Variationen des Antarktischen Zirkumpolarstroms aus zeitlich höher aufgelösten GRACE-Schwerefeldern Inga Bergmann, Henryk Dobslaw, Maik Thomas GFZ, 1.3 Erdsystem-Modellierung Session 2: Schwerefeld (28.09.2011, 14:30 14:45) Geodätische Woche 2011, Nürnberg
Einleitung Antaktischer Zirkumpolarstrom (ACC) bedeutende Rolle im globalen Klimakreislauf Verbindet die Weltozeane untereinander Volumen-/Massentransport von ca. 130 Sv (1Sv = 10 6 m 3 s -1 ) http://www.parks.tas.gov.au/fahan_mi_shipwrecks/infohut/images/acc3.gif Wechselwirkung mit zirkumpolaren Westwinden Druckänderungen an Meeresoberfläche Transportänderungen SAM-Index: Messgröße für atmosphärische Variationen Steht in Beziehung zu Transportvariationen Erfassen von Transport (& Variationen) an choke points (z. B. Drake Passage, WOCE-Sektion südl. von Australien) Bodendruckgradienten barotroper Anteil des geostrophen Transports 2
Ableitung von Ozeanbodendruckvariationen aus GRACE GRACE erfasst zeitliche Variationen des Schwerefelds Massenumverteilungen in äußerer, dünner Schicht Änderung der Oberflächendichte in sphärischer Hülle Kann mittels Kugelfunktionen beschrieben werden Darstellung als Änderungen in äquivalenter Wassersäule Hydrostatischer Druck: Ozeanbodendruck (OBP) 3
GFZ RL04 Monatlich 02/2003 08/2009 Bis (l,m) = 120 AOD1B RL04 Daten CNES / GRGS RL02 10-Tage 08/2002 08/2009 Bis (l,m) = 50 Ozeanmodell MOG2D ITG-Grace2010 täglich 08/2002 08/2009 Bis (l,m) = 40 AOD1B RL04 Prozessierung Alle Mittelwertreduziert über gesamte Zeitreihe Hinzufügen Geozentrumsvariationen (Grad-1 Terme) Anbringen Dealiasing-Produkt GAD Reduktion von kontinentalen Leckeffekten Nur GFZ RL04 Anisotrope Filterung nach Kusche (2009) 4
Bodendruckstationen im südlichen Ozean 21 Bodendruckstationen für Zeitraum 08/2002 08/2009 OBP aus GRACE zusätzlich mit Pattern-Filter (Böning et al. 2008) bearbeitet (Ozeanmodell: OMCT) Filterung der Zeitreihen in 3 Frequenzbereiche a) 30-Tage Tiefpass b) 10-30 Tage Bandpass c) 10-Tage Hochpass 5
Korrelationen - OBP GFZ RL04 CNES/GRGS ITG-Grace2010 6
Korrelationen ITG-Grace2010 30-Tage Tiefpass 10-30-Tage Bandpass 10-Tage Hochpass GFZ RL04 CNES/GRGS ITG-Grace2010 7
Korrelationen - Südpazifik 30-Tage Tiefpass 10-30-Tage Bandpass 10-Tage Hochpass GFZ RL04 CNES/GRGS ITG-Grace2010 8
Korrelationen Drake Passage 30-Tage Tiefpass -0.25 0 0.25 0.5 0.75 1 10-30-Tage Bandpass -0.25 0 0.25 0.5 0.75 1 10-Tage Hochpass -0.25 0 0.25 0.5 0.75 1 GFZ RL04 CNES/GRGS ITG-Grace2010 9
Ableitung von Transportvariationen aus Bodendruckgradienten Kurzzeitige Variationen < 1 Jahr barotrop Annahme: - Geostrophie (Druckgradienten- und Corioliskraft sind im Gleichgewicht) - keine zeitliche Änderung der Strömung entlang Isolinie f/h (f Coriolisparameter, H Tiefe) zwischen zwei Stationen mit p 1 und p 2 Transportvariationen 10
Fronten und Pegelstationen im Südlichen Ozean Gewichtete Mittelbildung von OBP aus GRACE in beiden Ausschnitten und Gradientenbildung zu jedem Zeitpunkt Stündliche Pegelwerte Doodson-Filter tägliche Pegelwerte IB-Korrektur der Pegelwerte Transport- & Meeresspiegelvariationen um saisonalen Anteil (jährliches / halbjährliches Signal) reduziert Filterung in 3 Frequenzbereiche 11
tägliche Zeitreihen Transport / Meeresspiegel / SAM Kontinuierliche Zeitreihe 12
Tägliche Zeitreihen Transport / Meeresspiegel / SAM Stark unterbrochene Zeitreihe 13
Korrelationen 30 Tage Tiefpass SAM ITG CNES/GRGS GFZ RL04 Faraday 0.43 0.32 0.30 0.53 Dumont d Urville 0.48 0.40 0.31 0.45 SAM 0.53 0.60 0.62 10-30 Tage Bandpass Faraday 0.38 0.21 0.13 Dumont d Urville 0.43 0.04 0.22 SAM 0.42 0.44 10 Tage Hochpass Faraday 0.16 0.16 Dumont d Urville 0.36 0.02 SAM 0.22 14
