Numerische Ozeanmodellierung zur Untersuchung der Rolle des Agulhassystems für die Dynamik niederfrequenter Schwankungen der großräumigen Strömungen im Atlantik

• Applicant: Professor Dr. Claus Böning
• Subject Area: Oceanography
• Term: from 2005 to 2010
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5455206

• Final Report Year: 2010

Final Report Abstract

Ziel dieses Projektes war die Untersuchung der Bedeutung der Agulhasregion und des damit verbundenen Austausches Indischer Ozean – Atlantik für die großräumige Zirkulation im Atlantik auf interannualen bis dekadischen Zeitskalen. Zur Untersuchung dieser Problemstellung sollten Modellstudien durchgeführt werden, die klären sollten, (i) welche Faktoren den Nettoaustausch von Wärme und Salz zwischen Indischem und Atlantischem Ozean beeinflussen, (ii) in welcher Weise und auf welchen Zeitskalen die Zirkulation im Südatlantik reagiert, (iii) welche Rolle die mesoskaligen Strömungsstrukturen bei der Simulation der für die großräumige Zirkulation maßgeblichen integralen Kenngrößen spielen. Nach anfänglichen personellen und technischen Verzögerungen konnte das innovative Modellsystem wie geplant aufgesetzt werden, bei der ein hochauflösendendes Modell der Agulhasregion in ein globales Modell genestet wurde. Aufgrund der realistischen Darstellungsweise innerhalb der Agulhasregion wurden nicht nur eine Reihe von lokalen Fragestellungen gelöst; das Modell wurde auch schnell zum Standard innerhalb der wissenschaftlichen Community, was sich durch zahlreiche Arbeiten zeigt, die in internationaler Zusammenarbeit entstanden. Wichtige Ergebnisse in diesem Bereich waren:  die Demonstration der Notwendigkeit, die Agulhasregion mit hoher Auflösung zu modellieren, um die für die Repräsentierung der globalen thermohalinen Zirkulation so wichtige „Agulhas leakage“ korrekt zu quantifizieren,  die Auswirkungen der mesokaligen Prozesse in den Quellregionen des Agulhasstromes auf die Variabilität des Agulhasstroms und –unterstroms,  die verschiedenen Modi der Retroflektion des Ostmadagaskarstromes,  die Antikorrelation der Transportes des Agulhasstroms und des Agulhas leakage. Die wichtigste in diesem Projekt realisierte methodische Innovation war die erfolgreiche Einführung des 2-Wege Nestings, das es erlaubte, die Auswirkungen der regionalen Wirbelprozesse im Agulhasregime auf die atlantische Zirkulation zu untersuchen. Dieses Alleinstellungsmerkmal führte zu zwei Publikationen in Nature, die  die Modulation der meridionalen Umwälzbewegung im Atlantik aufgrund von mesoskaligen Prozessen innerhalb der Agulhasregion und  die Verschiebung der südhemisphärischen Windfelder und deren Auswirkungen auf den Agulhas leakage und die atlantische thermohaline Zirkulation beschreiben. Aus diesem Projekt heraus entstand ein entscheidender Beitrag zur Scientific Committee on Oceanic Research (SCOR) Arbeitsgruppe 136 „Climatic Importance of the Greater Agulhas System“ und eine Beteiligung am EU Initial Training Network „GATEWAYS“. In letzterem wird mit Hilfe des neu geschaffenen Modellsystems die Zirkulation der Agulhasregion in früheren, Paläozeiten untersucht.

Publications

• 2008: Agulhas leakage dynamics affects decadal variability in Atlantic overturning circulation, Nature, 456, 489-492
  Biastoch, A., C. W. Böning, and J. R. E. Lutjeharms
  
• 2008: Mesoscale perturbations control inter-ocean exchange south of Africa, Geophys. Res. Lett., 35, L20602
  Biastoch, A., J. R. E. Lutjeharms, C. W. Böning, and M. Scheinert
  
• 2009: A weaker Agulhas Current leads to more Agulhas leakage, Geophys. Res. Lett., 36, L03601
  Van Sebille, E., A. Biastoch, P. J. van Leeuwen, and W. P. M. de Ruijter
  
• 2009: Improvements for High Resolution Ocean Research with NEMO, Interdisciplinary Information Sciences Vol. 15, 85-90
  Unger, F. A. and A. Biastoch
  
• 2009: Increase in Agulhas leakage due to poleward shift in the southern hemisphere westerlies, Nature, 462, 495-498
  Biastoch, A., C. W. Böning, F. U. Schwarzkopf, and J. R. E. Lutjeharms
  
• 2009: Lagrangian validation of numerical drifter trajectories using drifting buoys: Application to the Agulhas region, Ocean Modelling, 29, 269-276
  Van Sebille, E., P. J. van Leeuwen, A. Biastoch, C. N. Barron, and W. P. M. de Ruijter
  
• 2009: Modes of the southern extension of the East Madagascar Current, J. Geophys. Res., 114, C01005
  Siedler, G., M. Rouault, A. Biastoch, B. Backeberg, C. J. C. Reason, and J. R. E. Lutjeharms
  
• 2009: Relating Agulhas leakage to the Agulhas Current retroflection location, Ocean Sci., 5, 511-521
  Van Sebille, E., C. N. Barron, A. Biastoch, P. J. van Leeuwen, F. C. Vossepoel, and W. P. M. de Ruijter
  
• 2009: Variability and coherence of the Agulhas Undercurrent in a High-resolution Ocean General Circulation Model, J. Phys. Oceanogr., 39, 2417-2435
  Biastoch, A., L. Beal, J. R. E. Lutjeharms, and T. G. D. Casal
  
• 2010: Flux comparison of Eulerian and Lagrangian Agulhas leakage: A case study using a numerical model, Deep-Sea. Res I, 57, 319-327
  Van Sebille, E., P. J. van Leeuwen, A. Biastoch, and W. P. M. de Ruijter
  
• 2010: On the fast decay of Agulhas rings, J. Geophys. Res., 115, C03010
  Van Sebille, E., P. J. van Leeuwen, A. Biastoch, and W. P. M. de Ruijter
  
• 2010: Sea surface slope as a proxy for Agulhas Current strength, Geophy. Res. Lett., 37, L09610
  Van Sebille, E., L. M. Beal, and A. Biastoch