Abstract
Zusammenfassung
Inhaltsverzeichnis

Abstract

Sea level and surface circulation were investigated for the subtropical and the subpolar North Atlantic Ocean between October 1992 to September 1998. Sea level data measured by the satellite altimeters aboard of Topex/Poseidon, ERS-1, and ERS-2 as well as hydrographic data originating from two WOCE-sections and from two climatologies were analyzed. Using these data the temporal mean circulation in the upper layer was described with main emphasis on the paths of the major currents. The temporal mean barotropic component of the geostrophic circulation was estimated by combining the hydrographic and the altimetric data, which was referenced to the state of the art global geoid model EGM96. It was shown that the geoid model EGM96 is not capable of determining the geoid on spatial scales sufficient to derive the barotropic component. Temporal anomalies of altimetric and hydrographic data were combined along WOCE-repeat sections A1E and A2 resulting in a successful estimate of the temporal variable barotropic component of the geostrophic velocity perpendicular to these sections.
Using the altimeter data the spatial variability of the sea level was investigated on the interannual time scale. The most significant changes on the interannual time scale arose between summer 1995 and spring 1996 coinciding with a drop of the Index of the North Atlantic Oscillation (NAO) to negative values, which is equivalent to a weakening of the mean atmospheric circulation. In this period the sea level in the subpolar gyre rose by ~5 cm corresponding to an estimated heat gain of ~6·10²⁰ J in the area from 50° to 65°N. The sea level in the northern subtropical gyre fell by up to 15 cm corresponding to an estimated heat loss of ~3·10²⁰ J in the area from 40° to 50°N. The analysis of NCEP/NCAR heat fluxes revealed that only part of the changes observed between summer 1995 and spring 1996 can be explained by the integrated effect of altered air-sea heat fluxes. The investigation of wind data measured by ERS-Scatterometers suggests, that changes in meridional Ekman and Sverdrup transports that took place after summer 1995 might be responsible for the observed large scale patterns of sea level change, and hence of oceanic heat loss and gain. In addition, meridional shifts of the Gulf Stream and the eastward branches of the North Atlantic Current were observed coinciding with the change of sign of the NAO-Index. A Comparison with the wind data indicates, that the southward shift of the Gulf Stream in winter 1997 was triggered by long baroclinic Rossby-waves, that were generated 1.5-2 years before by anomalies of the wind stress curl in the area of the midatlantic ridge.

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Zusammenfassung

Die Meereshöhen und die Zirkulation in der ozeanischen Deckschicht im subtropischen und subpolaren Nordatlantik wurden für den Zeitraum von Oktober 1992 bis September 1998 untersucht. Analysiert wurden hierfür Meereshöhendaten, die von den Altimetern an Bord der Satelliten Topex/Poseidon, ERS-1 und ERS-2 gemessen wurden, sowie hydrographische Daten von zwei WOCE-Schnitten und aus zwei Klimatologien. Unter Verwendung dieser Daten wurde die zeitlich mittlere Zirkulation in der Deckschicht beschrieben, wobei der Schwerpunkt auf den mittleren Ausbreitungspfaden der Hauptströmungen lag. Aus der Kombination der hydrographischen und der altimetrischen Daten, die auf das derzeit aktuelle Geoidmodell EGM96 bezogen wurden, wurde die zeitlich mittlere barotrope Komponente der geostrophischen Zirkulation abgeschätzt. Es wurde gezeigt, daß das Geoidmodell EGM96 die räumlichen Skalen des Geoids nicht mit der Genauigkeit auflöst, die für die Bestimmung der barotropen Komponente nötig wäre. Entlang der WOCE-Wiederholungsschnitte A1E und A2 wurden zeitliche Anomalien der altimetrischen und der hydrographischen Daten kombiniert, und die zeitlich variable barotrope Strömungskomponente normal zu diesen Schnitten konnte erfolgreich abgeschätzt werden.
Anhand der Altimeterdaten wurde die räumlich Variabilität der Meereshöhen auf interannuellen Zeitskalen untersucht. Die prägnanteste Änderung auf interannuellen Zeitskalen trat zwischen dem Sommer 1995 und dem Frühjahr 1996 auf. Zeitgleich sank der Index der Nordatlantischen Oszillation (NAO) auf negative Werte ab, gleichbedeutend mit einer Abschwächung der mittleren atmosphärische Zirkulation. In diesem Zeitraum stieg die Meereshöhe im Subpolarwirbel um ~5 cm an, was zwischen 50° und 65°N einem Wärmegewinn von ~6·10²⁰ J entspricht. Die Meereshöhe im nördlichen Subtropenwirbel nahm um maximal 15 cm ab, was zwischen 40° und 50°N einem Wärmeverlust von ~3·10²⁰ J entspricht. Die Analyse von NCEP/NCAR-Wärmeflüssen ergab, daß die zwischen dem Sommer 1995 und dem Frühjahr 1996 beobachteten Änderungen der Meereshöhe nur teilweise durch die zeitlich integrierten anomalen Netto-Wärmeflüsse zwischen Ozean und Atmosphäre erklärt werden können. Untersuchungen von Winddaten, die von den ERS-Scatterometern gemessen wurden, legen den Schluß nahe, daß Änderungen der meridionalen Ekman- und Sverdrup-Transporte nach dem Sommer 1995 für die beckenweiten Änderungen der Meereshöhen, und damit des Wärmeinhalts, verantwortlich waren. Zusätzlich wurden meridionale Verlagerungen des Golfstroms und der ostwärtigen Zweige des Nordatlantikstroms im Zusammenhang mit dem Vorzeichenwechsel der NAO beobachtet. Ein Vergleich mit den Winddaten legt den Schluß nahe, daß die südwärtige Verlagerung des Golfstroms im Winter 1997 durch lange barokline Rossby-Wellen ausgelöst wurde, die 1,5-2 Jahre zuvor durch Anomalien der Rotation des Windschubs im Bereich des Mittelatlantischen Rückens erzeugt wurden.

