Sensitivität der Wärmeaufnahme des Ozeans gegenüber sich ändernden atmosphärischen Antriebs im Kontext von Klimavariabilität

• Antragsteller: Dr. Armin Koehl
• Fachliche Zuordnung: Physik, Chemie und Biologie des Meeres
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 453121308

Die globale Erwärmung ist eine Folge einer gestörten Energiebilanz der Erde von etwa 1 W/m2, die durch die verringerte Fähigkeit der Erde verursacht wird, langwellige Strahlung zu emittieren, die hauptsächlich auf eine zunehmenden Menge von Treibhausgasen in der Atmosphäre zurückzuführen ist. Die Ozeane spielen eine Schlüsselrolle im Energieungleichgewicht der Erde (EEI), da etwa 93% der überschüssigen Wärme von den Ozeanen absorbiert wird. Das Monitoring des EEI ist eine zentrale Herausforderung, um den Zustand des Klimas zu beschreiben, und die Überwachung des Wärmegehalts der Ozeane ist der geeignetste Weg, um EEI-Änderungen auf langen Zeitskalen abzuschätzen. Das Verständnis der EEI-Variabilität wurde zu einem Schwerpunkt, der teilweise durch die sogenannte Pause der globalen Erwärmung zwischen 1998 und 2013, in der sich die globalen mittleren Lufttemperaturen kaum änderten, motiviert wurde und die Frage stellte sich inwieweit eine verbesserte Speicherung der Ozeane dies erklären könnte.Das Thema dieses Antrags wird sich mit der Frage befassen, welche Mechanismen zu dekadischen Veränderungen der Effektivität des Ozeans, die Wärme aufzunehmen, führen und wo diese Wärme gespeichert wird. Folgende Fragen stehen im Fokus:• Welche Muster des atmosphärischen Antriebs führen zu einer möglichst effizienten Wärmeaufnahme durch den Ozean?• Wie projizieren diese Muster auf Klimamodi?• In wieweit kann die Variabilität des Wärmegehalts und der Wärmeaufnahme mit diesen optimalen Forcierungsmustern erklärt werden?• Welche Mechanismen sind mit einer anomalen großen oder kleinen Erwärmung der Ozeane verbunden?• Bleibt die während einer Phase anomal hoher Aufnahme aufgenommene Wärme bestehen oder verursacht sie eine Phase anomal niedriger Aufnahme?Der Ansatz in diesem Projekt nutzt die Methode der adjungierten Sensitivitäten, mit der Prozesse entschlüsselt werden können, durch die einzelne skalare Größe eines dynamischen Systems am effizientesten geändert werden können. Angewandt auf das Problem der Wärmeaufnahme besteht der Plan darin, zunächst adjungierte Sensitivitäten des Wärmegehalts in verschiedenen Tiefenbereichen und verschiedenen Regionen des Ozeans in Bezug auf den vollständigen atmosphärischen Antrieb über dekadische Zeitskalen zu berechnen. Die resultierenden Forcierungsmuster werden im Hinblick auf die physikalischen Mechanismen und ihrer Beziehung zur Klimavariabilität analysiert. Ergänzend wird auch der Effekt der erzeugten Anomalie im Rahmen von ‚optimalen Beobachtungen‘ im Vorwärtsmodell untersucht. die im Wesentlichen die Antwortfunktionen auf optimale Störungen des Antriebs sind. Mit den ‚optimalen Beobachtungen‘ wird die physikalische Reaktion auf die optimalen Antriebsmuster und die Entwicklung der erzeugten Wärmeinhaltsanomalie untersucht, nachdem die erzeugenden Kräfte Null geworden sind, um das Schicksal von Wärmeanomalien zu erkunden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Detlef Stammer