Atmosphärische synoptische Variabilität und Biogeochemie des Pazifischen Ozeans unter dem aktuellen und zukünftigen Klima (SyVarBio)

• Antragsteller: Dr. Olaf Duteil
• Fachliche Zuordnung: Physik, Chemie und Biologie des Meeres
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 434479332

Klimaprojektionen auf der Basis von Erdsystemmodellen (ESMs) zeigen, dass sich die Meeresumwelt in den nächsten 100 Jahren dramatisch ändern wird, falls die Oberflächenerwärmung der Erde in derzeitigem Tempo voranschreitet. Die erwartete Ausdehnung der tropischen Sauerstoff-Minimumzonen (OMZs), welche mit einer Veränderung der Auftriebssysteme an der östlichen Grenze (EBUSs) einhergeht, wird sowohl auf regionaler als auch auf globaler Ebene starke Auswirkungen auf die marinen Ökosysteme und das Klima haben. Die windgetriebene Ozeanzirkulation ist einer der Hauptmechanismen für die Regulation des Sauerstoffgehalts und der Primärproduktivität in den Auftriebssystemen. Wassertransport und Auftriebsfluss hängen nicht nur von der zeitlich gemittelten Windintensität ab, sondern auch von der Größenordnung der hochfrequenten atmosphärischen synoptischen Variabilität (ASV), insbesondere von Extremereignissen wie tropischen Zyklonen, Stürmen und Konvektionsereignissen. Obwohl beide Einflussgrößen mit dem Klimawandels von Änderungen betroffen sind, wurde spezifische Effekte auf die ASV und deren Auswirkung bislang nicht untersucht. Das Projekt SyVarBio fokussiert sich auf folgende Ziele: i) Das Verständnis des relativen Einflusses von Veränderungen in der ASV und den zeitlich gemittelten Winden auf marine biochemische Zyklen und OMZs. Dies wird durch Modellexperimente zur Sensitivität auf Basis des aktuellen gekoppelten Atmosphären-Ozean-Biogeochemie-Modellsystems untersucht. Die Largescale- und Mesoscale-Experimente werden mit dem "Nucleus for European Modeling of the Ocean" (NEMO) framework ausgeführt und nutzen bestehende durch das Kiel Climate Model System simulierte Felder. Dabei wird ein regionaler Fokus auf den Costa Rica "Thermal Dome" im Östlichen Tropischen Nordpazifik gelegt, einem Biodiversitätshotspot nahe der intertropischen Konvergenzzone und der ausgedehntesten OMZ der Welt.ii) Es wird beurteilt, inwiefern die ASV in verschieden ESMs realistisch repräsentiert ist und in welchem Ausmaß zukünftige Änderungen im Sauerstoffgehalt und der Primärproduktivität mit Änderungen der ASV einhergehen. Ein Subset von Simulationen im Kontext des "Coupled Model Intercomparison Project phase 6" (CMIP6) wird mit statistisch und mithilfe von maschinellen Lernverfahren analysiert. Durch die Kombination der beiden Ansätze, einer mechanistischen Analyse verbunden mit einer vergleichenden Studie bestehender Modelledaten, schließt des Projekt SyVarBio eine bestehende Wissenslücke über die Bedeutung der ASV für die Modulation der tropischen und subtropischen Zirkulation im Pazifischen Ozean und der biogeochemischen Kreisläufe unter dem aktuellen und zukünftigen Klima.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen