Der Südliche Ozean ist eine Schlüsselregion für die Wärme- und Kohlenstoffspeicherung und trägt damit wesentlich zur Minderung der Auswirkungen des anthropogenen Klimawandels bei. Die Wechselwirkung zwischen Wind, Ozeanzirkulation und Eis, moduliert durch mesoskalige Wirbel (10-100km Durchmesser), ist für den intensiven Austausch von Wärme und Kohlenstoff mit der Atmosphäre verantwortlich. Die Zirkulation im Südpolarmeer und der Austausch zwischen Atmosphäre und Ozean verändern sich ständig aufgrund natürlicher Klimaschwankungen aber auch dauerhaft aufgrund der globalen Erwärmung. Dramatische Änderungen zeichnen sich in Prognosen bereits für dieses Jahrhundert ab: die Westwinde verstärken sich, das Antarktische Eisschild schmilzt stärker und physikalische aber auch biogeochemische Prozesse im Ozean geraten aus der Balance.
Am GEOMAR analysieren wir die Auswirkungen von Klimavariabilität und -wandel auf den Südlichen Ozean, von der Antarktis bis in die mittleren Breiten, von den Eisschelfen bis in die die Auftriebs- und Ventilationsregionen, wo starker Austausch von Wärme und Kohlenstoff zwischen Ozean und Atmosphäre stattfindet (siehe Bild oben). Eine Reihe globaler Biogeochemie- und Klimamodelle ermöglicht es uns, nicht nur die vergangenen und zukünftigen Auswirkungen des Klimawandels auf den Südlichen Ozean nachzuvollziehen und abzuschätzen, sondern auch die Rolle einzelner Prozesse zu bewerten. Diese sind u.a. mesoskalige Wirbel, Ventilation und Tiefenwasserbildung und deren Einfluss auf die Kohlenstoff- und Nährstoffverteilung im Ozean.
Forschungsthemen
- Aufnahme von Kohlenstoff und Wärme in den Auftriebsgebieten und deren Speicherung
- Umverteilung von Nährstoffen, Licht und Wärme und deren Auswirkungen auf Plankton
- Rolle mesoskaliger Wirbel (10-100 km) im Südlichen Ozean
- Einfluss von antarktischem Schmelzwasser und anderer Faktoren im Klimawandel auf die Wassermassenbildung und Dynamik des Südlichen Ozeans
Methoden
- globales Ozeanmodell NEMO mit eingebetteten regionalen “Nester” mit erhöhter räumlicher Auflösung zur Simulation mesoskaliger Wirbel und detailgetreuer Dynamik
- globales Klimamodell FOCI zur Simulation der Interaktion von Ozean, Atmosphäre und Meereis
- biogeochemische Modellkomponente MOPS zur Simulation des Ökosystems und Nährstoffkreislaufes im Ozean sowie dem Kohlenstoffaustausch mit der Atmosphäre
- reanalyse des Südlichen Ozeans B-SOSE für marine Biogeochemie
- Ergebnisse globaler Klimamodelle (CMIP)
Projekte mit unserer Beteiligung
PalMod2
Wir beteiligen uns am BMBF Projekt “PalMod – Vom Letzten Interglazial bis zum Anthropozän: Simulation eines kompletten glazial Zyklus” mit Modellstudien zu Schlüsselprozessen und Skaleninteraktion im Ozean rund um Grönland und die Antarktis. Es geht vor allem um die Auswirkungen durch und Umverteilung von verstärktem Schmelzwassereintrag in den Ozean. Hierbei spielen mesoskalige Prozesse ein wichtige Rolle, so dass Klimamodelle mit regional hochauflösender Ozeankomponente benötigt werden. Das Schmelzwasser hat regionale Abkühlungen und Meeresspiegelanstieg zur Folge und wirkt sich langfristig auf die globale Ozeanzirkulation aus.
Kontakt:
Torge Martin, GEOMAR FB1-OD
Mathias Zeller, GEOMAR FB1-OD
DFG project
Der südliche Ozean, momentan die größte ozeanische Senke von anthropogenem CO2, wird im 21. Jh. eine wichtige Rolle für die Geschwindigkeit der globalen Klimaänderungen spielen. Dabei wird die Antwort der Kohlenstoffsenke des südlichen Ozeans auf die vorhergesagten Änderungen der südhemispherischen Winde und Temperaturen intensiv diskutiert. In diesem Projekt sind die physikalischen Antriebe der Kohlenstoffsenke für die kommenden Dekaden beurteilt. Experimente mit einem Wirbel-auflösenden biogeochemischen Ozean Modell unter Klima-Erwärmung Projektionen werden dafür durchgeführt.
Kontakt:
Lavinia Patara, GEOMAR FB1-OD
SO-CHIC
Mit unserer Modellierung tragen wir zum EU Horizon2020–Projekt SO-CHIC bei. In diesem wird der Einfluss des Klimawandels auf den Südlichen Ozean, dessen Wärme- und Kohlenstoffkreislauf, untersucht. Am GEOMAR konzentrieren wir uns auf das Weddellmeer, die Ozeanzirkulation, Wassermassenbildung und Meereisverteilung dort und wie diese sich in der nahen Zukunft unter dem Einfluss globaler Erwärmung ändern könnte. Hierzu verwenden wir ein Klimamodell, dass mesoskalige Wirbel im Weddellmeer auflösen kann. Zusätzliche Untersuchungen nur mit einem Atmosphärenmodell betrachten isoliert den Einfluss auf die atmosphärische Zirkulation durch sich ändernde Meereisbedingungen.
Kontakt:
Malin Ödalen, GEOMAR FB1-ME
Joakim Kjellsson, GEOMAR FB1-ME
Umwälzen von Nährstoffen und Plankton im Klimawandel
Das Südpolarmeer ist eine Region, in der Wasser aus der Tiefe aufquillt. Dieses Tiefenwasser ist angereichert mit Nährstoffen, die das Wachstum von an der Meeresoberfläche treibenden Kleinstpflanzen (Phytoplankton) nähren. Wie die Nähstoffe im Südpolarmeer von der Tiefe in das Oberflächenmeer umgeschichtet werden, und nordwärts in andere Ozeanregionen exportiert werden, wird mit einem biogeochemischen Ozeanzirkulationsmodell untersucht, dass Beobachtungsdaten systematisch berücksichtigt (B-SOSE). Außerdem untersuchen wir, wie Phytoplankton sich voraussichtlich im Klimawandel im Südpolarmeer ändern wird, und was treibende Ursachen dabei sind. Dazu nutzen wir Ergebnisse globaler Klimamodelle (CMIP6). Wir analysieren Empfindlichkeiten von Plankton gegenüber derzeitigen zeitlichen Variabilitäten, wie z.B. im saisonalen Zyklus, auf Grund von vertikaler Durchmischung, Licht, Nährstoffen und Wärme, und nutzen das Wissen um diese Empfindlichkeiten um zukünftige Änderungen von Phytoplankton im Klimawandel besser abschätzen zu können.
Kontakt:
Ivy Frenger, GEOMAR FB2-BM
Tianfei Xue, GEOMAR FB2-BM
