen haben, da die meisten Studien bislang Nd-Isotopien unter der Annahme unveränderlicher endmember interpretierten. Gegenwärtig existiert jedoch kein Datensatz aus dem Nordatlantik, der den nördlichen endmember ausreichend genau repräsentiert und dabei den gesamten Glazialen Zyklus abdeckt. Die hier vorgeschlagene Studie wird die etablierte Methodik über den Nd-Isotopen-Proxy an der Universität Heidelberg nutzen und zielt darauf ab, diese kritische Datenlücke zu schließen, indem ein nördlicher Nd-Isotopen-endmember von einem Sedimentkern über die letzten 100.000 Jahre definiert wird. Der IODP-Kern U1313 aus dem subpolare Nordatlantik ist hierfür besonders geeignet, denn er verfügt u.a. über eine ausreichend hohe Sedimentationsrate und liegt außerhalb des Einflusses von benthischen Nepheloid-Schichten oder vulkanischem Material.

Mean Deep Ocean volume-weighted stacks

Mean Deep Ocean stacked records weighted by ocean basin volume are also provided for: benthic δ18O, MDOT and δ18Oseawater and compiled from records described for the non-weighted stacks. The weighted stacks were created using basin weights defined using fixed deep ocean volume fractions following the volumetric approach of Lisiecki and Stern (2016) (see their Table S2), and renormalised to unity at each time step to reflect the ocean volume represented by the available records.

Atlantic, Pacific and Mean Deep Ocean temperature and δ¹⁸Oseawater stacks

Stacked deep-water (>2500m) deconvolved benthic Mg/Ca–δ18O records spanning the past 1.5 Myr for: the North Atlantic comprising IODP Site U1385 [Uvigerina peregrina and Globobulimina affinis] and DSDP Site 607 [Cibicidoides wuellerstorfi, Oridorsalis umbonatus, and Uvigerina spp.] (Sosdian and Rosenthal, 2009; Ford et al., 2016); the Pacific incorporating ODP Sites 1123 [Uvigerina spp.] (Elderfield et al., 2012) and Site 1208 [Uvigerina spp.] (Ford and Raymo, 2020); and, Mean Deep Oceans including all of the above plus ODP Site 1094 [Melonis pompilioides] (Hasenfratz et al., 2019). To investigate changes in abyssal ocean density stratification across the Middle Pleistocene Transition estimates of deep-water temperature and δ18Oseawater were generated with error propagation using PSU Solver in MATLAB (Thirumalai, Quinn and Marino, 2016). PSU Solver-derived δ18O, temperature and δ18Oseawater records for each site were interpolated on a 3 kyr interval and bootstrapped. Stacks were manually created by first identifying gaps in each site's original data and then averaging the means and errors across each age interval.

Multibeam bathymetry processed data (Atlas Hydrosweep DS 2 echo sounder entire dataset) of RV POLARSTERN during cruise ANT-XVIII/1 (PS58), Atlantic Ocean

Multibeam data were collected during RV Polarstern cruise ANT-XVIII/1 (2000-09-29 to 2000-10-23). Multibeam sonar system was Atlas Hydrographic Hydrosweep DS 2 multibeam echo sounder. Data are processed with Caris HIPS, including sound velocity correction by cross fan calibration, tidal correction with TPXO9_atlas_v5 (https://www.tpxo.net), and manual cleaning. The soundings are combined in daily files, the format is XYZ ASCII (<Lon> <Lat> <Depth in meters, positive up, relative to mean sea level>). Additional grids have been computed with depth dependent cell size to visualize the data. These grids are not meant for scientific analysis or navigation, but for overview purposes only.

Multibeam bathymetry processed data (Atlas Hydrosweep DS 3 echo sounder entire dataset) of RV POLARSTERN during cruise PS98, Atlantic Ocean

Multibeam data were collected during RV Polarstern cruise PS98 (2016-04-10 to 2016-05-11). Multibeam sonar system was Atlas Hydrographic Hydrosweep DS 3 multibeam echo sounder. Data are processed with Caris HIPS, including sound velocity correction with SV data from World Ocean Atlas 13 (https://doi.org/10.7289/v5f769gt), tidal correction with TPXO9_atlas_v5 (https://www.tpxo.net), and manual cleaning. The soundings are combined in daily files, the format is XYZ ASCII (<Lon> <Lat> <Depth in meters, positive up, relative to mean sea level>). Additional blockmedian grids have been computed with depth dependent cell size to visualize the data. These grids are not meant for scientific analysis or navigation, but for overview purposes only.

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