Turbulente Vermischungsprozesse und Zirkulation im Auftriebsgebiet vor Nordwestafrika

Schafstall, Jens

Das mauretanische Auftriebsgebiet ist eine der biologisch produktivsten Region im Weltozean und ist ferner als Quelle verschiedener klimarelevanter Spurengase bekannt, wodurch ihm eine wichtige Rolle im globalen Ökosystem zukommt. Diese Studie untersucht klimarelevante physikalische und biogeochemische Prozesse anhand von Mikrostruktur-, CTD- und ADCP-Messungen, die auf fünf Forschungsfahrten zwischen 2005 und 2008 erhoben wurden. Ziel dieser Arbeit ist die Identifikation dominanter turbulenter Vermischungsprozesse und die Quantifizierung ihrer Bedeutung für das Auftriebsgebiet vor Nordwestafrika. Hierzu wurde sowohl Stärke als auch räumliche Verteilung des vertikalen Austauschkoeffizienten anhand von Energiedissipationsraten bestimmt. Die während der verschiedenen Reisen durchgeführten Turbulenzmessungen zeigten, dass die Vermischung im mauretanischen Auftriebsgebiet nahe des Kontinentalhangs am größten ist. Die beobachtete mittlere Dissipationsrate küstenwärts der 500-m-Isobathe (entfernt von der Oberfläche) beträgt 5 × 10-8 W kg-1. Der resultierende mittlere Austauschkoeffizient in dieser Region ist mit Kρ = 12 × 10-4 m2 s-1 um mehr als eine Größenordnung stärker gegenüber den Werten, die weiter entfernt von der Küste bestimmt wurden. Diese verstärkte Vermischung liefert einen erheblichen Anteil des Austausches von Wärme, klimarelevanten Spurengasen und von Nährstoffen zwischen der Deckschicht und dem tieferen Ozean. Eine Vielzahl von Prozessen ist verantwortlich für die erhöhte Vermischung, wobei die Wechselwirkungen zwischen internen Gezeiten und Topographie dominieren. Die präsentierten Beobachtungen zeigen ferner das hohe Maß an räumlicher und zeitlicher Variabilität der Vermischung im oberen Ozean. Zusätzlich ergaben die Untersuchungen zur Zirkulation ein modifiziertes Bild der Oberflächenströmungen im Vergleich zu vorangegangenen Untersuchungen. Insbesondere konnte eine südwärtige Fortsetzung des Kanarenstroms auf dem Schelf nicht beobachtet werden. Die Existenz eines östlichen Randstroms, der in der Literatur als Upwelling Undercurrent (UUC) beschrieben wird, konnte bestätigt und sein mittlerer Transport mit etwa 1 Sv abgeschätzt werden. Er stellt den wesentlichen Versorgungspfad für das küstennahe Auftriebsgebiet mit nährstoffreichem Südatlantischen Zentralwasser aus dem Süden dar. Im Allgemeinen wird die Zirkulation jedoch durch Wirbel dominiert. Eine zyklonale Zirkulationszelle zwischen der afrikanischen Küste und den Kapverdischen Inseln konnte insofern bestätigt werden, als dass küstennah verstärkt eine nordwärtige und küstenfern verstärkt eine südwärtige Strömungstendenz beobachtet wurde.

The upwelling region off Mauritania is an important region for the global ecosystem as it is one of the most productive areas of the world ocean. Additionally it is an oceanic source for several climate relevant trace gasses such as CO2 and N2O. This study determines physical and biogeochemical processes from microstructure, CTD and ADCP measurements taken on five ship surveys during the period 2005-2008. The main focus of this study is to identify turbulent mixing processes and to quantify their importance for the upwelling region off Mauritania. Therefore magnitude and spatial distribution of vertical diffusivities has been determined from energy dissipation rates. The turbulence measurements taken from these surveys show that the mixing is greatest close to the shelf break. The observed mean dissipation rates inshore of the 500\,m isobath (away from the surface) is 5 × 10-8 W kg. The resulting mean diffusion coefficient of Kρ = 12 × 10-4 m2 s-1 is more than one magnitude higher compared to the values found at greater distances from the coast. This increased mixing is responsible for an increased exchange of heat, climate relevant trace gases and nutrients between the surface layer and the deeper ocean. Many processes are responsible for the increased mixing dominated by the interaction between internal tide and topography. The presented observations also show high variabilities, both spatial and temporal, in the mixing rates of the upper ocean. Additionally, studies of the circulation show a modified surface circulation in comparison to previous studies. A southward continuation of the Canary Current on the shelf was not observed. The existence of an easterly boundary current, also known as Upwelling Undercurrent (UUC), could be confirmed with a mean transport of 1\,Sv. It describes the main supply of the nutrient rich South Atlantic Central Water for the coastal upwelling region. Generally the circulation is dominated by eddies. The observed intensified inshore northwards and offshore southwards current tendency between the African coast and the Cape Verde Islands give the confirmation for a cyclonical circulation cell.

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Schafstall, Jens: Turbulente Vermischungsprozesse und Zirkulation im Auftriebsgebiet vor Nordwestafrika. 2010.

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