ALONG

Ausgangssituation / Motivation

Die atlantische meridionale Umwälzbewegung (Atlantic Meridional Overturning Circulation, AMOC) spielt eine herausragende Rolle im globalen Klimasystem und stellt den Hauptmechanismus für den nordwärts gerichteten Transport von Wärme dar. Damit ist die AMOC eine wichtige Grundlage für das milde Klima in West- und Nordeuropa. Trotz dieser Bedeutung ist die AMOC nur spärlich beobachtet, da flächendeckende, zeitlich durchgehende Messungen auf Grund der räumlichen Ausdehnung schwer zu bewerkstelligen sind. 

Als derzeitige Hauptinformationsquelle liefert das Rapid Climate Change - Meridional Overturning Circulation and Heatflux Array (RAPID/MOCHA) Messungen von Ozeanbodendruck, Wassertemperatur und Dichte an ausgewählten Punkten entlang des 26. nördlichen Breitenkreises.

Zusätzlich werden windgetriebene Oberflächenströmungen aus Satellitenaltimetrie bestimmt. Im Vergleich zu diesen Messmethoden bietet die Satellitengravimetrie entscheidende Vorteile. Einerseits wird die integrierte Massensäule vom Ozeanboden bis zur Meeresoberfläche beobachtet, wodurch sich direkt Ozeanbodendruck ableiten lässt. Zusätzlich ermöglicht der globale Charakter von Satellitenbeobachtungen das Monitoring der AMOC im gesamten Atlantik und ist nicht auf diskrete Breiten beschränkt.

Die Satellitenmission Gravity Recovery And Climate Experiment (GRACE) wurde speziell dafür konzipiert, zeitliche Änderungen des Erdschwerefeldes, und damit indirekt Massenänderungen, hoch genau zu bestimmen. Diese höchst erfolgreiche Mission lieferte monatliche Schwerefeldlösungen von 2002 bis 2017, eine Zeitreihe, welche durch die im Mai 2019 gestartete Nachfolgemission GRACE Follow-On fortgesetzt wird. Die lange Beobachtungsdauer und die zugrundeliegende Langzeitstabilität der Messdaten ermöglichen nicht nur die Untersuchung von kurzfristigen AMOC Anomalien, sondern ebenfalls die Bestimmung von Langzeittrends.

Vorstudien haben gezeigt, dass Änderungen der AMOC aus Beobachtungen der GRACE Mission abgeleitet werden können. Jedoch unterliegen unter Anderem das Rauschniveau und die räumliche Auflösung der verwendeten Daten sehr hohen Anforderungen.

Inhalte und Zielsetzungen

In dem vorgeschlagenen Projekt wird, aufbauend auf der Expertise des Instituts für Geodäsie im Bereich der Schwerefeldbestimmung, ein Datenprodukt entwickelt, welches die zeitlichen Änderungen des Massentransports im Atlantik über den gesamten Beobachtungszeitraum der GRACE und GRACE-FO Mission für alle Tiefenschichten und Breiten beschreibt.

Methodische Vorgehensweise

Um dies zu realisieren, wird im ersten Schritt eine Prozessierungskette implementiert um, aus geschätzten Schwerefeldern, auf den Atlantischen Ozean zugeschnittene Bodendruckmessungen abzuleiten. Dazu zählen die Bestimmung der Geozentrumskorrektur, die Stabilisierung von C20, sowie die implizite Filterung mittels Kollokation nach kleinsten Quadraten. Basierend auf diesen Eingangsdaten wird eine Zeitreihe des Massentransports im Atlantik erstellt und eine rigorose Analyse der AMOC durchgeführt.

Erwartete Ergebnisse

Mit dieser Datengrundlage wird es zum ersten Mal möglich die Kohärenz der AMOC für beliebige Tiefenschichten und Breiten aus Beobachtungen zu untersuchen. Aus diesem Grund sind dieser Datensatz und die darauf aufbauend Untersuchungen hoch relevant für die Klimaforschung, die Verbesserung von Klimamodellen und für das grundlegende Verständnis des regionalen Klimas in Europa

Projektleitung

Technische Universität Graz - Institut für Geodäsie, Arbeitsgruppe Theoretische Geodäsie und Satellitengeodäsie

Technische Universität Graz - Institut für Geodäsie,
Arbeitsgruppe Theoretische Geodäsie und Satellitengeodäsie
Univ. Prof. Dr. Ing. Torsten Mayer-Gürr
Steyrergasse 30/III
A-8010 Graz