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Zeitliche Variabilität von internen Wellen und vertikaler Vermischung im Nordatlantik

Das Ziel dieses Projektes ist die Untersuchung der zeitlichen Variabilität in der Energie von internen Wellen und der Stärke von vertikaler Vermischung in Abhängigkeit des Nordatlantikstroms und dem damit verbundenen Wirbelfeld. Hierfür werden 5-6 Jahre von Strömungsmesserdaten und Temperatur/Leitfähigkeitsmessungen von drei Verankerungen entlang eines Schnittes westlich des Mittelatlantischen Rückens (MAR) sowie LADCP/CTD Daten von fünf Schifffahrten genutzt. Konkrete wissenschaftliche Ziele dabei sind:- Erstellung von Zeitserien der Energie in internen Wellen unter Benutzung der Verankerungszeitreihen von Strömung und Schichtung- Untersuchung der Zeitskalen auf denen Veränderungen in der Energie interner Wellen stattfinden. Mögliche Ursachen für Variabilität sind der Windeintrag, Position des Nordatlantikstroms und Wirbel- Identifizierung von Prozessen, welche die beobachteten internen Wellen generieren, wie z.B. Gezeiten, Stürme, Jahresgang, Wirbel, die Arme des Nordatlanikstroms (Verhältnis von lokalen zu großräumigen Erzeugungsmechanismen)- Bestimmung der Vermischungsraten (Temperaturinversionen, Thorpe Skalen, Feinstrukturparameterisierung) in Abhängigkeit der variablen Hintergrundbedingungen Hierfür werden zunächst Spektren potentieller und kinetischer Energy der internen Wellen auf ihre Abhängigkeit von veränderlichen Hintergrundbedingungen wie z.B. Wind, Gezeiten, Wirbel, Schichtung und Variabilität im Nordatlantikstrom sowieso des Einflusses der Topographie untersucht. Die instrumentelle Ausstattung der Verankerungen seit Sommer 2012 erlaubt zusätzlich die Approximation der internen Wellen durch vertikale Moden und damit verbunden die Berechnung von Energieflüssen, welche wichtige Informationen über die Menge und die Variabilität in der Energie, die in internen Wellen im Nordatlantik transportiert wird, liefern. Außerdem geben diese so gewonnenen Energieflüsse in Kombination mit der Berechnung von Ausbreitungspfaden von internen Wellen, welche am mittelatlantischen Rücken erzeugt wurden, Aufschluss über die relative Bedeutung der Topographie des MAR für die Erzeugung von internen Wellen. Beginnend vom Sommer 2015 werden die Analysen erweitert, indem Temperatur- und Druckdaten mit hoher Tiefenauflösung für die Berechnung von Thorpe Skalen und Dissipationsraten und deren zeitlichen Variabilität genutzt werden. Weitere Informationen über die zeitliche und räumliche Variabilität der Vermischungsraten im Nordatlantik werden durch die Analyse von Diffusionsraten, die anhand von LADCP/CTD Daten und einer Feinstrukturparameterisierung berechnet werden, erlangt. Dies liefert weitere Aufschlüsse über die dominanten Prozesse in der Erzeugung von internen Wellen und vertikaler Vermischung im Nordatlantik, sowie deren zeitlicher und räumlicher Variabilität.

Raw data of physical oceanography during RV HEINCKE cruise HE648

Raw physical oceanography data was acquired by a ship-based Seabird SBE911plus CTD-Rosette system onboard RV HEINCKE . The CTD was equipped with duplicate sensors for temperature (SBE3plus) and conductivity (SBE4) as well as one sensor for oxygen (SBE43). Additional sensors such as a WET Labs C-Star transmissometer, a WET Labs ECO-AFL fluorometer (FLRTD) and an altimeter (Teledyne Benthos PSA-916) were mounted to the CTD. The data was recorded using pre-cruise calibration coefficients. No correction, post-cruise calibration or quality control was applied. Processed profile data are available via the link below.

