Im südlichen Weddellmeer hat der Energietransfer aus Küstenpolynjen in die Atmosphäre einen großen Effekt auf die atmosphärische Grenzschicht, auf die Meereisproduktion und die damit verbundene Bildung von High-Salinity Shelf Water (HSSW). Die Kenntnis der Fläche der Polynjen, ihrer Bedeckung mit dünnem Eis, der atmosphärischen Antriebsprozesse und der ozeanischen Prozesse sind von großer Bedeutung für die Quantifizierung der Meereisproduktion und der HSSW-Bildung, die einen bedeutenden Antrieb für die globale thermohaline Zirkulation des Ozeans darstellt und die Schmelzraten an der Basis des Filchner-Ronne-Schelfeises entscheidend mitbestimmt. Das übergeordnete Ziel des Projekts ist die Quantifizierung der Meereisproduktion und HSSW-Bildung im südlichen Weddellmeer für die letzte Dekade (2002-2012). Als neuartigen Ansatz werden wir eine Synergie von Atmosphären- /Meereis- /Ozeanmodellierung und Fernerkundung von Dünneisdicken verwenden. Das Community Climate Model COSMO-CLM wird als Atmosphärenmodell und das FESOM-Modell des AWI wird als Meereis- /Ozeanmodell verwendet. Dünneisdicken abgeleitet aus MODIS-Daten dienen zur unabhängigen Bestimmung von Meereisproduktion und zur Assimilation in FESOM. Die Projektergebnisse sind eine verbesserte Bestimmungen der HSSW- und Meereisproduktion sowie eine Fehlerbestimmung der unterschiedlichen Methoden. Diese Quantifizierung der Meereisproduktion über dem kontinentalen Schelf im südlichen Weddellmeer ist nicht nur für Fragestellungen der Ozeanographie und Meteorologie wichtig, sondern betrifft auch die Robustheit von Klimaprojektionen zur Zukunft der antarktischen Schelfeise und des antarktischen Eisschilds.
Ziel des angestrebten Projektes ist es, ein interaktiv gekoppeltes Eis-Ozean-Modellsystem zu schaffen, das dynamische Prozesse in und um die Antarktis bis zu 1km präzise auflösen kann. Der Antarktische Eisschild reagiert wesentlich langsamer als typische Zeitskalen von Klimaschwankungen. Da der Eisschild sich nie vollständig im Gleichgewicht befindet, bedarf es eines hochaufgelösten Einschwingens des Eismodells, um die gegenwärtige Konfiguration der Antarktis möglichst realistisch darzustellen. Hierbei werden die Klimabedingungen der letzten Glazialzyklen mit berücksichtigt, die eine entscheidende Rolle für die Entwicklung des Eisschildes spielen.Wir planen mit dem gekoppelten Modell Abschätzungen vom zukünftigen Meeresspiegelbeitrag des Antarktischen Eisschildes für die kommenden Jahrhunderte zu erlangen, die zum einen durch die Energieerhaltung im gekoppelten System beschränkt sind und zum anderen die Veränderungen der letzten Glazialzyklen einbeziehen. Das gekoppelte Modell PISM-FESOM wird es uns ermöglichen, Effekte zu untersuchen, die aus verstärkten Warmwassereinträgen im Südlichen Ozean resultieren, die in ungekoppelten Simulationen bereits vorhergesagt wurden. Besonderes Augenmerk wird hierbei auf einer Einschätzung der Vulnerabilität der Eisschelfe liegen, welche als Hauptkontaktfläche zwischen Meer und Kontinentaleis agieren.
Basales Schmelzen der Eisschelfe Grönlands (GrIS) ist einer der Hauptquellen für den GrIS Masseverlust und für den Meeresspiegelanstieg. Darüber hinaus ist das beschleunigte Abschmelzen in den letzten 20 Jahren auch durch den Einstrom von wärmerem Wasser in die Fjorde verursacht. Die basalen Abschmelzraten sind jedoch unsicher und offene Fragen bestehen bezüglich der relevanten Prozesse in den Fjorden, und wie viel und wie das Schmelzwasser aus den Fjorden in den Randstrom und weiter in den offenen Ozean gelangt. Diese Unsicherheiten können in Klimamodellen zu Fehlern in der zukünftigen Rolle des Schmelzwassers für die Zirkulation und Wassermassen Verteilung und somit zu Fehlern in der Projektion des regionalen Meeresspiegels führen. Bis jetzt gibt es nicht genügend geeignete Messungen, um Schmelzwasser im Inneren des Ozeans zu quantifizieren und die Pfade zu identifizieren. Wir beantragen hier die Messung von Helium und Neon Verteilungen um zu verfolgen wo und wie viel Schmelzwasser aus GrIS in den Randstrom und ins Ozeaninnere gelangt. Dazu wird eine Prozessstudie am 79N Gletscher durchgeführt sowie Messungen im Randstrom und im Inneren der Labradorsee. Die Ziele sind: (i) Abschätzung der basalen Schmelzwasseranteile im Nah und Fernfeld des 79N Gletschers, und der Menge an Schmelzwasser, die in den Randstrom befördert wird, (ii) Berechnung der Anteile an Schmelzwasser, die aus dem Randstrom in die Labradorsee gelangen, einer der Schlüsselregionen für die Atlantische Meridionale Umwälzbewegung, Abschätzung der Zunahme seit Anfang 2000, (iii) Auswertung von hochauflösenden Modellläufen die mit basalen Schmelzwasserquellen versehen wurden, um die Verteilung des Schmelzwassers und die beteiligten Prozesse zu analysieren und um (iv) die Auswirkungen der zunehmenden Schmelzraten auf die Entwicklung des regionalen Meeresspiegels im subpolaren Nordatlantik abzuschätzen.
