Die Vermischung der Ozeane unter der Oberfläche in der Nähe des Äquators beeinflusst das Verständnis und die Vorhersagbarkeit des Klimas erheblich

Forscher der Florida State University und der Florida A&M University sind Teil eines internationalen Teams, das eine entscheidende Rolle identifiziert hat, die der äquatoriale Ozean bei der Vorhersage der Auswirkungen des Klimawandels durch einen Prozess spielt, der als Ozeanvermischung bekannt ist.

Die Ergebnisse der dreijährigen Studie des Teams wurden in der Zeitschrift veröffentlicht Kommunikation Erde & Umwelt.

„Die genaue Vorhersage der Bahnen großer Strömungen ist notwendig, um das Ozeanklima und anschließend unser gesamtes Klima vorherzusagen“, sagte Xu Chen, ein Forscher des Center for Ocean and Atmospheric Prediction Studies der FSU und der FAMU. „In der Nähe des Äquators findet ein so starker Wasseraustausch statt, dass er auf alle Teile des riesigen äquatorialen Ozeans anwendbar sein sollte.“

Ozeane sind von grundlegender Bedeutung für das wissenschaftliche Verständnis des Klimawandels. Grundsätzlich nimmt das Meerwasser große Mengen an Kohlendioxid und Wärme aus der Atmosphäre auf. Aber die Vermischung von Meerwasser – die Änderung der Eigenschaften, einschließlich Salzgehalt, Nährstoffe, Gas und Temperatur, die sich aus der mechanischen Kraft ergibt, die durch Winde, Gezeiten, Abkühlung und Erwärmung erzeugt wird – beeinflusst die Kohlenstoff- und Wärmeaufnahme sowie das großräumige Ozeanklima.

Die Ozeanvermischung wurde hauptsächlich an der Wasseroberfläche untersucht, da die Oberfläche mit Wetterereignissen interagiert, die direkt darüber in der Atmosphäre auftreten, wie z. B. tropische Wirbelstürme. Diese Studie, die erste ihrer Art, enthüllte jedoch die Existenz wichtiger Vermischungswege, die weit über die Meeresoberfläche und bekannte Grenzen hinaus existieren.

Chen verwendete zusammen mit Pierre Welander, Professor für Ozeanographie und Umweltwissenschaften, William Dewar, und Mitarbeitern der Chinesischen Akademie der Wissenschaften Instrumente wie akustische Doppler-Stromprofiler und Leitfähigkeits-, Temperatur- und Tiefensensoren, um Meerwassertemperaturen, Salzgehalt, Geschwindigkeiten und Gesamtbewegungen aufzuzeichnen .

„Andere neuere Studien haben Wege vorgeschlagen, bei denen großräumige Strömungen die Ozeanvermischung direkt vorantreiben, aber ihre Ergebnisse zeigten, dass diese Wege auf die Meeresoberfläche oder topografische Grenzen beschränkt sind“, sagte Chen, der während der Studie als Doktorand unter Dewars Beratung stand begann im Jahr 2018. „Unsere Studie liefert den ersten Beobachtungsnachweis und die numerische Validierung der Existenz wichtiger Mischwege weit entfernt von der Oberfläche und den Grenzen.“

Chen, der diese Forschungen als Postdoktorand am COAPS fortsetzte und derzeit noch dort forscht, verifizierte die Daten mit dem allgemeinen Zirkulationsmodell des Massachusetts Institute of Technology, einem numerischen Code, der Bewegungsgleichungen löst, die im Ozean oder in der Atmosphäre auftreten.

Wenn die unterirdische Ozeanvermischung stark ist, können sich größere Strömungen auflösen, teilen und in kleinere Strömungen in verschiedenen Richtungen übergehen, während eine schwache Vermischung es der Strömung ermöglicht, ihren Lauf fortzusetzen. Die in der Studie festgestellte Stärke der Ozeanvermischung hängt mit der El Niño-Southern Oscillation zusammen, einem jährlichen Klimamuster, das die atmosphärische Zirkulation beeinflusst und Temperaturen und Niederschläge auf der ganzen Welt diktiert.

Die Art der Vermischung, die in dieser Studie beobachtet wurde, war zuvor in der Nähe des Kuroshio beobachtet worden, einer starken Meeresströmung vor der Küste Japans, die das Klima in Asien stark beeinflusst.

Die in der Studie beobachtete unterirdische Vermischung könnte aufgrund der natürlich unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften der Gewässer auf beiden Seiten des Äquators in der Nähe des Äquators auftreten. Dieses Gebiet starker Wechselwirkungen und Vermischungen erstreckt sich zwischen 200 und 400 Meter unter der Meeresoberfläche. Da das tatsächliche Mischen von Ozeanwasser extrem schwierig ist, ist jeder Mechanismus, der das Mischen erleichtert, nützlich. Flachere Gewässer können sich nicht leicht mit tieferen Gewässern vermischen, daher ist diese vertikale Vermischung eine signifikante Beobachtung.

„Es gibt nicht so viel Energie in der Mischung unter der Oberfläche wie an der Oberfläche, aber weil der Äquator einen so großen Teil des Ozeans einnimmt, hat etwas, das aufgrund von Energie einen kleinen Effekt hätte, einen viel größeren Effekt das riesige Gebiet“, sagte Dewar. „Das Verständnis des Flusses dieser größeren Strömungen ist unerlässlich, um genauere Ozeanmodelle zu erstellen.“

Zu den nächsten Schritten des Teams gehört die Untersuchung der Vermischung im Rest des Äquatorialozeans und dieser spezifischen Verbindung zu ENSO, einem kritischen Index für das globale Wetter, der angibt, ob El Niño oder La Niña jedes Jahr zurückkehren wird. La Niña ist das kältere Gegenstück zu El Niño, und das Muster zwischen den beiden verschiebt sich tendenziell alle zwei bis sieben Jahre.

Hui Zhou vom Institut für Ozeanologie, Teil der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, leitete die Studie, und zu weiteren Mitwirkenden gehören Forscher des Pilot National Laboratory for Marine Science and Technology in Qingdao, Beijing Institute of Applied Meteorology, State Key Laboratory of Geo-Information Engineering in Xi’an, Laboratoire de Glaciologie et Geophysique de l’Environnement und Scripps Institution of Oceanography.