Klimarelevante Prozesse im Ozean

Viele Prozesse im Klimasystem lassen sich nur durch eine Kombination von Theorie, Beobachtungen und numerischen Simulationen sinnvoll untersuchen. Einige Beispiele solcher Prozesse die am IfM untersucht werden, sind hier beschrieben.

Dynamik des Ozeans

Historisch gesehen stellen die Schiffsmessungen sicherlich die wichtigsten Beobachtungsgrundlagen der Meereskunde dar, die insbesondere in der ersten Hälfte des letzten Jahrhunderts wesentliche Aspekte der Wassermassen im Ozean erschlossen hat, aber auch eine erste Beschreibung der Strömungssysteme ermöglichte. Mit der fortschreitend detaillierteren Kenntnis der Dynamik des Ozeans, insbesondere über das energiereiche und fast immer präsente interne Wellenfeld und das turbulente, mesoskalige Wirbelfeld, wurde allerdings auch die Limitierung der naturgemäß beschränkten Anzahl von Schiffs- und Verankerungsmessungen klar. Diese „klassischen‘‘ Messungen werden daher zunehmend von neueren Messmethoden unterstützt: Einerseits von der Fernerkundung vom Satelliten oder vom Flugzeug aus, die eine großräumige, d. h. fast globale Aufnahme einer stetig wachsenden Anzahl von Parametern erlaubt, andererseits aber auch von autonomen Messplattformen, wie den ARGO-Floats oder Glidern. Während die Fernerkundung von Strahlungseigenschaften im Wesentlichen auf den oberen Ozean beschränkt bleibt, erlaubt die erfreulicherweise stark anwachsende Anzahl der neuen Messplattformen nun auch endlich einen hochaufgelösten Einblick in das dunkle Innere des Ozeans.

Klimarelevanz

Die Prozesse, die mit diesen Beobachtungen untersucht und verstanden werden können, sind vielfältig; aber es ist nicht immer klar, ob und in welcher Weise diese Prozesse für das Klima relevant sind. Am IfM beschäftigen wir uns z. B. mit der Fernerkundung von wichtigen Parametern des Meereises, die – neben den Wolken – eine Rolle in der Strahlungs- und Wärmebilanz der Erde spielen, aber auch z. B. mit der Möglichkeit zur Fernerkundung von Fluss-Abflussraten. Ein anderes Thema, welches über die letzten Jahrzehnte am IfM untersucht wurde, ist das Überströmen des Schwellensystems zwischen Grönland, Island und Schottland vom Arktischen in den Atlantischen Ozean, das – neben der Konvektion im subpolaren und subtropischen Atlantik – für die Bildung von Wassermassen eine wichtige Rolle spielt.

Biogeochemische Prozesse

Konvektion und die Ventilation des Ozeans spielen für biogeochemische Prozesse eine zentrale Rolle, und diese Prozesse sind nicht nur durch die damit einhergehende Aufnahme von gelöstem Kohlenstoff und die Änderung der Strahlungsbilanz der Atmosphäre, sondern auch durch eine Vielzahl anderer Prozesse klimarelevant. Konvektion ist in numerischen Modellen aber meist nicht direkt aufgelöst, daher wird eine Parametrisierung verwendet, um diesen Prozess in das Modell zu integrieren. Der Effekt auf die Primärproduktion aber auch die Entwicklung fehlender und die Verbesserung bestehender Parametrisierungen für andere klimarelevante Prozesse, wie z. B. für interne Wellen und (sub) mesoskalige Wirbel sind weitere wichtige Forschungsschwerpunkte des IfM, in denen eine Kombination von Theorie, Beobachtungen und numerischen Simulationen notwendig ist.

Text verfasst von Prof. Dr. Carsten Eden