Eine vollständig Sü§wasserbila des Nordpolar- meeres basierend auf Experiment NFPD

Abb. VII.41 zeigt die Entwicklungen des mittleren Salzgehalts im N ~ r d p o l ~ r i n e e r übe den Integrationszeitraum der Experimente NF, N F P und NFPD. Deutliche Salzdrift ist in den Experimenten NF und NFP auch nach 30 Jahren noch zu er- kennen, wahrend sich der Salzhaushalt des Nordpola,rmeeres in Experiment NFPD näherungsweis eingependelt hat. Aufgrund dieses Quasi-Gleichgewichtes kann eine Analyse der arktischen Süfiwasserbilan vorgenommen werdenlO. Da in Experiment NFPD keine Restoring-Flüss den Salzhaushalt beeinträchtigen ist das Sii§wasser budget dynamisch konsistent und geschlossen, so dass die Einträg durch Nieder- schläge Flüss und Pazifik-Wasser in guter Näherun vollständi durch Meereis- und ozeanische Exporte balanciert werden.

Tab. VII.5 zeigt die Süfiwasserbilan des Nordpolarmeeres basierend auf Expe- riment NFPD. Vernachlässig werden in dieser Aufstellung Eistransporte durch die Bering-StraBe (offener Rand im Meereis-Modell) sowie der Export von Schnee auf

^Man beachte, dass in Experiment NFPD auch das Meereisvolumen ein Quasi-Gleichgewicht am Ende der Integrationsperiode erreicht (vgl. Abb. VII.29).

146 SUSSWASSERBILANZ DES NORDPOI,ARMEERES

Tab. V I I . 5 : S$'wasserbilan,z des Nordpolarmeeres basieren,d auf Experiment NFPD (gemittelt übe das letzte Integrationsjahr) und den Angaben von Au- gaard & Carmack (1989). Der Referenz-Salzgehalt beträg 35.0 psu; fŸ Meer- eis wird ein Salzgehalt von 3.0 psu an,gesetzt. Positive Werte bedeuten Netto- Import,, negative Werte Netto-Export von Si$wusser (vgl. Abb. VI.25 fü die Definition der Passagen). Alle Angaben sind i n km3/a.

Wasser Netto

dem sich bewegenden Meereis (beide Werte sind kleiner als 50 ltin3/a). Die Suininie- rung aller Beiträg zur Bilanz ergibt einen Rest,wert von rund -500 km3/a, was bei einem Volumen des N ~ r d p o l ~ r m e e r e s von 1.3

-

10' km3 einer Zunahme des mittleren Salzgehalts von ca. 1 0 3 psu/a entspricht. Neben ozea~nischen und Meereis-Sü8vras serexporten ist Verdunstung eine wichtige Senke in der Bilanz. Abb. VII.42 zeigt die jährliche Verdunstungsraten im Nordpolarmeer. Da Eva.poration durch Meer- eis verhindert wird, sind signifikant,e Werte nur dort zu finden, wo sich die Eisdecke im Sommer zurückzieht d.ll. im Wesentlichen übe den Schelfgebieten.

Zusätzlic zu den Modellergebnisse sind in Tab. VII.5 die von Aagaard & Car- maclt (1989) abgeschätzt,e Beiträg zur arktischen Sü§wasserbila angegeben. Da- bei ist zu beachten; dass Aagaard & Carmack (op.cit.) in ihrer Originalarbeit einen Referenz-Salzgehalt von 34.8 psu verwenden und fü den Salzgehalt von Meereis 4 psu annehmen. Dank der ausführliche Darst,ellung ihrer Berechnungen ist es jedoch möglich sämtlich Werte fü einen anderen Referenz-Salzgehalt (hier: Sref = 35 psu) und einen anderen Meereis-Salzgehalt (hier: 3 psu) neu zu evaluieren. Tab. VII.5 erlaubt somit den direkten Vergleich von Modell-Resultaten mit den a,uf Beobach- tungen basierenden Werten. Dieser Vergleich zeigt erstaunliche Übereinst~iminunge und verstä.rk somit das Vertrauen sowohl in das Modell als auch in die 'klassischen'~

auch heute noch viel zitierten Abschätzunge von Aagaard & Carmack (op.cit.).

