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Modellierung der Eisbergdrift als Erweiterung eines Finite-Elemente-Meereis-Ozean-Modells

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Rackow, T. (2011): Modellierung der Eisbergdrift als Erweiterung eines Finite-Elemente-Meereis-Ozean-Modells , Diplom thesis, Universität Bremen, Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung.
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In der vorliegenden Arbeit wird ein dynamisch-thermodynamisches Eisbergmodell als Erweiterung des Finite-Elemente-Meereis-Ozean-Modells FESOM des Alfred-Wegener- Instituts für Polar- und Meeresforschung (AWI) in Bremerhaven entwickelt. Dieser Entwicklungsprozess wird umfassend dargestellt und kann ausgehend von den zugrundeliegenden physikalischen Gleichungen und deren numerischer Diskretisierung bis hin zur Implementierung in Fortran nachvollzogen werden. Diese Arbeit kann daher als ausführliche Dokumentation des entwickelten Eisbergmodells dienen. Abschließend werden eine Validierung des Modells anhand von Beobachtungsdaten im Bereich des Weddellmeeres sowie einige Sensitivitätsstudien durchgeführt, um die Bedeutung der verschiedenen physikalischen Prozesse für die Eisbergdrift zu untersuchen. Das Eisbergmodell wird zur Beschreibung der charakteristischen Drift von Eisbergen im Weddellmeer eingesetzt und erlaubt in der bestehenden Form bereits einige physikalische Einblicke, von denen hier folgendes Ergebnis erwähnt sei: Im Gegensatz zu kleinen Eisbergen, die in eisfreien Regionen einem starken Einfluss von Wind und Ozeanströmungen unterworfen sind, werden große Eisberge bis hin zu riesigen Tafeleisbergen (giant tabular icebergs) in diesen Regionen stark von der Balance zwischen Corioliskraft und der Hangabtriebskraft aufgrund einer geneigten Meeresoberfläche beeinflusst. Möglicherweise stellt die Kraft aufgrund der Neigung der Meeresoberfläche den fehlenden Antrieb in eisfreien Regionen dar, der in einer früheren AWI-Modellstudie von Lichey und Hellmer [2001] bei der Simulation eines Tafeleisbergs beobachtet wurde. Durch die Entwicklung des Eisbergmodells steht in Verbindung mit dem Finite-Elemente- Meereis-Ozean-Modell FESOM ein nützliches Werkzeug zur Verfügung, das in zahlreichen Gebieten Anwendung finden könnte. Ein Beispiel ist die Berechnung von Schmelzraten vieler modellierter Eisberge, die nach einer statistischen Verteilung im Meereis-Ozean-Modell FESOM gestartet werden könnten, um den Süßwasserfluss aufgrund von Eisbergen in physikalisch sinnvoller Weise über den Ozean zu verteilen. Dies wäre ein weiterer Schritt, um den Kreislauf des Wassers im Erdsystem zu schließen. Martin und Adcroft [2010] nutzen bereits eine solche Verteilung des Süßwasserflusses durch Eisberge, die in Modellrechnungen für den nächsten Assessment Report des Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) Verwendung finden wird.

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