AP4.1

AP 4.1 Bestimmung von Klima-Schlüsselprozessen der nordatlantischen Zirkulation durch Datensynthesen

D. Stammer, A. Koehl

Für das Verständnis von bereits stattfindenden oder sich anbahnenden Änderungen im Nordatlantik sind Analyseansätze durch Modell-Datensynthesen unumgänglich, da nur so eine bestmögliche Beschreibung der sich ändernden Zirkulation und der zugehörigen Antriebsfelder durch eine Kombination von Modellen und Daten möglich wird. Übergeordnetes Ziel dieses Projektes ist die Erstellung einer dynamischen und in sich konsistenten Abschätzung der nordatlantischen Zirkulation und der dazugehörigen Oberflächenflüsse, und die Nutzung der resultierenden Synthesen zum Studium des Ozeans und seiner Wechselwirkung mit der Atmosphäre. Gleichzeitig sollten die Ergebnisse dazu verwendet werden, um das existierende Beobachtungssystem im Atlantik auf Schlüsselvariablen und Schlüsselpositionen hin zu überprüfen. Der  Assimilationsansatz beruht auf dem adjungierten Verfahren, mit dem momentan das ECCO/MITOzeanmodell an alle verfügbaren ozeanischen Beobachtungen über die letzten 15 Jahre hinweg angepasst wird. Um das Modell im Einklang mit diesen Beobachtungen zu bringen, werden die Anfangsbedingungen des Modells, die Oberflächenantriebsfelder, der Festlandeintrag von Frischwasser (einschließlich Grönland) und interne Modellparameter optimal variiert. Die  Schätzung der horizontalen Vermischung sowie die Verwendung von Tracern (CFCs) und von Seeeis als Beobachtungsgrundlage sind dabei wichtige neue Teile der Lösung zur Bestimmung der Zirkulation. Eine erste Synthese wurde in der ersten Phase des Projekts mittels Datenassimilation über einen Zeitraum der letzten 15+ Jahre erstellt. Die zweite Phase wird sich mit der Auswertung der Synthese und deren Erweiterung und  Verbesserung befassen. Insbesondere wird der Einfluss von CFC Daten auf die Synthesen der Ozeanzirkulation und die Wirkung einer verbesserten Vermischungsparameterisierung (Einbeziehung der Vermischung als  Kontrollparameter) auf die Tiefenwasserbildung des Nordatlantiks im Zentrum der Auswertung stehen. (Beides ist auch im Zusammenhang mit einer Kohlenstoff-Synthese im Atlantik zu sehen die innerhalb des WCRPProgramms angestrebt wird.) In diesem Zusammenhang soll eine  Bodenrandschichtparameterisierung in die Synthese eingebaut werden und deren Effekt auf die Qualität der Synthese, bzw. auf die Abschätzung der Variabilität des Atlantiks untersucht werden. Eine Erweiterung der Synthesen soll vorgenommen werden sowohl hinsichtlich ihrer Länge (zurück bis 1950) und hinsichtlich neuer Beobachtungen (z. B. SMOS Oberflächensalzgehalte) und die Problematik einer operationellen Erstellung von Synthesen zur Unterstützung der Klima- und Schelfmeermodellierung soll angegangen werden. Hinzu kommen methodische Überlegungen um die Qualität der Synthesen zu verbessern.
Dieses bezieht sich, z.B. auf eine verbesserte Initialisierung der Assimilation, um numerische Driften von Klimasignalen zu trennen. Schliesslich sollen Fragen der Verbesserung des Beobachtungssystems angegangen werden, z. B. die Untersuchung in wie weit Änderungen des Wärmegehaltes des Nordatlantiks verlässlich mit dem bestehenden ARGO Netzwerk und anderen Beobachtungskomponenten (z. B. Altimetry und XBT Daten) abgeleitet werden kann.

Abb. 1: Das Beispiel beschäftigt sich mit dem Frischwassertransport in den Nordatlantik und dem Austausch von Frischwasser zwischen den arktischen und subpolaren Ozeanen, der im bedeutendem Maße durch Seeeistransporte getragen wird. (a) Mittlere Oberflächentemperatur (farbige Skala) und Seeeis-Konzentration (Grauskala - Wertebereich 0 bis 100%) für den September 2007 des "Nordatlantik" 1/6 Grad Modells. (b) Seeeis-Konzentration für September 2007 abgeleitet aus in situ und Fernerkundungsdaten des National Snow and Ice Data Center, Boulder, USA. (c) Gesamte Seeeisfläche (in Millionen km2) des Arktischen und Nordatlantischen Ozeans für die Septembermonate aus Modelldaten (schwarz) und aus Beobachtungen rot)