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Unterabschnitte



5. OMP Analyse der Datensätze

Im vorangegangenen Kapitel wurden die Charakteristika der Wassermassen, die an der Zusammensetzung der Thermokline beteiligt sind, festgelegt. Diese finden jetzt, als Quellwassertypen, Eingang in die OMP Analyse. Aus den zur Verfügung stehenden Datensätzen wird damit der Einfluß der Vermischung und der biogeochemischen Änderungen am Beobachtungswert berechnet. Es werden dazu die Quellwasserdefinitionen für alle Tracer in allen Untersuchungsgebieten beibehalten, um eine Vergleichbarkeit der Ergebnisse zu gewährleisten.

Die gesamte Analyse konzentriert sich auf den Dichtebereich, der als Haupteintragsbereich durch die Subduktion identifiziert wurde: $\sigma _{\theta }$=25.3 bis 26.9kgm$^{-3}$. Zusätzlich werden Quellwasser außerhalb dieses Dichtebereichs berücksichtigt, da diese durch Vermischung ebenfalls die darüberliegenden Schichten beeinflussen können (151). Die volumetrisch größten Einträge der Modewasser wurden im Abschnitt 4.4 bei $\sigma _{\theta }$=26.5 und 26.8kgm$^{-3}$ gefunden. Diese Isopyknen sind in den folgenden Abbildungen hervorgehoben.

Die Analysenreihenfolge orientiert sich an der vermuteten Ventilationsrichtung von Süd nach Nord, wobei Untersuchungsregionen fett gedruckt sind und [ die Datensätze kursiv und in Klammern vermerkt werden]:

Südhemisphäre:
Im Abschnitt 4.4 wurde der Eintrag von Zentralwasser und Modewasser in den Subtropenwirbel analysiert. Beide Wassermassen haben initial weitestgehend identische Tracercharakteristika, unterscheiden sich aber im ``Alter''. Beide Wasser werden daher mit identischen Charakteristika als ICW in die OMP Anaylse des Subtropenwirbels [ I5, Südteil I5 Ost, I8] eingebracht. Die Wassermassenverteilung ist daher sehr homogen, allein in den biogeochemischen Änderungen sind die Unterschiede zu erkennen. Diese Wasser treffen an der Nordseite des Subtropenwirbels auf das AAMW, das mit dem Südäquatorialstrom aus dem Indopazifischen Einstrom westwärts transportiert wird. Bei ca. 15$^{\circ }$S (30) entsteht eine Front zwischen dem salzreichen Wasser aus dem Subtropenwirbel und dem vergleichsweise salzarmen AAMW [ JADE 89, FR09/87]. Ein Zonalschnitt bei ca. 8$^{\circ }$S folgt als Analyse der Wassermassenverteilung im tropischen Indischen Ozean im Übergang zur Äquatorialregion [ I2]. Anteile des Indonesischen Einstroms (AAMW), des Wassers aus dem Subtropenwirbel (ICW) und des Indischen Äquatorialwassers (IEW) sollten an der Zusammensetzung beteiligt sein. Immer noch in der Südhemisphäre teilt sich im Westen die Zirkulation in eine nördliche und eine südliche Komponente. Dabei spielt der vorherrschende Monsun eine wichtige Rolle im weiteren Schicksal des Wassers. Nach Süden wird das Wasser im Subtropenwirbel rezirkuliert, nach Norden ermöglichen die Randströme einen Transport in die Nordhemisphäre.

Nordhemisphäre:
Die Randströme transportieren das Thermoklinenwasser aus der Südhemisphäre in die Nordhemisphäre. Da die Nordhemisphäre keine eigene Subduktionszone für Thermoklinenwasser besitzt, wird sich das Südhemisphärenwasser hauptsächlich mit importiertem Wasser aus dem Roten Meer und dem Persischen Golf mischen. In der Arabischen See sind noch verhältnismäßig hohe Anteile der Randmeerquellen zu erwarten [ M32/4]. Für den Zonaltransport des Wassers aus der Randstromregion ist monsunabhängig der Nordäquatorialstrom oder der Monsunstrom verantwortlich. Entlang eines Schnitts bei 80$^{\circ }$O standen zwei Datensätze zur Verfügung, die in unterschiedlichen Monsunphasen aufgenommen wurden. Die Monsunabhängigkeit der Wassermassenanteile und der biogeochmischen Änderungen konnte damit bestimmt werden [ FR08/94, I5Ost].

5.0.0.1 Wassermassen und OMP Analyse

Um die Ergebnisse der OMP Analyse für die einzelnen Regionen vergleichen zu können wurde nur ein Satz von Quellwassertypen benutzt (Tabelle 5.1). Diese Vorgehensweise ist durch die Anwendung der erweiterten OMP Analyse, die auch biogeochemische Änderungen berücksichtigt, möglich.


Tabelle 5.1: Zur OMP Analyse der Wassermassen der Südhemisphäre verwendete Definitionswerte der Quellwassertypen (ICW = Zentralwasser/Modewasser, AAMW = Australasiatisches Mittelmeerwasser/Throughflow, RSW/PGW=Rotes Meer/Persischer Golf Wasser, AAIW = Antarktisches Zwischenwasser und IEW = Indisches Äqutorialwasser). Einheiten der Tracer: Temperatur = $^{\circ }$C, Salzgehalt = psu, Sauerstoff = $\mu $molkg$^{-1}$, Silikat = $\mu $molkg$^{-1}$, Nitrat =$\mu $molkg$^{-1}$, Phosphat = $\mu $molkg$^{-1}$. Die rechte Spalte (Nummer) gibt eine Identifikationsnummer zur Übersicht der Quellwasser in den einzelnen Analysen. Die beiden letzten Zeilen geben die Gewichtung, nach Hemisphäre getrennt, an.
Temperatur Salzgehalt Sauerstoff Silikat Phosphat Nitrat Nummer
ICW 18 35.8 230 0.5 0 0 1
9 34.65 260 5 1.1 15 4
AAMW 16.4 34.55 100 25 1.4 19 7
10 34.56 91 48 2.1 30. 6
8.1 34.56 91 40 2.1 30 5
RSW/PGW 18.73 37.7 50 19.2 1.56 19.7 9
AAIW 4.5 34.35 210 35 2.2 32 8
IEW 8.5 35 60 50 2.5 35 10
Gewichtung
Nordhemisphäre 12 24 7 2 2 2
Südhemisphäre 24 24 7 2 2 2

Die zur Analyse nötige Gewichtung der einzelnen Tracer geschieht über das Verhältnis der Bandbreite der Tracerwerte in der Quellwassertypenmatrix relativ zur Variabilität in den Quellregionen (vergl. Abschnitt 3.3). Da ICW und AAMW als einizge Wassermassen des Gebiets einen großen Tiefenbereich (Temperaturbereich) einnehmen, besitzen sie auch eine ausgeprägte Variabilität in ihren Quellregionen. Die Festlegung der Gewichte wird daher auf die Einflußnahme dieser beiden Wassermassen beschränkt und greift auf Ergebnisse von (55) zurück. Dort wurde aus einer Reihe von linearen Regressionen in den Quellwasserregionen von AAMW und ICW, die ``optimale'' Gewichtung berechnet (siehe Tabelle 5.1, letzte Zeilen).

Die Untersuchung der Doppeldiffusiven Prozesse (vergl. Abschnitt 4.3) zeigte, daß es durch den vertikalen Salzfluß in den Fingern zu einer Rotation der T/S Charakteristik des ICW kam. Um diesem Effekt gerecht zu werden und gleichzeitig die Tracercharakteristika in der Ursprungsregion durchgängig verwenden zu können, wird die Temperatur in der Nordhemisphäre um 50% geringer gewichtet als in der Südhemisphäre. Salz, Sauerstoff und Nährstoffe werden durch den Doppeldiffusiven Fluß gleichermaßen beeinflußt und können daher ihre Gewichtung relativ zueinander beibehalten.

Für jede Region werden zur Analyse folgende Schritte unternommen:


5.1 Der Subtropenwirbel

Die Untersuchung des Subtropenwirbels konzentriert sich hauptsächlich auf den Verbleib bzw. die Verteilung des Zentralwassers und des Modewassers. Im Norden kommt zusätzlich der Einfluß des Indopazifischen Einstroms hinzu. Zur Untersuchung werden ein Meridional- und ein Zonalschnitt verwendet, die aus Daten von drei im WOCE Projekt durchgeführten Expeditionen zusammengesetzt wurden (zonal: I5, meridional: Südteil I5 Ost und I8).

Abbildung 5.1: Stationsverteilung (Kreise) entlang des Zonal- und des Meridionalschnittes im Subtropenwirbel. Dicke Linie: Küste, dünne Linie: 1000 m Kontur.
\includegraphics [width=10cm]{analyse/suedhemi/subtrop/map_sub.eps}

Modewasser sind in ihren T/S Eigenschaften nicht vom Zentralwasser zu unterscheiden. Beide Wassermassen werden daher mit einer Definition (als 2 Quellwassertypen) in die Analyse eingebracht. Sie sind dabei nahezu gesättigt im Sauerstoff bei geringen Nährstoffkonzentrationen. Ein Unterscheidungskriterium nach Eintritt in die Thermokline ist jedoch ihr ``Alter'', welches sich in den biogeochemischen Änderungen widerspiegelt: Modewasser werden in Regionen südlich der Subtropenfront durch Konvektion erzeugt und dann durch Subduktion in die Thermokline eingespeist (vergl. Abschnitt 4.4). Es wird, bei entsprechender Konvektionstiefe, ``junges'' Wasser in große Tiefen (hohe Dichte) eingebracht. Zentralwasser wird durch Divergenzen im Ekmanmassentransport, also letztlich durch das Windfeld, in die Thermokline eingebracht. Die Ausbreitung geschieht entlang von Isopyknen (143), so daß ein Erreichen großer Tiefen auch einem langen Ausbreitungsweg ``entlang'' von Isopyknen gleichzusetzen ist. In der Zeit kommt es durch die biogeochemischen Prozesse zu Änderungen in Nährstoffen und Sauerstoff. Eine Aufteilung des ICW in Zentralwasser und in Modewasser ist daher über Unterschiede in den biogeochemischen Änderungen möglich.

5.1.0.1 Tracerverteilungen

Die Verteilung von Temperatur, Salzgehalt und gelöstem Sauerstoff entlang des Meridionalschnittes bis in 1200 m Tiefe ist in Abbildung 5.2 dargestellt.

Abbildung 5.2: (Von oben) Meridionale Verteilung von Temperatur, Salzgehalt und gelöstem Sauerstoff im Subtropenwirbel (Daten: I5 Ost und I8). Die vertikale, durchbrochene Linie markiert den Schnittpunkt von Zonal- und Meridionalschnitt.
\includegraphics [width=12cm]{analyse/suedhemi/subtrop/temp_merid.eps} \includegraphics [width=12cm]{analyse/suedhemi/subtrop/sal_merid.eps} \includegraphics [width=12cm]{analyse/suedhemi/subtrop/oxy_merid.eps}

Der Schnitt verläuft südlich von 32$^{\circ }$S entlang 95$^{\circ }$O und nördlich von 25$^{\circ }$S entlang 80$^{\circ }$O. Die Temperaturverteilung (oben), die in guter Näherung auch der Dichteverteilung entspricht, zeigt einen Anstieg der Isothermen zum Äquator. Typisch für einen Subtropenwirbel, und im Einklang mit der Erhaltung der potentiellen Vorticity entlang von Stromlinien, erkennt man das äquatorwärtige Schrumpfen der vertikalen Schichtmächtigkeit (H) zwischen den Isothermen (Isopyknen) (69).

