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Modellierung von Meeresströmungen verbessert Verständnis des Klimawandels

Im Rahmen eines EU-finanzierten Projekts wurden neue statistische Modellierungstechniken entwickelt, um die Bewegung von Wasserteilchen in den Weltmeeren zu verfolgen und Kenntnisse über den Klimawandel zu gewinnen.
Modellierung von Meeresströmungen verbessert Verständnis des Klimawandels
Mehr als 70 % der Erdoberfläche sind von Meeren bedeckt und die Meeresströmungen und -bewegungen sind für das Verständnis des Klimawandels und für die Prognostizierung der damit verbundenen Auswirkungen von entscheidender Bedeutung. Es werden immer mehr Daten zu unseren Meeren gesammelt. Die Herausforderung besteht jetzt darin, aus diesen Daten die richtigen Schlüsse zu ziehen.

Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts OCEANDATAMODELS wurden neue Methoden entwickelt, um große Mengen an Daten zu analysieren, die über spezielle schwimmende Instrumente gesammelt worden waren, welche die Bewegungsbahnen der Meerespartikel verfolgen.

„Unsere wichtigste Innovation stellte die Gestaltung neuer statistischer Modelle und Analyseinstrumente dar, mit denen es möglich ist, die durch die Drehung der Erde – den Corioliseffekt – verursachten wirbelnden Rotationsschwingungen sowie die Auswirkungen von Gezeiten und der als Eddies bezeichneten Gegenströmungen wie auch Wasserturbulenzen zu erfassen“, sagt Sofia Olhede, Projektkoordinatorin von CEANDATAMODELS und Professorin am University College London (UCL).

Die Modelle zu den Meerespartikelwegen sind jetzt ein Teil des umfassenden Repertoires statistischer Techniken, die von Klimawissenschaftlern verwendet werden, um unser Verständnis vom Klimawandel und unsere Möglichkeiten zur Prognostizierung des Klimawandels zu verbessern.

Über Satelliten verfolgte „Drifter“

Die Projektforscher verwendeten Unmengen von Daten der US-amerikanischen National Oceanic and Atmospheric Administration, die unter dem „Global Drifter“-Programm in den vergangenen 40 Jahren hunderte Millionen Beobachtungsdaten zu Strömungen, Meeresoberflächentemperaturen, Winden und Salinitäten zusammengetragen hat. Die Daten wurden über „Drifter“ – frei schwimmende, über Satelliten verfolgte Bojen – gesammelt, welche die Bewegung von Wasserpartikeln an der Meeresoberfläche beobachten und Wissenschaftlern hierdurch eine genaue Überwachung des insgesamten Meereskreislaufs ermöglichen.

„Die Herausforderung bei der Modellierung der Drifter-Bewegung ist, dass sich die Daten sowohl zeitlich als auch räumlich bewegen – wir bezeichnen dies als lagrangesche Betrachtungsweise – und diese Arten von Daten verlangen uns die Entwicklung eines neuen Toolkits mit einer statistischen und Datenwissenschaftsmethodik ab“, erklärt Dr. Adam Sykulski, leitender Forschungsbeauftragter des Projekts an der Lancaster University.

Unter Anwendung eines interdisziplinären Ansatzes aus dem Bereich der Statistik und Ozeanographie wurden über das Projekt innovative statistische Modelle erstellt. Die Forscher konnten daraufhin abbilden, wie unsere Meere zeitlich und räumlich variieren. Hierbei wurden Faktoren wie Wirbelströme am Äquator und die Vermischung von Wasserpartikeln, die von unterschiedlichen Meeren stammen, wie auch deren Reise um die Welt erforscht.

Ein Beispiel für die von den Forschern durchgeführte Modellierung ist ein „Spaghetti-Plot“-Diagramm zu der weltweiten Reise von Driftern. Die unterschiedlichen Wege, die Drifter einschlagen können, sind den Wissenschaftlern dabei behilflich, zu ermitteln, wie schnell und auf welche Weise sich das Meer vermischt und bewegt.

Die im Rahmen von OCEANDATAMODELS entwickelten Modelle werden nicht nur von Klimawissenschaftlern verwendet, sondern ebenfalls herangezogen, um die Bewegungen von Umweltbelastungen wie zum Beispiel Ölteppichen wie auch die Bewegungen von Tierarten wie beispielsweise Plankton um die Weltmeere zu verfolgen und nachzuvollziehen.

Die Projektergebnisse sind mittlerweile in einer Reihe von Wissenschaftszeitschriften veröffentlicht worden und einige Daten können öffentlich über die Webseite des „Global Drifter“-Programms heruntergeladen werden. Die im Zuge von OCEANDATAMODELS entwickelten Modellierungstechniken können außerdem auf andere Gebiete übertragen werden. Hierzu zählen die Analyse seismischer Signale, die Neurowissenschaften, die Glaziologie und die Ökologie.

Unterdessen, so Olhede, bestünde ein möglicher nächster Schritt für die Projektforscher darin, das Strömungsmodell mit seinem aktuell zweidimensionalen Oberflächendatenansatz zu einem Modell für dreidimensionale Daten weiterzuentwickeln, welches die Meerestiefe berücksichtigt.

Fachgebiete

Life Sciences

Schlüsselwörter

OCEANDATAMODELS, Meere, Drifter, Klimawandel, Strömungen, Gezeiten
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