Dumont d Urville & ITG-Grace2010 Abschnitt 1: r=0.03 Abschnitt 2: r=0.39 Abschnitt 3: r=-0.15 15
Korrelationen 30 Tage Tiefpass SAM ITG CNES/GRGS GFZ RL04 Faraday 0.43 0.32 0.30 0.53 Dumont d Urville 0.48 0.40 0.31 0.45 SAM 0.53 0.60 0.62 10-30 Tage Bandpass Faraday 0.38 0.21 0.13 Dumont d Urville 0.43 0.14 0.34 SAM 0.42 0.44 10 Tage Hochpass Faraday 0.16 0.16 Dumont d Urville 0.36 0.14 SAM 0.22 16
Zusammenfassung A) Vergleich OBP: insitu vs. GRACE ITG-Grace2010 kann Variationen im Kurzzeitbereich (< 10 Tage) wiedergeben Korrelationen von 0.5 0.8 im südlichen Ozean Korrelationen in offenen Ozean und Tiefsee besser gegenüber Stationen nahe der Küste oder im Flachwasser GFZ RL04 und CNES/GRGS (>30 Tage & 10-30 Tage Bandpass) meist nicht signifikante Korrelationen in Flachwassergebieten (DARTS-Stationen) Mittlere Korrelationen (0.3 0.8)im Indischen Ozean und südlich von Afrika 17
Zusammenfassung B) Vergleich Transport (GRACE) & insitu Meeresspiegel- höhen (Pegel) & SAM index Gute Korrelationen zwischen Transportvariationen aller drei GRACE Lösungen im 30-Tage Tiefpass Bereich mit Meeresspiegelhöhenvariationen der Pegelstationen 0.3 0.5 In höheren Frequenzbereichen nehmen Korrelationen ab Lücken in Zeitreihen (Dumont d Urville) Zeitliche Auflösung (10-tägig vs. Täglich) 10-Tage Hochpassfilter (nur ITG-Grace2010) Ähnliche Korrelationen zwischen Transport, Pegel und SAM Hochfrequente Signale können wiedergegeben werden!!! 18
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 19
Zusatzmaterial 20
Modellbetrachtung von Zusammenhang zwischen Transport- und Meeresspiegelvariationen (1) 21
Modellbetrachtung von Zusammenhang zwischen Transport- und Meeresspiegelvariationen (2) 30-Tage Tiefpass OMCT (Drake Passage) MSL Antarktis MSL Faraday OMCT (OBP-Gradient) 0.55 0.31 0.33 OMCT (Drake Passage) 0.88 0.87 MSL Antarktis 0.96 10-30-Tage Bandpass OMCT (Drake Passage) MSL Antarktis MSL Faraday OMCT (OBP-Gradient) 0.42 0.43 0.42 OMCT (Drake Passage) 0.84 0.78 MSL Antarktis 0.95 10-Tage Hochpass OMCT (Drake Passage) MSL Antarktis MSL Faraday OMCT (OBP-Gradient) 0.20 0.38 0.28 OMCT (Drake Passage) 0.53 0.51 MSL Antarktis 0.82 22
Butterworth-Filter 23
Hochpass Bandpass Tiefpass -1-0.5 0 0.5 1 Korrelationen hohe Korrelationswerte für ITG-2010 in allen 3 Frequenzbereichen 0.8 GFZ RL04 CNES/GRGS ITG-2010 24
Hochpass Bandpass Tiefpass -1-0.5 0 0.5 1 Korrelationen hohe Korrelationswerte für ITG-2010 in allen 3 Frequenzbereichen 0.8 Mittlere Korrelationen (~0.5) für Stationen im Südpazifik DART-Projekt In der Nähe zu Tiefseegräben installiert Erdbeben (Tsunamis) GFZ RL04 CNES/GRGS ITG-2010 25
Hochpass Bandpass Tiefpass -1-0.5 0 0.5 1 Korrelationen hohe Korrelationswerte für ITG-2010 in allen 3 Frequenzbereichen 0.8 Mittlere Korrelationen (~0.5) für Stationen im Südpazifik DART-Projekt In der Nähe zu Tiefseegräben installiert Erdbeben (Tsunamis) Drake Passage Tief- & Bandpassfilter geringere Korrelationen für alle GRACE Lösungen (0.2 0.5) GFZ RL04 CNES/GRGS ITG-2010 26
Hochpass Bandpass Tiefpass -1-0.5 0 0.5 1 Korrelationen hohe Korrelationswerte für ITG-2010 in allen 3 Frequenzbereichen 0.8 Mittlere Korrelationen (~0.5) für Stationen im Südpazifik DART-Projekt In der Nähe zu Tiefseegräben installiert Erdbeben (Tsunamis) Drake Passage Tief- & Bandpassfilter geringere Korrelationen für alle GRACE Lösungen (0.2 0.5) Drake Passage Hochpassfilter Stationen nördlich & südlich deutlich höhere Korrelation (0.5 & 0.7) GFZ RL04 CNES/GRGS ITG-2010 27
Korrelationen OBP 30-Tage Tiefpass GFZ RL04 CNES/GRGS ITG-2010 28
Korrelationen OBP 10-30-Tage Bandpass GFZ RL04 CNES/GRGS ITG-2010 29
Korrelationen OBP 10-Tage Hochpass GFZ RL04 CNES/GRGS ITG-2010 30