TP1.4 – Variabilität der Atlantischen Umwälzzirkulation in Klimamodellen: Mechanismen, Vorhersagbarkeit und regionale Auswirkungen

Die Atlantische Umwälzzirkulation (AMOC), in der Öffentlichkeit oft schlicht als Golfstrom bezeichnet, ist eine Komponente der globalen Thermohalinen Zirkulation und beeinflusst in erheblichem Maße das Klima im atlantischen Raum und über Europa. Beobachtungen der AMOC gibt es erst seit etwa 20 Jahren, sie haben gezeigt, dass die AMOC eine überraschend große natürliche Schwankungsbreite aufweist. Deshalb sind Untersuchungen mit realistischen Klimamodellen eine wichtige Möglichkeit, unser Verständnis der Prozesse im Nordatlantik zu erweitern, und die natürliche Variabilität von den anthropogen verursachten Veränderungen zu trennen. Im Fokus des Projektes stehen die mit der Schwankung der AMOC verbundenen Prozesse und Mechanismen, die wesentliche Auswirkungen auf das Klima in Europa haben.

Ziele

Wir möchten mit den Daten der Klimamodelle und den verfügbaren Beobachtungen ein konsistentes Bild entwickeln, das Auskunft darüber gibt

  • welche Prozesse auf welchen Zeitskalen die Variabilität der atlantischen Umwälzzirkulation dominieren,
  • was die Beiträge von internen Faktoren (z.B. großräumige Schwankungen des Ozeans und der Atmosphäre) und externen Faktoren (Änderung des globalen CO2 Gehalts) für die Variabilität sind und
  • wie sich die klimatischen Auswirkungen von Schwankungen der Umwälzzirkulation auf verschiedenen Zeitskalen unterscheiden.

Die Beantwortung dieser Fragen erlaubt darüber hinaus, einerseits die Vorhersagbarkeit der Umwälzzirkulation abzuschätzen und andererseits ein sich möglicherweise bereits entwickelndes anthropogenes AMOC-Signal von der natürlichen AMOC-Variabilität zu trennen und damit frühzeitig zu detektieren.

Methoden

  • Mit dem Kiel Climate Model (KCM) wird in einem räumlich hoch aufgelösten, gekoppelten Experiment für eine Zeitspanne von 1000 Jahren die natürliche Schwankung der AMOC simuliert.
  • Mit derselben Modell-Konfiguration werden unter Verwendung idealisierter Szenarien für das 21. Jahrhundert (CO2 – Anstieg bzw. Süßwassereintrag) verschiedene Modellexperiemente durchgeführt.
  • In Kombination mit den eigenen Modellexperimenten und den Ergebnissen aus den Experimenten des Coupled Model Intercomparison Project aus der Phase 5 (CMIP5) werden die zeitliche und räumliche Variabilität der Umwälzzirkulation und ihre Auswirkungen untersucht.
Im Hintergrund: Schematische Darstellung der Umwälzzirkulation im Nordatlantik; rot: warme Oberflächenströmungen, blau: kalte Tiefenströmungen. Im Vordergrund: Die hohe natürliche Schwankungsbreite der Umwälzzirkulation dargestellt durch vier Langzeitbeobachtungen der Strömung (Transport-Zeitreihen / Sv) an Schlüsselstellen. a) Transport von warmem und salzreichem Atlantikwasser durch die Framstraße in den Arktischen Ozean; b) Transport von kaltem und dichtem Wasser aus dem Europäischen Nordmeer über die Schwelle zwischen Grönland und Island; c) Transport von kaltem Tiefenwasser aus der Labradorsee nach Süden; d) Transport von warmem, salzreichem Golfstromwasser und von kaltem Tiefenwasser von West in den Ostatlantik. (Bild: KDM/DKK (2017))

PI

Mojib Latif, Geomar, Kiel

Team

Claus Böning, Geomar, Kiel

Richard Greatbatch, Geomar, Kiel

Arne Biastoch, Geomar, Kiel

Johannes Karstensen, Geomar, Kiel

Thomas Martin, Geomar, Kiel

Wonsun Park, Geomar, Kiel

Annika Reintges, Geomar, Kiel