The Day after tomorrow
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Hauptseminar Wintersemester 2011/12 Modelle der Mensch-Umwelt-Interaktion Dozenten: Prof. Dr. Jürgen Scheffran und Dr. Peter Michael Link The Day after tomorrow Was ändert sich wirklich, wenn sich die Meeresströmung verändert? Referent: Alexander Vogt Gliederung: 1. Einleitung zum Thema 2. Was sind Ozeanmodelle? 3. Von den Anfängen zu den modernen Ozeanmodellen 3.1 Das Boxenmodell 4. Grenzen der Ozeanmodelle 5. Die Entstehung der ozeanischen Strömungen der thermohalinen Zirkulation 5.1 Folgen der Abschwächung des Nordatlantikstroms 6. Bedeutung der Meeresströmungen für das Klima der Erde 7. Fazit Gliederung: 1. Einleitung zum Thema 2. Was sind Ozeanmodelle? 3. Von den Anfängen zu den modernen Ozeanmodellen 3.1 Das Boxenmodell 4. Grenzen der Ozeanmodelle 5. Die Entstehung der ozeanischen Strömungen der thermohalinen Zirkulation 5.1 Folgen der Abschwächung des Nordatlantikstroms 6. Bedeutung der Meeresströmungen für das Klima der Erde 7. Fazit 1. Einleitung zum Thema • Ozeane sind sehr bedeutend für das Klimageschehen • Wasser bedeckt 70 % der Erdoberfläche • Meeresströmungen sind wie eine riesige Klimaanlage • Wichtige Schubkräfte des Klimas • Ozeane reagieren träge auf Veränderungen -> Auswirkungen nur sehr langsam 1. Einleitung zum Thema http://images.encarta.msn.com/xrefmedia/dencmed/targets/maps/map/T046047A.gif • Wichtige Meereströme: Golfstromsytem, Labradorstrom, Humboldtstrom, Kalifornienstrom und Kuro-Shio 1. Einleitung zum Thema • Ozeanmodelle werden immer besser (Modellauflösung und Messprogramme) • besseres Verständnis von wichtigen, kleinskaligen Prozessen • Hauptschwierigkeit in der Modellierung sind die nichtlinearen Verknüpfung von Mechanismen • Struktur und Intensität der tiefen Umwälzbewegung hängen von meso- und submesoskaligen Prozessen ab • Randströme sind integraler Bestandteil der großräumigen Zirkulation Gliederung: 1. Einleitung zum Thema 2. Was sind Ozeanmodelle? 3. Von den Anfängen zu den modernen Ozeanmodellen 3.1 Das Boxenmodell 4. Grenzen der Ozeanmodelle 5. Die Entstehung der ozeanischen Strömungen der thermohalinen Zirkulation 5.1 Folgen der Abschwächung des Nordatlantikstroms 6. Bedeutung der Meeresströmungen für das Klima der Erde 7. Fazit 2. Was sind Ozeanmodelle? • Darstellung der Ozeanzirkulation (Ozean General Circulation Modell OGCM) in einem Klimamodell • horizontale Auflösung 125-250 km und vertikale 200-400 m • mehrschichtige Modelle bis zum Tiefseeboden • Atmosphärenmodelle mit einem OGCM zu koppeln • Ozeanzirkulation noch nicht zufriedenstellend erforscht • Geringe Untersuchung der Tiefseeströmungen -> schwierige Berechnungen der Ozeanmodelle zu verifizieren 2. Was sind Ozeanmodelle? Gliederung: 1. Einleitung zum Thema 2. Was sind Ozeanmodelle? 3. Von den Anfängen zu den modernen Ozeanmodellen 3.1 Das Boxenmodell 4. Grenzen der Ozeanmodelle 5. Die Entstehung der ozeanischen Strömungen der thermohalinen Zirkulation 5.1 Folgen der Abschwächung des Nordatlantikstroms 6. Bedeutung der Meeresströmungen für das Klima der Erde 7. Fazit 3. Von den Anfängen zu den modernen Ozeanmodellen • anfängliche Ozeanmodell = Mix Ocean-Layer-Modelle • simulierte physikalischen Größen: Temperatur (T) und Salzgehalt (Salinität, S) • Temperatur + Salinität = Dichte einer Wasserparzelle • Prozess ist relevant für die globale Meereszirkulation (thermohaline Zirkulation) • Moderne Ozeanmodelle beinhalten biogeochemische Prozesse (Stoffkreisläufe von Kohlenstoff (C), Sauerstoff (O) oder Phosphor (P) ) 3. Von den Anfängen zu den modernen Ozeanmodellen • Kopplung eines Ozeanmodells mit einem Atmosphärenmodell -> • Gasaustausch an der Ozeanoberfläche Ein Viertel des ausgestoßenen CO2 speichert der Ozean http://wiki.bildungsserver.de/klimawandel/index.php/Datei:Modellstruktur.jpg 3. Von den Anfängen zu den modernen Ozeanmodellen STORM: Hochauflösendes Ozeanmodell Gliederung: 1. Einleitung zum Thema 2. Was sind Ozeanmodelle? 