Circulation of the shallow subtropical-tropical cell of the Atlantic
Final Report Abstract
In dem Projekt „Zirkulation der flachen thermohalinen subtropischtropischen Zelle des Atlantiks" wurde anhand von akustisch georteten RAFOS Floats, in-situ Messungen, und der Analyse von Assimilations- und hochauflösenden Ozeanmodellen die Zirkulation des oberen äquatorialen Atlantiks untersucht. Schwerpunkt der Studie war die raum-zeitliche Variabilität der flachen meridionalen Umwälzzelle (STC), die die Subduktionsgebiete der östlichen Subtropen über äquatorwärtige Strömungen in der Thermokline mit dem äquatorialen Auftrieb verbindet. Der polwärtige Rücktransport erfolgt über oberflächennahe Ekmanströmungen. Der erstmalige Einsatz von RAFOS Floats im oberflächennahen tropischen Ozean erwies sich teilweise als problematisch. Kürzere Trajektorien als erwartet waren die Folge von nur begrenzter Resistenz der Geräte gegen starke Strömungen und Korrosion als auch schlechte Akustik in Oberflächennähe. Die gewonnenen Daten erlauben jedoch neue Einblicke in die äquatoriale Zirkulation. Mit Hilfe der RAFOS Floats konnte eine direkte Verbindung vom Westatlantik zum Ostatlantik über eine ostwärtige Strahlströmung am Äquator im Tiefenbereich von etwa 300m nachgewiesen werden. Diese Strömung, die erstmals so detailliert beschrieben werden konnten, transportiert hohe Sauerstoffkonzentrationen aus dem Westatlantik in den schlecht ventilierten Ostatlantik und kann damit eine wesentliche Rolle für die Ventilation der Sauerstoffminimumzonen des tropischen Atlantiks spielen. Der Einsatz der RAFOS Floats, die an verschiedenen Stellen im äquatorialen Atlantik ausgesetzt wurden, ermöglichte den Nachweis dieser über mehrere 1000 km kohärenten Strömung, ein Ergebnis das mit herkömmlichen Schiffs- und Verankerungsmessungen kaum erzielt werden könnte. Mit Hilfe der akustisch georteten RAFOS Floats konnten auch Rezirkulationen zwischen dem Südäquatorialen Strom (SEC) und dem Südäquatorialen Unterstrom (SEUC) direkt nachgewiesen werden. Diese Rezirkulationen zeigen die Existenz von starken lateralen Vermischungsprozessen zwischen ost- und westwärtigen zonalen Strombändern und zeigen, dass die Verbindung zwischen Subduktions- und Auftriebsgebieten innerhalb der STC auf komplizierteren Pfaden erfolgt als bisher angenommen. Begleitende Analysen von Assimilationsmodellen haben wichtige Einblicke sowohl in die mittlere Struktur der STC als auch in ihre zwischenjährliche bis multidekadische Variabilität ermöglicht. Schwankungen der STC sind verbunden mit Schwankungen im ozeanischen Wänneinhalt im äquatorialen Atlantik. Wärmeinhaltsschwankungen führen dabei direkt zu Oberflächentemperaturschwankungen und haben damit einen direkten Einfluss auf das Klima im atlantischen Raum und insbesondere auf Niederschläge über Afrika und Südamerika. Besonders klimarelevant sind dabei windgetriebene Schwankungen der Stärke der STC, Änderungen der Wassermasseneigenschaften, die in den Subduktionsgebieten aufgeprägt werden, spielen nur eine untergeordnete Rolle. Mit einem RAFOS Float, das unterhalb des Äquatorialen Unterstroms vom Westatlantik in den Ostatlantik trieb konnte gezeigt werden, dass die Distanz von 35°W bis 12°W in nur 5 Monaten zurückgelegt werden kann. Dies zeigte die Existenz von sehr starken Strahlströmungen am Äquator in etwa 300m Wassertiefe, denen eine besondere Bedeutung für die Ventilation des östlichen Atlantiks zukommt.
Publications
- 2004: Shallow overturning circulations of the tropical-subtropical oceans. In: AGU Geophysical Monography "Ocean-atmosphere interaction and climate variability". Ed. by C. Wang, J. Carton, S.-P Xie. AGU, Washington, 261-304
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