Das THETIS-2 Projekt

3.2 Das THETIS-2 Projekt

Philosophie

Im Sommer 1992 wurde ein neuf'S Tomogrnphieprojekt. THETIS-f!. initiiert. Kernstück dieses Projekt"" ist ein Experiment im westlichen ßecken df'S Mittelmeeres. welches tomo-graphische Messungen zwischen Frankreich, Algerien, den Balearen und Sardinien/Korsika durchführt, siehe Abbildung 3.3. Die Geräte wurden zu Ende d<'S Schreibens di<'Ser Arbeit

Abbildung 3.3: Karte der Tomographieverankerungen des THETIS-f! Experimentes. H enthält die neue HLF-5 Schallquelle, die dM ganze ßecken durchstrahlen kann. Die anderen Verankerungen haben Webb-Geräte mit einer Reich-weite von etwa 300km. Die gestrichelten Strecken sind daher wahrschein-lich zu groß, um auswertbar zu sein. Die Verankerungen des IJM sind H,WIJV3JV4.

geborgen, und hatten gut 9 Monate lang den saisonalen Zyklus beobachtet. Hauptziel ist~·--zu demonstrieren, daß sich durch akustische Messungen von Kiiste ist~·--zu Kiiste quer durch rla.s ßecken (iibcr einzelne Schnitte) integrierte Temperaturen bestimmen la.ssen und

ab-1.11schiit.zen, wie dicht ein solches Netz von Schallstrahlen sein müßte, um den iiber die gesamte ßN'kenfläd1e gemitt.elten Wiirmegehalt z11 bestimmen. Dieses Projekt kann als Grundlage für ein spiit.rres landg1>stiitztes Tomographienetz dienen, 11m ein langfristiges l\!onitoring des beckenskaligen Wiirmegehalte,; und der Schichtung zu ermiiglichen.

Sold1e Messungen la.ssen sich auf die diversen Probleme anwenden, die im letzten Abschnitt behandelten wurden. Eine gute Schätzung des saisonalen Ganges des ßeckenwärmegehal-tf'S würde zum Beispiel helfen, die unterschiedlichen Korrekturen der Bulkformeln ge-geneinander abzuwägen. Abbildung 3.1 zeigt, daß die räumlichen Skalen der saisonalen Temperaturvariabilität relativ groß sind. Die Daten aus diesem Experiment entlang der in Abbildung 3.3 gezeigten Strecken könnten daher schon reichen, um den drei-dimensionalen Beckenwärmegehalt zeitlich zu verfolgen. Wenn die Methode prinzipiell erfolgreich ist, wären in der Zukunft mehrjährige Zeitserien dieser Art geeignet, die zwischenjiihrliche Temperaturvariabilität über die ganze Wassersäule oder einzelner Wa.ssermassen zu be-obachten. Insbesondere Klimatrends würden sehr viel einfacher nachweisbar sein als mit einzelnen CTD-Stationen, die auch in lOOOm Tiefe signifikante Variabilität zeigen, denn die akustischen Messungen liefern bereits ein 600km-lntegral über das Tiefenwasser oder die ganze Wassersäule. Abbildung 3.4 demonstriert, wie gut der gesamte Schnitt von Frank-reich nach Algerien akustisch abgetastet wird.

0 500

~ 1500 i:::

2000 2500

0 100 200 ^{300 400} 500 600

Entfernung [km)

Abbildung 3.4: Berechneter Verlauf einiger Schallstrahlen entlang der Hauptstrecke H-W3.

Komponenten

Kernstück des Experiment.es ist eine neue stärkere Schallquelle niedrigerer Frequenz (250H z), vom Typ l!LF-5. Diese wurde von der Firma Hydroacoustics bezogen und mit Elektronik, Gehäuse und Empfänger-Array einer unserer alten 4001lz-Geriite kombiniert.