Zungenförmige Ausbreitungen von Salzgehalt (mitte) und Sauerstoff (unten) sind, als Hinweis zur Ausbreitung von Wassermassen, gut sichtbar. Ab 45$^{\circ }$S erkennt man in etwa 1000 m Tiefe eine Zunge salzarmen (S$<34.4$) und sauerstoffreichen Wassers die bei 15$^{\circ }$S auf 650 m Tiefe angestiegen ist. Dabei ist der Salzgehalt von $<$34.4 auf $>$34.6 angestiegen. Diese salzarme Schicht ist das Antarktische Zwischenwasser (AAIW), daß die Untergrenze der Thermokline festlegt (174). Oberflächennah erkennt man nördlich von 35$^{\circ }$S eine zungenförmige Einschiebung von sehr salzreichem Wasser in 200 m Tiefe mit Salzgehalten $>35.6$. Das Salzgehaltsmaximum ist der oberen Grenze der Zentralwasser (Subtropischen Modewasser, STMW 24) zuzuschreiben.

Abbildung 5.3: (Von oben) Zonale Verteilung von Temperatur, Salzgehalt und gelöstem Sauerstoff im Subtropenwirbel (Daten: I5). Die vertikale, durchbrochene Linie markiert die Schnittstelle des Zonal- und Meridionalschnittes.
\includegraphics [width=12cm]{analyse/suedhemi/subtrop/temp_zonal.eps} \includegraphics [width=12cm]{analyse/suedhemi/subtrop/sal_zonal.eps} \includegraphics [width=12cm]{analyse/suedhemi/subtrop/oxy_zonal.eps}

Bei ca. 35$^{\circ }$S ist durch die Scharung in den Isothermen die Subtropenfront zu erkennen (5). Bei etwa 40$^{\circ }$S ist, aufgrund der homogenen Temperaturverteilung zwischen 200 m bis 600 m Tiefe (78), ein Formationsgebiet der Modewasser zu erkennen. Das Wasser wird hier durch Konvektion homogenisiert (107) und später durch lateralen Eintrag in die Thermokline subduziert. Das oberflächennahe Salzgehaltsmaximum, das die obere Grenze des Zentralwassers definiert erstreckt sich nach Norden bis zu einer ausgeprägten Front bei ca. 12$^{\circ }$S (30). Nördlich der Front ist Wasser aus dem Indopazifischen Einstrom zu sehen. Die Front ist von 150 bis 400 m Tiefe fast vertikal und gut im Salzgehalt und im Sauerstoff erkennbar. Danach ist sie bis in etwa 1000 m Tiefe südlich geneigt und verläuft dabei unterhalb des Salzgehaltsminimums des Zwischenwassers. Im Sauerstoff lassen sich nördlich der Front zwei Einschübe sauerstoffarmen Wassers erkennen: einer ist in etwa 180 m und einer in 500 m Tiefe.

Der Zonalschnitt bei ca. 32$^{\circ }$S (Abbildung 5.3) wurde von (154) und (24) detailliert beschrieben. Grundsätzlich ist ein ostwärtiger Anstieg der Isothermen (oben) und Isohalinen (mitte) zu erkennen. Der damit einhergehende Anstieg der Isopyknen bringt so dichtes Wasser im Ostteil in Richtung Oberfläche. Im 1000 m Tiefenniveau werden im Westen Dichten von $\sigma _{\theta }$=27.2kgm$^{-3}$ und im Osten von $\sigma _{\theta }$=27.35kgm$^{-3}$ erreicht. In der Verteilung des Salzgehalts (mitte) ist das AAIW wieder als salzarme Schicht, im Ostteil bei 1000 m Tiefe, gut zu erkennen. Dabei kommt es in dieser Schicht zu einer ostwärtigen Abnahme im Sauerstoff (unten), die ein Einströmen des AAIW von Westen nahelegt. Diese Sauerstoffabnahme steht im Einklang mit dem ostwärtigen Transport des AAIW im Zirkumpolarstrom aus den Formationsgebieten im Südostpazifik (20,24). Im Tiefenbereich 200 bis 700 m ist die Sauerstoffverteilung gerade umgekehrt zu der in der Tiefe. Westlich von 50$^{\circ }$O sieht man vergleichsweise sauerstoffarmes Wasser, welches auf den südwärtigen Transport von Wasser aus niederen Breiten zurückzuführen ist (111). Sauerstoffmaxima in diesem Tiefenbereich sind bei 60$^{\circ }$O und im Bereich von 80$^{\circ }$O bis 110$^{\circ }$O zu sehen. Diese Regionen stimmen mit denen überein, wo laut Analyse der Subduktionsraten (Abschnitt 4.4) der Eintrag der Modewasser zu erwarten ist.

5.1.0.2 OMP Analyse

Zur Analyse der Daten wurden alle Wassermassen der Tabelle 5.1 mit einbezogen, wobei über die Residuen der Massenerhaltung die Notwendigkeit geprüft wurde, ob das IEW (10) oder das AAIW (8) in der Tiefe als Quellwasser benutzt werden muß. Das ICW (1 und 4) und das AAMW (6 und 7) werden jeweils durch 2 Quellwassertypen definiert. Deren Summe entspricht den Anteilen einer Wassermasse, beschrieben durch die Linie zwischen den beiden Quellwassertypen.

Abbildung 5.4: Ausgewählte Tracer Diagramme der Daten aus dem Bereich des Subtropenwirbels sowie die Position der Quellwassertypen: Linie zwischen 1 und 4 entspricht dem ICW, zwischen 6 und 7 dem AAMW, 8 das AAIW und 10 das IEW Linien im T/S Diagramm sind $\sigma _{\theta }$= 25.6, 26.0 und 26.8 kgm$^{-3}$, im T/O$_2$ Diagramm Sättigungslinien bei S=34 bzw. 35.
\includegraphics [width=13cm]{analyse/suedhemi/subtrop/para_plo.eps}

Die Temperatur/Tracer Diagramme (Abb. 5.4) verdeutlichen die Position der gewählten Quellwassertypen (gekennzeichnet durch Identifikationsnummern) relativ zu den Daten. Die Variabilität der berechneten Größen durch Meßfehler und Variation der Quellwassertypen ergab:
Verrauschen mit Meßfehler ICW AAMW AAIW IEW $\Delta $P r$_{\rm O/P}$
Mittlerer Fehler Meridionalschnitt $\pm $3.1% $\pm $1.1% $\pm $2.4% $\pm $0.9% $\pm $ 5.1$\mu $molkg$^{-1}$
Mittlerer Fehler Zonalschnitt $\pm $1.8% $\pm $0.1% $\pm $2.1% - $\pm $ 4.5$\mu $molkg$^{-1}$
Verrauschen Quellwassertypen
Mittlerer Fehler Meridionalschnitt $\pm $5% $\pm $2% $\pm $1.4% $\pm $3.7% $\pm $ 5.3$\mu $molkg$^{-1}$
Mittlerer Fehler Zonalschnitt $\pm $3% $\pm $4.1% $\pm $1.6% 0% $\pm $ 5.3$\mu $molkg$^{-1}$

Die Fehler der OMP Analyse durch das Rauschen in den Daten sowie durch Variabilitäten in den Quellwassertypen sind für dieses Meeresgebiet gering. Dieses gilt bezüglich der errechneten Vermischungsanteile sowie der biogeochemischen Änderungen.

5.1.0.3 Wassermassenverteilung

Die Wassermassenverteilung die sich aus der OMP Analyse entlang des Meridionalschnittes ergibt (Abb. 5.5) entspricht weitestgehend dem aus der Hydrographie schon abgeleiteten Aufbau. Die Dominanz des ICW im Subtropenwirbel wird deutlich.

Abbildung 5.5: Meridionale Verteilung der Wassermassenanteile (von oben): ICW, AAMW, AAIW und IEW. Durchbrochene Linien markieren die Lage maximaler Modewasser Einträge entlang der $\sigma _{\theta }$=26.5 und 26.8 Isopykne.
\includegraphics [width=12cm]{analyse/suedhemi/subtrop/ICW_merid.eps} \includegraphics [width=12cm]{analyse/suedhemi/subtrop/AAMW_merid.eps} \includegraphics [width=12cm]{analyse/suedhemi/subtrop/AAIW_merid.eps} \includegraphics [width=12cm]{analyse/suedhemi/subtrop/IEW_merid.eps}

Abbildung 5.6: Zonale Verteilung der Wassermassenanteile: (von oben) ICW, AAMW, AAIW und IEW. Durchbrochene Linien markieren die Lage maximaler Modewasser Einträge entlang der $\sigma _{\theta }$=26.5 und 26.8 Isopykne.
\includegraphics [width=12cm]{analyse/suedhemi/subtrop/ICW_zonal.eps} \includegraphics [width=12cm]{analyse/suedhemi/subtrop/AAMW_zonal.eps} \includegraphics [width=12cm]{analyse/suedhemi/subtrop/AAIW_zonal.eps} \includegraphics [width=12cm]{analyse/suedhemi/subtrop/IEW_zonal.eps}

Bis ca. 15$^{\circ }$S wird die Thermokline hauptsächlich vom ICW (Abb. 5.5 und 5.6, oben) eingenommen. Eine Unterscheidung des ICW in das Ekmaninduzierte Zentralwasser und das lateral eingebrachte Modewasser ist aus der hier benutzten Quellwasserdefinition in den Vermischungsanteilen nicht möglich. Über die weiter unten gezeigten biogeochemischen Änderungen ist eine Unterscheidung jedoch möglich. Ab 15$^{\circ }$S ist der Einfluß des Wassers aus dem Indopazifischen Einstrom zu erkennen (AAMW). Dieser reicht generell nicht tiefer als bis ca. 300 m, in Übereinstimmung mit den Ergebnissen von (30). Nördlich von 10$^{\circ }$S tritt erneut das ICW mit hohen Wassermassenanteilen auf, hierbei kann es sich um ein ``gealtertes'' ICW handeln, das vom Westen mit dem Äquatorialen Gegenstrom bzw. mit dem Monsunstrom entlang des Äquators nach Osten transportiert wurde. Bestätigt wird diese Annahme durch die Notwendigkeit einer großen biogeochemische Korrektur (vergl. nächster Abschnitt). In der Tiefe wird die Thermokline bis ca. 2$^{\circ }$S durch das Antarktische Zwischenwasser (AAIW) abgeschlossen. Der analysierte Tiefenbereich löst den Kern des AAIW nicht ganz auf. Vom Äquator dringt unterhalb des durch ICW ventilierten Bereiches ( $\sigma _{\theta }$$>26.85$kgm$^{-3}$) Indisches Äquatorialwasser (IEW) ein. Da der Schnitt ab 25$^{\circ }$S auf 80$^{\circ }$O verläuft, ist ein Einfluß des Tiefeneinstroms aus dem Indonesischen Archipel in den Daten nicht zu erwarten (174).

