Ozean im Klimasystem

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Experiment-Beschreibung
Die Rolle der Ozeane im Klimasystem
Autor: Manuel Linsenmeier
Mitarbeit: Tobias Bayr, Dietmar Dommenget, Anne Felsberg, Dieter Kasang
Motivation
Etwa 70% der Oberfläche unseres „blauen Planeten“ ist mit Wasser bedeckt. Entsprechend groß ist
die Bedeutung der Ozeane für das globale Klima. Im Klimasystem sind die Ozeane insbesondere als
Wärmespeicher und für den Wärmetransport von großer Bedeutung. Dadurch wirken sie im
Jahresgang stark ausgleichend mit einem Wärmeeffekt im Winter und einem Abkühlungseffekt im
Sommer. Zudem sind sie die Hauptquelle für den Wasserdampf in der Atmosphäre und beeinflussen
damit die Niederschlagsverteilung auf der Erde. Weitere wichtige Prozesse, durch die die Ozeane das
Klima beeinflussen, sind die Aufnahme und Speicherung von Kohlenstoffdioxid sowie die Bildung von
Meereis. Im Vergleich zur Atmosphäre, in der sich das Wettergeschehen auf einer Zeitskala von
Tagen und Wochen abspielt, sind die Ozeane ein relativ träges Element des Klimasystems. Daher
gehen viele Klimaschwankungen, die sich auf Zeitskalen von Jahren und Jahrzehnte abspielen, auf die
Wechselwirkungen zwischen den Ozeanen und der Atmosphäre zurück.
Modelleinstellungen für die folgenden Experimente:
Das MSCM kann je nach Nutzer in unterschiedlichen Schwierigkeitsniveaus verwendet werden:
In der Standardversion gibt es 11 Prozesse, die manuell ein- und ausgeschaltet werden können
(siehe nächste Seite). Allerdings sind Prozesse wie Diffusion oder Advektion von Wasserdampf und
Wärme nicht für jeden Nutzer direkt eingängig und verständlich und auch unter Modellkorrektur mag
es dem Laien schwerfallen, sich etwas vorzustellen. Diese Version ist daher eher für fortgeschrittene
Nutzer geeignet (z.B. Universitätsstudenten oder Menschen mit gutem Hintergrundwissen in der
Klimaphysik).
Die Basisversion fasst mehrere Prozesse aus der Standardversion unter einem (Ober-)Begriff
zusammen, sodass sich die Anzahl der ein- und ausschaltbaren Prozesse auf 6 reduziert (siehe
nächste Seite). Die Modellkorrektur ist dabei, obwohl nicht sichtbar, immer eingeschaltet. Insgesamt
ist diese Version für Nutzer ohne Vorwissen bzw. Laien besser geeignet.
Die hier behandelten Experimente führen in der Standard- und Basisversion zu denselben
Ergebnissen, da die in der Basisversion nicht gezeigten Prozesse trotzdem berücksichtigt sind. Die
Experimente sind daher auch nur einmal im Abschnitt „Modellergebnisse und Beobachtungen“
dargestellt und erläutert.
1
Einstellungen
Aktivierte Prozesse in Experiment B:
Aktivierte Prozesse in Experiment A:
alle außer „Ozean“
alle
Es werden die folgenden Monate verglichen:
Januar (Nord-Winter/Süd-Sommer) und Juli (Nord-Sommer/Süd-Winter)
Standardversion
Basisversion
2
Modellergebnisse und Beobachtungen:
JANUAR
mit Ozean
ohne Ozean
Wirkung des Ozeans
Deutliche Erwärmung
in der Winterhemisphäre (2)
Mäßige globale
Erwärmung durch
Ozeane im Nordwinter
(1)
Keine Wirkung in den
Tropen (5)
Erwärmung auch im
Westen der Kontinente
(4)
Abkühlung der
Sommerhemisphäre
(3)
3
JULI
mit Ozean
ohne Ozean
Wirkung des Ozeans
Abkühlung der
Sommerhemisphäre
(3)
Stärkere globale
Erwärmung durch
Ozeane im Südwinter
(1)
Keine Wirkung in den
Tropen (5)
Deutliche Erwärmung
der Winterhemisphäre
4
Physikalischer Hintergrund und Erklärung der Beobachtungen
Ozeane sind im MSCM durch ihre Funktion als Wärmespeicher repräsentiert. Der Transport von
Wärme in den Ozeanen wird im MSCM nicht simuliert. Allerdings machen sich die Auswirkungen der
Ozeane auf die Temperatur auf Grund des Transports von Wärme in der Atmosphäre auch über
Landflächen bemerkbar.
Globale Betrachtung
Beobachtung
Erklärung
(1) Ozeane führen zu einer globalen Erwärmung,
die im Südwinter stärker ist als im Nordwinter.
Aufgrund ihrer geringen Albedo und großen
Wärmekapazität speichern die Ozeane einen
wesentlich größeren Teil der Sonnenenergie
als die Landoberflächen und erwärmen im
Jahresmittel die Atmosphäre. Dabei macht sich
die Wärmeabgabe an die Atmosphäre stärker
im Südwinter als im Nordwinter bemerkbar, da
die Ozeanflächen auf der Südhalbkugel
deutlich
größer
sind
als
auf
der
Nordhemisphäre.
Regionale Betrachtung
Beobachtung
Erklärung
(2) Ozeane führen zu einer starken Erwärmung auf Die Ozeane stellen einen großen Wärmeder Winterhemisphäre.
speicher dar, in dem im Sommer Energie
aufgenommen und gespeichert und
anschließend im Winter wieder an die
Atmosphäre abgegeben wird.
(3) Ozeane führen zu einer Abkühlung auf der
Sommerhemisphäre.
Ozeane erwärmen sich im Sommer nur sehr
langsam. Dadurch wirken sie im Sommer-halbjahr
abkühlend.
(2+ Ozeane verringern die jahreszeitlichen
3) Unterschiede.
Durch ihre Wärmespeicherkapazität führen
Ozeane zu kühleren Sommern und wärmeren
Wintern und verringern damit den Jahresgang der
Temperatur.
(4) Ozeane beeinflussen deutlich die Temperatur in Der Wärmetransport in der Atmosphäre in den
den westlichen Randgebieten der Kontinente in mittleren bis hohen Breiten ist stark durch
den mittleren bis hohen Breiten.
Westwinde beeinflusst. Dadurch macht sich
der Effekt der Ozeane auf die Temperatur auch
über dem Land bemerkbar. Dabei nimmt der
Einfluss der Ozeane auf die Temperatur an
5
Land mit dem Abstand zur Küste ab.
(5) Ozeane haben nur einen geringen Einfluss auf
die Temperatur in den Tropen.
In den Tropen gibt es nur einen sehr
schwachen Jahresgang. Daher hat die
Wärmespeicher-kapazität der Ozeane hier
kaum Auswirkungen auf die Temperatur.
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6
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