V11.1 Experiment N: Der erste Versuch
VII. 6 Süf3wasserbilan des Nordpolarmeeres VII.6.1 Berechnung ozeanischer Sü§wassertranspor
VII.7.2 Speicherung von Flusswasser in Experiment NFPD
Durch vertikale Integration übe die Flusswasser-Konzentration kann das Flusswasser-Inventar im arktischen Ozean berechnet werden. Abb. VII.47a zeigt das Inventar im letzten Jahr von Experiment NFPD integriert übe die gesamte Ozeantiefe und Abb. VII.47b das Inventar in den obersten 300 m. Integriert übe das gesamte Nordpolarmeer (s. Abb. VI.25) ergibt sich im ersten Fall ein Gesamt- Flusswasservolumen von 53 . 103 km3, im zweiten Fall ein Volumen von 46
.
103 km3, d.h. 86% des Flusswassers wird in den obersten 300 m gespeichert. Dabei ist allerdings zu beachten, dass unterhalb der Halokline nach 30 Integrationsjahren ein Gleichgewicht noch weit entfernt ist. Das Flusswasser-Inventar in den oberen 300 m kann verglichen werden mit Abschätzungen die auf der Verteilung von Sauerstoff- Isotopen im Nordpolarmeer basieren (Schlosser et al. 1994; Bauch et al. 1995; Stein 1996; Frank 1996; Schlosser et al. 2000; Schlosser et al. 2002). Solche Abschätzunge liefern fü das Eurasische Becken eine mittlere Schichtdicke von 7.5 m und fü den Bereich der T P D 10-14 m. Die vom Modell simulierten Inventare liegen rund 25%unter den Isotopen-Werten. Dabei ist unklar, ob diese Diskrepanz a,us Unzulänglich keiten seitens des Modells oder der Isotopen-Methode resultiert. Beispielsweise ist eine Unterscheidung zwischen Flusswasser und direkten Niederschläge übe dem Ozean durch Sauerstoff-Isotope nicht möglich
Aus einer Flusswasserspeicherung von 46 . 103 km3 und einem Gesamt- Flusswassereintrag von 3159 km3/a läss sich eine mittlere Verweildauer von 14.5 a fü Flusswasser in den obersten 300 m des Nordpolarmeeres errechnen. Dieser Wert ist konsistent mit den Berechnungen aus Abschnitt VII.6.3 und Werten aus der Literatur (s. Abschnitt 111.1.4).
152 AUSBREITUNG U N D SPEICHERUNG VON FLUSSWASSER IM NORDPOI~ARMEER
Abb. VII.46: Jahresmittel der Flusswasser-Konzentration a.rkti.scher Fliisse i m jeweils 30. Integra,tionsja,hr von, ( U ) Experiment NF, (b) Experiment NFP und (C) Experiment NFPD. Linke Spalte: Gem,ittelt Ÿbe 0-80 m, (Konturintervall: 2%; Gebiete mit Werten übe 10% sind dunkel markiert).
Rechte Spalte: Gemittelt übe 80-254 m (Konturintervall: 1%).
Abb. VII.47: Speicherung arktischen Flusswassers (Inventar) i m Nord'po- larmeer berechnet übe das letzte Integrationsjahr von Experiment NFPD: ( U ) Integriert übe die gesamte Tiefe, (b) integriert übe den Tiefenbereich, 0-300 m (Konturintervall: 3.0 m,).
156 KONVEKTION UND THERMOI-IALINE ZIRKULATION auf die MOC zu beobaclit,en (Gerdes & Köberl 1995; Prange & Gercles 1999). Ob- wohl also keinesfalls davon ausgegangen werden l~anin dass die THC ein Gleichge- wicht erreicht hä,t,te k6nnen bereits Trends a,bgelesen werden. Abb. VII.49a zeigt die norclatlantische MOC aus Experiment NFPD. Mit einem maximalen Voluincnfluss von 10 Sv ist die Zirkulation von NADW deutlich scliwäche als die 11iiufig zitier- ten 15-20 Sv (z.B. Toinczak & Godfrey 1994; Ganacliaud & Wunsch 2000). Dies mag vornehmlich an der begrenzten Geometrie des Ozean-Modells liegen: Wichtige Auftriebsgebiete des Tiefenwassers im Indik, Pazifik sowie im südliche Ozean feh- len. Andererseits könnt aber auch die Einführun expliziter vertikaler Diffusion ins Ozean-Modell zu einer Verst,ärkun der MOC führe (z.B. Bryan 1987; Prange et al. 2003).
