Die Verteilung der Misch-Alter (Abb. 6.1) zeigt im Südosten das Eindringen von jungem Modewasser/Zentralwasser (ICW). Dieses breitet sich nach Nordwesten aus, was mit zunehmender Tiefe (Dichte) deutlicher zu erkennen ist. Südöstlich von Madagaskar ist der Eintrag von rezirkuliertem Wasser im Anwachsen der Misch-Alter erkennbar.
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Besonders auf den beiden unteren Isopyknen ist über den gesamten Ozean bei etwa 15S
ein großer Altersgradient zu erkennen.
Eine derartige Verteilung ist konsistent mit dem aus dem mittleren Windfeld errechenbaren
Sverdrup Massentransport (Abb. 6.2).
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Im Ostteil, vor der Küste Javas und Sumatras, ist eine Region zu erkennen, die gering ventiliert
wird da sie zwischen den Wirbeln liegt.
Für den südlichen Wirbel kann von einer Schattenzone gesprochen werden, wie sie das Modell
von (69) vorhersagt.
Der Einfluß des Indopazifischen Einstroms bewahrt advektiv nur die obere der hier gezeigten Schichten
(26.0kgm) vor der schwachen Ventilation.
Die dynamische Topographie sowie der Massentransport bei (171) lassen die beiden Wirbel
ebenfalls erkennen. (141) setzten bei ihrer Untersuchung der Zirkulation
des Subtropenwirbels im Indischen Ozean die nördliche Grenze ebenfalls bei 15
S an
(hier: südlicher Wirbel).
(97) fanden, mit der in der vorliegenden Arbeit entwickelten Methode, im Südatlantik
eine sehr ähnliche Verteilung der Misch-Alter. Dabei ist das Zirkulationsschema von zwei Wirbeln
unterschiedlichen Drehsinns noch deutlicher, da in den oberen Schichten der advektive
Ventilationseffekt durch den Indopazifischen Einstrom fehlt.
Der Transport über den Äquator erfolgt erwartungsgemäß über den westlichen Bereich
(176,104,127), was in der Ausrichtung der Linien gleichen Misch-Alters sichtbar wird.
Aus den Modellergebnissen von (52) ist erkennbar, daß die Bewegungen des Wassers
in der Nordhemisphäre hauptsächlich auf die oberen 200 m konzentriert ist.
Im Gebiet des westlichen Randstroms, vor der Küste Somalias, ist auf der tiefsten Isopykne
(26.9kgm) eine Besonderheit zu erkennen, die die Wichtigkeit von Unterströmen für die
Thermoklinenzirkulation zeigt:
In der Misch-Alter Verteilung ist das südwärtige Vordringen von Wasser mit höherem Misch-Alter erkennbar.
Eine Einspeisung in den äquatorialen Bereich ist ebenfalls erkennbar, die den
Zusammenhang des Wassers aus dem Roten Meer als Quelle des Indischen Äquatorialwassers unterstützt
(vergl. Abschnitt 4.4.2).
(101) beobachteten einen küstennahen Transport von Wasser mit Charakteristik des
Roten Meeres nach Süden.
In der Arabischen See ist, vor der Westküste Indiens bei etwa 10N, daß für dieses westliche
Becken relativ älteste Wasser zu finden. Allein auf der 26.0kgm
Isopykne ist hier noch eine
gute Ventilation sichtbar, die sogar einen polwärtigen Transport entlang der
Westindischen Küste nahelegt. Hier kann der Einfluß des von (133) beschriebene
Unterstroms zur Ventilation beitragen.
Anders die darunterliegenden Isopyknen: sie zeigen das Gebiet isoliert vom Einfluß des weiter
südlich verlaufenden Zonaltransportes, der während des Südwestmonsuns aus der Somalistromregion
hervorgeht. Die Verteilung der Misch-Alter legt im Thermoklineniveau im Mittel eine zyklonale Zirkulation
in der nördlichen Arabischen See nahe. Die hier ermittelte Zirkulationsrichtung ist damit
entgegengesetzt zu der, die (173) über die Kernschicht-Methode (169) ableiteten.
Im Golf von Bengalen ist auf allen Dichteflächen eine Ventilation von Südosten aus der
Klimatologie erkennbar. Das stimmt mit den Ergebnissen von (173) überein.
Die südöstliche Einspeisung legt ebenfalls eine im Mittel zyklonale
Zirkulation im Thermoklineniveau nahe.
Auf der 26.5kgm Isopykne ist auch eine Einspeisung vom Westen zu sehen, die
in Verbindung mit einem Unterstrom stehen kann (130).
