Theoretische Ozeanographie & Marine Ökosystemmodellierung
Ziel der theoretischen Ozeanographie ist die Beschreibung der Dynamik und der Bewegungen des Ozeans mittels mathematischer und physikalischer Gleichungen, um somit das Verständnis für Ozeanprozesse zu verbessern. Diese sehr komplexen grundlegenden Gleichungen werden vereinfacht und approximiert, um Lösungen bestimmter Problemstellungen zu erarbeiten. Oft erfolgt die Lösung auch durch numerische Modelle, die in dieser Abteilung betrieben, (weiter-)entwickelt und an die Forschungsschwerpunkte angepasst werden.
Großskalige Ozeanzirkulation und kleine Turbulenzen
Ein Schwerpunkt ist die Beschreibung und das Verständnis der großskaligen Ozeanzirkulation (Schematische Abbildung der Zirkulation siehe oben). Besonders die westlichen Randströme, wie z.B. der Golfstrom im Nordatlantik, stellen ein besonderes Merkmal der Ozeanzirkulation dar und werden u.a. von den theoretischen Ozeanographen untersucht. Die Rolle der Ozeanzirkulation im Klimasystem bildet ein weiteres wichtiges Forschungsthema.
Doch auch auf kleinen Skalen spielen sich bedeutende Prozesse ab, die im Fokus von theoretischen Ozeanographen stehen. Meso- und kleinskalige Änderungen können, trotz ihrer kurzen Zeit- und Raumskalen, die großskalige Zirkulation stark beeinflussen.
Bild: Schema der verschiedenen dynamischen Systeme im Ozean als Funktion der Wellenzahl und -frequenz. Die grauen Boxen verdeutlichen die mögliche Auflösung der derzeitigen Ozeanmodelle. Die gestrichelten Linien versinnbildlichen die Erweiterung dieser Boxen bei der erwarteten Zunahme an Computerenergie in den nächsten 10 Jahren (nach Olbers et al., 2012).
Rolle der biogeochemischen Zyklen im Ozean
Biogeochemische Prozesse im Ozean werden von der großskaligen Ozeanzirkulation beeinflusst, z.B. durch den Transport von Nährstoffen durch die großskalige Zirkulation aber auch durch turbulente Vermischung auf allen Skalen. Daher untersuchen wir auch den Einfluss der Ozeanzirkulation und besonders deren zeitliche Variabilität auf die biogeochemischen Kreisläufe.
Schelfmeere im Klimasystem
Klimaänderungen in den Schelfmeeren und somit Küstengebieten betreffen direkt den Menschen. Globale Klimaszenarien auf kleine Gebiete zu übertragen, um somit z.B. Änderungen an den Küsten besser vorhersagen zu können, ist ein weiteres Kerngebiet unserer Abteilung. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf der Ökosystemmodellierung, da sich der Einfluss des Menschen auf das Ökosystem, wie auch Klimaänderungen im Allgemeinen, besonders stark in Schelfmeeren widerspiegelt.
Bild: a) Simulierte Abweichungen von der mittleren Oberflächentemperatur in der Nordsee (°C) von 1970 bis 2006. Zu sehen ist ein genereller Trend zur Erwärmung, besonders in der letzten Dekade und einige kurze Anomalien, wie z.B. die kalte erste Hälfte 1996 und die zweite warme Hälfte von 2006. b) Jährlicher mittlerer Luft-Wasser Fluss von CO2. In der letzten Dekade nehmen die Werte ab und eine geringe Aufnahme an atmosphärischen CO2 ist sichtbar 1997 und 2006 (Lorkowski et al., 2012).