Die Wechselwirkungen von solaren Strahlungsflüssen und biologischen Prozessen haben fundamentale Auswirkungen auf physikalische Prozesse, Verfügbarkeit von Nährstoffen und Primärproduktion in den oberen Ozeanschichten, sowie den Austausch von Gasen mit der atmosphärischen Grenzschicht. Durch die Absorption solarer Strahlung tragen optisch aktive Wasserinhaltsstoffe zur Erwärmung der oberflächennahen Ozeanschichten bei und beeinflussen so über die Temperaturabhängigkeit der Stoffwechselraten von marinem Phytoplankton Primärproduktion und Export von Biomasse. Aufgrund der im Vergleich mit dem offenen Ozean stärker variablen Konzentrationen von anorganischen Schwebstoffen und CDOM (coloured dissolved organic matter, im Folgenden als Gelbstoff bezeichnet) ist die Zusammensetzung der Wasserinhaltsstoffe in Küstengewässern und Schelfmeeren oftmals durch eine hohe Heterogenität gekennzeichnet. Die Bildung von Gelbstoff und Änderungen in dessen Zusammensetzung aufgrund nicht-konservativer Prozesse hängen dabei in hohem Maße von der Lichtverfügbarkeit, weiterer Umweltbedingungen sowie der Zusammensetzung des Phytoplanktons ab. Darüber hinaus haben heterogene Verteilungen von Phytoplanktonpigmenten und anderen Wasserinhaltsstoffen Auswirkungen auf sub-mesoskalige vertikale Mischungsprozesse und advektive Flüsse, und damit auch auf Wassertemperatur und dichte, sowie das oberflächennahe Nährstoffangebot. Ein gutes Verständnis der Energieflüsse an der Ozeanoberfläche und in den oberen Ozeanschichten sowie deren Auswirkungen auf den Wärmehaushalt in Küstengewässern und Schelfmeeren ist von großer Bedeutung für die Modellierung des regionalen ozeanischen Klimas. Das vorgeschlagene Projekt hat zum Ziel, den Beitrag von optisch aktiven Wasserinhaltsstoffen (einschließlich Phytoplankton, Gelbstoff und anorganischen Schwebstoffen) zu den Energieflüssen in den oberen Ozeanschichten und durch die Ozeanoberfläche hindurch zu quantifizieren. Es soll untersucht werden, inwieweit die heterogene Verteilung von Wasserinhaltsstoffen die sub-mesoskaligen vertikalen turbulenten Austauschvorgänge und advektiven Flüsse beeinflusst, und inwieweit die Lichtattenuation durch Gelbstoff Auswirkungen auf die Zusammensetzung des Phytoplanktons hat. Zu diesem Zweck soll ein gekoppeltes Atmosphäre Ozean Zirkulationsmodell mit integriertem bio-optischem Modul synchron mit einem Atmosphäre Ozean Strahlungstransportmodell betrieben werden, so dass Erwärmungsraten aufgrund hochvariabler Konzentrationen von optisch aktiven Inhaltsstoffen mit hoher Genauigkeit berechnet, und so deren Auswirkungen auf die biophysikalischen Prozesse im Ozean analysiert werden können.
Ziel dieses Projektvorhabens ist es, einen Einblick in die räumliche und zeitliche Variabilität des Auftretens von Meereisrinnen im Antarktischen Meereis während der Wintermonate zu erhalten. Meereis-Rinnen zeichnen sich dadurch aus, dass es in ihrem Einflussbereich zu einem starken Austausch von Wärme, Feuchte und Impuls zwischen dem relativ warmen Ozean und der kalten Atmosphäre kommt. In Meereis-Rinnen bildet sich demnach neues, dünnes Eis und trägt damit zur Meereis-Massenbilanz bei. Wir beabsichtigen auf einer Methode aufzubauen, die entwickelt wurde, um Eisrinnen in der Arktis automatisch aus Thermal-Infrarot Satellitendaten zu identifizieren. Diese Methode muss für eine Anwendung auf Satellitendaten der Antarktis neu implementiert und erweitert werden. In diesem Rahmen gilt es auch, hemisphärische Besonderheiten in den Meereiseigenschaften und atmosphärischen Einflüssen zu berücksichtigen. Darum werden Anpassungen im ursprünglichen Algorithmus mit Hilfe detaillierter Fallstudien vorzunehmen sein. Als Ergebnis erwarten wir umfangreiche Erkenntnisse darüber, wann und wo Meereis-Rinnen gehäuft in der Antarktis auftreten, und wie diese Auftrittsmuster durch atmosphärische und ozeanische Antriebe gesteuert werden.