Obwohl die Sauerstoffkonzentrationen in der Arabischen See durch die dort stattfindende
Denitrifizierung noch geringer sein sollte als im Golf von Bengalen, wird im Golf dennoch das
relativ älteste Wasser (45 Jahre) analysiert.
Dieses ist dem Einfluß des Roten Meer Wassers bzw. Persischen Golf Wassers (RSW/PGW) in der Arabischen
See zuzuschreiben. Das RSW/PGW wird initial mit einer geringen Sauerstoffkonzentration
in der OMP Analyse als Quellwasser definiert. Daher sind auch die biogeochemischen Änderungen,
bezogen auf diese Quellwasserdefinitionen, geringer und das Wasser hat daher auch ein geringeres Misch-Alter.
Im Abschnitt 3.5.3 konnte gezeigt werden, daß das maximale Misch-Alter dem Alter der
ältesten Komponente entspricht.
Für beide Gebiete, nördliche Arabische See und Golf von Bengalen, ist eine Größenordnung
von ca. 45 Jahren Ventilationszeit durchaus realistisch.
Aus der Verteilung der Misch-Alter kann ein qualitatives Bild der Thermoklinenzirkulation
abgeleitet werden (Abb. 6.3). Dabei sind die lokalen Ventilationseffekte durch
Tiefenrandströme nicht berücksichtigt.
Die Zirkulation in der Südhemisphäre wird durch die beiden Wirbel bestimmt, die der
mittleren windgetriebenen Zirkulation entsprechen (vergl. Abb. 6.2).
In der Nordhemisphäre sind die beiden zyklonalen Wirbel in der nördlichen Arabischen See und
im Golf von Bengalen dominant. Südlich davon wird das Wasser im Mittel langsam ostwärts
transportiert.
Es ergeben sich zwei Schattenzonen (SZ): Eine liegt vor der Westküste Indiens und wird
sowohl vom RSW/PGW wie auch vom ICW nur schwer erreicht.
Die andere liegt im Bereich des Indopazifischen Einstroms an der Ostflanke der beiden
Wirbel. Diese Schattenzone wird erst unterhalb des, auf die obere Wassersäule (300 m)
beschränkten, Indopazifischen Einstroms gut sichtbar. Sie ist mit den Schattenzonen
aus dem Thermoklinenmodell von (69) vergleichbar.
Eine Pool Region ist nicht aus der Altersverteilung ableitbar. Dieses kann an der
komplizierten Form der westlichen Berandung liegen, bei der Madagaskar einen starken Einfluß
auf die Randstromzirkulation hat.
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Die Ergebnisse (Abb. 6.4) zeigen die bereits aus der Verteilung der biogeochemischen
Änderung ersichtliche Dominanz von jungem Modewasser im Ostteil des Untersuchungsgebietes,
besonders in der unteren Thermokline (vergl. Abb. 5.38).
Geringe Alter ( Jahre) ab ca. 70
O machen die Nähe zur Eintragsregion deutlich.
Die Alter des Zentralwassers im Westen nehmen erwartungsgemäß mit der Tiefe (Dichte) zu,
was durch den windinduzierten Eintrag mit nachfolgender isopyknischer Ausbreitung erklärt
werden kann.
Das Zentralwasser ist im Westteil bis in 450 m Tiefe sehr jung (
Jahre), besitzt dort aber,
wie in Abschnitt 3.5 bereits erwähnt, eine mit dem Subtropischen Modewasser (STMW)
identische Definition. Beide Wasser lassen sich auch mit dieser Methode nicht trennen.
Eine Abschätzung des Transports von Modewasser über den Schnitt aus der Altersanalyse
kann wie folgt durchgeführt werden:
Die mittlere Entfernung des I5 Schnittes zur Subtropenfront beträgt ca. 10, das mittlere
Alter des Modewassers für den Bereich mit Altern kleiner 5 Jahre ist ca. 3 Jahre.
Es ergibt sich daraus eine mittlere Ausbreitungsgeschwindigkeit des Modewassers von etwa
0.012 ms
.
Wird diese Geschwindigkeit mit der betreffenden Fläche multipliziert
(A
m
), erhält man einen Transport von 18 Sv durch den
Schnitt. In der Größenordnung stimmt dieser gut mit dem aus dem lateralen Eintrag
bestimmten Transport von 21 Sv überein (vergl. Tab. 4.2).
(140) gibt aus geostrophischen Berechnungen einen ähnlichen Transport
für dieses Gebiet an (20 Sv).
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In der vorliegenden Arbeit wurden die Transporte durch Subduktion in die Thermokline für die Modewasser als 21 Sv und für die Zentralwasser als 10 Sv bestimmt. Von diesen insgesamt 31 Sv werden 5 Sv (23) in die Region des Indopazifischen Einstroms transportiert. Hier kommen 8 Sv Einstromwasser sowie 1 Sv Wasser aus dem Süd Java Strom hinzu (23). Insgesamt wird daher der Südäquatorialstrom mit 14 Sv aus der Region des Indopazifischen Einstroms versorgt. Zu diesen kommen noch die restlichen 26 Sv des subduzierten Wassers auf dem Weg nach Westen hinzu, sodaß 40 Sv den Südäquatorialstrom speisen.
Diese Zahl stimmt gut mit dem von (122) aus dem Windfeld berechneten mittleren
Sverdrup Massentransport entlang 53O überein (vergl. auch Abb. 6.2).
Die Autoren unterteilten das Gebiet in zwei Regionen: Der Bereich von 7
S bis 11
S
von der Nordflanke des Südäquatorialstroms zur Nordspitze Madagaskar reichend und
von 11
S bis 21
S den Südteil des Subtropenwirbels überdeckend.
Für den nördlichen Bereich fanden sie einen Zonaltransport, der im Mittel Null
war, bei einer Amplitude von
15 Sv, für den südlichen Bereich ermittelte sie im Mittel
38 Sv, bei einer Amplitude von
22 Sv. Dieser Wert steht in guter Übereinstimmung mit
den oben ermittelten 40 Sv.
Für den sich vor der Küste Madagaskars in einen südlichen und einen nördlichen Ast aufteilenden Südäquatorialstrom, fanden die gleichen Autoren, aus direkten Strömungsmessungen in Küstennähe (max. 200 km Entfernung), Transporte von 10 Sv nach Süden und 14 Sv nach Norden. Bezogen auf die 40 Sv Transport im Südäquatorialstrom bedeutet das ein Defizit von 16 Sv in den küstennahen Messungen mit verankerten Geräten.
Wird angenommen, daß dieses Defizit zu gleichen Teilen mit 8 Sv nördlich und 8 Sv südlich von Madagaskar küstenfern transportiert wird, bedeutet das für den Transport nach Süden 18 Sv. Dazu kommt der Transport durch den Mozambique Kanal, von etwa 5 Sv (141). Daraus ergibt sich ein Gesamttransport von 23 Sv, der aus dem Subtropenwirbel im Agulhas Strom südwärts transportiert wird. (140) gibt an, daß südlich von Madagaskar etwa 40 Sv rezirkuliertes Wasser in den Agulhas Strom gelangen, sodaß dieser dann 63 Sv transportiert.
Für die nach Norden abzweigende Flanke des Südäquatorialstroms bedeuten die 8 Sv
küstenferner Transport, einen Gesamttransport von 22 Sv nach Norden.
Da 5 Sv im Mozambique Kanal südwärts transportiert werden (siehe oben), bleiben noch
17 Sv Transport nach Norden.
Zirkulieren diese einmal im nördlichen Wirbel, gehen 1 Sv (23)
über den Süd Java Strom in die Indopazifische Einstromregion über.
Es bleiben folglich noch 16 Sv, die über den Äquator transportiert werden können.
(127) ermittelte aus direkten Strömungsmessungen küstennah
einen mittleren Transport von 10 Sv über den Äquator.
Eine anschließende Frage lautet: Was geschieht mit dem Wasser das nach Norden transportiert wird?
(127) spekulieren auf einen südwärtigen Transport in der Oberflächenmischungsschicht
und sehen, wenn auch skeptisch, dieses durch eine Überschlagsrechnung der Wärmebilanzen
bestätigt. Auch (80) stellen über ein Inverses Modell 10 Sv Auftrieb für den
Indischen Ozean nördlich 18S fest, erwähnen den Verbleib jedoch nicht.
(175) ermittelte aus klimatologischen Daten einen Export von Wasser aus der
Thermoklinen in die Oberflächenmischungsschicht von 5 Sv. Danach verbleiben, bezogen auf
die oben gefundenen 16 Sv, 11 Sv in der Thermokline.
In der vorliegenden Arbeit soll dieser Frage nicht weiter nachgegangen werden.
Wassermasse | Volumen (Sv) | Salz. S | Temp. T | Breitengrad |
Modewasser | 21 | 34.81 | 10.81 | 35![]() |
Zentralwasser | 10 | 35.2 | 15.25 | 35![]() ![]() |
ICW | 31 | 34.95 | 12.33 | 24![]() |
Da das Wasser unwiederbringlich in die Thermokline subduziert, werden auch die mit dem Transport verbundenen Wärme- und Stofftransporte berechnet. Die Modewasser geben den Transport über die Subtropenfront an und sind für den Wärme- und Stoffhaushalt des Subtropenwirbels von großer Bedeutung.