Die zonale Wassermassenverteilung (Abb. 5.6) zeigt ebenfalls hauptsächlich ICW in der Thermokline. Allein an der Westseite ist ein geringer Anteil von AAMW zu erkennen, das nach einem zonalen Transport über den Indischen Ozean vor der Küste Afrikas im Mozambique Kanal südwärts transportiert wird und dann hier bei 32$^{\circ }$S erscheint (29). Wieder schließt das AAIW die Thermokline ab, auch hier wird der Kern nicht aufgelöst. IEW (unten) ist für diesen Tiefenbereich nicht nachweisbar.

5.1.0.4 Biogeochemische Änderungen

Die berechnete biogeochemische Änderung ($\Delta $P) wird in der folgenden Diskussion als $\Delta $P r$_{\rm O/P}$ gezeigt werden, also den Änderungen referenziert auf den Sauerstoff (hauptsächlich: Respiration, Oxydation). Im besonderen ist für den Subtropenwirbel die qualitative Verteilung von Zentralwasser und Modewasser ableitbar.

Abbildung 5.7: Meridionale Verteilung der biogeochemischen Komponente $\Delta $P r$_{\rm O/P}$. Durchbrochene Linien markieren die Lage der $\sigma _{\theta }$=26.5 und 26.8 Isopykne.
\includegraphics [width=12cm]{analyse/suedhemi/subtrop/mixage_merid.eps}

Im Meridionalschnitt (Abb. 5.7) ist generell nach Norden eine immer stärkere biogeochemische Änderung zu erkennen, die ab der Front zum AAMW bis auf 180$\mu $molkg$^{-1}$ ansteigt. Die geringe Korrektur im Süden stimmt mit dem Eintrag der Modewasser überein. Auf den Isopyknen der Modewasser mit besonders hohen Volumeneinträgen ist ein weiter nach Norden reichender Einfluß zu erkennen: Für die 26.5kgm$^{-3}$ Isopykne (SAMW$_1$) ist das auf dem Meridionalschnitt südlich von 15$^{\circ }$S, für die 26.8kgm$^{-3}$ Isopykne (SAMW$_2$) ist dieses besser nördlich von 15$^{\circ }$S erkennbar. Das ergibt sich aus dem weiter östlich stattfindenden Eintrag des SAMW$_2$, daß daher mit der Subtropischen Zirkulationszelle äquatornäher vordringen kann. Zusätzlich ist auch im Bereich des Salzgehaltsmaximums ( $\sigma _{\theta }$=26.0kgm$^{-3}$, Isopykne nicht auf der Abbildung eingetragen) eine gut ventilierte Zunge zu sehen. Dieses kann nach (24) dem Subtropischen Modewasser bzw. dem oberen Quellwassertyp des Zentralwassers zugeordent werden.

Unterhalb von $\sigma _{\theta }$=26.8kgm$^{-3}$, zwischen ICW und AAIW, sieht man eine Zone mit verstärkter biogeochemischer Änderung. Es ist daher eine geringere Ventilation dieses Bereiches anzunehmen, die verstärkte biogeochemische Änderungen zuläßt. Diese Zone kann als der von (69) beschriebene Übergang von der ``ventilierten'' zur ``nicht ventilierten'' Thermokline angesehen werden.

Abbildung 5.8: Zonale Verteilung der biogeochemischen Komponente $\Delta $P r$_{\rm O/P}$. Durchbrochene Linien markieren die Lage der $\sigma _{\theta }$=26.5 und 26.8 Isopykne.
\includegraphics [width=12cm]{analyse/suedhemi/subtrop/mixage_zonal.eps}

Im Zonalschnitt (Abb. 5.8) sind im Ostteil, zwischen den Isopyknen 26.5 bis 26.8, nur geringe biogeochemische Änderungen im Tracerfeld nötig. Das ist in Übereinstimmung mit dem Bereich, in dem die Modewasser eingebracht werden (vergl. Abschnitt 4.4). Im Westen ist dagegen eine kontinuierliche Zunahme der biogeochemischen Änderungen mit der Tiefe oder besser Dichte, zu erkennen. Diese Verteilung ist für ein weiter im Süden durch Ekmanpumping induziertes und dann entlang von Isopyknen transportiertes Zentralwasser zu erwarten.




Zusammenfassend ist für den Subtropenwirbel folgendes zu sagen: Die Wassermassenverteilung im Zonal- wie im Meridionalschnitt zeigt die erwartete Dominanz des ICW (Modewasser und Zentralwasser). Auf dem Meridionalschnitt, der ab 20$^{\circ }$S auf 80$^{\circ }$O verläuft, sind nur noch geringe Anteile von Wasser aus dem Indopazifischen Einstrom zu sehen. Die biogeochemischen Änderungen bestätigen den Eintritt der Modewasser von Südosten. Zwischen der durch ICW ventilierten Thermokline und dem Zwischenwasser befindet sich eine Region in der verstärkt biogeochemische Korrekturen notwendig sind.

5.2 Der Indopazifische Einstrom

Es wird nun der Eintritt des Wassers aus dem Indonesischen Archipel (Australasiatisches Mittelmeerwasser - AAMW) in den Indischen Ozean, der Indopazifische Einstrom, analysiert. Dazu werden Daten entlang zweier Schnitte aus der Region zwischen Australien und Indonesien, die unterschiedliche Stadien der Vermischung des AAMW erwarten lassen, untersucht werden (FR0987 und JADE 89, Abb. 5.9). Leider war die Beprobungsdichte auf der FR0987 Reise im Thermoklinenniveau sehr gering.

Abbildung 5.9: Position der Daten im Einstrombereich des AAMW in den Indischen Ozean (FR0987, westlich; JADE89, östlich). Dicke Linie: Küste, dünne Linie: 1000 m Kontur.
\includegraphics [width=10cm]{analyse/suedhemi/throughflow/map_through.eps}

Das AAMW ist eine Wassermasse, deren Charakteristika aus modifiziertem Nordpazifischen Zentralwasser herrührt (21). Durch diese Verbindung ist ein Wärme- und Salzaustausch zwischen beiden Ozeanen ermöglicht, der als wichtiges Bindeglied in der Warmwasserroute des klassischen ``Conveyer Belt'' angesehen wird (6,29). Das AAMW strömt hauptsächlich im Bereich der Timor See ein und wird hier mit dem einsetzenden Südäquatorialstrom nach Westen transportiert (12). Dabei kommt es im Süden in Kontakt mit dem Wasser aus dem Subtropenwirbel (ICW), im Norden mit Wasser aus der Äquatorialregion (23). Die sich ausbildende Front zum ICW ist besonders im Salzkontrast sehr ausgeprägt, wobei die Charakteristika des AAMW nach Westen schnell durch Vermischung abnehmen. Der Hauptteil des Einstroms ist in den oberen 300 m auf etwa 10$^{\circ }$S zentriert zu verfolgen (30), aber auch in der Tiefe ist der Einstrom nachzuweisen (174,48).

5.2.0.1 Tracerverteilung

Die Verteilung von Temperatur, Salzgehalt und Sauerstoff beider Datensätze (FR0987 und JADE89) ist in den Abbildungen 5.10 und 5.11 dargestellt.

Abbildung 5.10: (Von oben) Verteilung von Temperatur, Salzgehalt und gelöstem Sauerstoff entlang des westlichen Schnittes (FR0987).
WESTSCHNITT (FR0987)
\includegraphics [width=12cm]{analyse/suedhemi/throughflow/west_temp.eps} \includegraphics [width=12cm]{analyse/suedhemi/throughflow/west_sal.eps} \includegraphics [width=12cm]{analyse/suedhemi/throughflow/west_oxy.eps}

Die FR0987 Daten wurden detailliert von (27) beschrieben, die JADE89 Daten von (23). Da die Schnitte nicht zonal oder meridional verlaufen, sind sie gegen die Entfernung (km) aufgetragen. Bei der Festlegung der Charakteristika der Wassermassen wurde schon auf die Entstehungsmechanismen des AAMW durch starke Vertikalvermischung

Abbildung 5.11: (Von oben) Verteilung von Temperatur, Salzgehalt und gelöstem Sauerstoff entlang des östlichen Schnittes (JADE89).
OSTSCHNITT (JADE89)
\includegraphics [width=12cm]{analyse/suedhemi/throughflow/jade_temp.eps} \includegraphics [width=12cm]{analyse/suedhemi/throughflow/jade_sal.eps} \includegraphics [width=12cm]{analyse/suedhemi/throughflow/jade_oxy.eps}

im Indonesischen Archipel hingewiesen (Abschnitt 4.4.3). Als Folge der Vermischung sind Salzgehalt und Sauerstoff des Einstromwassers über einen großen Temperaturbereich sehr homogen. Da das Wasser als importierte Wassermasse und nicht durch die Wechselwirkung zwischen Ozean und Atmosphäre in den Ozean gelangt, weist es relativ geringe Sauerstoffkonzentrationen (um 100$\mu $molkg$^{-1}$) auf. Im westlichen Schnitt (FR0987, Abb. 5.10) ist noch deutlich das Salzgehaltsmaximum des Wassers aus dem Subtropenwirbel (ICW) in etwa 200 m Tiefe zu erkennen. Es bildet eine Front bei 13$^{\circ }$S bis 14$^{\circ }$S (1300 km) die auch im Sauerstoff sichtbar ist. Aus dem Sauerstoff läßt sich der Einfluß des ICW bis ca. 600 m Tiefe als relatives Maximum ableiten. Unterhalb des ICW ist bei ca. 18$^{\circ }$S ein Minimum im Salzgehalt zu finden. Dieses weist höhere Sauerstoffkonzentrationen auf als das tieferliegende Wasser. Es kann sich um AAIW handeln, daß sich unterhalb des ICW nach Norden ausbreitet und sich dabei mit dem Tiefenausstrom von AAMW vermischt (27,174). Das Sauerstoffminimum ist ab etwa 17$^{\circ }$S in 800 m Tiefe zu finden. Nach Norden steigt es mit Unterbrechungen auf 500 m an. Zudem ist im Norden ein Anstieg im Salzgehalt zu sehen, der mit dem Einmischen von Wasser aus der Äquatorialregion in Zusammenhang stehen kann (23). Direkt am australischen Schelf (etwa 200 km) sieht man in 300 m Tiefe verhältnismäßig salz- und sauerstoffarmes Wasser. Dieses deutet auf einen südlichen Transport in dieser Tiefe von AAMW entlang des Schelfes hin, den auch (22) beschreibt.

Auch im östlichen Schnitt (Abb. 5.11) sind im Südteil, jetzt aber stärker verdünnt, Spuren des ICW im Salzgehalt wie im Sauerstoff von 200 m bis 600 m Tiefe zu erkennen. Die nördliche Front zum AAMW ist dabei auf gleicher Breite (ca. 13$^{\circ }$S) wie im Westschnitt zu erkennen. Im Norden (nördlich 11$^{\circ }$S) sind Minima im Sauerstoff bei gleichzeitigen relativen Maxima im Salzgehalt (S$>34.65$) zu sehen, wieder könnte das der Einfluß des Wassers aus der Äquatorialregion sein. Beide Schnitte zeigen ein Salzgehaltsminimum in 800 m bis 1000 m Tiefe, verbunden mit dem tiefen Einstrom des AAMW`s in den Indischen Ozean (12).

5.2.0.2 OMP Analyse

Zur Analyse der Wassermassenverteilung und biogeochemischen Änderung des Indopazifischen Einstroms wurden im Dichtebereich der ventilierten Thermokline (25.3kgm$^{-3}$ bis 26.9kgm$^{-3}$) das AAMW (6 und 7) und das ICW (1 und 4) benutzt.

Abbildung 5.12: Tracer Diagramme der Daten aus dem Bereich des Subtropenwirbels und die Position der benutzten Quellwassertypen: Linie zwischen 1 und 4 entspricht dem ICW, zwischen 6 und 7 dem AAMW, 8 AAIW und 5 dem Tiefenausstrom aus dem Indonesischen Archipel. Linien im T/S Diagramm sind $\sigma _{\theta }$=25.3, 26.0 und 26.8kgm$^{-3}$ Isopyknen, im T/O$_2$ Diagramm Sättigungslinien bei S=34 bzw. 35.
\includegraphics [width=12cm]{analyse/suedhemi/throughflow/para_plo.eps}

Um den Übergang zum Zwischenwasser aufzulösen, wurden IEW (10), AAIW (8) und als zusätzliche Quelle Wasser aus der Tiefe der Timor See benutzt (5). Es stellte sich jedoch heraus, daß für die Analyse des darüberliegenden ventilierten Bereichs die Wahl des Quellwassers im Zwischenwasserniveau unerheblich war. Die Tracer Diagramme (Abb. 5.12) verdeutlichen wieder die Position der Quellwassertypen (mit Identifikationsnummern) relativ zu den Daten. ICW und AAMW werden jeweils durch 2 Quellwassertypen (1, 4 und 6, 7) definiert. Die Verwendung Quellwassers das die Charakteristika in der Tiefe einbringt als AAMW (5), AAIW (8) oder IEW, wurde wieder durch die sich ergebenden Residuen ausgewählt. Dabei wurden, unabhängig von der Wahl, für den ventilierten Bereich keine Änderung in den Wassermassenanteilen sowie den biogeochemischen Änderungen festgestellt.

Die Fehler der OMP Analyse durch das Rauschen in den Daten sowie durch Variabilitäten in den Quellwassertypen sind für dieses Meeresgebiet gering:

Verrauschen mit Meßfehler ICW AAMW $\Delta $P r$_{\rm O/P}$
Mittlerer Fehler $\pm $0.8% $\pm $1.6% $\pm $ 2.9$\mu $molkg$^{-1}$
Verrauschen Quellwassertypen
Mittlerer Fehler $\pm $3.1% $\pm $5.3% $\pm $ 5.3$\mu $molkg$^{-1}$
Generell bringen beide Fehlerquellen wieder nur eine geringe Variabilität für die Vermischungsanteile ($<\pm 5.3\%$) wie für die biogeochemischen Änderungen ($\pm $ 5.3$\mu $molkg$^{-1}$).

5.2.0.3 Wassermassenverteilung

Das Einströmen von relativ unverdünntem ICW mit Konzentrationen $>80\%$ von Süden ist in der Wassermassenverteilung des Westschnittes (FR0987; Abb. 5.13) noch gut zu erkennen.

Abbildung 5.13: Wassermassenverteilung entlang des FR0987 Schnittes: oben AAMW, unten ICW.
Abbildung 5.14: Wassermassenverteilung entlang des JADE89 Schnittes: oben AAMW, unten ICW.
WESTSCHNITT (FR0987)
\includegraphics [width=11cm]{analyse/suedhemi/throughflow/AAMW_frank.eps} \includegraphics [width=11cm]{analyse/suedhemi/throughflow/ICW_frank.eps} OSTSCHNITT (JADE89)
\includegraphics [width=11cm]{analyse/suedhemi/throughflow/AAMW_jade.eps} \includegraphics [width=11cm]{analyse/suedhemi/throughflow/ICW_jade.eps}

Nördlich dieser hohen Konzentrationen ist bei 13$^{\circ }$S die Front zum AAMW, mit Konzentrationen von AAMW $>80\%$ zu erkennen. Die genaue Struktur der Front ist wegen der geringen Vertikalauflösung der Daten leider nicht genau auszumachen, die geringe Tiefe des Einstroms bis knapp 400 m deutet sich jedoch an. Das nördlich von 12$^{\circ }$S in ca. 400 m Tiefe nochmals ICW bis 40% sichtbar ist, kann auf den Transport von Wasser aus der Äquatorialregion zurückzuführen sein. Im östlicheren Schnitt (JADE89, Abb. 5.14) ist das ICW jetzt stärker verdünnt mit maximalen Konzentrationen von 60%. Bei 17$^{\circ }$S (100 km) ist ein Kern auf der 26.8kgm$^{-3}$ Isopykne zu sehen, welcher als Hinweis auf die weit in den Osten reichende Ventilation durch das Modewasser (SAMW$_2$) gesehen werden kann. Die Front ist wieder bei etwa 13$^{\circ }$S zu erkennen. Sie weist eine Neigung auf, die nahelegt, daß das einströmende AAMW sich über das ICW schiebt. Nördlich der Front sind die oberen 400 m durch das AAMW dominiert.

5.2.0.4 Biogeochemische Änderungen

In den $\Delta $P r$_{\rm O/P}$ Schnitten zeigt sich der Unterschied zwischen dieser analysierten Größe und der AOU recht deutlich: Die AOU für den Bereich mit hohen AAMW Anteil besitzt Werte von etwa 120$\mu $molkg$^{-1}$, da das AAMW seinen Ursprung im Pazifik hat (21). Anders die biogeochemischen Änderungen, die relativ zu den Quellwassertypen ermittelt werden. Sie sind erwartungsgemäß dort gering, wo quellnahes AAMW auftritt.

Abbildung 5.15: Verteilung der biogeochemischen Änderung referenziert auf den Sauerstoff ($\Delta $P r$_{\rm O/P}$) entlang des FR0987 Schnittes (oben) und entlang des JADE89 Schnittes (unten).
WESTSCHNITT (FR0987)
\includegraphics [width=11cm]{analyse/suedhemi/throughflow/mixage_frank.eps}
OSTSCHNITT (JADE89)
\includegraphics [width=11cm]{analyse/suedhemi/throughflow/mixage_jade.eps}

Geringe $\Delta $P r$_{\rm O/P}$ sind nördlich der Front (ca. 13$^{\circ }$S) bis in 300 m Tiefe vorhanden (Abb. 5.15). Bezogen auf die markanten Modewasserdichten (26.5 und 26.8 kgm$^{-3}$) ist im westlichen Schnitt (FR0987) durch die geringe vertikale Auflösung keine Information zu erhalten. Es sei noch am nördlichen Rand der Untersuchungsregion in ca. 400 m Tiefe auf ein hohes $\Delta $P r$_{\rm O/P}$ verwiesen, daß mit dem Transport von Äquatorialem Wasser im Süd Java Strom zu erklären sein kann.

Auf dem östlichen Schnitt ist im Bereich zwischen den größten Anteilen von ICW und dem AAMW, bei ca. 16$^{\circ }$S zwischen den beiden Modewasserdichten eine Zone mit Änderungen $>40$$\mu $molkg$^{-1}$ zu sehen. Diese Zone wird offensichtlich von beiden Wassermassen nur schwer erreicht und erlaubt größere biogeochemische Änderungen. Unterhalb des Einstroms von AAMW und nördlich von 12$^{\circ }$S kommt es zu auffallend großen biogeochemischen Änderungen, die leider im FR0987 Schnitt nicht mehr aufgelöst werden können. Aus der noch folgenden Untersuchung klimatologischer Daten wird ersichtlich, daß es sich um eine gering ventilierte Zone handelt, die mit den ``Schattenzonen'' der Theorie nach (69) vergleichbar sein sollte. Im unteren Bereich der Thermokline sind im Süden, vor der Australischen Küste, nur geringe Änderungen im JADE89 Schnitt (Abb. 5.15) bei 600 m Tiefe nötig. Dies ist ein Hinweis darauf, daß der Tiefenausstrom von AAMW entlang des Schelfes passiert. Mit den vorliegenden Daten läßt sich dieses jedoch nicht sicher ermitteln.

Zusammenfassend ist für den Bereich des Indopazifischen Einstroms eine Aufteilung der Thermokline in AAMW und ICW ableitbar. Der Einfluß des AAMW reicht bis in 400 m Tiefe. Es bildet sich eine Frontalzone, deren Struktur im Osten eher geneigt ist, nach Westen aber steiler wird. Das Wasser auf den Modewasser Dichteflächen (26.5 und 26.8kgm$^{-3}$) benötigt eine biogeochemischen Korrektur im Sauerstoff von maximal 45$\mu $molkg$^{-1}$, wobei noch Wassermassenanteile bis 80% auftreten, die jedoch nach Osten abnehmen. Die Existenz einer ``Schattenzone'' wie das Thermoklinenmodell von (69) sie vorhersagt, wird zwar durch den Indopazifischen Einstrom gestört, ist aber unterhalb von 400 m Tiefe sichtbar.


5.3 Der tropische Indische Ozean entlang von 8$^{\circ }$S

Als letzte Region in der Südhemisphäre wird nun ein Schnitt entlang von 8$^{\circ }$S auf seine Wassermassenverteilung und biogeochemischen Änderungen untersucht. Der Schnitt wurde im WOCE Programm als I2 aufgenommen (Abb. 5.16).

Abbildung 5.16: Stationsverteilung entlang des WOCE Schnittes I2. Dicke Linie: Küste, dünne Linie: 1000 m Kontur.
\includegraphics [width=10cm]{analyse/suedhemi/i2/map_i2.eps}

Die hydrographische Struktur dieser Region ist bestimmt durch den westwärtigen Transport von Wasser aus dem Indopazifischen Einstrom (AAMW) und Wasser aus dem Subtropenwirbel (ICW) mit dem Südäquatorialstrom. Von Norden ist der Einfluß des Wassers aus der Äquatorialregion (IEW) zu erwarten.

5.3.0.1 Tracerverteilung

Die Tracerverteilungen entlang I2 bis in 1200 m Tiefe sind in Abbildung 5.17 dargestellt. In allen Tracern ist eine deutliche Änderung im Bereich 50$^{\circ }$O zu erkennen, die sich dabei aus der südlichen Verschiebung des Schnittes (bis 12.5$^{\circ }$S) erklären läßt. Die Temperaturverteilung ist für den Bereich, der entlang 8$^{\circ }$S geht, nahezu horizontal. Der Abstand der beiden Modewassereinträge (26.5 und 26.8kgm$^{-3}$) ist entlang dieses Schnittes auf eine Schichtmächtigkeit von nur noch 250 m zusammengeschrumpft, die jetzt zwischen 150 m und 400 m Tiefe liegt.