Sämtlich Werte sollten dabei im Sinne einer Klimatologie verstanden werden, da.

keine Angaben hinsichtlich interannueller Variabilitä gemacht werden (können) Der deutlichste Unterschied zwischen Modell und Daten zeigt sich im Sü§wa sertransport durch die Ba.rents-See. Die Berücksichtigun des salzarmen Norwegi- schen Küstenstrom (NCC) führ in den Abschätzunge von Aagaard & Carn~ack (op.cit.) zu einem Sü§wasserimpo ins Nordpola~rmeer. Dieser schmale Kiistei~st~roin

-1572

Abb. VII.42: Jährlich Verdunstung i n Experiment ATFPD (Konturintervall:

0.01 m; max. Kontur: 0.2 m). Die hohen Verdunstungsraten a r h a l b des Nordpolarmeeres sind nicht dargestellt.

kann im Modell nicht zufrieden stellend reproduziert werden, so dass der damit ver- bundene Süfiwassertranspor unterschätz wird.

Der gesamte Süf3wassereintra ins Nordpolarrneer beträg in Experiment NFPD rund 6800 km3/a und setzt sich zusammen aus Flusswasser, Zustrom von Pazifik-Wasser und direkten Niederschläge in den Ozea,n bzw. verzögert Schnee- schmelze vom Meereis. Übe 40% dieses Süfiwasser wird i n Form von Meereis durch die Fram-Strafie exportiert (Tab. VII.5). Von annähern gleicher Grö ist die Sum- me flüssige Sü§wasserexpor durch die Fram-Strafie und den Ka,nadischen Ar- chipel. Es ist bemerkenswert, dass diese Sü§wasserexpor ihrerseits von gleicher Grofienordnung sind ^- sowohl im Modell als auch in den Abschätzunge von Aagaard

& Ca,rmack (op.cit.). Der hier modellierte Wert fü den ozea,nischen Süfiwassertrans

port durch den Kanadischen Archipel ist mit 1390 km3/a zudem konsistent mit den Berechnungen von Steele et al. (1996). Die Angaben von Steele et al. (op.cit.) las- sen sich bezüglic eines Referenz-Salzgehalts von 35 psu umrechnen; der mittlere Sü§wasserexpo durch den gesamten Archipel beträg in deren Studie dann 1310 km3/a. Schliefilich seien die Abschätzunge von Rudels (1986, 1998) erwähnt Mit einem Ausstroin von 0.7 Sv und einem typischen Salzgehalt von 32.9 psu läss sich hier ein Sü§wasserexpo von 1320 km3/a durch den Kanadischen Archipel errech- nen.

Siifiwasser kann im Nordpolarmeer in Form von Meereis und flüssige Wasser ^- insbesondere in der arktischen Halokline ^- gespeichert werden. Obwohl auch auf dem Meereis liegender Schnee einen Süfiwasserspeiche darst,ellt (Abb. VII.43), ist das entsprechende Volumen zwei Gröfienordnunge kleiner als fü Meereis oder Wasser und wird deshalb im Folgenden nicht weiter berücksichtigt

SUSSWASSERBILANZ DES NORDPOLARMEERES

Abb. VII.43: Ja,h,resm,ittel der Sch,needicke i n Experiment hTFPD (Kon,turinteruall: 0.05 m,). Integriert übe das i n Abb. VI.25 dargestellte Ge- biet des Nordpolarmeeres ergibt sich ein Schneevolumen von 1258

km3,

was aufgrund der geringen Dichte des Schnees (300 kg/m3) einem Süj?wasservo lumen von lediglich ca. 370 km3 entsprich,t.

Abb. VII.44: Speicherung von Süj'wasse i m Nordpolameer gemüj (VII.3) berechnet übe das letzte Integrationsjahr von Experiment NFPD (Konturintervall: 5.0 m ) .

