Spektrale Auflösung des ozeanischen Lorenz-Energie-Kreislaufs

• Antragsteller: Professor Dr. Carsten Eden
• Fachliche Zuordnung: Physik, Chemie und Biologie des Meeres
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 520959893

Mesoskalige Wirbel mit räumlichen Skalen von 5 bis 200 km sind ein wichtiger Bestandteil der Ozeanzirkulation. Die Erzeugungsmechanismen und der Effekt auf Transporte und Vermischung der Wirbel sind wohl bekannt, und eine inverse Energiekaskade die Eddy Kinetic Energy (EKE) von kleinen nach großen Skalen transportiert, scheint eine robuste beobachtbare Charakteristik der Ozeandynamik zu sein. Daraus folgt das traditionelle Paradigma einer inversen Energiekaskade von den Skalen der Wirbelenergieproduktion zu den größeren Skalen von Wirbeldissipation. Problematisch in diesem Paradigma ist, dass nicht viele Prozesse plausibel erscheinen für diese Dissipation auf großen Skalen (Reibung in numerischen Ozeanmodellen ist z.B. nur auf kleinen Skalen aktiv). Allerdings wurde dieses traditionelle Paradigma kürzlich durch eine spektrale Auflösung der Wirbelproduktion in hochaufgelösten Modellen in Frage gestellt: Wir und andere Autoren fanden ein skalenabhängiges Vorzeichen der EKE-Produktion in mittleren bis hohen Breiten. EKE wird dort zu potentieller Energie auf großen Skalen zurücktransferiert und balanciert nahezu die inverse Energiekaskade. Da eine vorwärts Energiekaskade zu kleinen Skalen in den anderen Energiereservoirs neben EKE zu erwarten ist, schlagen wir vor den kompletten, sogenannten Lorenz-Energie-Kreislauf spektral aufzulösen. Zwei Probleme müssen für dieses Vorhaben gelöst werden: die Mittelung auf konstanter Tiefe statt isopyknischer Mittelung und die Definition von verfügbarer potentieller Energie. Da beide Probleme in realistischen Modellen schwierig zu bewältigen sind, schlagen wir vor idealisierte Modelle zu verwenden, in denen die beiden Probleme einfacher zu lösen sind, bevor wir zum realistischen Modell zurückkehren. Unsere Hypothese ist dabei, dass beide Probleme die Ergebnisse nicht qualitativ ändern werden, welches unser Vertrauen in unsere neuartige Interpretation des spektral aufgelösten Lorenz-Energie-Kreislauf im realistischen Modell stärken wird. Das Ergebnis der Arbeit wird eine neue Sicht auf die Dissipation von mesoskaligen Wirbeln und deren Energiekreisläufe in den verschiedenen Breiten des Ozeans sein.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen