Internationales Forschungsprojekt untersucht Ursachen und Mechanismen Afrika: Kaltes Äquator-Wasser steuert Monsunregen - scinexx | Das Wissensmagazin
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Internationales Forschungsprojekt untersucht Ursachen und Mechanismen

Afrika: Kaltes Äquator-Wasser steuert Monsunregen

Meeresoberflächentemperatur im Juni 2006 mit der äquatorialen Kaltwasserzunge (Gebiet zwischen 20°W und 0° am Äquator). Während einer Meteor Reise im Juni 2006 (gestrichelte weiße Linie) wurde ein Anzahl von Verankerungen (gelbe Karos) installiert, die erstmals die Schwankungen im Transport des äquatorialen Unterstroms für mehrere Jahre vermessen sollen. Diese ostwärts gerichtete, am Äquator konzentrierte Strömung in etwa 100 m Tiefe mit Strömungsgeschwindigkeiten von etwa 80 cm/s (gelb und rot, kleines Bild rechts oben) versorgt den Auftrieb in der Kaltwasserzunge. Schwankungen in der Stärke oder der Temperatur dieser Strömung haben somit einen direkten Einfluss auf die Oberflächentemperatur in der Kaltwasserzunge. Zusätzlich sind in der Karte die Fahrtrouten der französischen "R/V L'Atalante" im Golf von Guinea und des amerikanischen Forschungsschiffes "Ronald H. Brown" im zentralen tropischen Atlantik (schwarze Linien) sowie das PIRATA Netzwerk aus Oberflächenbojen (rote Quadrate) © IFM-GEOMAR

Nicht nur in Indien sind die Menschen auf den Monsun angewiesen. Auch in Westafrika gibt es diese saisonalen Regenfälle, die starken Schwankungen unterliegen. Ob es in Westafrika heftig regnet oder nur leichte Niederschläge gibt, wird vor allem von einer Kaltwasserzunge nahe des Äquators bestimmt. Forscher suchen jetzt nach den Ursachen und Mechanismen dieses Phänomens. Mit einem umfangreichen Messprogramm wollen sie die physikalischen Prozesse besser verstehen, die für die Schwankungen der Meeresoberflächentemperatur sorgen.

Ziel des internationalen Projektes „Tropical Atlantic Climate Experiment (TACE)“ ist es, die saisonale Vorhersage der Niederschlagsverteilung in den Anrainerstaaten des Golfs von Guinea und den nordöstlichen Regionen Brasiliens zu verbessern. Dadurch könnten zum Beispiel frühzeitig Vorkehrungen gegen durch das Klima beeinflusste Epidemien wie Dengue Fieber, Malaria, Cholera und Meningitis eingeleitet und die landwirtschaftliche Nutzung besser an die regionalen klimatischen Bedingungen angepasst werden.

Erste Ergebnisse dieser Studie werden zurzeit auf der 2. Internationalen Konferenz des AMMA Programms (African Monsoon Multidisciplinary Analysis) vorgestellt, die mit etwa 400 Forschern vom 26. bis 30. November 2007 am Forschungszentrum Karlsruhe stattfindet.

Internationales Messprogramm

Seit längerem ist die besondere Rolle der Ozeanoberflächentemperatur im äquatorialen Atlantik oder genauer in der äquatorialen Kaltwasserzunge – für die Niederschlagsschwankungen über Westafrika bekannt. Unklar ist jedoch, welche Rolle die Dynamik des Ozeans im Vergleich zum atmosphärischen Antrieb für die Variabilität der Oberflächentemperatur in dieser Region spielt. Durch die zeitverzögerte Auswirkung von Prozessen im Ozeaninnern auf die Meeresoberfläche, würde sich eine Vorhersagbarkeit der Meeresoberflächentemperatur und damit des Niederschlags von Wochen bis zu einigen Monaten ergeben.

„In einem intensiven Messprogramm mit internationaler Beteiligung werden verschiedenste Prozesse von der Turbulenz im Zentimeterbereich bis zur ozeanweiten Zirkulation untersucht“, erläutert Projektleiter Peter Brandt vom Leibniz-Institut für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR).

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Gewaltiger Wasserstrom

Die äquatoriale Kaltwasserzunge befindet sich am Äquator östlich von 20° W und ist besonders im Nordsommer ausgeprägt. Die Oberflächentemperaturen liegen dann zwischen 20 und 25 Grad und sind damit deutlich kühler als polwärts in einigen 100 Kilometern Entfernung. Grund dafür ist ein Aufquellen von kaltem Wasser aus Tiefen von etwa 100 Metern. Dieses Wasser wird im so genannten äquatorialen Unterstrom von Brasilien bis in den Ostatlantik transportiert. Dabei strömen im Mittel 20 Millionen Kubikmeter Wasser pro Sekunde – etwa 100-mal soviel wie der Amazonas – in einer Tiefe von etwa 100 Metern nach Osten.

Ausbringen einer Verankerung zur Vermessung der Meeresströmung vom Forschungsschiff "Meteor" im tropischen Atlantik. © IFM-GEOMAR

Im Sommer 2006 wurde während einer Forschungsfahrt unter Leitung von Brandt mit dem deutschen Forschungsschiff „Meteor“ eine Reihe von am Meeresboden verankerten Messinstrumenten im zentralen äquatorialen Atlantik ausgebracht. Hiermit sollen die Schwankungen der Meeresströmungen in der Versorgungsroute zur Kaltwasserzunge über mehrere Jahre bestimmt werden. Diese Messungen sind Teil des vom Bundesforschungsministerium geförderten Verbundprojektes „Nordatlantik“, das sich mit der Warm- zu Kaltwasserzirkulation und deren Auswirkung auf das Klima beschäftigt. Parallel zur Expedition der „Meteor“ fanden Forschungsfahrten mit der französischen „R/V L’Atalante“ im Golf von Guinea und dem amerikanischen Schiff „R/V Ronald H. Brown“ im zentralen tropischen Atlantik statt.

Dabei wurden erstmals flächendeckend Turbulenzmessungen im Ozean durchgeführt. Turbulente Bewegungen im Ozean sind sehr kleinräumig und finden auf Skalen von Metern bis Millimetern statt. Sie vermischen das relative warme Wasser an der Meeresoberfläche mit dem kälteren Wasser in größeren Tiefen. Ihre Energie beziehen sie dabei aus dem Wind, der mittleren Meeresströmungen und aus internen Wellen im Ozean. Seit September 2005 sind auf insgesamt sechs internationalen Forschungsfahrten zur Kaltwasserzunge Turbulenzmessungen durchgeführt worden.

Wie entsteht die Kaltwasserzunge?

„Unsere ersten Ergebnisse zeigen“, so Marcus Dengler vom IFM-GEOMAR, „dass diese kleinskaligen Bewegungen während der Sommermonate eine Abkühlung der Meeresoberflächentemperatur von etwa zwei bis drei Grad pro Monat hervorrufen. Somit stellt die Turbulenz einen der wichtigsten Prozesse für die Entstehung der Kaltwasserzunge dar“.

Die Messungen im tropischen Atlantik liefern nach Angaben der Forscher darüber hinaus wichtige Vergleichswerte zur Bewertung der Qualität von verschiedenen Modellsimulationen. Durch eine verbesserte Darstellung der verschiedenen beobachteten Prozesse in Modellen und durch die direkte Einbeziehung von Messungen in die Simulationen sollen Vorhersagen der Meeresoberflächentemperatur verbessert werden. Diese sind eine wichtige Grundlage für erfolgreiche Prognosen der Monsunniederschläge in Westafrika.

(idw – Leibniz-Institut für Meereswissenschaften, 27.11.2007 – DLO)

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