Eine neue Methode ermöglicht die Quantifizierung der räumlichen Intermittivität von Meeresströmungen

Das Verständnis der Zirkulation im Atlantischen Ozean ist von entscheidender Bedeutung für die Beurteilung der globalen Ozeanverbindungen im sogenannten „globalen Förderband“. Dies liegt daran, dass die Breitenenden des Atlantiks, die an die Polarregionen grenzen, Kaltwasserbildungsregionen sind, die den Beginn des globalen Förderbandes auslösen. Aufgrund ihrer hohen Dichte sinkt das Wasser dieser Polarregionen jeden Winter ab und setzt das Förderband in Gang. So trägt es zur Umverteilung der Wärme auf globaler Ebene bei, was letztendlich das Klima, insbesondere in Europa, beeinflusst.

Um diese Zirkulation auf planetarischer Ebene zu quantifizieren, ist es notwendig, die Intensität all jener Prozesse zu verstehen, die die räumliche und zeitliche Intermittivität der großen Strömungen verursachen, also der Diffusionsprozesse. Eine neue Studie unter der Leitung des Institut de Ciències del Mar (ICM-CSIC) in Barcelona, ​​die sich mit den Prozessen der horizontalen Diffusion im Südatlantik befasst, hat eine neue Methode zur Berechnung dieser Diffusion sowohl auf regionaler als auch auf globaler Ebene entwickelt.

„Die neue Methodik, die wir ROD (Radial Offset by Diffusion) getauft haben, ermöglicht es uns, die horizontalen Diffusionskoeffizienten im Ozean zu bestimmen und ihre räumliche Variabilität abzuschätzen“, erklärt Anna Olivé, Hauptautorin der Studie.

Um diese Arbeit durchzuführen, veröffentlicht in der Zeitschrift für Atmosphären- und OzeantechnologieForscher analysierten zwischen 2002 und 2020 die Verschiebungen von mehr als 600 treibenden Bojen, also gezogenen Bojen, die mit den Meeresströmungen treiben und so Rückschlüsse auf deren Richtung und Geschwindigkeit ermöglichen.

„Wir haben dann die Flugbahnen dieser Bojen numerisch simuliert und den Abstand zwischen der endgültigen Position der treibenden Bojen und der mit den numerischen Simulationen geschätzten berechnet, was es uns ermöglichte, die in der Region vorhandenen horizontalen Diffusionsprozesse zu quantifizieren“, fügt Anna Olivé hinzu.

Die Studie zeigt, dass die maximale horizontale Diffusion nahe der Meeresoberfläche in den ersten 200 m Tiefe auftritt, während die minimalen Werte zwischen 1400 und 2000 m Tiefe beobachtet werden. Auch an den nördlichsten Fronten der Antarktis nimmt die Verbreitung aufgrund des starken Falklandstroms zu, der entlang der Atlantikküste Patagoniens nach Norden fließt und den Fluss La Plata erreicht.

„Dieser wichtige räumliche Unterschied bestätigt die große Variabilität der horizontalen Diffusion im Ozean, was verdeutlicht, dass im gesamten Ozean kein konstanter Koeffizient verwendet werden kann“, erklärt Josep Lluís Pelegrí, Mitautor der Studie.

Im Gegensatz zu anderen ist die ROD-Methode einfach zu implementieren und erfordert keinen übermäßigen Rechenaufwand. Laut Anna Olivé „erleichtert dies seine Anwendung und macht es zu einem wirksamen Werkzeug zum Verständnis der Prozesse der Diffusion und turbulenten Vermischung in so dynamischen Regionen wie den Fronten der Antarktis.“

Mit der neuen Methodik lässt sich beispielsweise ermitteln, welcher horizontale Diffusionskoeffizient für die Untersuchung der einzelnen Meeresregionen am besten geeignet ist. Bisher haben die Unsicherheiten dieses Parameters die Vorhersagekapazität ozeanographischer numerischer Modelle eingeschränkt.

„Dank der zunehmenden Anzahl treibender Bojen und der kontinuierlichen Verbesserungen hochauflösender numerischer Modelle und Reanalysen wird uns die ROD-Methode präzisere Schätzungen liefern, die es uns ermöglichen, die zeitliche Entwicklung großräumiger Prozesse besser vorherzusagen einen großen Einfluss auf das Klima unseres Planeten haben, wie das globale Fließband“, schließt Anna Olivé.