Forschung im HLRN-Verbund 2011

66Warum Wasser über die Kontinentalkante fliesstDichteströmungen in Hervey Bay (Australien)U. Gräwe, Leibniz Institut für Ostseeforschung,WarnemündeKurzgefasst• Untersuchung von ozeanischen Dichteströmungenmithilfe eines 3D Modelsystems• Modellierung von kleinskaligen Prozessen (100-500m) sowie grosskaligen Prozessen (600km)• Kopplung des Modellsystems in operationelleglobale Modelle• Modellergebnisse sollen die Planung von MessfahrtenunterstützenHervey Bay (Fig. 1), eine ca. 4000 km 2 grosseBucht (durchschnittliche Tiefe = 15 m), befindetsich in unmittelbarer Nähe der kontinentalenSchelfkante der zentralen Ostküste von Australien,ca 250 südlich des Great Barrier Riff. Durchdie hohe Verdunstungsrate (ca. 2 m/Jahr), geringeNiederschläge (weniger als 1 m/Jahr) und nahezuverschwindenden Süsswassereintrag durchFlüsse, kann eine inverse Struktur/Schichtungenerwartet werden.Mit den am HLRN durchgeführten Rechnungensollen vorangegangenen Untersuchungen validiertwerden [3] sowie die Möglichkeiten desMassiv-Parallelrechnens ausgenutzt werden umMultiskalen-Simulationen durchzuführen. Die numerischenExperimente wurden mit dem ModellGETM (General Esturaine Transport Model,[1])durchgeführt.Da Hervey Bay ein starkes Gezeitensignal aufweist(Tidenhub > 3,5 m), kann die Bucht alsvertikal gut durchmischt klassifiziert werden. DieErgebnisse der Messfahrten, als auch die numerischenExperimente, bestätigen, dass HerveyBay die charakteristischen Merkmale einer inversen/hypersalinenStruktur aufweist. In der Buchtexistiert ein nahezu konstanter Salzgradient von0.5 psu (practical salinity unit), mit einem Salzgehaltvon 35.5 psu im offenen Ozean und Spitzenwertenvon über 39.0 psu im küstennahen Bereich.Die Untersuchung zeigten, dass Lufttemperatur,Wind und Gezeiten die wichtigsten Einflussgrössenfür die Stabilität der inversen Schichtungund der Salzgradienten sind, während die östlichenPassatwinde den Wasseraustausch in der Buchtdominieren.Aufgrund von lang anhaltenden Dürren weisendie subtropischen Gebiete an der Ostküste Australienseine Veränderungen in der Balance von Niederschlagund Verdunstung auf. Langzeitdatenreihenzeigen während der letzten fünfzig Jahre eineVerringerung der Niederschlagsmenge von ca. 50mm pro Jahrzehnt an, verbunden mit einem Temperaturanstiegum etwa 0.1 Grad C pro Jahrzehnt.Mit Hilfe der numerischen Experimente konntendie Auswirkungen auf die Hydro- und Thermodynamikvon Hervey Bay untersucht werden. Durch dieVerschiebung des Gleichgewichtes zwischen Verdunstungund Niederschlag treten hypersaline undinverse Bedingungen in Hervey Bay häufiger auf.In den letzten zwei Jahrzehnten weist der mittlereNiederschlag in Hervey Bay eine Abweichung von13 % von der Klimatologie (1941-2000) auf. DieVerringerung im Flusseintrag, im selben Zeitraum,kann mit 23 % abgeschätzt werden. Eine direkteFolge ist, dass sich der Salzigkeitsfluss erhöhthat, sowie die verdunstungsgesteuerte Residuenströmungenbeschleunigt haben.Im Gegensatz zu der langfristigen Reduzierungder Niederschläge führt das Auftreten vonschweren Regenfällen und damit verbundenenÜberschwemmungen zu kurzfristigen Schwankungenim Salzgehalt von Hervey Bay. Die Untersuchungendieser extremen Frischwassereinträge ergaben,dass die Frischwasseraustauschzeiten engan die windgetriebenen Residuenströmungen gekoppeltsind. Die inversen Eigenschaften von HerveyBay und die damit verbundene Dichtegradienten(mit einer höheren Dichte in Küstennähe als imoffenen Ozean) können instabile Schichtungen erzeugen.Diese äussern sich in Dichteströmungenund damit einem Ausfluss von dichtem Wasser entlangdes Grundes von Hervey Bay. Die Ausflussereignissehaben eine mittlere Dauer von 30 Tagenund sind meistens auf den Spätherbst beschränkt.Der dabei auftretende integrierte Volumentransportist vergleichbar mit dem Volumen von HerveyBay.Die Randbedingungen für die Simulationen werdenvom dem operationellen Global-Modell HY-COM mit 1/12 Grad Auflösung und dem operationellenaustralischen Modell BLUELink mit1/10 Grad Auflösung bereitgestellt. Um eine finaleAuflösung von 600 m zu erhalten ist ein Nestingerforderlich (Fig. 1). Das äussere Modell hateine Auflösung von 3 km (200×200 Gitterpunkte).Das innere Modell hat eine Auflösung von600 m (300×300 Gitterpunkte). In der Vertikalenwerden in beiden Modelstufen 50 Schichten benutzt.Die wissenschaftliche Motivation dieser Arbeitist, die Existenz dieser Dichteströme nachzuweisen.Erste Abschätzung aufgrund von Model-Geowissenschaften