Arbeit
Chemische Wechselwirkung zwischen Ozean und Atmosphäre
Der Austausch chemischer Stoffe zwischen Ozean und Atmosphäre stellt einen möglichen wichtigen Rückkopplungsmechanismus im Klimasystem dar. Ziel dieser Studie ist die Entwicklung und Evaluierung eines chemisch gekoppelten globalen Atmosphäre-Ozean-Modells.
Dazu wurde ein Atmosphäre-Ozean-Zirkulationsmodell mit atmosphärischer Chemie um wichtige Prozesse der ozeanischen Biogeochemie und um den Gasaustausch zwischen Ozean und Atmosphäre erweitert. Zusätzlich zu Meerwasserkonzentrationen von DMS, CO₂ und N₂O berechnet das ozeanische Biogeochemiemodell nun auch die von CO und Isopren (C₅H₈). Weitere Neuerungen umfassen die Möglichkeiten Nährstoffeintrag aus Flüssen in den Ozean und Staubdeposition als Quelle von Kieselsäure (Si(OH)₄) aus Siliziumdioxid (SiO₂), neben Eisen (Fe), zu berücksichtigen. Des Weiteren kann die klimatologische Staubdeposition durch die interaktiv berechnete des Atmosphärenmodells ersetzt werden.
Die Evaluierung des neuen Modellsystems erfolgte durch Simulationen unter gleichbleibenden Bedingungen für das Jahr 2000 und einer Analyse der wichtigsten chemischen Wechselwirkungen. Die Einflüsse modifizierter Nährstoffeinträge durch interaktive Staubdeposition und zustätzlicher Nährstoffeinträge aus Flüssen wurden anhand weiterer Sensitivitätsstudien abgeschätzt. Zur Vorbereitung des Modellsystems für Studien auf klimatologischen Zeitskalen wurden Parameter der Wolkenparametrisierung für eine entsprechende Modellauflösung optimiert.
Das Verhalten des Modells mit interaktiver Biogeochemie ist stabil und die Ergebnisse sind konsistent. Defizite wurden bei der ozeanischen Primärproduktion identifiziert. Diese ist von der Kopplungsfrequenz abhängig, die die solare Strahlungsdichte am Ozeanoberrand beeinflusst. Es besteht eine nahezu lineare Abhängigkeit zwischen Ozean-Atmosphäre-Gasflüssen und ozeanischen Oberflächenkonzentrationen der interaktiv simulierten reaktiven Komponenten (DMS, C₅H₈ und CO). Zusätzlicher Nährstoffeintrag aus Flüssen bedingt geringe, nicht signifikante Einflüsse auf die atmosphärische Zusammensetzung, begründet in der groben Modellauflösung und der eingeschränkten Darstellung des Kontinentalschelfs. Die modifizierte Staubdeposition zeigt nur geringen Einfluss, obwohl der interaktive Staubeintrag in den Ozean doppelt so groß ist wie der zuvor benutzte klimatologische. Dieser schwache Einfluss erhöhter Einträge von Fe und SiO₂ wird durch die Limitierung des Phytoplanktonwachstums durch Nitrat (NO₃⁻) in den Hauptdepositionsgebieten erklärt.
Insgesamt ist das neue, chemisch gekoppelte Modellsystem für zukünftige Studien zur Klima-Chemie Wechselwirkung einsatzbereit.
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