Langfristige Veränderungen von Gezeiten zählen zu den bemerkenswertesten Facetten der Ozeandynamik. Zur Entschlüsselung dieser Signale wird im vorliegenden Projekt ein mehrschichtiger Modellierungsansatz auf globalen und regionalen Skalen entwickelt, der Meeresspiegelvariationen, Veränderungen der ozeanischen Dichtestruktur und Migrationsbewegungen von antarktischem Schelfeis in klassische Gezeitensimulationen einflechtet. Die Reaktion primärer Partialtiden auf diese Antriebsmechanismen wird in einer ersten Ausbaustufe von ~1970 bis 2015 erarbeitet, wobei hochauflösende barokline (3D) Simulationen im Nordostatlantik und um Australien rigoros in globale barotrope (2D) Vorwärtsläufe eingebettet werden. Die Validierung der Simulationsergebnisse gegenüber robusten und großräumigen Gezeitentrends aus Wasserstandsbeobachtungen legt den Grundstein für konkrete Projektionen von Ozeangezeiten bis zum Jahr 2100 unter Annahme realistischer Emissionsszenarien. Veränderte Randbedingungen in globalen und regionalen Gezeitenläufen einhergehend mit Meeresspiegelanstieg, Ozeanerwärmung und ausdünnendem Schelfeis werden hierzu in konsistenter Weise aus gekoppelten Klimamodellen abgeleitet. Erweiterte barokline und globale Sensitivitätsexperimente liefern einen Überblick über Küstenabschnitte, in denen mit nennenswerten Gezeitenentwicklungen durch großflächige Veränderungen der Dichtestruktur zu rechnen ist. Neben dem reinen Prozessverständnis soll auch Augenmerk auf die Abschätzung von Unsicherheiten der numerisch modellierten Tidenvariabilität in den kommenden Dekaden gelegt werden. Das Projekt ebnet in seiner Gesamtheit den Weg für eine verlässlichere Quantifizierung von säkularen Gezeitensignalen in Anwendungsbereichen (z.B. Küstenschutz) und der Ozeanographie nahestehenden Wissenschaftsdisziplinen.
Mapping and monitoring the break-up events on Wilkins Ice Shelf and identification of mechanisms and processes leading to break-up. Within this activity we integrate various high and moderate-resolution satellite images with special emphasis on SAR data. The analysis covers currently a time period back to 1986 (Landsat TM) with increasing dense time series to present. In close collaboration with the European Space Agency (ESA) and the German Aerospace Center (DLR) acquisition plans for the ENVISAT ASAR and TerraSAR-X instruments are implemented and the respective data analysed. Since September 2009, this activity is supported by a DFG research grant. Main aim is to derive surface velocity fields of the ice shelf and its tributary glaciers by satellite remote sensing as input for icedynamic modelling and fracture mechanical analyses.
Antarktische Schelfeissysteme werden als besonders klimasensitiv eingestuft, da schon geringe Änderungen der Randbedingungen (Meeresspiegelhöhen; Akkumulationsraten) zu einem Vorstoß bzw. Rückzug der Eisfront und zu stellenweisen Gründen bzw. Aufschwimmen des Eiskörpers führen können. Mit einem erweiterten numerischen Schelfeis-Inlandeis-Fließmodell soll die glaziale Entwicklung solcher Systeme für verschiedene Klimaszenarien erstmals detailliert simuliert werden. Dadurch sind neue grundlegende Erkenntnisse über Art und Ausmaß der Auswirkungen unterschiedlicher Veränderungen auf die Fließdynamik und Geometrie des Eiskörpers zu erwarten. Sensitivitätsstudien für Schelfeissysteme mit stark vereinfachter Geometrie sollen dazu beitragen, insbesondere die Rolle von Eiskuppeln, Eishöckern und Bruchstrukturen bei sich ändernden klimatischen/glaziologischen Randbedingungen besser zu verstehen und quantitativ beschreiben zu können. Darauf aufbauend liegt eine weitere Zielsetzung dieses Vorhabens in der Abschätzung der Reaktion des Filchner-Ronne-Schelfeises auf veränderten Massenfluss zwischen Eiskörper und Ozean. Wir gehen davon aus, dass die so gewonnenen Erkenntnisse sich auch auf andere west- und ostantarktischen Saumschelfeise anwenden lassen. Damit wird ein Beitrag zum besseren Verständnis der Reaktion westantarktischer Schelfeise auf großskalige anthropogene Klimaänderungen erbracht.
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