Abbildung 5.17: Zonale Verteilung von Temperatur, Salzgehalt und gelöstem Sauerstoff auf dem WOCE Schnitt I2 bei ca. 8$^{\circ }$S (Von oben).
\includegraphics [width=11cm]{analyse/suedhemi/i2/i2_temp.eps} \includegraphics [width=11cm]{analyse/suedhemi/i2/i2_sal.eps} \includegraphics [width=11cm]{analyse/suedhemi/i2/i2_oxy.eps}

In 200 m Tiefe ist im Osten ein relatives Sauerstoffminimum zu erkennen, wie es dort auch von (171) für den äquatorialen Bereich beschrieben wird. Es befindet sich unterhalb der Zone mit sehr geringem Salzgehalt, die im Ostteil bis in ca. 100 m Tiefe reicht. Dabei handelt es sich um den Einfluß des Indopazifischen Einstroms und dem Frischwassereintrag aus der positiven Niederschlagsrate in dieser Region (vergl. Abschnitt 4.2). Auf der 26.8kgm$^{-3}$ Isopykne (etwa 400 m Tiefe) ist für den gesamten Schnitt ein relatives Sauerstoffmaximum zu erkennen, das mit dem SAMW$_2$ verbunden sein kann. Das absolute Sauerstoffminimum ist östlich von 70$^{\circ }$O in etwa 800 m Tiefe zu erkennen. Es kann sich um Wasser aus der Äquatorialregion handeln. (174) gibt aus einer Wassermassenanalyse der Zwischenwasser für diesen Bereich jedoch hauptsächlich Wasser des Indopazifischen Einstroms an, wobei er dem Wasser der Äquatorialregion keine eigene Definition gegeben hat. Zu erwähnen ist im Westen der Kern warmen, salzreichen und sauerstoffarmen Wassers in ca. 800 m Tiefe vor der Arfikanischen Küste. Dieser ist mit dem südlichen Transport des Wassers aus der Arabischen See verbunden (101). Der Tiefenbereich wird in der vorliegenden Arbeit jedoch nicht untersucht.

5.3.0.2 OMP Analyse

Es werden zur OMP Analyse des Schnittes I2 wieder die Quellwassertypen aus Tabelle 5.1 benutzt, wobei immer AAMW und ICW und wahlweise IEW oder AAIW benutzt wurden. Die Wassermassenanteile entlang des Meridionalschnittes (Abschnitt 5.1) zeigten jedoch, daß in dieser Breite mit dem AAIW nicht mehr zu rechnen ist. Dieses wurde durch die Residuen dieser Analyse überprüft und bestätigt.

Die Position der gewählten Quellwassertypen zu den Daten ist in Abbildung 5.18 dargestellt. Es ist zu erkennen, daß für die biogeochemisch beeinflußten Tracer deutliche Abweichungen auftreten, die eine Zusammensetzung der Wassermassenstruktur mit Hilfe einer biogeochemischen Korrektur ($\Delta $P) ermöglichen.

Abbildung 5.18: Tracer Diagramme der Daten entlang 8$^{\circ }$S und ihre Lage zu den benutzten Quellwassertypen: Linie zwischen 1 und 4 entspricht dem ICW, zwischen 6 und 7 dem AAMW, 8 AAIW und 10 IEW. Linien im T/S Diagramm sind $\sigma _{\theta }$=25.3, 26.0 und 26.8kgm$^{-3}$ Isopyknen, im T/O$_2$ Diagramm Sättigungslinien bei S=34 bzw. 35.
\includegraphics [width=12cm]{analyse/suedhemi/i2/para_plo.eps}

Standardmäßig wurden wieder 50 Verrauschungen bezogen auf Meßfehler sowie auf die Quellwassertypenmatrix durchgeführt.
Verrauschen mit Meßfehler ICW AAMW IEW $\Delta $P r$_{\rm O/P}$
Mittlerer Fehler $\pm $5.9% $\pm $3.5% $\pm $1.5% rel. Fehler 12%
Verrauschen Quellwassertypen
Mittlerer Fehler $\pm $3.1% $\pm $3.9% $\pm $1.8% rel. Fehler 9%
Die Fehler in den Anteilen der Quellwasser sind als absolute Fehler (in Prozent Wassermassenanteil) angegeben, der Fehler in den biogeochemischen Änderungen als relativer Fehler (in Prozent). Für diese Daten sind die Fehler in den Vermischungsanteilen wie in den biogeochemischen Änderungen gering, damit kann das Analyseverfahren als stabil angesehen werden.

5.3.0.3 Wassermassenverteilung

Abbildung 5.19: Verteilung der Wassermassenanteile auf dem Schnitt I2 (von oben links): ICW, AAMW und IEW. Durchbrochene Linien markieren die Lage der $\sigma _{\theta }$=26.5 und 26.8 Isopykne der Modewasser SAMW$_1$ und SAMW$_2$.
\includegraphics [width=10.51cm]{analyse/suedhemi/i2/ICW_i2.eps} \includegraphics [width=10.51cm]{analyse/suedhemi/i2/AAMW_i2.eps} \includegraphics [width=10.51cm]{analyse/suedhemi/i2/IEW_i2.eps}

Abbildung 5.19 zeigt die Wassermassenverteilungen von Wasser aus dem Subtropenwirbel (ICW), dem Indopazifischen Einstrom (AAMW) sowie der Äquatorialregion (IEW) entlang des WOCE Schnittes I2. Die Thermokline bis 26.8kgm$^{-3}$ ist dabei hauptsächlich von ICW dominiert, allein im äußersten Osten sind größere Anteile von AAMW (ca. 80%) bis in eine Tiefe von 400 m zu erkennen. Östlich von 100$^{\circ }$O ist das AAMW auf die oberen 300 m beschränkt, in Übereinstimmung mit den Ergebnissen von (30). Das Wasser aus der Äquatorialregion (IEW) ist nur sehr gering an der Zusammensetzung der Wassermassen der ventilierten Thermokline beteiligt.

5.3.0.4 Biogeochemische Änderungen

Da die Wassermassenstruktur von dem im Süden eingebachten ICW dominiert wird, sind große Korrekturen auf die biogeochemisch beeinflußten Tracer zu erwarten. Der Ostteil des Schnittes von 75$^{\circ }$O bis 100$^{\circ }$O und zwischen 200 m und 400 m Tiefe wird am schwierigsten erreicht. Da die biogeochemischen Korrekturen nach Westen abnehmen und in erster Näherung proportional zur Ventilation sind, kann im Osten eine ``Schattenzone'' nachgewiesen werden (69). Diese zeigte sich ansatzweise schon in der Analyse des Indopazifischen Einstroms und wird in der Analyse der klimatologischen Daten noch deutlicher. Im äußersten Ostteil des Schnittes sind durch das quellnahe AAMW nur geringe Korrekturen nötig, bei 100$^{\circ }$O ist der Einfluß nicht mehr zu erkennen.

Abbildung 5.20: Verteilung der biogeochemischen Änderung referenziert auf den Sauerstoff ($\Delta $P r$_{\rm O/P}$) entlang des I2 Schnittes.
\includegraphics [width=12cm]{analyse/suedhemi/i2/mixage_i2.eps}


Zusammenfassend ist zu sagen, daß der tropische Indische Ozean vom Wasser aus dem Subtropenwirbel (ICW) dominiert wird. Das gilt selbst nördlich des Bereichs, in dem der Indopazifische Einstrom stattfindet, (nördlich 12$^{\circ }$S 30) da dieser nur auf die obersten 300 m bis 400 m Tiefe konzentriert ist. Größte biogeochemische Änderungen sind zwischen den Isopyknen mit dem volumetrisch stärksten Modewassern SAMW$_{1,2}$ (26.5 und 26.8kgm$^{-3}$) sichtbar. Das deutet auf eine vergleichsweise gute Ventilation entlang dieser Isopyknen hin und unterstreicht die Wichtigkeit der Modewasser für den Ventilationsprozeß.


5.4 Die Arabische See

Die Arabische See wird mit Daten der FS METEOR Expedition M32/4 untersucht, die im Juli 1995 im Rahmen des WOCE Projekts durchgeführt wurde. Es ist die zweite von drei Expeditionen der FS METEOR in dieses Gebiet, deren Ziel es war, die Entwicklung und die Transporte im nördlichen Somalistrom-System in verschiedenen Monsunphasen zu untersuchen. Die Expedition M32/4 war die einzige, bei der, neben Temperatur, Salzgehalt und Sauerstoff, auch Nährstoffdaten gemessen wurden. Sie bietet die Möglichkeit eine OMP Analyse durchzuführen.

Abbildung 5.21: Stationsverteilung (Kreise) der FS METEOR Expedition M32/4. Dicke Linie: Küste, dünne Linie: 1000 m Kontur.
\includegraphics [width=10cm]{analyse/nordhemi/arabic/ara_map.eps}

5.4.0.1 Tracerverteilung

Die Daten der Reise M32/4 wurden bereits in mehreren Arbeiten vorgestellt (z.B. 123,104). In der folgenden Diskussion werden sie in einen westlichen (Abb. 5.22) und einen östlichen Schnitt (Abb. 5.23) aufgeteilt diskutiert. In den hydrographischen Schnitten sind zur besseren Erläuterung der hydrographischen Besonderheiten neben den beiden Modewasser Isopyknen (26.5 und 26.8kgm$^{-3}$) auch die Ausbreitungsisopykne des Roten Meer Wassers (RSW) bei 27.2kgm$^{-3}$ eingetragen (171). Die Isopykne des Persischen Golf Wassers (26.6kgm$^{-3}$; 3) wurde nicht extra hervorgehoben, zur Orientierung kann die 26.5kgm$^{-3}$ dienen.

Die hydrographische Struktur auf beiden Schnitten ist geprägt durch das Zusammentreffen von salzreichem, sauerstoffarmem Wasser aus dem Norden und relativ sauerstoffreichem Zentralwasser aus dem Süden. Entlang der Isopyknen von RSW (27.2kgm$^{-3}$) und PGW (unterhalb 26.5kgm$^{-3}$) ist das gut zu erkennen.

Abbildung 5.22: (Von oben) Verteilung von Temperatur, Salzgehalt und gelöstem Sauerstoff entlang des westlichen Schnittes. Dichtelinien der Modewasser (26.5; 26.8 kgm$^{-3}$) und des Roten Meer Wassers (27.2kgm$^{-3}$) sind gekennzeichnet.
Westschnitt
\includegraphics [width=12cm]{analyse/nordhemi/arabic/m324_west_temp.eps} \includegraphics [width=12cm]{analyse/nordhemi/arabic/m324_west_sal.eps} \includegraphics [width=12cm]{analyse/nordhemi/arabic/m324_west_oxy.eps}

Abbildung 5.23: (Von oben) Verteilung von Temperatur, Salzgehalt und gelöstem Sauerstoff entlang des östlichen Schnittes. Dichtelinien der Modewasser (26.5; 26.8 kgm$^{-3}$) und des Roten Meer Wassers (27.2kgm$^{-3}$) sind gekennzeichnet.
Ostschnitt
\includegraphics [width=12cm]{analyse/nordhemi/arabic/m324_ost_temp.eps} \includegraphics [width=12cm]{analyse/nordhemi/arabic/m324_ost_sal.eps} \includegraphics [width=12cm]{analyse/nordhemi/arabic/m324_ost_oxy.eps}

Auffällig an der Temperaturverteilung ist im Westschnitt bei 4$^{\circ }$N in ca. 600 m Tiefe eine Zunahme der Temperatur mit der Tiefe, die durch den hohen Salzgehalt dennoch in der Dichte stabil bleibt. Hier könnten Doppeldiffusive Prozesse in der diffusiven Form (`layering') auftreten. Deutlich ist, als Konsequenz des hohen Salzgehalts im Norden, ab ca. 4$^{\circ }$N auch eine Neigung der Dichteflächen zu den Isothermen zu erkennen.

