Ozean Im Klimasystem

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Experiment-Beschreibung Die Rolle der Ozeane im Klimasystem Autor: Manuel Linsenmeier Mitarbeit: Tobias Bayr, Dietmar Dommenget, Anne Felsberg, Dieter Kasang Motivation Etwa 70% der Oberfläche unseres „blauen Planeten“ ist mit Wasser bedeckt. Entsprechend groß ist die Bedeutung der Ozeane für das globale Klima. Im Klimasystem sind die Ozeane insbesondere als Wärmespeicher und für den Wärmetransport von großer Bedeutung. Dadurch wirken sie im Jahresgang stark ausgleichend mit einem Wärmeeffekt im Winter und einem Abkühlungseffekt im Sommer. Zudem sind sie die Hauptquelle für den Wasserdampf in der Atmosphäre und beeinflussen damit die Niederschlagsverteilung auf der Erde. Weitere wichtige Prozesse, durch die die Ozeane das Klima beeinflussen, sind die Aufnahme und Speicherung von Kohlenstoffdioxid sowie die Bildung von Meereis. Im Vergleich zur Atmosphäre, in der sich das Wettergeschehen auf einer Zeitskala von Tagen und Wochen abspielt, sind die Ozeane ein relativ träges Element des Klimasystems. Daher gehen viele Klimaschwankungen, die sich auf Zeitskalen von Jahren und Jahrzehnte abspielen, auf die Wechselwirkungen zwischen den Ozeanen und der Atmosphäre zurück. Modelleinstellungen für die folgenden Experimente: Das MSCM kann je nach Nutzer in unterschiedlichen Schwierigkeitsniveaus verwendet werden: In der Standardversion gibt es 11 Prozesse, die manuell ein- und ausgeschaltet werden können (siehe nächste Seite). Allerdings sind Prozesse wie Diffusion oder Advektion von Wasserdampf und Wärme nicht für jeden Nutzer direkt eingängig und verständlich und auch unter Modellkorrektur mag es dem Laien schwerfallen, sich etwas vorzustellen. Diese Version ist daher eher für fortgeschrittene Nutzer geeignet (z.B. Universitätsstudenten oder Menschen mit gutem Hintergrundwissen in der Klimaphysik). Die Basisversion fasst mehrere Prozesse aus der Standardversion unter einem (Ober-)Begriff zusammen, sodass sich die Anzahl der ein- und ausschaltbaren Prozesse auf 6 reduziert (siehe nächste Seite). Die Modellkorrektur ist dabei, obwohl nicht sichtbar, immer eingeschaltet. Insgesamt ist diese Version für Nutzer ohne Vorwissen bzw. Laien besser geeignet. Die hier behandelten Experimente führen in der Standard- und Basisversion zu denselben Ergebnissen, da die in der Basisversion nicht gezeigten Prozesse trotzdem berücksichtigt sind. Die Experimente sind daher auch nur einmal im Abschnitt „Modellergebnisse und Beobachtungen“ dargestellt und erläutert. 1 Einstellungen Aktivierte Prozesse in Experiment B: Aktivierte Prozesse in Experiment A: alle außer „Ozean“ alle Es werden die folgenden Monate verglichen: Januar (Nord-Winter/Süd-Sommer) und Juli (Nord-Sommer/Süd-Winter) Standardversion Basisversion 2 Modellergebnisse und Beobachtungen: JANUAR mit Ozean ohne Ozean Wirkung des Ozeans Deutliche Erwärmung in der Winterhemisphäre (2) Mäßige globale Erwärmung durch Ozeane im Nordwinter (1) Keine Wirkung in den Tropen (5) Erwärmung auch im Westen der Kontinente (4) Abkühlung der Sommerhemisphäre (3) 3 JULI mit Ozean ohne Ozean Wirkung des Ozeans Abkühlung der Sommerhemisphäre (3) Stärkere globale Erwärmung durch Ozeane im Südwinter (1) Keine Wirkung in den Tropen (5) Deutliche Erwärmung der Winterhemisphäre 4 Physikalischer Hintergrund und Erklärung der Beobachtungen Ozeane sind im MSCM durch ihre Funktion als Wärmespeicher repräsentiert. Der Transport von Wärme in den Ozeanen wird im MSCM nicht simuliert. Allerdings machen sich die Auswirkungen der Ozeane auf die Temperatur auf Grund des Transports von Wärme in der Atmosphäre auch über Landflächen bemerkbar. Globale Betrachtung Beobachtung Erklärung (1) Ozeane führen zu einer globalen Erwärmung, die im Südwinter stärker ist als im Nordwinter. Aufgrund ihrer geringen Albedo und großen Wärmekapazität speichern die Ozeane einen wesentlich größeren Teil der Sonnenenergie als die Landoberflächen und erwärmen im Jahresmittel die Atmosphäre. Dabei macht sich die Wärmeabgabe an die Atmosphäre stärker im Südwinter als im Nordwinter bemerkbar, da die Ozeanflächen auf der Südhalbkugel deutlich größer sind als auf der Nordhemisphäre. Regionale Betrachtung Beobachtung Erklärung (2) Ozeane führen zu einer starken Erwärmung auf Die Ozeane stellen einen großen Wärmeder Winterhemisphäre. speicher dar, in dem im Sommer Energie aufgenommen und gespeichert und anschließend im Winter wieder an die Atmosphäre abgegeben wird. (3) Ozeane führen zu einer Abkühlung auf der Sommerhemisphäre. Ozeane erwärmen sich im Sommer nur sehr langsam. Dadurch wirken sie im Sommer-halbjahr abkühlend. (2+ Ozeane verringern die jahreszeitlichen 3) Unterschiede. Durch ihre Wärmespeicherkapazität führen Ozeane zu kühleren Sommern und wärmeren Wintern und verringern damit den Jahresgang der Temperatur. (4) Ozeane beeinflussen deutlich die Temperatur in Der Wärmetransport in der Atmosphäre in den den westlichen Randgebieten der Kontinente in mittleren bis hohen Breiten ist stark durch den mittleren bis hohen Breiten. Westwinde beeinflusst. Dadurch macht sich der Effekt der Ozeane auf die Temperatur auch über dem Land bemerkbar. Dabei nimmt der Einfluss der Ozeane auf die Temperatur an 5 Land mit dem Abstand zur Küste ab. (5) Ozeane haben nur einen geringen Einfluss auf die Temperatur in den Tropen. In den Tropen gibt es nur einen sehr schwachen Jahresgang. Daher hat die Wärmespeicher-kapazität der Ozeane hier kaum Auswirkungen auf die Temperatur. 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