Topography-aware parameterization of eddy-driven transports across Antarctic continental slopes

Abstract

Auf den Kontinentalschelfen der Antarktis entsteht durch Meereisbildung und Kühlung an der Oberfläche dichtes Meerwasser, das entlang der Kontinentalabhänge in den tiefen Ozean fließt. Hierbei bilden sich Wirbel, sogenannte Eddies, die warmes Circumpolar Deep Water (CDW) zur Küste transportieren. Das CDW trägt dort zum Schmelzen des Antarktischen Schelfeises und damit zum globalen Anstieg des Meeresspiegels bei. In modernen Klimamodellen können Eddies auf Grund der groben horizontalen Modellauflösung nicht abgebildet werden, sodass ihr Effekt auf die Modelllösung parametrisiert werden muss. In dieser Doktorarbeit soll die Frage beantwortet werden, wie der Transport von CDW in Richtung der Antarktischen Küste parametrisiert werden kann.

In einem hochaufgelösten idealisierten Modell des Weddellmeers verursachen Eddies einen küstenwärtigen Wärmetransport, der stark abnimmt, wenn eine grobe Auflösung gewählt wird. Mit Hilfe der Gent and McWilliams/Redi (GM/Redi) Eddy Parametrisierung kann ein küstenwärtiger Wärmefluss auch bei grober Auflösung simuliert und eine Verbesserung der mittleren hydrographischen Felder erreicht werden. Um die Parametrisierung erfolgreich anzuwenden, muss zwingend berücksichtigt werden, dass Eddies durch eine Neigung der Bathymetrie unterdrückt werden. Dazu wird die Parametrisierung um eine Funktion erweitert, die deren Koeffizienten abhängig von der Neigung des Bodens reduziert.

In einem hochaufgelösten regionalen Ozeanmodell der Cape Darnley Region, in der ebenfalls Tiefenwasser gebildet und exportiert wird, transportieren Eddies warmes Wasser über die Schelfkante. Wird eine grobe Auflösung verwendet, so verringert sich dieser Transport stark, sodass eine Parametrisierung notwendig wird. Mit der modifizierten GM/Redi Parametrisierung kann auch hier ein Warmwassertransport auf den Kontinentalschelf simuliert und die Darstellung der mittleren hydrographischen Felder verbessert werden.

In einer globalen Ozeansimulation hat die GM/Redi Parametrisierung einen starken Einfluss auf die mittlere Temperatur und den mittleren Salzgehalt. Die modifizierte Version der GM/Redi Parametrisierung, die die Bodenneigung berücksichtigt, hat vor allem einen lokalen Einfluss auf die Modelllösung. Die Dichteflächen polarer Ozeanfronten bleiben stärker geneigt und die resultierenden Randströme weisen höhere Geschwindigkeiten auf. Um die Antarktis herum verbessern sich sowohl die mittlere Neigung der Dichetflächen als auch die Geschwindigkeiten des Antarctic Slope Current im Vergleich zu direkten Messungen.

Zusammenfassend kann der Transport von CDW in Richtung der Antarktischen Küste am besten parametrisiert werden, indem der Effekt der Bodenneigung bei der Auswahl des GM/Redi Koeffizienten berücksichtigt wird. Es ist zu erwarten, dass dieses Verfahren auch angewandt werden kann, um die Simulation von Transporten über andere polare Ozeanfronten zu verbessern.