Der Weddellwirbel transportiert Wärme zu den Schelfeisen der Antarktis und reguliert die Dichte der Wassermassen, die den untersten Ast der globalen Umwälzzirkulation versorgen. Er stellt somit einen fundmentalen Bestandteil des globalen Klimasystems dar. Jedoch ist sehr wenig darüber bekannt, wie der Weddellwirbel auf langfristige Änderungen des atmosphärischen Antriebs reagieren wird. Der Auftrieb stellt eine wichtige Komponente im Klimasystem dar, da er Quellwassermassen durch Wärmeverluste und durch von Eisschmelze hervorgerufene Süßwassereinträge modifiziert. Während die beobachteten positiven Langzeittrends von Nährstoffkonzentrationen und Salzgehalten auf einen verstärkten Auftrieb hindeuten, könnte die im gleichen Zeitraum beobachtete Reduktion der Aufnahme von anthropogenem Kohlenstoff auf einen verringerten Auftrieb schließen lassen. Zusätzlich zum Auftrieb ist auch die Rolle der turbulenten wirbelbedingten Diffusion von Wärme kaum verstanden, aber möglicherweise von großer Bedeutung. Sie könnte einen wichtigen Mechanismus darstellen, um Wärme vom südlichen Ast des Weddellwirbels sowohl hin zum Zentrum maximaler Auftriebs zu befördern, als auch zu den Schelfeisen der Antarktis, wo die Wärme deren Abschmelzen und somit auch den Meeresspiegelanstieg vorantreiben könnte.Meine Vorarbeiten zeigen, dass Maud Rise eine wichtige Rolle für den Wärmehaushalt des Weddellwirbels spielt, dass aber gleichzeitig die kritischen Prozesse lokal bislang kaum in Feldstudien aufgelöst worden sind. Die Erforschung der Bedeutung von Maud Rise bezüglich des Wärmehaushalts ist von aktueller Bedeutung, da die Weddell-Polynya in 2017 nach vier Dekaden der Abwesenheit direkt über Maud Rise zurückgekehrt ist.Das Ziel von WedUP ist es, die langzeitlichen, großräumigen Änderungen der Zirkulation und des Auftriebs im Weddellwirbel zu bestimmen und deren Auswirkungen auf den Wärmehaushalt des Ozeans zu erforschen. Verbesserte Abschätzungen der räumlich und saisonal schwankenden Eddy-Diffusion sollen Analysen zum Beitrag von wirbelbedingten Wärmetransporten sowohl vom Zentrum des Weddellwirbels als auch zu den Schelfeisen ermöglichen. Abschließend soll eine Fallstudie basierend auf den zuvor erfolgten Auswertungen mit dem Ziel durchgeführt werden, die Rolle des Ozeans für das Auftreten der Weddell-Polynya in 2017 zu erforschen. WedUP wird den umfangreichen Datensatz des Argo-Float Observatoriums nutzen, das eine Abdeckung des Weddellwirbels seit 2002 zu allen Jahreszeiten und auch in von Meereis bedeckten Gebieten gewährleistet. Diese Daten sollen mit seehundgebundenen, schiffsgebundenen, und verankerungsgebundenen Messungen kombiniert werden, um die raumzeitlichen Änderungen des Salzgehalts und der Schichtung in Oberflächennähe zu erfassen. Die Erfassung von Langzeittrends in den Nährstoffkonzentrationen, oberflächennahen Salzgehalten und Radionukliden soll mich in die Lage versetzen, Änderungen der Rate des Auftriebs im Inneren des Weddellwirbels zu bestimmen.