Das Fehlen des diffusen a,rkt,isclien Sü§wasserabfluss von 700 km3/a in Ex- periment NFP führ zu insgesamt leicht erhöhte Tiefeiiwasserbilduiig und somit, geringfiigig verstärkte (0.5-1 Sv) MOC (Abb. VII.49b). Den Effekt des Pazifik- Wasser-Einst,roins durch die Bering-Strafie auf die grofiskalige Zirkulat,ion im Yortl- atlantik zeigt Abb. VI1.49~. Das 'Öffnen der Bering-Strafie in Experiment, NFP führ aufgrund der erhöhte Sü§wasserzufu in1 Vergleich zu Experiment
NF
zu einer Abschwächun der MOC um ca. 2 Sv. Schliefilich zeigt Abb. VII.49d, wie sich die THC bei vollständige Fehlen von Fluss- und Pazifik-Wasser in Experiment N drastisch intensiviert,. Bereits nach 30 Ja,hren Integration ist die MOC 5 Sv stärke und reicht. deutlich t,iefer als in Experiment NFPD. Ursächlic hierfü ist das Ver- schwinden der Schichtung iin arktischen Ozean (vgl. Absatz VII.l.3), clas extensive Konvektion und die Bildung von besonders dichten Wassermassen iin Nordinecr ermöglicht Es ist wahrscheinlich, dass sich die MOC bei lä,ngere Integrat,ionszcit in ExperimentN
noch deutlich verstärkt,Qualitativ bestiitigen die hier vorgestellten Ergebnisse früher Modell- Resultate von Prange & Gerdes (1999): eine Erhöhun des Siifiwassereintrags ins Nordineer führ zu einer Abschwächun der konvektiven Aktivitä und somit der THC. Bemerkenswert ist, allerdings die quant,itative ~ b e r e i n s t i m m u n g des Einflus- ses der Bering-Strafie mit einer Modellstudie von Hasumi (2002). Hasumi (op.cit*.) untersucht die Rolle des Beriiig-Strafien-Durchstronis mittels eines prognostischen globalen Ozean-Modells (2.8' horizontale Auflösung) Dabei wird der Durclistrom als Funktion der Meeresspiegel-Differenz zwischen arktischem Ozean und der Bering- See paraineterisiert. Konsistent mit der vorliegenden Studie zeigt clas globale Mo- dell eine Abschwächun der THC um fast 20% nach Öffne der Passage. Wesentlich schwäche ist der Effekt des Bering-Strafien-Durchstroms im globalen Modell von Goosse et al. (1997a), in welchem der Pazifik-Wasser-Durcl~st,roiii die MOC nur um 6% reduziert. Sogar noch etwas geringer ist der Einfluss der Bering-Strafie im Mo- dell von Reason & Power (1994). Der Grund fü die geringe Sen~itivit~ä der THC in den Modellen von Goosse et al. (op.cit.) und Reason & Power (op.cit.) liegt wahr- scheinlich in der Formulierung der Randbedingungen: Re.storing-Flüss bezüglic des Oberfläcl~ensalzgehalt stabilisieren in beiden Modellen die Zirkulation.
Abb. VII.49: Meridionale Stromfunktion i m Nordatlantik (MOC) gemittelt übe die letzten 3 Jahre der jeweiligen Integrationsperiode: (a) Experiment NFPD (Konturintervall: l Sv), (b) Differenz Experiment NFPD - Experiment NFP (Konturintervall: 0.5 Sv), (C) Differenz Experiment NFP - Experiment NF (Konturintervall: 0.5 Sv), (d) Differenz Experiment NFPD - Experiment N (Konturintervall: 0.5 Sv). Positive Werte entsprechen einer Rotation i m
Uhrzeigersinn b q l . der Ebene des Blattes. Die Achsenbeschriftunqen beziehen sich i n dieser Abbildung auf die geografischen Koordinaten.
EXPERIMENT F P D : DIREKTER NIEDERSCHLAG
Abb. VII.50: Zeitliche En,twicklung des mittleren Salzgehalts im Nordpolar- meer in. Experimeni FPD.