Abb. VII.44 zeigt die Speicherung von SüBwasse im Nordpolarmeer gemä

in Experiment NFPD. Konsistent mit den Darstellungen von Aagaa,rd & Carinack (1989) und Steele et al. (1996) wird auch in Experiment NFPD mehr SüBwasse im westlichen Teil des arktischen Ozeans (Kanadisches Becken) gespeichert als im östli chen (Eurasisches Becken). Der SüBwassergehal im östliche N ~ r d p o l ~ r m e e r kann direkt mit auf Beobachtungen basierenden Angaben von Rudels & Friedrich (2000) und Schlosser et al. (2002) verglichen werden, d a beide Arbeiten einen Referenz- Salzgehalt von 35.0 psu verwenden. Mit 3-11 m SüBwasse in der Wassersäul of- fenbart dieser Vergleich eine bemerkenswerte ~ b e r e i n s t i m m u n g der Daten mit den vorliegenden Modellergebnissen.

Integriert übe das gesamte Nordpolarmeer liefert Experiment NFPD ein Sü§wasservolum von 101. 103 km3. Der weitaus gr6Bte Teil (77%) befindet sich in den obersten 300 m.ll Addiert man 27- 103 km3 SüBwasse hinzu, das als Meereis im Nordpolarmeer gespeichert wird (vgl. Abb. VII.3la)l2, so ergibt sich ein Gesa,mt- volumen von rund 130 . 103 km3. Aus dem Verh'ltnis von Sܧwasserspeicheru und -eintrag läss sich eine mittlere Verweildmer von Sܧwass im Norpolarmeer errechnen. Mit einem SÜBwassereintra von 6800 km3/a. (Niederschlag, Flusswasser und Pazifik-Wasser) beträg diese mittlere Verweildauer in Experiment NFPD 19 Jahre. Eine mittlere Verweildauer von 15 Jahren ergibt sich, wenn man lediglich die obersten 300 in des Ozeans zusammen mit dem Meereis als SüBwasserspeiche berücksichtigt Diese Werte stehen in guter Übereinstimmun mit den Abschätzun gen von Rudels & Friedrich (op.cit.).

"Dabei ist zu beachten, dass der tiefe Ozean aufgrund der begrenzten Integrationszeit noch weitgehend von den Anfangsbedingungen gepräg ist,.

^Das Meereis-Gesamtvolumen im Nordpolarmeer (Grenzen gemäi Abb. VI.25) beträg in Ex- periment NFPD rund 3 3 . 103 km3. Unter Berücksichtigun der relativ geringen Dichte von Meereis (910 kg/m3) und eines Salzgehalts von 3 psu ergibt sich das 0.a. ~ü§wasser-Äquivale

die niedrigen Flusswassergehalte im gesamten Bereich des EGC (Abb. VII.46a). Die verstärkt Dynamik des EGC in Experiment NFP (Abb. VII.46b) und insbesondere in Experiment NFPD (Abb. VI1.46~) führ zu deutlich erhöhte Konzentrationen a n arktischen Fluss- bzw. Schelfwassermassen in der Fram-Stra,fie und im Europäische Nordmeer. Der reduzierte Wasscrmassenaustausch zwischen Nordpolarmeer und Eu- ropäische Nordmeer in Experiment N F läss das zugeführt Flusswasser im östli chen Eurasischen Becken regelrecht 8kkumulieren.

Realistischer ist die Zirkulation in Experiment NFPD. Die Flusswasser- Verteilung in den oberen Schichten (Abb. VI1.46~) zeigt wesentliche Ãœbereinstim mungen mit der in Abb. 111.6 gezeigten Simulation von Karcher & Oberhuber (2002).

Die höchste Flusswasser-Konzentrationen sind erwartungsgemäi in den sibirischen Schelfmeeren zu finden. Verschwindend geringe Konzentrationen finden sich in der von Atlantik-Wasser dominierten westlichen Barents-See sowie in der mit Pazifik- Wasser gefüllte Tschuktschen-See. Die Pfade der T P D sind durch hohe Konzentra- tionen deut,lich zu erkennen. GroBe Mengen Flusswasser werden mit der T P D von den sibirischen Schelfen zur Fr'm- und Nares-Stra§ tra,nsportiert, wo sie schliefilich das Nordpolarmeer verlassen. Die Modell-Simulationen reproduzieren weitgehend Flusswasser-Verteilungsmuster, die anhand Messungen stabiler Sauerstoff-Isotope abgeleitet wurden (vgl. 111.2.1).

Im Dokument Influence of Arctic freshwater sources on the circulation in the Arctic Mediterranean and the North Atlantic in a (Seite 145-151)