The Southern Ocean regulates the global climate by controlling heat and carbon exchanges between the atmosphere and the ocean. It is responsible for about 60-90% of the excess heat (i.e. associated with anthropogenic climate change) absorbed by the World Oceans each year, and is also recognised to largely control decadal scale variability of Earth carbon budget, with key implications for decision makers and regular global stocktake agreed as part of the Paris agreement. Despite such pivotal climate importance, its representation in global climate model represents one of the main weaknesses of climate simulation and projection because too little is known about the underlying processes. Limitations come both from the lack of observations in this extreme environment and its inherent sensitivity to intermittent small-scale processes that are not captured in current Earth system models. The overall objective of SO-CHIC is to understand and quantify variability of heat and carbon budgets in the Southern Ocean through an investigation of the key processes controlling exchanges between the atmosphere, ocean and sea ice using a combination of observational and modelling approaches. SO-CHIC considers the Atlantic sector of the Southern Ocean as a natural laboratory both because of its worldwide importance in water-mass formation and because of the strong European presence in this sector already established at national levels, which allow to best leverage existing expertise, infrastructure, and observation network, around one single coordinated overall objective. SO-CHIC also takes the opportunity of the recent re-appearance of the Atlantic Sector Weddell Polynya to unveil its dynamics and global impact on heat and carbon cycles. A combination of dedicated observation, existing decades-long time-series, and state-of-the-art modelling will be used to address specific objectives on key processes, as well as their impact and feedback on the large-scale atmosphere-ocean system.
Neben der globale Temperatur ist der Meeresspiegel eine maßgebliche Kenngröße für das Klima der Erde und seinen Wandel. Ein Anstieg des Meeresspiegels hat vielfältige Folgen für die Gesellschaft. Deshalb streben wir eine datengestützte Analyse der verschiedenen Ursachen von Meeresspiegelschwankungen an, um so eine wichtige Grundlage für Wissenschaft und politische Entscheidungen zu liefern. In diesem Projekt konzentrieren wir uns auf Änderungen der Ozeanmasse, die direkt proportional zum Ozeanbodendruck ist.Räumliche Variationen des Ozeanbodendrucks, die auf Zeitskalen von Monaten bis Jahrzehnten auftreten, können sowohl aus windinduzierter Variabilität wie auch aus baroklinen Prozessen resultieren, ihr Entstehen ist aber bis heute nicht vollständig verstanden. Viele Prozesse im tiefen Ozean lassen sich aber nur erklären wenn nicht nur die Meeresoberflächenhöhe (aus Radarsatellitenmessungen) und die thermisch bedingte oder aus Salinitätsänderungen resultierende Variabilität der oberen Ozeanschichten (z.B. mit Hilfe von ARGO-Messungen) erfasst werden, sondern auch der Bodendruck. So kann eine Erwärmung des tiefen Ozeans, die in vielen Studien für eine Verlangsamung der globalen Erwärmung verantwortlich gemacht wird, nur erklärt werden wenn alle diese Elemente betrachtet werden. Die GRACE-Satellitenmission hat wesentliche neue Erkenntnisse zu ozeanischen Massenvariationen beigetragen, wird aber nur noch wenige Daten liefern. Basierend auf Ergebnissen der vorangegangenen Förderperiode, soll in CONTIM-2 Expertise zur präzisen Bahnbestimmung von SWARM, CHAMP und sonstige Erdsatelliten, zur Modellierung des zeitvariablen Schwerefeldes und zur gemeinsamen Inversion verschiedenartiger Daten, sowie zur physikalischen Modellierung der Ozeane kombiniert werden, um eine konsistente Zeitreihe von Ozeanmassenvariationen über den GRACE-Zeitraum hinaus zu erzeugen und einen Anschluss an die GRACE-FO Mission zu gewährleisten. Dabei wird die präzise Bahnbestimmung für niedrigfliegende Satelliten, insbesondere SWARM, mit Hilfe von GPS-Empfängern unter schwierigen ionosphärischen Bedingungen eine Rolle spielen. Damit wollen wir einen wichtigen Beitrag zum Verständnis von Ozeanvariabilität, Meeresspiegel und Erwärmung der Meere schaffen.
