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Monitoring des Wärmeinhalts des Weltozeans

Dank der enormen Masse des Weltozeans und der hohen spezifischen Wärmekapazität des Meerwassers stellen Änderungen der im Weltozean akkumulierten Wärmeenergie die Hauptkomponente der Wärmeenergiebilanzvariation der Erde dar. Die Aufnahme der Wärmeenergie des Ozeans dient als Puffer und verlangsamt damit die durch Treibhausgase verursachte Erwärmung der Erdoberfläche.

ICDC hat ein Projekt zum Monitoring der Temperatur und des Wärmeinhalts des Weltozeans gestartet.

Der Abschätzung des ozeanischen thermischen Zustandes liegt eine Sammlung hydrographischer Daten zu Grunde, die mittels verschiedener Instrumente gewonnen wurden. Der größte Anteil der Daten unter der Ozeanoberfläche gehört zu folgenden Instrumententypen:

  1. hydrographische Nansen Flaschen casts,
  2. Conductivity-Temperature-Depth (CTD) Geräte,
  3. mechanische Bathythermographen (MBT),
  4. eXpendable Bathythermographen (XBT),
  5. Autonome Argo Floats und
  6. Autonome Pinniped Bathythermographen (APB) (Bathythermographen, die an Meeressäugern befestigt sind).

Drei Instrumentengruppen (Nansen Flaschen, CTDs und Argo Floats) sind durch eine höhere Messpräzision charakterisiert und stellen zusammen einen Referenzdatensatz dar, der zu Validierung von anderen Datentypen benutzt werden kann.

Die NODC Datensammlung (World Ocean Data Base 2009 – WOD09) von Temperaturprofilen ist die Hauptdatenquelle für dieses Projekt (97.3% aller Temperaturprofile). Zusätzliche (in der WOD09 fehlende) Temperaturprofile lieferten die folgenden Datenzentren und Institutionen:

  • International Council for the Exploration of the Sea (ICES)
  • Japanische Ozeanographisches Datenzentrum
  • Mediterranean Oceanic Database (MOD)
  • Deutsches Ozeanographisches Datenzentrum (DOD)
  • Institut für Meereskunde, Universität Hamburg

Die Temperaturprofile wurden auf 1-Meter Level interpoliert und für jedes Profil die entsprechende Temperaturanomalien für die oberen 20 Meter und die oberen 400 Meter berechnet. Die 0-20 Meter Schicht wurde ausgewählt, weil diese Schicht normalerweise innerhalb der oberen gemischten Schicht liegt und deshalb für den Vergleich mit der Oberflächentemperatur (Sea-Surface-Temperature, SST) am besten geeignet ist. Die 0-400 m Schicht wurde gewählt, da zahlreichen XBT Profile eine maximale Messtiefe von 460 m aufweisen.

Als Referenzzeitraum der Anomalieberechnung dienten die Jahre 2001-2010, da erst die Argo Floats ab ca. 2000 eine im Vergleich zu früheren Jahren räumlich homogene Abdeckung des Weltozeans erlauben.

Die monatlichen klimatologischen Temperaturfelder wurden auf einem 0.25-Grad Gitter für den oben genannten Referenzzeitraum berechnet und anhand dieser wurden die Temperaturanomalien für jedes Profil berechnet. Die einzelnen Profilanomalien wurden dann innerhalb der 5x5-Grad Boxen gemittelt, wobei die Medianwerte als Abschätzung des Mittelwerts dienten. Danach wurden globale monatliche Zeitreihen berechnet, indem die Boxen proportional zu deren Fläche gewichtet wurden.

Die Zeitreihen der Temperaturanomalien der oberen 20 Meter (Fig.1,2) und der oberen 400 Meter (Fig.3) wurden bis in den Anfang der 1900-er Jahre ausgedehnt, obwohl die 0-400m Zeitreihe die Lücken während der beiden Weltkriege aufweist. Die bis jetzt in der Literatur vorhandene Zeitreihen beginnen ca. 1950. Die Details der Berechnungen, sowie der Vergleich der ozeanischen Zeitreihen mit den Zeitreihen der Oberflächentemperatur können dem Paper von Gouretski et al. 2012 entnommen werden.

Zeitreihen von Temperaturanomalien für ausgewählte Regionen des Weltozeans

Wir beabsichtigen, die Anomalienzeitreihen 3-4 mal pro Jahr (je nach Zugang neuer WOD09 Daten) zu aktualisieren.

Referenz:

Gouretski, V., J. Kennedy, T. Boyer and A. Köhl (2012) Consistent near-surface ocean warming since 1900 in two largerly independent observing networks. Geophysical Research Letters, doi:10.1029/2012GL052975

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