Die beiden Hauptquellen der Ventilation sind das in den Randmeeren gebildete RSW und PGW. Die hohen Oberflächentemperaturen in den Formationsgebieten der beiden Wassermassen haben geringe O$_2$ Sättigungskonzentrationen (160) zur Folge, eine große Sauerstoffzehrung während des Transports in den Randmeeren erniedrigt den Sauerstoffgehalt weiter. (171) gibt 50% (RSW) bzw. 70% (PGW) O$_2$ Sättigung bei erreichen der Schwelle zum Indischen Ozean an. Beim Eintritt in den Indischen Ozean kommt es zu starker Vermischung mit der sauerstoffarmen Umgebung, die das O$_2$ Signal weiter verringert (84). (91) finden über ein O$_2$/FCKW Budget eine Kombination aus moderater Strömung, moderater Sauerstoffzehrung von inital gering Sauerstoffhaltigem Wasser als Grund für die OMZ in der nördlichen Arabischen See.

Auch die Zirkulation in der Region läßt nur einen geringen Austausch mit dem Süden zu, da nördlich von ca. 10$^{\circ }$N annähernd das ganze Jahr eine geschlossene zyklonale Zirkulationszelle existiert (173,151).

5.4.0.2 OMP Analyse

Zur Analyse der Daten wurden im Thermoklinenbereich nur das ICW und das RSW/PGW (siehe Tabelle 5.1) einbezogen. Das geschah, da aus den Analysen der Südhemisphäre, speziell des tropischen Schnittes, deutlich wurde, daß das AAMW hier kaum Einfluß auf die Wassermassenzusammensetzung haben kann. So ergeben sich 2 Wassermassen (ICW und RSW/PGW) repräsentiert durch 3 Quellwassertypen (Tabelle 5.1) die die Zusammensetzung bestimmen.

Abbildung 5.24: Ausgewählte Tracer Diagramme der Daten der Reise FS METEOR M32/4 sowie die Position der Quellwassertypen: Linie zwischen 1 und 4 entspricht dem ICW und 20 dem RSW/PGW, Linien im T/S Diagramm sind $\sigma _{\theta }$=25.3, 26.0 und 26.8 Isopyknen, im T/O$_2$ Diagramm Sättigungslinien bei S=34 bzw. 35.
\includegraphics [width=13cm]{analyse/nordhemi/arabic/prop_plo.eps}

Für die südliche Arabische See wird von (25) der Einfluß der Monsunzirkulation zwischen 200 m und 300 m Tiefe angegeben. Ergebnisse unterhalb dieser Tiefen sollten daher die klimatologischen Verhältnisse wiedergeben.

Die Temperatur/Tracer Diagramme (Abb. 5.24) zeigen wieder die Positionen der gewählten Quellwassertypen zu den Daten. Auffällig ist dabei die Abweichung im T/S Diagramm, bei hohen Temperaturen zu niedrigeren Salzgehalten und bei niedrigen Temperaturen zu höheren Salzgehalten. Diese kommt einer Rotation der T/S Charakteristik gleich, wie sie von (117) für Zentralwasser unter der Einwirkung von Doppeldiffusiv getriebenen Salzflüssen zu erwarten ist. Um diesem Umstand in der OMP Analyse Rechnung zu tragen, wurden Temperatur und Salzgehalt in der Nordhemisphäre zu 50% geringer gewichtet (siehe Tabelle 5.1). Wie weit diese Rotation auch durch den Einfluß des sehr salzreichen Arabische See Salzgehaltsmaximum Wassers (ASHSW) beeinflußt wird ist nicht klar. Das ASHSW wird lokal in der Arabischen See an der Obergrenze der Thermokline durch flache Konvektion gebildet (98). Es kann durch Salzfinger ein Teil seines Salzes in das darunterliegende Zentralwasser abgeben. Ein Nachweis ist, durch die Schwierigkeiten in der korrekten Bestimung der Salzflüsse (vergl. Abschnitt 4.3), im Moment nicht möglich.

Fehlerbestimmungen wurden wieder durch Verrauschen der Daten in der Größe des Meßfehlers und durch Verrauschen der Quellwassertypen ermittelt:

Verrauschen mit Meßfehler ICW RSW/PGW $\Delta $P r$_{\rm O/P}$
Mittlerer Fehler $\pm $1.2% $\pm $2.2% relativer Fehler 6.5%
Verrauschen Quellwassertypen
Mittlerer Fehler $\pm $3.1% $\pm $4.1% relativer Fehler 10%

5.4.0.3 Wassermassenverteilung

Auf beiden Schnitten (Abb. 5.26) dominiert das ICW die Wassermassenverteilung und nur in der Tiefe sind größere Anteile RSW/PGW zu erkennen. Im Ostschnitt treten diese, verbunden mit der Nähe des Einstromgebietes vom Persischen Golf Wasser, in geringeren Tiefen auf. Eine Trennung bei ca. 10$^{\circ }$N in ein ventiliertes und in ein nicht ventiliertes Gebiet, wie sie die Hydrographie zeigte, ist aus den Wassermassenanteilen nicht ersichtlich. Die folgenden biogeochemischen Änderungen relativ zu den Quellen ergeben dazu ein aufschlußreicheres Bild.

Abbildung 5.25: Verteilung der Wassermassenanteile von ICW und RSW/PGW entlang des westlichen Schnittes von M32/4. Durchbrochene Linien markieren die Lage maximaler Modewasser-Einträge in der Südhemisphäre ( $\sigma _{\theta }$=26.5 und 26.8 Isopykne).
Westschnitt
\includegraphics [width=11cm]{analyse/nordhemi/arabic/ICW_ara_west.eps} \includegraphics [width=11cm]{analyse/nordhemi/arabic/RSW_ara_west.eps}

Abbildung 5.26: Wie Abb. 5.25 nur für den östlichen Schnitt.
Ostschnitt
\includegraphics [width=11cm]{analyse/nordhemi/arabic/ICW_ara_ost.eps} \includegraphics [width=11cm]{analyse/nordhemi/arabic/RSW_ara_ost.eps}

5.4.0.4 Biogeochemische Änderungen

In der biogeochemischen Änderung ($\Delta $P r$_{\rm O/P}$; Abb.5.27) ist bei etwa 8$^{\circ }$N die Grenze zwischen dem von Süden ventilierten und dem aus den Randmeeren ventilierten Bereich zu erkennen.

Abbildung 5.27: Biogeochemische Komponente ($\Delta $P r$_{\rm O/P}$) entlang des westlichen (oben) und entlang des östlichen Schnittes (unten). Die durchbrochenen Linien markieren die $\sigma _{\theta }$=26.5 und 26.8 kgm$^{-3}$ Isopyknen.
\includegraphics [width=11cm]{analyse/nordhemi/arabic/mixage_ara_west.eps}
\includegraphics [width=11cm]{analyse/nordhemi/arabic/mixage_ara_ost.eps}

Bei ca. 2$^{\circ }$N in 300 m Tiefe ist auf beiden Schnitten ein Kern von Wasser mit geringerer biogeochemischer Änderung zu sehen. Dieses deutet auf eine ostwärtige Ausbreitung dieses Signals hin. Dieses ist mit den von (123) beobachteten ostwärtigen Strömungen während der M32/4 Reise in Übereinstimmung.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß die hydrographische Struktur der Arabische See sich mit aus dem Süden stammenden Zentralwasser und dem Roten Meer bzw. Persischen Golf Wasser beschreiben läßt. Die Ventilation von Süden ist auf den Bereich südlich von 8$^{\circ }$N beschränkt. Südich von 8$^{\circ }$N ist ein ostwärtiger Transport aus den biogeochemischen Änderungen im Tracerfeld ableitbar.


5.5 Der 80$^{\circ }$Ost Schnitt

Der Zonalschnitt entlang 80$^{\circ }$O wurde im WOCE Projekt mehrmals in verschiedenen Phasen des Monsuns beprobt. Das geschah, um den Austausch zwischen der Arabischen See und dem Golf von Bengalen besser zu verstehen. Die im folgenden verwandten Daten stammen von zwei dieser Expeditionen, die neben Temperatur, Salzgehalt und Sauerstoff auch Nährstoffdaten bereitstellen. Zwei Phasen der abklingenden Monsune können analysiert werden: Die Verhältnisse nach dem Nordostmonsun (Mitte März 1995) werden mit den nördlich des Äquators liegenden Stationen der I5 Ost Schnittes analysiert. Die Verhältnisse mit abklingenden Südwestmonsun (Mitte September 1994) wurden mit den Daten der RV FRANKLIN FR08/94 untersucht.

Abbildung 5.28: Stationsverteilung (Kreise) der 80$^{\circ }$Ost Schnitte nördlich des Äquators der Expeditionen RV FRANKLIN FR08/94 und RV KNORR I5 Ost. Dicke Linie: Küste, dünne Linie: 1000 m Kontur.
\includegraphics [width=10cm]{analyse/nordhemi/80e/map_80e.eps}

5.5.0.1 Tracerverteilung

Die Gegenüberstellung der hydrographischen Struktur für die beiden Monsunphasen (Abb. 5.29) zeigt hauptsächlich in den oberen 200 m große Unterschiede. Das ist in Übereinstimmung mit den Ergebnissen von (126) und (103), die aus direkten Strömungsmessungen den Einflußbereich der wechselnden nördlichen Äquatorialströmungen (Monsunstrom und Nordäquatorialstrom) bis in eine Tiefe von 200 m angeben. Bis zu dieser Tiefe werden abwechselnd salzreiches Wasser aus der Arabischen See ostwärts (Südwestmonsun) oder salzarmes Wasser aus dem Golf von Bengalen westwärts (Nordostmonsun) transportiert.

Die hydrographische Struktur der Thermokline unterhalb von 250 m ändert sich kaum mit dem Monsun. Der Salzgehalt ist fast konstant 35, bei Temperaturen zwischen 9$^{\circ }$C bis 13 $^{\circ }$C. Ein Kern von sauerstoffreichem Wasser zwischen 200 m und 400 m Tiefe ist ebenfalls in beiden Monsunphasen zu sehen, der jedoch in den Absolutwerten um 20$\mu $molkg$^{-1}$ schwankt. Im abklingenden Südwestmonsun (Sept.) sieht man ein Sauerstoffmaximum bei 1$^{\circ }$N, welches bei abklingenden Nordostmonsun (März) verschwunden ist. Dafür hat sich zu der Zeit ein Maximum bei 5$^{\circ }$N entwickelt. Es ist zu erwähnen, daß die O$_2$ Maxima zwischen der 26.5 und der 26.8 Isopykne liegen und damit zwischen den beiden Modewasser Dichten aus der Südhemisphäre.