Durch ihre Rolle bei der Umverteilung von Salz, Wärme, Nährstoffen und Kohlenstoff, stellen sie Ozeane eine Hauptkomponente im Klimasystem unseres Planeten dar. Um realistische Voraussagen über die Reaktionen des Klimasystems auf Störungen machen zu können, ist es notwendig die Dynamik der Ozeanzirkulation zu verstehen und zu bestimmen. Ein Ansatzpunkt der modernen Forschung ist es daher, das Verhalten und die Rückkopplungseffekte der Ozeane unter den verschiedenen klimatischen Bedingungen der Vergangenheit zu untersuchen. Aufgrund der mangelnden Kenntnis der quantitativen Transportprozesse ist es jedoch noch immer nicht gelungen durch Modelle die Klimaschwankungen der Vergangenheit oder der Zukunft verlässlich zu simulieren. Es gibt zwar deutliche Hinweise auf eine wiederkehrende Umstrukturierung der Ozeandynamik in der variablen Klimageschichte des letzten glazialen Zyklus, eine übereinstimmende, belastbare und vor allem quantitative Rekonstruktion der Ozeanzirkulation existiert aber nicht. Das Hauptziel dieses Projektes ist es, für die dominierenden Wassermassen der Ozeane, die Zirkulationsrate quantitative zu bestimmen. Dies soll anhand von Messungen an marinen Sedimenten aus einer Vielzahl von Lokationen durchgeführt werden und insbesondere dramatische Klimaübergänge der Vergangenheit abdecken, wie z.B. Heinrich-Ereignisse, das letzte Glaziale Maximum, Dansgaard-Oeschger Ereignisse und die letzte Glaziale Termination. Dies soll erreicht werden durch den kombinierten Einsatz dreier voneinander unabhängiger Zirkulations-Proxies, die nicht durch den globalen Kohlenstoffkreislauf beeinflusst werden, in Verbindung mit inverser Modellierung. Die Messungen (zurück bis 30 ka) werden jeweils am selben Probenmaterial durchgeführt, was jegliche chronologischen oder stratigraphischen Probleme bei der Interpretation der Resultate umgeht. Während die Messungen des 231Pa/230Th-Proxys die Advektion in der gesamten Wassersäule wiedergibt, zeichnet der sortable-silt-Proxy die lokale Strömungsgeschwindigkeit an der Sedimentoberfläche nach. Ergänzend bieten Messungen von Neodym-Isotopen die Möglichkeit die Herkunft der jeweiligen Wassermasse zu bestimmen. Zunächst sollen hierzu die geochemischen Messmethoden substantiell verbessert werden, um eine umfassende Datenbasis dieser Zirkulations-Proxies zur Verfügung zu stellen. Durch das Zusammenführen der Daten und dem Abgleich zu Modellen unterschiedlicher Komplexität (Box-Modelle und gekoppelte komplexe Modellierung, Bern3D) soll diese Datenbasis zum ersten Mal umfassende und quantitative Rekonstruktionen der Ozeanzirkulation ermöglichen.
Understanding the evolution of the Antarctic ice-sheet, as a crucial component of Earth's climate system, is fundamental to assess and quantify changes in ocean circulation and intensity of Pacific equatorial upwelling since the initiation of Antarctic glaciation during the late Eocene (ca. 40 Ma). Our project aims at deciphering the mode, tempo, and amplitude of Oligocene glaciation events (glaciation vs. deglaciation) of the suggested 'one cold pole' world to decipher the dynamics of Oligocene climate and the impact on equatorial paleoproductivity at orbital to suborbital time-scales from the Central Eastern Pacific Ocean (CEPO). The main focus of the project will be on the environmental/climate end-member representatives, the mid Oligocene Oi-2b maximum glaciation event (ca. 27 Ma) and the weak late Oligocene Oi-2c glaciation event (ca. 24 Ma), using new material from IODP Expeditions 320/321 (Pacific Equatorial Age Transect). Methods will include a combined approach of benthic and planktic foraminifera oxygen and carbon isotopes and trace element geochemistry (Mg/Ca ratios) for reconstructing bottom water temperatures and for calculating ice volume and sea level changes, respectively. In addition, benthic foraminifera accumulation rates and the delta delta 13C of epi- and infaunal benthic foraminifera and delta delta 13C of benthic and planktic foraminifera will be used to assess the strength of the equatorial upwelling and the ocean stratification in the Pacific ocean, the largest water, heat, nutrients, and CO2 reservoir on Earth.
When and how the present interglacial will end remains an open question. With a relatively wellknown climate, the Last Interglacial (LIG) and following glacial inception can shed some light on the climate mechanisms leading to the establishment of a new ice age. Two key questions arise from the chain of climate events known to end the LIG: (1) Did the interglacial North Atlantic warmth, prolonged by an active thermohaline circulation (THC), favor or delay the growth of northern ice sheets? (2) Did reorganizations in South American moisture contribute to prolong the North Atlantic warmth by maintaining a salty North Atlantic and active THC at the end of the LIG, as suggested by tropical moisture feedbacks observed during glacial times? To address these questions, we propose here to combine new paleoclimate reconstructions with climate model experiments. First, we will reconstruct the detailed evolution of the South American rainbelt during the last glacial inception, by applying complementary proxies on a transect of marine sediment cores. Second, we will assess the impact of tropical hydrologic changes on tropical Atlantic sea surface salinities (SSS) and the Atlantic THC, by comparing tropical Atlantic SSS and deep-water properties with model sensitivity experiments where we will vary the tropical freshwater forcing. Finally, we will perform a transient climate/ice-sheet model run for the last glacial inception, and a sensitivity study, in which different ocean heat fluxes will be imposed to investigate the effect of prolonged North Atlantic warmth on ice sheet growth.