Analyse langfristiger Änderungen in der Tidedynamik der Nordsee

Langjährige Pegelaufzeichnungen aus dem Gebiet der südöstlichen Nordsee zeigen seit Mitte des 20. Jahrhunderts signifikante Veränderungen im lokalen Tideregime. Während der mittlere Meeresspiegel (englisch: Mean Sea Level, MSL) über die vergangenen 150 Jahre generell dem globalen Mittel gefolgt ist, deuten Auswertungen der mittleren Tidehoch- und Tideniedrigwasser auf signifikant abweichende Trends hin. So sind die Tidehochwasser signifikant schneller als der MSL angestiegen, während die Tideniedrigwasser deutlich geringere oder teils negative Trends aufzeigen. Daraus resultierte eine gleichzeitige Zunahme des Tidehubs (die Differenz aus Tidehoch- und Tideniedrigwasser) von ca. 10 % seit 1955. Derartige Veränderungen haben direkte Auswirkungen auf den Küstenschutz. So ergeben sich bei einem Anstieg der mittleren Tidehochwasser größere Wassertiefen, wodurch das Wellenklima insbesondere im Bereich der Wattflächen und Außensände in der Deutschen Bucht beeinflusst wird. Größere Wellenhöhen und damit höhere Orbitalgeschwindigkeiten und Brandungsenergien sind die unmittelbare Folge, die zu großflächigen Erosionen führen kann. Gleichzeitig beeinflussen geringere Tideniedrigwasser die Schiffbarkeit der flachen Küstengewässer. Durch den vergrößerten Tidehub treten größere Tidestromgeschwindigkeiten auf, die z.B. Ausräumungen der Tiderinnen, verstärkte Erosionen an Inselsockeln, Strandräumungen und im Zusammenhang mit Sturmfluten Dünen- und Kliffabbrüchen verursachen können. Dies verdeutlicht, dass neben den global wirkenden übergeordneten Veränderungen im MSL (Massenänderungen, thermale Expansion) auch regionale Phänomene und Prozesse eine wichtige Rolle für die Ausprägung der Wasserstände spielen. Eine Berücksichtigung solcher Faktoren in den Projektionen zukünftiger Wasserstände setzt voraus, dass vergangene Entwicklungen und zugrunde liegende Prozesse ausreichend verstanden sind. Das übergeordnete Ziel von TIDEDYN besteht daher in der Analyse der in der Vergangenheit bereits aufgetreten Veränderungen im lokalen Tideregime der Nordsee. Die beobachtete Zunahme des Tidehubs ist in ihrer starken Ausprägung ein weltweit einzigartiges Phänomen, welches bis heute nicht erklärt werden kann. Als mögliche (aber bisher unerforschte) Ursachen kommen z.B. langfristige Änderungen im MSL, morphologische Änderungen im Küstenvorfeld (natürlich oder anthropogen, z.B. Ausbaggerungen oder Baumaßnahmen wie Eindeichungen) oder saisonale Änderungen in der thermohalinen Schichtung des Ozeans in Frage. Durch die integrierte Analyse von hochauflösenden numerischen Modellen (barotrop und baroklin) und Beobachtungsdaten mit robusten Methoden der Zeitreihenanalyse, sollen die Änderungen im Tideregime der Nordsee über die vergangen 60-70 Jahre beschrieben, modelliert und systematisch erforscht werden sowie einzelne Prozesse mittels Sensitivitätsstudien voneinander abgegrenzt werden.

Sonderforschungsbereich Transregio 181 (SFB TRR): Energietransfer in der Atmosphäre und im Ozean, Teilprojekt (16) L03: Diagnose und Parametrisierung von Wirbeln

Wir quantifizieren die Diffusivität von Wirbeln und untersuchen die Interaktion von Wirbeln mit der mittleren Strömung sowie submesoskaligen Prozessen in Schlüsselregionen des Ozeans mit Hilfe von Lagrange-Partikelstatistik in Ozeanmodellen und Beobachtungen. Die Datengrundlage liefert ein Drifterexperiment und in-situ Beobachtungen an der Benguela-Auftriebsfront. Zusätzlich entwickeln wir eine energetisch konsistente Parametrisierung von meso- und submesoskaligen Prozessen welche wir für den globalen Ozean testen werden, wobei der Fokus auf Skalen von 100 km - 1 km liegt.

Continuous thermosalinograph oceanography along RV ALKOR cruise track AL627

Underway temperature and salinity data was collected along the cruise track with a thermosalinograph (TSG) together with a SBE38 Thermometer. Both systems worked throughout the cruise. While temperature is taken at the water inlet in about 4 m depth, salinity is estimated within the interior TSG from conductivity and interior temperature. No temperature calibration was performed. Salinity was calibrated with independent water samples taken at the water inlet. For details to all processing steps see Data Processing Report.