3. Von den Anfängen zu den modernen Ozeanmodellen 3.1 Das Boxenmodell 4. Grenzen der Ozeanmodelle 5. Die Entstehung der ozeanischen Strömungen der thermohalinen Zirkulation 5.1 Folgen der Abschwächung des Nordatlantikstroms 6. Bedeutung der Meeresströmungen für das Klima der Erde 7. Fazit 3.1. Das Boxenmodell • Für Strömungsfragen im Ozean verwendeter Typ • Gittermodell mit wenigen Gitterzellen und wenigen Prozessen • Wirkung großräumiger Zirkulationssysteme kann vereinfacht nachgestellt werden 3.1. Das Boxenmodell http://wiki.bildungsserver.de/klimawandel/index.php/Klimamodelle Gliederung: 1. Einleitung zum Thema 2. Was sind Ozeanmodelle? 3. Von den Anfängen zu den modernen Ozeanmodellen 3.1 Das Boxenmodell 4. Grenzen der Ozeanmodelle 5. Die Entstehung der ozeanischen Strömungen der thermohalinen Zirkulation 5.1 Folgen der Abschwächung des Nordatlantikstroms 6. Bedeutung der Meeresströmungen für das Klima der Erde 7. Fazit 4. Grenzen der Ozeanmodelle • Darstellung der klimarelevanten Prozesse nicht in einem einzigen Modell möglich • Ozeanische Klimamodelle erfassen Skalen oberhalb von 100km • Globale oder beckenweite wirbelauflösende Modelle nur einige Dekaden gerechnet werden • Modelle zur Simulation von Konvektion und dreidimensionaler Turbulenz auf Tagen/Wochen beschränkt 4. Grenzen der Ozeanmodelle • Ozeanmodelle sind auf Parametrisierung angewiesen • Modellsimulationen erstrecken sich nicht weit genug in die Zukunft (max. bis 2100) • Zukunftsfernere Aussagen nur mit idealisierten Szenarien • klimarelevante Prozesse sind zu komplex und ändern sich im Laufe der Jahre zu schnell Gliederung: 1. Einleitung zum Thema 2. Was sind Ozeanmodelle? 3. Von den Anfängen zu den modernen Ozeanmodellen 3.1 Das Boxenmodell 4. Grenzen der Ozeanmodelle 5. Die Entstehung der ozeanischen Strömungen der thermohalinen Zirkulation 5.1 Folgen der Abschwächung des Nordatlantikstroms 6. Bedeutung der Meeresströmungen für das Klima der Erde 7. Fazit 5. Die Entstehung der ozeanischen Strömungen der thermohalinen Zirkulation http://www.climateblog.ch/wp-content/uploads/2010/06/thermohalineZirkulation.jpg 5. Die Entstehung der ozeanischen Strömungen der thermohalinen Zirkulation • Thermohaline Zirkulation entsteht durch unterschiedliche • • Wasserdichte (Konvektion) Durch die Konvektion sinkt das kalte Oberflächenwasser im Nordatlantik bis in etwa 2000 Metern Tiefe Aufgrund dessen strömt salziges Wasser aus wärmeren Meeresgebieten nach http://worldoceanreview.com/klimasystem/ 5. Die Entstehung der ozeanischen Strömungen der thermohalinen Zirkulation • Kälte und Salzgehalt sind wesentlichen Kräfte der Konvektion • thermohaline Zirkulation (thermo – angetrieben durch Temperaturunterschiede; halin – angetrieben durch Salzgehaltsunterschiede) • kalte salzige Wasser sinkt vor allem in der Labrador- und Grönlandsee • Antarctic Bottom Water ist das Tiefenwasser (Enstehung in antarktischen Gebieten) Gliederung: 1. Einleitung zum Thema 2. Was sind Ozeanmodelle? 