Der absolute Wärmetransport Q wird berechnet über:
Wassermasse | Q![]() |
S![]() ![]() ![]() |
O
![]() ![]() |
||
Modewasser | 0.95 | 7.5 | 2680 | ||
Zentralwasser | 0.65 | 3.6 | 2460 | ||
ICW | 1.6 | 11.1 | 2610 |
Die Größenordnung und Richtung der Transporte ist mit früheren Untersuchungen nur schwer
vergleichbar, da diese meist als zonalintegrierte Netto-Transporte über die ganze Wassersäule
angegeben werden.
Ein erster Vergleich mit Ergebnissen aus einem hochauflösenden Modell des Indischen Ozeans
( Rix und Willebrand, pers. Mitteilung) zeigt gute Übereinstimmung. Das Modell ergibt
für den Thermoklinebereich bis 5S einen nordwärtigen Wärmetransport in der Größenordnung
von 1 PW.
(109) berechneten die Meridonalzirkulation über 32
S mit der Invers Methode.
Sie wählten ihre zweite Schicht im Bereich des Subantarktischen Modewassers bei
=26.8kgm
.
Diese ist eingebettet zwischen dem Oberflächenwasser und dem Antarktischen Zwischenwasser.
Sie berechnen zwar für alle Schichten oberhalb des oberen Tiefenwassers (Schicht 5) einen südwärtigen
Wärmetransport. Die Modewasser-Schicht verhält sich dabei aber entgegen dem generellen Trend, der
Wärmetransport ist fast Null.
Ein direkter Vergleich zu den hier gefundenen Werten ist, durch die Schichteinteilung in der Analyse,
nicht möglich.
Vergleichswerte zu den Stofftransporten sind bisher noch nicht verfügbar, sollen aber ebenfalls
über das Modell ermittelt werden.
Es sollen jetzt die Erneuerungszeiten (T) berechnet werden. Eine Möglichkeit
ist die Berechnung aus der Misch-Alter Verteilung der klimatologischen Daten, die dazu jedoch
volumenabhängig gemittelt werden muß.
Eine andere Möglichkeit ist es, den Ventilationstransport zum jeweiligen Gesamtvolumen ins Verhältnis
zu setzen (siehe z.B. 44).
Unter der Annahme, daß der Gesamteintrag von 31 Sv subduzierten Wassers bei 24S
stattgefunden hat, lassen sich die Erneuerungszeiten (T
) auch breitenabhängig
darstellen.
Dazu werden ab 24
S die ozeanischen Volumen breitenabhängig kumulativ im Dichtebereich von
25.3 bis 26.9kgm
über den gesamten Ozean (30
O bis 120
O) aufsummiert.
Diese Volumen werden dann durch das Subduktionsvolumen (31 Sv) geteilt und geben die
volumenabhängigen Erneuerungszeiten an (Abb. 6.6, schwarze Linie).
Die Zahlen sind dabei geringer als die oben angegebenen Erneuerungszeiten, da das Volumen
erst dann berechnet werden kann, wenn auch das Zentralwasser subduziert ist (ab 24
S).
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Bis ca. 17S verlaufen die beiden Kurven nahezu gleich. Das bedeutet, daß die
Erneuerungszeit nur vom zu ventilierenden Volumen und dem Transport durch
Wassermassenformation (31 Sv) abhängt. Nördlich von 17
S kommt es zu
einer Trennung der beobachteten und der volumenabhängigen Ventilation.
Dabei wirkt sich hauptsächlich das Einmischen von `älterem Wasser' aus dem nördlichen
Wirbel in den südlichen Wirbel aus. Die Folge ist eine, nicht durch das Volumen zu
rechtfertigende Erhöhung der Misch-Alter.
Zusammenfassend ist zu sagen, daß die Misch-Alter und die Transporte an subduziertem Wasser es ermöglichen, Aussagen über die Zirkulation und Ventilation zu treffen:
Zwischen 15S und dem Äquator ist im Mittel ein zyklonaler nördlicher Wirbel zu finden.
Dieser wird über den westlichen Randstrom mit ICW aus dem südlichen Wirbel gespeist und
transportiert dieses äquatornah ostwärts. Das dabei gealterte Wasser wird danach als
nördliche Flanke des Südäquatorialstrom wieder nach Westen verfrachtet.
Hierbei mischt sich zunehmend Wasser aus dem südlichen Wirbel ein.