Abbildung 5.29: (Von oben) Verteilung von Temperatur, Salzgehalt und gelöstem Sauerstoff auf beiden Schnitten (links; FR08/94; rechts: I5 Ost). Dichtelinien der Modewasser (26.5; 26.8 kgm$^{-3}$) sind gekennzeichnet.
Sept. 1994 (SW-Monsun)           März 1995 (NO-Monsun)

\includegraphics [width=7cm]{analyse/nordhemi/80e/temp_fr.eps} \includegraphics [width=7cm]{analyse/nordhemi/80e/temp_i5.eps} \includegraphics [width=7cm]{analyse/nordhemi/80e/sal_fr.eps} \includegraphics [width=7cm]{analyse/nordhemi/80e/sal_i5.eps} \includegraphics [width=7cm]{analyse/nordhemi/80e/oxy_fr.eps} \includegraphics [width=7cm]{analyse/nordhemi/80e/oxy_i5.eps}

5.5.0.2 OMP Analyse

Aus der Hydrographie sowie der Analyse der Arabischen See Daten im vorigen Abschnitt, war der Einfluß des ICW als der wichtigsten Wassermasse der Ventilation schon bestimmt worden. Das AAMW war in der Arabischen See nicht mehr zur Analyse als Quellwasser aufgenommen worden, da auf den I2 Schnitt nur noch geringe Anteile (10%) ab 70$^{\circ }$O zu finden sind. Hier, bei 80$^{\circ }$O, wird das AAMW wieder in die Analyse aufgenommen. Das geschah, um ein ``salzarmes'' Wasser in der Analyse zur Verfügung zu stellen. Dieses Wasser muß nicht aus dem Indopazifischen Einstrom stammen. Da es allgemein für die Charakteristik ``salzarm'' steht, kann es auch Wasser aus dem Golf von Bengalen sein.

Das Indische Äquatorialwasser (IEW) schließt die Thermokline zur Tiefe ab, wie aus der Analyse des Meridionalschnittes des Subtropenwirbels ersichtlich ist. Das Rote Meer bzw. Persischer Golf Wasser (RSW/PGW) wird im folgenden nicht als Quellwasser aufgenommen. Es findet jedoch über das IEW eine gewisse Berücksichtigung, da dieses hauptsächlich aus RSW/PGW zusammengesetzt ist (Vergl. Abschnitt 4.4.2).

Abbildung 5.30: Ausgewählte Tracer Diagramme entlang 80$^{\circ }$O, sowie die Position der Quellwassertypen: ICW (1 und 4), AAMW (7) und IEW (10). Linien im T/S Diagramm sind $\sigma _{\theta }$=25.3, 26.0 und 26.8 Isopyknen, im T/O$_2$ Diagramm Sättigungslinien bei S=34 bzw. 35.
\includegraphics [width=13cm]{analyse/nordhemi/80e/para_plo.eps}

Die Quellwassertypen, die zur OMP Analyse der Daten verwandt wurden, waren die des ICW, des IEW sowie des AAMW (Vergleiche Tab. 5.1). Die Temperatur/Tracer Diagramme (Abb. 5.24) verdeutlichen die Position der gewählten Quellwassertypen (gekennzeichnet durch Identifikationsnummern) relativ zu den Daten. Auch für diese Analyse wurde eine geringere Gewichtung von Temperatur und Salzgehalt gewählt als in der Südhemisphäre, um die Änderung der T/S Charakteristik durch Salzflüsse zu berücksichtigen.

Verrauschen mit Meßfehler ICW AAMW IEW $\Delta $P r$_{\rm O/P}$
Mittlerer Fehler $\pm $2.1% $\pm $4.1% $\pm $3.7% relativer Fehler 4.3%
Verrauschen Quellwassertypen
Mittlerer Fehler $\pm $3.9% $\pm $6.0% $\pm $3.9% relativer Fehler 6.2%

5.5.0.3 Wassermassenverteilung

Die Wassermassenverteilung (Abb. 5.31 und 5.32) ändert sich in den verschiedenen Monsunphasen für den Großteil des Bereiches kaum, wie es auch schon die Hydrographie nahelegte.

Abbildung 5.31: Verteilung der Wassermassenanteile von ICW und AAMW entlang 80$^{\circ }$O nördlich des Äquators. Durchbrochene Linien markieren die Lage maximaler Modewasser Einträge in der Südhemisphäre entlang der $\sigma _{\theta }$=26.5 und 26.8 Isopykne.
Sept. 1994 (SW-Monsun)           März 1995 (NO-Monsun)

\includegraphics [width=7cm]{analyse/nordhemi/80e/ICW_fr.eps} \includegraphics [width=7cm]{analyse/nordhemi/80e/ICW_i5.eps} \includegraphics [width=7cm]{analyse/nordhemi/80e/AAMW_fr.eps} \includegraphics [width=7cm]{analyse/nordhemi/80e/AAMW_i5.eps}

Abbildung 5.32: Wie Abb. 5.31 für IEW.
Sept. 1994 (SW-Monsun)           März 1995 (NO-Monsun)

\includegraphics [width=7cm]{analyse/nordhemi/80e/IEW_fr.eps} \includegraphics [width=7cm]{analyse/nordhemi/80e/IEW_i5.eps}

Das Zentralwasser (ICW) dominiert wieder den Großteil des untersuchten Tiefenbereiches. Bei ca. 100 m Tiefe sieht man am Nordrand den Wechsel im Transport von salzarmen Wasser (AAMW) im Nordostmonsun und ICW im Südwestmonsun. Da das AAMW als Quellwassertyp für salzarmes Wasser steht, kann es sich um Wasser aus dem Golf von Bengalen handeln und bzw. oder aus dem Indopazifischen Einstrom. Eindeutig läßt sich das aus dieser Untersuchung nicht feststellen. Die folgende Analyse der Klimatologie zeigt, daß es sich um Wasser aus dem Golf von Bengalen handelt.

Das Indische Äquatorialwasser (IEW) ist über den ganzen Bereich in der Tiefe sichtbar. Dabei ist zu berücksichtigen, daß es sich auch um Wasser aus dem Roten Meer bzw. aus dem Persischen Golf (RSW/PGW) handeln kann. Die Zunahme der Wassermassenanteile am Schelfrand im Norden sind so als Transport von RSW/PGW interpretierbar.

5.5.0.4 Biogeochemische Änderungen

Die biogeochemischen Änderungen referenziert auf den Sauerstoff (Abb. 5.33) zeigen, wie auch die Hydrographie und die Verteilung der Wassermassen, eine geringe Monsunabhängigkeit.

Abbildung 5.33: Verteilung der biogeochemischen Komponente ( $\Delta $P r$_{\rm O/P}$) 80$^{\circ }$O nördlich des Äquators. Die durchbrochenen Linien markieren die Lage der $\sigma _{\theta }$=26.5 und 26.8 Isopyknen.
Sept. 1994 (SW-Monsun)           März 1995 (NO-Monsun)

\includegraphics [width=7cm]{analyse/nordhemi/80e/mixage_fr.eps} \includegraphics [width=7cm]{analyse/nordhemi/80e/mixage_i5.eps}

Im Südwestmonsun reicht die Zunge maximaler biogeochemischer Korrektur zwischen 200 m und 350 m Tiefe, durchgängig von der Küste Sri Lankas bis 3$^{\circ }$N. Im Nordostmonsun dagegen ist dieses nur noch auf ein schmales Band 1$^{\circ }$südlich von Sri Lanka konzentriert. Es kann sich dabei um Wasser aus der Arabischen See handeln das entlang der Küste von Indien im Unterstrom während des Südwestmonsuns südwärts transportiert wird (133). Genauso ist aber auch der Transport von sauerstoffarmen Wasser aus dem Golf von Bengalen denkbar. Über die OMP Analyse läßt sich dieses aus den hier vorliegenden Daten nicht ermitteln.




Zusammenfassend ist zu sagen, daß der Meridionalschnitt entlang 80$^{\circ }$O im Tiefenbereich unterhalb von 200 m in den unterschiedlichen Monsunphasen geringe Variabilität zeigt. Oberhalb von 200 m ist ein Wechsel im Transport von Wasser aus dem Golf von Bengalen und der Arabischen See aus der OMP Analyse ableitbar. Im Bereich von 250 m Tiefe, entsprechend der 26.5 kgm$^{-3}$ Isopykne, sind die größten biogeochemischen Korrekturen auf betreffende Tracer nötig.

5.6 Klimatologie

Um den mittleren Zustand der Wassermassen Zusammensetzung des Indischen Ozeans zu untersuchen, werden die klimatologischen Daten des SAC analysiert. Die Daten liegen als Jahresmittelwert auf einem 1$^{\circ }$$\times $1$^{\circ }$ Gitter mit den Tracern Temperatur, Salzgehalt, Sauerstoff, Nitrat, Phosphat und Silikat vor. Zur Untersuchung werden die Daten auf 4 ausgewählte Dichteflächen interpoliert. Als Dichteflächen wurden die 26.0, die 26.5 und die 26.8kgm$^{-3}$ Isopykne, repräsentativ für den von der lateralen Subduktion ventilierten Bereich, und die 26.9kgm$^{-3}$, unterhalb des durch Subduktion ventilierten Bereiches, gewählt.

Die Übergänge zur Oberflächenmischungsschicht und zum tiefen Ozean werden dabei ausgespart indem nur Daten mit AOU $>$ 15$\mu $molkg$^{-1}$ und $\theta > 9$$^{\circ }$C analysiert werden.
In der Druckverteilung auf den Dichteflächen (Abb. 5.34) wird hauptsächlich die Wölbung des Subtropenwirbels sichtbar, die mit der antizyklonalen Zirkulation übereinstimmt. Im südlichen Indischen Ozean ist eine Druckdifferenz von bis zu 200 dbar zwischen dem äußersten Osten und Westen sichtbar, die bei der Diskussion des I5 Schnittes schon Erwähnung fand.

Abbildung 5.34: Druckverteilung (dbar) auf den analysierten Dichteflächen.
\includegraphics [width=14cm]{analyse/klima/press_clima.eps}

5.6.0.1 OMP Analyse

Im SAC Datensatz stehen 6 Tracer zur Verfügung, somit konnten Vermischungsanteile von 5 Quellwassertypen und die biogeochemischen Veränderungen ($\Delta P$) analysiert werden. Aus den vorangegangenen Einzeluntersuchungen ergab sich für den Untersuchungsbereich, ohne daß Wassermassen unterhalb der ventilierten Thermokline betrachtet werden, eine Aufspaltung der Quellwassertypen für Nord- und Südhemisphäre. Die Definitionswerte wurden dabei Tabelle 5.1 entnommen.

