Turbulente Vermischung im tiefen westlichen Randstrom des Nordatlantiks bei 16° N

• Antragstellerin: Professorin Dr. Monika Rhein
• Fachliche Zuordnung: Physik, Chemie und Biologie des Meeres
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 181798649

• Erstellungsjahr: 2014

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Im westlichen Becken des Atlantiks wurde bei 16°N die zeitliche Variabilität des internen Wellenfeldes anhand von hydrographischen Schiffsmessungen und Verankerungszeitreihen im Zeitraum von 2000 bis 2005 untersucht. Der Fokus lag hierbei auf dem Einfluss des Tiefen Westlichen Randstroms auf das interne Wellenfeld sowie auf die vertikale Vermischung über dem Kontinentalhang. Aufgrund der hohen zeitliche Variabilität im Strömungsfeld bietet diese Region ideale Vorraussetzungen für die Untersuchung des direkten Einflusses starker Strömungen sowie deren Interaktion mit der Topographie auf die Erzeugung von internen Wellen und die Intensität von vertikaler Vermischung. Die Zeitreihen der Verankerungen im Randstrom beinhalten Messungen der Strömungsgeschwindigkeit sowie der Temperatur und Leitfähigkeit (Salzgehalt) mit einer zeitlichen Auflösung die es erlaubt Zeitskalen von der niederfrequenten Variabilität des großräumigen Randstroms bis hin zu hochfrequenter vertikaler Vermischung aufgrund von brechenden internen Wellen aufzulösen. Vertikale Vermischungsraten wurden mit Hilfe einer Feinstrukturparameterisierung bestimmt und zeigen erhöhte Werte von bis zu 10^−3 m^2s^−1 in den untersten 1500 m zu Zeiten eines starken Randstroms (Strömungsgeschwindigkeiten bis zu 50 cm s^−1). Die spektralen Eigenschaften des Geschwindigkeits- und Dichtefeldes während dieser Perioden zeigen eine Zunahme von niederfrequenten internen Wellen zu Zeiten hoher Strömungsgeschwindigkeiten. Die aus den Verankerungszeitreihen bestimme Variabilität im hochfrequenten Bereich als Indikator für vertikale Vermischung ist ebenfalls signifikant mit der Stärke des Randstromes korreliert. Dies belegt eine Zunahme von vertikaler Vermischung bei starkem Randstrom. Besonders unterhalb einer Tiefe von 1200 m steigt die Energie interner Wellen im niederfrequenten Bereich nahe der Coriolis Frequenz. Diese Zunahme ist am stärksten an der Verankerung direkt auf dem Kontinentalhang zu beobachten. Daher wird als Mechanismus für die Erhöhung der Wellenenergie sowie der erhöhten vertikalen Vermischung die Erzeugung von Wellen durch die Interaktion des Randstroms mit dem Kontinentalhang westlich der Verankerungen vorgeschlagen; dort entspricht die lokale Wassertiefe der Tiefe des Maximums des Randstroms. Die theoretischen Ausbreitungspfade solcher am Kontinentalhang erzeugter interne Wellen stimmen gut mit den beobachteten Änderungen der den Spektren in den jeweiligen Tiefen überein. Die vertikale Energieausbreitung (bestimmt aus der Polarisierung des Strömungsfeldes) unterstützt ebenfalls die vorgeschlagene Anregung von Wellen durch den Randstrom: Oberhalb des Kerns des Randstroms herrscht eine aufwärtsgerichtete Ausbreitungsrichtung von niederfrequenten Wellen vor, wohingegen darunter im Mittel ein abwärtsgerichteter Energiefluss dominiert. Während der Einfluss des Windes im Bereich des Randstroms nur eine untergeordnete Rolle für die beobachtete Variabilität im internen Wellenfeld spielt, zeigt die Energie interner Wellen besonders an einer Verankerung in der Mitte des westlichen Beckens einen durch Wind erzeugten Jahresgang. Der Einfluss der Schichtung auf das Wellenfeld wird in Wassertiefen um 1000m deutlich, wo ein lokales Maximum in der Schichtung in allen Verankerungen einen Tiefenbereich markiert, den freie, lineare interne Wellen nicht verlassen können und der sich dadurch durch ein Energiemaximum im Spektrum nahe der Auftriebsfrequenz auszeichnet.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Temporal variability of internal waves in the Deep Western Boundary Current at 16°N bei der Nord Cluster Conference in Bremen, Germany
  öhler, J., Mertens, C., Walter, M., Kanzow, T., and M. Rhein
  
• Long-term variability of internal waves and diapycnal mixing: The role of the North Atlantic Deep Western Boundary Current. Dissertation, Universität Bremen, 2013
  Köhler, J.
  
• Internal waves and associated mixing in the Deep Western Boundary Current at 16°N auf dem European Geosciences Union General Assembly in Wien, Österreich. 2011
  Köhler, J., Mertens, C., Walter, M., Rhein, M., and T. Kanzow
  
• Internal waves and associated mixing in the Deep Western Boundary Current at 16°N bei den Glomar PhD Days in Bremen, Deutschland
  Köhler, J., Mertens, C., Walter, M., Rhein, M., and T. Kanzow
  
• How does the Deep Western Boundary Current influence the internal wave field? Im Seminar der Abteilung Ozeanography der Universität Hamburg
  Köhler, J., Mertens, C., Walter, M., Rhein, M,. and T. Kanzow
  
• How does the Deep Western Boundary Current influence the internal wave field? Im Seminar des Department of Oceanography der University of Hawaii at Manoa
  Köhler, J., Mertens, C., Walter, M., Rhein, M,. and T. Kanzow
  
• Temporal variability of the generation of near internal waves by the Deep Western !Boundary Current at 16°N auf dem AGU Ocean Science Meeting in Salt Lake City, USA. 2012
  öhler, J., Mertens, C., Walter, M., Kanzow, T., and M. Rhein
  
• Temporal variability in the internal wave field and associated mixing in the Atlantic Deep Western Boundary Current auf dem Workshop „Turbulence Days“ auf Vilm, Deutschland. 2013
  Köhler, J., Walter, M., Mertens, C., Stöber, U., Kanzow, T. and M. Rhein
  
• Variability in the internal wave field and associated mixing in the western tropical Atlantic auf dem IAHS-IAPSO-IAPSEI General Assembly „Knowledge for the Future“ in Göteborg, Schweden
  Köhler, J., Walter, M., Mertens, C., Stöber, U., Kanzow, T. and M. Rhein
  
• Waves and vertical mixing in the oceans interior bei den Glomar PhD Days in Etelsen, Deutschland. 2013
  Köhler, J., Mertens, C., Walter, Stöber, U., Rhein, M. and T. Kanzow
  
• (2014) Variability in the internal wave field induced by the Atlantic Deep Western Boundary Current at 16°N. J. Phys. Oceanogr., 44(2), 492-516.
  Köhler, J., C. Mertens, M. Walter, U. Stöber, M. Rhein and T. Kanzow
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1175/JPO-D-13-010.1)
• Temporal variability in the internal wave field and vertical mixing: The influence on strong currents, auf dem Ocean Sciences Meeting in Honolulu, USA. 2014
  Köhler, J., Mertens, C., Walter, M., Rhein, M. and T. Kanzow