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Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung
2. Einführung in das Untersuchungsgebiet
        2.1. Die Bodentopographie des Nordatlantischen Ozeans
        2.2. Die Luftdruckverteilung
        2.3. Die Nordatlantische Oszillation im Ozean
        2.4. Die Zirkulation in der ozeanischen Deckschicht
3. Beschreibung der physikalischen Grundlagen
        3.1. Meereshöhen
        3.2. Anomalien der Meereshöhe
              3.2.1. Lokal erzeugte Anomalien
              3.2.2. Advektion von Anomalien
        3.3. Messung der Meereshöhe vom Satelliten aus
              3.3.1. Meßprinzip eines Radaraltimeters
              3.3.2. Störungen der Höhenmessung
              3.3.3. Aktuelle Altimetermissionen: Topex/Poseidon, ERS-1 und ERS-2
4. Beschreibung der Daten und der Datenprozessierung
        4.1. Altimeterdaten
              4.1.1. Geoidmodell
              4.1.2. Ausgangsdatensätze
              4.1.3. Bildung von Mittelwerten und Anomalien
              4.1.4. Berechnung von geostrophischen Strömungen
              4.1.5. Berechnung der Anomalie der kinetischen Energie
              4.1.6. Interpolation auf Gitterpunkte
        4.2. Vergleichsdaten
              4.2.1. Hydrographische Klimatologien
              4.2.2. Hydrographische Daten von den WOCE-Schnitten A1E und A2
              4.2.3. NAO-Index
              4.2.4. Netto-Wärmeflüsse
              4.2.5. Winddaten
5. Zeitlich mittlere geostrophische Zirkulation
        5.1. Zirkulation in der Deckschicht aus hydrographischen Daten
              5.1.1. Hydrographische Klimatologien
              5.1.2. Vergleich der Klimatologien mit den WOCE-Daten
        5.2. Mittlere Zirkulation aus Altimeterdaten
              5.2.1. Zirkulation in der Deckschicht
              5.2.2. Abschätzung der barotropen Komponente
        5.3. Zusammenfassung
6. Zeitliche Variabilität der Meereshöhen und der Zirkulation
        6.1. Zeitliche Variabilität entlang der WOCE-Schnitte A1E und A2
              6.1.1. Vergleich zwischen Altimeter- und WOCE-Daten
              6.1.2. Abschätzung der zeitlich variablen barotropen Strömung
              6.1.3. Zeitliche Variabilität entlang des WOCE-Schnittes A1E
              6.1.4. Zeitliche Variabilität entlang des WOCE-Schnittes A2
        6.2. Saisonale Variabilität
              6.2.1. Saisonale Variabilität der Meereshöhen
              6.2.2. Saisonale Variabilität der geostrophischen Strömungen
        6.3. Interannuelle Variabilität
              6.3.1. Meereshöhen und die Nordatlantische Oszillation
              6.3.2. Lokale Reaktion der Meereshöhe auf atmosphärische Variabilität
              6.3.3. Reaktion der Meereshöhe auf ozeanische Prozesse
              6.3.4. Verlagerung der Golfstromachse
        6.4. Zusammenfassung
7. Wärmeanomalien in der ozeanischen Deckschicht
        7.1. Vergleich der Altimeterdaten mit den WOCE-Daten
        7.2. Interannuelle Anomalien des Wärmeinhalts
              7.2.1. Erwärmung des Nordatlantiks
              7.2.2. Anomalien des meridionalen Wärmetransports
         7.3. Die NAO und ozeanische Wärmeanomalien
8. Zusammenfassung und Ausblick
Danksagung
Abkürzungs- und Symbolverzeichnis
Literaturverzeichnis

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