Die Studie kommt zu dem Ergebnis, dass der Süßwassergehalt des oberen Arktischen Ozeans seit den 1990er Jahren um etwa 20 Prozent zugenommen hat. Das entspricht einem Anstieg von ca. 8.400 Kubikkilometern und hat dieselbe Größenordnung wie die Menge an Süßwasser, die im Mittel jährlich aus diesem Meeresgebiet in flüssiger oder gefrorener Form exportiert wird. Der Gehalt an Süßwasser im oberflächennahen Arktischen Ozean steuert, ob Wärme vom Ozean an die Atmosphäre oder an Eis abgegeben wird. Er wirkt sich auch auf die globale Ozeanzirkulation aus. Etwa zehn Prozent der globalen Festlandsabflüsse münden über die sibirischen und nordamerikanischen Flüsse in die Arktis, dazu kommt relativ salzarmes Wasser aus dem Pazifik. Dieses Süßwasser legt sich als leichte Schicht auf die tieferen salzreichen Ozeanschichten und koppelt damit auch deren Wärme von Eis und Atmosphäre weitgehend ab. Veränderungen dieser Schicht sind daher wichtige Steuergrößen für den sensiblen Wärmehaushalt der Arktis. Es ist zu erwarten, dass die zusätzliche Süßwassermenge im oberflächennahen Arktischen Ozean in den kommenden Jahren in den Nordatlantik ausströmen wird. Die Menge des aus der Arktis strömenden Süßwassers beeinflusst die Tiefenwasserbildung in der Grönlandsee und der Labradorsee, und hat damit Auswirkungen auf die globale Umwälzzirkulation des Ozeans. Insgesamt über 5.000 gemessene Salzgehaltsprofile wurden ausgewertet. Um die Tiefenverteilung des Salzgehalts zu messen, wurden Sonden von Schiffen aus eingesetzt oder an großen Eisschollen angebracht, so dass die Daten während der Eisdrift aufgezeichnet wurden. Auch Messwerte von U-Booten gingen in die Analysen ein. Ein Großteil der Daten stammt aus Expeditionen während des Internationalen Polarjahres 2007/08.Die starken Veränderungen in den oberen Wasserschichten bestehen in erster Linie aus einer Abnahme des Salzgehalts. Ein weiterer aber geringerer Effekt ist, dass die salzarmen Schichten mächtiger sind als früher. Der Süßwassergehalt des Arktischen Ozeans kann durch vermehrte Meereis- oder Gletscherschmelze, Niederschläge, oder über Flusseinträge zunehmen. Ein geringerer Export von Süßwasser aus der Arktis - in Form von Meereis oder flüssig - führt ebenfalls dazu, dass der Süßwassergehalt steigt. Die Autoren der Studie nennen veränderten Export von Süßwasser und veränderte Einträge aus den küstennahen Bereichen Sibiriens in den zentralen Arktischen Ozean als wahrscheinlichste Gründe. Mit Hilfe des gekoppelten Ozean-Meereis-Modells NAOSIM wurden die beobachteten Vorgänge simuliert. Die Modellexperimente erlauben, längere Zeiträume zu untersuchen, also auch Zeiten abzubilden, für die keine Messdaten vorliegen. Das Modell liefert auch wichtige Einblicke in die Ursachen des an- und abschwellenden Süßwassergehaltes und zeigt die große Bedeutung des lokalen Windfeldes. Messungen und Modell zeigen darüber hinaus, dass die Veränderungen des arktischen Süßwassergehaltes weit größere Gebiete umfassen als bisher angenommen.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 23 |
| Wissenschaft | 22 |
| Type | Count |
|---|---|
| Daten und Messstellen | 1 |
| Förderprogramm | 23 |
| License | Count |
|---|---|
| Offen | 24 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 13 |
| Englisch | 19 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Archiv | 1 |
| Keine | 12 |
| Webseite | 11 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 22 |
| Lebewesen und Lebensräume | 23 |
| Luft | 22 |
| Mensch und Umwelt | 24 |
| Wasser | 23 |
| Weitere | 24 |