3. Von den Anfängen zu den modernen Ozeanmodellen 3.1 Das Boxenmodell 4. Grenzen der Ozeanmodelle 5. Die Entstehung der ozeanischen Strömungen der thermohalinen Zirkulation 5.1 Folgen der Abschwächung des Nordatlantikstroms 6. Bedeutung der Meeresströmungen für das Klima der Erde 7. Fazit 5.1 Folgen der Abschwächung des Nordatlantikstroms • Modelle besagen, dass eine Schwächung der meridionalen Umwälzzirkulation (MOC) nicht zu einer Abkühlung führen wird • globale Erwärmung gewinnt gegen die Abkühlung durch die geschwächte MOC • Szenarien wie"The day after tomorrow" unwahrscheinlich • MOC-Reduktion -> Stärkung des Wärmefluss in die Arktis 5.1 Folgen der Abschwächung des Nordatlantikstroms • Meerespiegelanstiegs und reduzierte Fähigkeit des Ozeans zur CO2Aufnahme • Für die Gegenwart zeigen weder Modelle noch Beobachtungen eine Veränderung der MOC durch den Klimawandel • gegenteilige Berechnungen prognostizieren eine Stabilisierung der MOC 5.1 Folgen der Abschwächung des Nordatlantikstroms Folgen im Überblick: • Wärmefluss wird nach Norden reduziert/ Südhalbkugel stärkere Erwärmung • Abkühlung im Nordatlantikraum (Durch Klimaerwärmung relativiert) • Meereisschwund/ Frischwasserzufuhr in den Atlantik • Meerwasseranstieg (Im Atlantik um ca. einen Meter) • Reduzierung der CO2 Aufnahme • Verschiebung der tropischen Niederschlaggürtel • Drastische Reduzierung der Nährstoffversorgung im Atlantikraum Gliederung: 1. Einleitung zum Thema 2. Was sind Ozeanmodelle? 3. Von den Anfängen zu den modernen Ozeanmodellen 3.1 Das Boxenmodell 4. Grenzen der Ozeanmodelle 5. Die Entstehung der ozeanischen Strömungen der thermohalinen Zirkulation 5.1 Folgen der Abschwächung des Nordatlantikstroms 6. Bedeutung der Meeresströmungen für das Klima der Erde 7. Fazit 6. Bedeutung der Meeresströmungen für das Klima der Erde 6. Bedeutung der Meeresströmungen für das Klima der Erde • Fähigkeit Wärme, Wasser und Gase zu speichern und zu transportieren und mit der Atmosphäre auszutauschen • Meeresströmungen und Luftmassenaustausch produzieren Energiegleichgewicht • Meeresoberflächen transportiert und geben fühlbarer und latenter Wärme wieder ab • Außerdem Aufnahme von Co2 und anderen Gasen • Aufnahme von CO2 in kühlerem Wasser deutlich höher Gliederung: 1. Einleitung zum Thema 2. Was sind Ozeanmodelle? 3. Von den Anfängen zu den modernen Ozeanmodellen 3.1 Das Boxenmodell 4. Grenzen der Ozeanmodelle 5. Die Entstehung der ozeanischen Strömungen der thermohalinen Zirkulation 5.1 Folgen der Abschwächung des Nordatlantikstroms 6. Bedeutung der Meeresströmungen für das Klima der Erde 7. Fazit 7. Fazit Was ändert sich nun wirklich, wenn sich die Ozeanströmung verändert: • Der Wärmefluss wird in die nördlichen Breiten (Europa) reduziert und die Südhalbkugel wird aufgrund dessen stärker erwärmt • Durch verringerten Wärmefluss kühlt sich der Nordatlantikraum ab. ABER: durch die globale Klimaerwärmung wird dies jedoch wieder relativiert und die Temperaturen steigen trotzdem an • Meereisschwund/ Süßwasserzufuhr in den Atlantik – meridionale Umwälzbewegung (Konvektion) wird verlangsamt 7. Fazit Was ändert sich nun wirklich, wenn sich die Ozeanströmung verändert: • Meerwasseranstieg (Im Atlantik um ca. einen Meter/ Weltweit um 0,5 Meter) • Reduzierung der CO2 Aufnahme durch Erwärmung der Ozeane • Verschiebung der tropischen Niederschlaggürtel • Drastische Reduzierung der Nährstoffversorgung im Atlantikraum - Fischvielfalt würde minimiert werden -
