Helmholtz-Zentrum Deutsches Geoforschungszentrum

Das Ozean Modell für Zirkulation und Tiden (OMCT)

Das „Ocean Model for Circulation and Tides“ (OMCT; Thomas, 2002) wurde aus dem „Hamburg Ocean Primitive Equation model“ (HOPE; Wolff et al., 1997; Drijfhout et al., 1996) heraus entwickelt. Die  klimatologischen Zeitskalen des HOPE wurden um die Wetter-Zeitskalen und um ein Gezeiten-Model erweitert. Das OMCT basiert auf nichtlinearen Impulsgleichungen und der Erhaltung von Salz, Wärme und Masse unter Verwendung der hydrostatischen und die Boussinesq-Approximation.
Meeresoberflächenauslenkung, Horizontalgeschwindigkeit, potentielle Temperatur und Salinität werden prognostisch berechnet. Vertikalgeschwindigkeiten werden aufgrund der Inkompressibilitäts-Annahme abgeleitet. Ein thermodynamisches Meereismodel (Hibler, 1979) welches Eisdicke, Kompaktheit und Drift berechnet ist implementiert. Dynamische Effekte durch Auflast und Selbstanziehung werden berücksichtigt  (Thomas et al., 2001).
Die Gezeitendynamik wird durch das komplette lunisolare Potential zweiten Grades angetrieben, welches aus analytischen Ephemeriden nach VSOP87  abgeleitet wird  (Bretagnon and Francou, 1988).
Der Wärmeaustausch zwischen Atmosphäre und Ozean wird durch Newtonsche Kopplung zwischen  2m Lufttemperaturen und der Ozean-Oberflächentemperatur realisiert. Ein konstanter Wärmefluss von 40 W m-2 K-1 wird dabei angenommen. Der oberflächliche Salzgehalt wird mit einer Relaxationszeit von 38 Tage an den World Ocean Atlas 2001 (Conkright, 2002) angeglichen. Die atmosphärischen Antriebe bestehen aus Windschub, Oberflächendruck, Wärme- und Frischwasserfluss. Kontinentale Wassereinträge werden von einem hydrologischen Abflussmodel berechnet und eingebunden. So kann der Wasserkreislauf nahezu geschlossen werden. Eine Vielzahl von Simulationen wird ausgeführt um Einflüsse von atmosphärischem Druck, den Gezeiten sowie Auflast und Selbstanziehung auf die Ozeanzirkulation zu untersuchen.
Wie die meisten State-of-the-art Ozeanmodelle nutzt auch das OMCT die Boussinesq-Approximation. Dadurch wird aus der Massenerhaltung eine Volumenerhaltung. Um die simulierten Daten für geodätische Anwendungen zu nutzen wird die Ozeanmasse numerisch konstant gehalten. Die geschieht durch hinzu- bzw. wegnehmen einer kleinen homogenen Wasserschicht zu jedem Zeitpunkt (Greatbatch, 1994). Nichtsdestotrotz wird der eustatische Meeresspiegel und die Ozeanmasse durch Frischwasserfluss und den kontinentalen Ablauf verändert.  
Das OMCT hat einen Zeitschritt von 30 Minuten, eine horizontale Auflösung von 1.875° und eine vertikale Auflösung von 13 Schichten. Eine quasi-Gleichgewichtszirkulation wurde durch einen 265 jährigen Spin-up erreicht. Dieser nutzt klimatologischen Windschub (Hellerman and Rosenstein, 1983) und oberflächliche Salzgehalte bzw. Temperaturen von Levitus (1982).

Informationen auf dieser Seite können wie folgt referenziert werden: 

  • Thomas, M. (2002): Ocean induced variations of Earth's rotation - Results from a simultaneous model of global circulation and tides, PhD dissertation, University of Hamburg, Germany, 129 pp. 

Literatur

  • Bretagnon, P., Francou, G. (1988): Planetary Theories in rectangular and spherical variables: VSOP87 solution, Astron. Astrophys. 202, 309.
  • Conkright, M.E., Locarnini, R.A., Garcia, H.E., O Brien, T.D., Boyer, T.P., Stephens, C., Antonov, J.I. (2002): World Ocean Atlas 2001: Objective Analyses, Data Statistics, and Figures, National Oceanographic Data Center, Silver Spring, Maryland, 17pp.
  • Dobslaw, H. (2007): Modellierung der allgemeinen ozeanischen Dynamik zur Korrektur und Interpretation von Satellitendaten, Scientific Technical Report 07/10, Helmholtz-Zentrum Potsdam Deutsches GeoForschungsZentrum, Germany, 113pp.
  • Drijfhout, S., Heinze, C., Latif, M., Maier-Reimer, E. (1996): Mean circulation and internal variability in an ocean primitive equation model, J. Phys. Oceanogr., 26, 559-580.
  • Greatbatch, R.J. (1994): A note on the representation of steric sea level in models that conserve volume rather than mass, J. Geophys. Res., 99, C6, 12767-12771.
  • Hellerman, S., Rosenstein, M. (1983): Normal monthly wind stress over the world ocean with error estimates, J. Phys. Oceanogr., 13, 1093-1104.
  • Hibler III, W.D. (1979): A dynamic thermodynamic sea ice model, J. Phys. Oceanogr., 9, 815-846.
  • Levitus, S. (1982): Climatological atlas of the world ocean, NOAA professional paper, 13, U.S. Department of Commerce, 173pp
  • Thomas, M., Sündermann, J., Maier-Reimer, E. (2001): Consideration of ocean tides in an OGCM and impacts on subseasonal to decadal polar motion excitation, Geophys. Res. Lett., 28, 12, 2457-2460.
  • Wolff, J.O., Maier-Reimer, E., Legutke, S. (1997): The Hamburg Ocean Primitive Equation Model HOPE, Technical Report 13, Deutsches Klimarechenzentrum, Hamburg, Germany, 103pp.
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