Physical oceanography during RV HEINCKE cruise HE647

Conductivity-temperature-depth profiles were measured using a Seabird SBE 911plus CTD during RV HEINCKE cruise HE647. The CTD was equipped with duplicate sensors for temperature (SBE3plus), conductivity (SBE4) and oxygen (SBE43). Additional sensors such as a WET Labs C-Star transmissometer, a WET Labs ECO-AFL fluorometer and an altimeter (PSA-916 Teledyne (Benthos)) were mounted to the CTD. Temperature, conductivity and oxygen sensors are calibrated by the manufacturer once a year before being mounted in January. They are used throughout the year and no post-cruise or in-situ calibration is applied. All other sensors are calibrated irregularly. Data were connected to the station book of the specific cruise as available in the DSHIP database. Processing of the data including removal of obvious outliers followed the procedures described in CTD Processing Logbook of RV HEINCKE (hdl:10013/epic.47427). The processing report for this dataset is linked below.

International Ocean Discovery Program

The International Ocean Discovery Program (IODP) is an international marine research collaboration that explores Earth's history and dynamics using ocean-going research platforms to recover data recorded in seafloor sediments and rocks and to monitor subseafloor environments. IODP depends on facilities funded by three platform providers with financial contributions from five additional partner agencies. Together, these entities represent 26 nations whose scientists are selected to staff IODP research expeditions conducted throughout the world's oceans. IODP expeditions are developed from hypothesis-driven science proposals aligned with the program's science plan Illuminating Earth's Past, Present, and Future. The science plan identifies 14 challenge questions in the four areas of climate change, deep life, planetary dynamics, and geohazards. Until 2013 under the name: International Ocean Drilling Program.

Continuous thermosalinograph oceanography along RV HEINCKE cruise track HE612/1

Raw data acquired by a thermosalinograph (SBE21, SeaBird GmbH) on board RV HEINCKE were processed to receive a calibrated and validated data set of seawater temperature and salinity. Data were downloaded from DAVIS SHIP data base (https://dship.awi.de) with a resolution of 1 sec. The SBE21 was equipped with an additional external temperature sensor (SBE38, Sea-Bird GmbH). Raw data are converted to temperature and conductivity values using the calibration coefficients from the calibration before deployment. However, data can only be finally processed after replacement and renewed calibration because correction values for the sensor drift can only be obtained by the post cruise calibration. The thermosalinograph on board RV HEINCKE is exchanged about once a year and calibration procedures are conducted after every exchange. Salinity was calculated according to the instructions from the Practical Salinity Scale PSS-78 using the obtained internal temperature and conductivity data. Processed data are provided as 1min means of salinity and seawater temperature aligned with position data taken from master track of the respective cruise. Quality flags are appended according to the SeaDataNet Data Quality Control Procedures (version from May 2010).

Continuous thermosalinograph oceanography along RV HEINCKE cruise track HE665

Raw data acquired by a thermosalinograph (SBE21, Sea-Bird GmbH) in combination with an external temperature sensor (SBE38, Sea-Bird GmbH) aboard RV Heincke were processed to generate a calibrated, quality-controlled dataset of seawater temperature and salinity. The raw sensor data were initially retrieved from the DSHIP database (https://dship.awi.de) at a temporal resolution of 1 second and converted into temperature and conductivity using the pre-deployment calibration coefficients. The thermosalinograph system aboard RV Heincke is typically replaced after each expedition season, with a recalibration conducted at the manufacturer's facilities after each exchange. After post-cruise recalibration of the instruments, additional correction factors were calculated and applied to account for sensor drift. Salinity was calculated from internally measured temperatures and conductivities following the Practical Salinity Scale (PSS-78). The processed dataset is provided as 1-minute averages of salinity and seawater external temperature, synchronized with the positional data from the expedition's master track. Quality flags were assigned in accordance with the SeaDataNet Data Quality Control Procedures (May 2010).

Raw data of physical oceanography during RV HEINCKE cruise HE669

Raw physical oceanography data was acquired by a ship-based Seabird SBE911plus CTD-Rosette system onboard RV HEINCKE. The CTD was equipped with duplicate sensors for temperature (SBE3plus) and conductivity (SBE4) as well as one sensor for oxygen (SBE43). Additional sensors such as a WET Labs C-Star transmissometer, a WET Labs ECO-AFL fluorometer (FLRTD) and an altimeter (Teledyne Benthos PSA-916) were mounted to the CTD. The data was recorded using pre-cruise calibration coefficients. No correction, post-cruise calibration or quality control was applied. Processed profile data are available via the link below.

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