  Quellwasser
Nordhemisphäre (bis 5$^{\circ }$S) ICW (1 und 4) AAMW1 (7) RSW/PGW (9)
Südhemisphäre (bis 5$^{\circ }$N) ICW (1 und 4) AAMW (6 und 7)  



Die regionalen Studien zeigten, daß der Äquator als Barriere zwischen den Wassermassen der Nord- und der Südhemisphäre wirkt. Um die Übergänge zwischen den Hemisphären bei der eingeschränkten Auswahl an Quellwassertypen zu verbessern, überlappen die Regionen bei der Analyse um 3$^{\circ }$. Für die folgenden Darstellungen wurden die Daten gemittelt.

5.6.0.2 Wassermassenverteilung

Abbildungen 5.35, 5.37 und 5.36 zeigt die Wassermassenverteilungen vom Wasser aus dem Subtropenwirbel (ICW), vom Wasser aus dem Indopazifischen Einstrom (AAMW), sowie vom Roten Meer bzw. Persischen Golf (RSW/PGW).

Abbildung 5.35: Verteilung des Indischen Zentralwasser (ICW) auf ausgewählten Dichteflächen.
\includegraphics [width=14cm]{analyse/klima/ICW_clima.eps}

Die Verteilung des ICW macht die Dominanz des Zentralwassers und des Modewassers im gesamten Indischen Ozean deutlich. Verringerte Wassermassenanteile sind hauptsächlich in den Ausstromgebieten der Randmeere zu erkennen (Vergl. Abb. 5.37 und 5.36).

Die Analyse des RSW/PGW zeigt (Abb. 5.36), je nach Dichtefläche, eher den Einfluß des Persischen Golfes (Ausstromdichte 26.6kgm$^{-3}$) oder den des Roten Meeres (Ausstromdichte 27.2kgm$^{-3}$). Da der analysierte Bereich nur bis zur 26.9kgm$^{-3}$ Isopykne reicht, dominiert generell das PGW. Im Golf von Aden ist, auf der 26.9kgm$^{-3}$ Isopykne, als Ausstrom aus dem Roten Meer, ein hauptsächlich dem RSW zuzuordnendes Signal zu erkennen.

Der Einflußbereich des RSW/PGW nimmt mit der Dichte nach Süden zu, sodaß er auf der 26.9kgm$^{-3}$ Isopykne bis ca. 2$^{\circ }$S reicht. Einen weiter nach Süden reichenden Einfluß im Mozambique Kanal, wie er von (171) für das RSW beschrieben wird, ist jedoch erst auf tieferen Isopyknen zu erwarten. Wyrtki gibt ein Anwachsen der Dichte des Salzgehaltsmaximums des RSW von 27.2kgm$^{-3}$ auf 27.6kgm$^{-3}$ an. Der Einfluß des RSW/PGW im Golf von Bengalen ist in guter Übereinstimmung mit Wyrtki's PGW Ausbreitung.

Abbildung 5.36: Verteilung des RSW/PGW auf ausgewählten Dichteflächen.
\includegraphics [width=14cm]{analyse/klima/RSW_clima.eps}

(176) untersuchten ebenfalls Dichteflächen in diesem Bereich (25.7, 26.7, 27.9, 27.1 und 27.2kgm$^{-3}$) auf ihre Wassermassenzusammensetzung. Dabei verwendeten sie die klassiche OMP Analyse und brachten ein Nordindisches Zentralwasser (NICW), als gealtertes Zentralwasser, ein. Dadurch reduzierten sie die Fehler, die durch das nicht-konservative Verhalten einiger Tracer, bei Verwendung der klassischen OMP Analyse, zustande kommen. Da das NICW im Golf von Bengalen definiert wurde, dort aber das Wasser durch das PGW beeinflußt ist (171), beinhaltet das NICW auch eine Charakteristik des PGW. Es ist daher nicht verwunderlich, daß die Autoren unterhalb der 25.7kgm$^{-3}$ Isopykne keinen dierkten RSW/PGW Einfluß mehr fanden. Die Ergebnisse sind mit den hier dargestellten nur begrenzt vergleichbar, da die Wahl der Quellwasser sehr unterschiedlich war.

Der Indopazifische Einstrom unterbricht in einem zonalen Band bei ca. 10$^{\circ }$S die Dominanz des ICW's. Die Charakteristik geht durch Vermischung mit dem ICW verloren, sodaß bei 80 $^{\circ }$O nur noch 30-40% AAMW vorhanden sind. Der Haupteintrag findet oberhalb der 26.5kgm$^{-3}$ Isopykne statt und bestätigt damit die Ergebnisse von (30).

Abbildung 5.37: Verteilung des AAMW auf ausgewählten Dichteflächen.
\includegraphics [width=14cm]{analyse/klima/AAMW_clima.eps}

(176) fanden den Eintrag bis zur 27.3kgm$^{-3}$Isopykne herunterreichend. Dabei war das Signal in der oberen Thermokline durch die T/S Eigenschaften, und unterhalb durch das Silikat charakterisiert. Da sie die klassische OMP Analyse verwandten, konnten sie nicht die Quellwassercharaktersitik in der Formationsregion benutzen. Das in der vorliegenden Arbeit benutze erweiterte Modell zeigt den tiefreichenden AAMW Einfluß nur für die unmittelbare Einstromregion zwischen Java und Australien. Die Zunahme des Anteils von AAMW im Golf von Bengalen ist weniger als ein Ergebnis der Ausbreitung des Wassers aus dem Indopazifischen Einstrom, als vielmehr durch den zusätzlichen Frischwassereintrag zu interpretieren. Auf der 26.0kgm$^{-3}$ Isopykne ist zu erkennen, daß der Transport nach Süden durch die Straße von Mozambique erfolgt. Das kann als Teil der Warmwasserroute des Conveyer Belt (29) interpretiert werden. (176) fanden keinen Hinweis auf einen Südtransport.

5.6.0.3 Biogeochemische Änderungen

Die beckenweite Verteilung der biogeochemischen Veränderungen referenziert auf den Sauerstoff (Abb. 5.38) zeigt schon einige Hauptcharakteristika der Ventilation, die jedoch im folgenden Kapitel mit hilfe der Sauerstoff Misch-Alter detailierter untersucht werden. Auf der 26.8 und 26.9kgm$^{-3}$ Isopykne ist vor der Küste Javas eine Zone verstärkter biogeochemischer Korrektur zu erkennen, die mit den ``Schattenzonen'' der Thermoklinemodelle (69) verbunden sein kann. Das zeigten auch schon die Einzeluntersuchungen. Oberhalb dieser Isopyknen verhindert der Einfluß des Indopazifischen Einstroms die Existenz der ``Schattenzone''.

Die geringere Korrektur, die nördlich Sokotras und dem Horn von Afrika erkennbar ist, kann auf den hier stattfindenden Austausch durch die Abd al Kuri Passage zurückführbar sein (123).

Abbildung 5.38: Biogeochemische Änderungen referenziert zum Sauerstoff ($\Delta $P r$_{\rm O/P}$) auf ausgewählten Dichteflächen.
\includegraphics [width=14cm]{analyse/klima/mixage_clima.eps}

Der Transport von Sauerstoff vom Süden in den Norden, geschieht über die westlichen Randströme. In Äquatornähe ist zudem ein Zonaltransport erkennbar. Dieser zeigt die Bedeutung des äquatorialen Stromsystems für die Ventilation des östlichen Indischen Ozeans. Im südlichen Subtropenwirbel ist im Südwesten eine Zunahme der Korrektur zu sehen. Die Verteilung legt nahe, daß es sich um rezirkuliertes Wasser handeln kann, das im Mozambique Kanal rezirkuliert und sich im Südosten mit frisch subduziertem Wasser vermischt. Das Wasser mit der größten Korrektur ist auf der 26.8 Isopykne im Golf von Bengalen und auf der 26.5 Isopykne vor der Westküste Indiens zu finden.

Zuletzt soll noch ein Vergleich der Verteilung des Wassers aus dem Indopazifischen Einstrom, mit Simulationsergebnissen aus einem numerischen Modell von (52) gezeigt werden. In dem Modell wurden in einer Box von 10$^{\circ }$S bis 14$^{\circ }$S und 116$^{\circ }$O bis 120$^{\circ }$O von der Oberfläche bis in 400 m Tiefe passive Tracer eingebracht. Die Tracerwolke wurde für 3 Jahre Simulationszeit verfolgt (Abb. 5.39, links). Für den hier gezeigten Fall wurde das Modell mit wöchentlichen synopthischen Windstress Daten angetrieben.

Abbildung 5.39: (links) Position passiver Tracer nach 3 Jahren Simulationszeit aus einem numerischen Modell (52). (rechts) Wassermassenverteilung des Indopazifischen Einstroms entlang 12$^{\circ }$S aus klimatologischen Daten. Die Linie soll den Vergleich zwischen den Abbildungen erleichtern.
\includegraphics [height=6cm]{analyse/klima/trajek.eps} \includegraphics [height=6cm]{analyse/klima/comp_model.eps}

Die Verteilung der Tracer nach 3 Jahren stimmt qualitativ gut mit der mittleren Verteilung des Wassers aus dem Indopazifischen Einstroms entlang 10$^{\circ }$S überein, wie ihn die OMP Analyse erbringt (Abb. 5.39, rechts). Hauptsächlich wird das Wasser in den oberen 200 m nach Westen transportiert.

(52) entließen ebenfalls Tracer in der Arabischen See bei 66$^{\circ }$O bis 70$^{\circ }$O und 6$^{\circ }$N bis 10$^{\circ }$N zwischen der Oberfläche und 400 m Tiefe. Dabei fanden sie den Transport konzentriert auf die oberen 200 m. Dieses paßt gut mit den hier gefunden großen biogeochemischen Änderungen in dieser Region unterhalb der 26.0kgm$^{-3}$ Isopykne zusammen. Das Wasser wird nur noch gering advehiert, es bleibt viel Zeit für biogeochemische Änderungen.

Zusammenfassend ist zu sagen, daß die klimatologischen Daten gut die Details aus den Einzeluntersuchungen bezüglich der Verteilung der Wassermassen wie der Verteilung der biogeochemischen Änderungen wiedergeben. Das Rote Meer/Persischer Golf Wasser läßt sich im untersuchten Dichtebereich bis maximal 2$^{\circ }$S nachweisen. Der Einfluß des Wassers aus dem Indopazifischen Einstrom (AAMW) wurde nur bis zur 26.5kgm$^{-3}$ Isopykne, d.h. bis in ca. 300 m Tiefe, nachgewiesen. Auf der 26.0kgm$^{-3}$ Isopykne (oberste der analysierten Isopyknen) ist ein südwärtiger Transport des AAMW im Mozambique Kanal sichtbar.

Die $\Delta $P r$_{\rm O/P}$ Verteilung im Subtropenwirbel zeigt die Rezirkulation von dem im Osten subduzierten Wasser. Ein Transport von Sauerstoff über die westlichen Randströme ist ebenfalls erkennbar.

Der Vergleich mit Simulationsergebnissen eines numerischen Modells, zeigt qualitativ gut die Ausbreitung des Wassers aus dem Indopazifischen Einstrom.

5.7 Zusammenfassung

Die Ergebnisse der OMP Analysen der WOCE Schnitte sowie der klimatologischen Daten (SAC) nördlich von 35$^{\circ }$S lassen sich wie folgt zusammenfassen:


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erstellt durch Johannes Karstensen