Eine .e;ro!l<, Zahl an Modifikationen an der Hardware, Elektronik und Software waren nötig,

11111 diPSPS komplizierte System von 1.5 Tonnen Gewicht funktionsfähig zu machen. Auf Grund dn hiiherm Leistung und eines schlechten Wirkungsgrades, werden zwei Batterie-pakete mit insgesamt 650 Lithiurnzellen fiir eine .JahrPSauslegung benötigt, allein um den Sd1win~er z11 betreiben. DiPSPS Gerät befan,1 sich in Verankerung H und hatte ausrei-rhencle Reichweite, 11m da.s ganze Becken z11 clnrchstrahlen. Die Verankerungen W!...W5 enthielten ältere 400llz Webb-Transceiver (drei vorn 1111 Kiel, zwei von IFREMER Brest), die jedoch so modifiziert wurden, daß sie sowohl die 250Hz-Signale von H empfangen konnten, als auch die gegenseitigen 400H z-lrnpulse. Verankerung S wurde von J.Lynch (Woods Hole) zur Verfügung gestellt und ausgelegt. Diese enthielt auch eine 400Hz Webb-Q11elle und zusätzlich eine Oberflächenboje, um GPS-Zeit zu empfangen und Teildaten iiber ARGOS-Satellit an Land zu senden. Die Satellitenübertragung arbeitete fast 5 Mo-nate lang erfolgreich, clanach wurden keine Daten mehr empfangen. Die Quelle arbeitete trotzdem weiter, so daß da.s gesamte Netz der sieben Schallquellen intakt blieb. Vier davon wurden auch täglich mit einem autonomen System nahe Toulon (installiert und betrieben von CEPHAG/Grenoble) von Land aus empfangen, was sowohl auswertbare Daten lie-fern wird als auch der Überwachung der Quellen diente. Schließlich fand eine Kooperation mit der Ozeanakustik-Gruppe des Shirshov-lnstituts/Moskau statt, die eine zweimonati-ge Forschungsfahrt im Mittelmeer benutzte, um unsere Schallquellen zu empfanzweimonati-gen und CTD-Aufnahmen zu machen.

Genau entlang einer der beiden Hauptstrecken (H -W3) wurde zweiwöchentlich ein XBT-Schnitt von einem kommerziellen Schiff aus durchgeführt. Diese Linie ist hauptsächlich für die Verifikation der Tomographieergebnisse gedacht. Sie liefert aber zusätzlich wertvolle Informationen über die Skalen und Strukturen im Temperaturfeld. Insbesondere existie-ren auf der südlichen Hälfte des Schnittes Wirbel von 100-200km Größe, die sich von dem Algerischen Küstenstrom abgelöst haben und starke LIW-Maxima zeigen (MILLOT 1994).

Eine mögliche Erklärung für diesen erhöhten Zwischenwassergehalt ist, daß diese Wir-bel ausreichend groß werden, um 'frisches' LIW von der Westseite Sardiniens abzulösen (C.MILLOT, pers. Mitteilung). Weitere Komponenten des Experimentes und technische Daten der Geräte und eingesetzten Meßsysteme sind in (SEND 1994b) beschrieben.

Ein wesentlicher Teil des Projektes ist weiterhin das Erstellen und die Analyse ei-ner umfangreichen Datenba.sis ans historischen und aktuellen Quellen. Dazu wer-den historische Wasserschöpferdaten benutzt (von R.Molcard/Paris, N.Pinardi/Mower-dena, P.Bra.sseur/Liege), zusätzliche hydrographische Daten sowie MBT /XBT-Profile von der NODC Daten-CD, hydrographische und XBT-Daten von unseren eigenen Experimenten, und der XBT-Datensatz der französichen Marine. Die Analyse hat zum Beispiel bereits geholfen, da.s mittlere saisonale Signal in den oberen Schichten an jedem Ort im westlichen Becken abzuschätzen (z.B. Abb. 3.1). Dies kann dann mit unseren Tomographiemessungen verglichen werden, 11111 auf gegenseitige Konsistenz zu testen und eventuelle Abweichungen vorn mittleren .Jahresgang zu bestimmen (siehe spätere Abbildung 3.12). Die Statistik der riiumlichen Verteilung dieser Variabilitiit (Skalen, Amplitu,len) ist auch wichtig für die

FPhlerbestim1111mg dn Tomogrnphiemittel, siehe Ahschnit.t 3.4. Zwisdwnjiihrlirhe Varia-hilit.iit.en kiinnPn mit. dPn historischen Daten · zumindest in Oherfläd,mähe · ebenfalls 11ntns11d1t wNrlm. Auf Grund di,r (rä11mlid1 und zeitlich) iinßerst ung!Pidnniillig verteil-ten D;,t.pn muß j,~loch sehr stark gemittelt, interpoliert. und gegliit.td wPrdm, w;i.s dann ei1w sehr sorgf.ilt.ige Untersuchnng ,Irr statistischen Fehler erfordert (G.KRAHMANN, pers.

Mitteilnng).