Energie und Vermischung interner Schwerewellen in der Arktis und ihr Zusammenhang mit Meereis in einem sich ändernden Klima (Artemics)

Die Wärme, die das Atlantische Wasser in den Arktischen Ozean einträgt, wäre ausreichend, um das gesamte arktische Meereis zu schmelzen. Dank einer kalten, frischen Schicht direkt unterhalb des Meereises wird dieses isoliert und vor der Wärme im Atlantischen Wasser darunter geschützt. Die relativ schwachen Vermischungsprozesse im heutigen Arktischen Ozean stellen sicher, dass diese Vertikalstruktur und damit das arktische Meereis bestehen bleiben. Es gibt jedoch immer mehr Hinweise, dass der durch den globalen Klimawandel bedingte Rückgang des arktischen Meereises eine verstärkte Erzeugung von internen Schwerewellen und, durch ihr Brechen, von turbulenter Vermischung im inneren Arktischen Ozean zur Folge haben könnte. Die Hintergrundvermischung könnte damit stark genug sein, um die vertikale Schichtung aufzulösen und das Meereis der Wärme aus dem Atlantischen Wasser auszusetzen, was seinen Rückgang, möglicherweise dramatisch, beschleunigen würde. Die numerischen Modelle, die bisher zur Simulation des arktischen Klimawandels herangezogen wurden, beschreiben die kleinskaligen und damit nicht aufgelösten Vermischungsprozesse durch das Brechen interner Schwerewellen in Form einer konstanten Hintergrund-Diffusivität. Da der Wert dieser Konstante mittels heutiger Beobachtungen bestimmt wird, kann diese Herangehensweise weder die räumliche Variabilität der Vermischung repräsentieren noch vergangene oder zukünftige Klimazustände. Energetisch konsistente Parameterisierungen, die allein auf den zugrunde liegenden physikalischen Zusammenhängen basieren und das Klimamodell nicht auf bestimmte Klimabedingungen einstellen, sind daher unabdingbar. Die Emmy-Noether-Gruppe Artemics wird zum ersten Mal eine derartige energetisch konsistente Parameterisierung für die Vermischung durch interne Wellen, das IDEMIX-Modell, anwenden, um verlässlich den Zusammenhang zwischen Wellenenergie, Wellen-induzierter Vermischung und Meereis in der sich verändernden Arktis zu untersuchen. IDEMIX ist das einzige einsatzfähige Modell, das die Vermischung durch verschiedene Arten interner Wellen konsistent berechnet, und wurde in einer globalen Evaluation als erfolgreich bewertet. Wir werden hier IDEMIX an die einzigartigen Bedingungen des Arktischen Ozeans anpassen, wo verschiedene Erzeugungsmechanismen und insbesondere die Rolle von Meereis Beachtung finden müssen. Durch eine Kombination von Beobachtungen und numerischer Modellierung werden wir eine Darstellung der wechselseitigen Abhängigkeiten zwischen Wellen und Meereis in IDEMIX entwickeln, die allein von dem simulierten Klimazustand abhängt. Das abschließende Ziel ist es, dieses verbesserte IDEMIX-Modell in Klimawandel-Simulationen anzuwenden, um bisherige Schlussfolgerungen basierend auf inkonsistenten Parameterisierungen gegebenenfalls neu zu bewerten und viele dringende, offene Fragen über die Zukunft des Arktischen Ozeans, seiner Dynamik, internen Wellen und Meereis, im Klimawandel zu beantworten.

DFG-Verfahren Emmy Noether-Nachwuchsgruppen

Internationaler Bezug USA

Kooperationspartnerin Dr. Kirstin Schulz