Interdisziplinäre Anwendungen

[Tobias Schulzki, Arne Biastoch]

Länger anhaltende Zeiträume ungewöhnlich hoher Meerestemperaturen, die als marine Hitzewellen bekannt sind, können schwerwiegende Folgen für marine Ökosysteme haben und die atmosphärische Zirkulation beeinflussen, wodurch sich die Temperaturen und Niederschlagsmuster im Landesinneren verändern. Wir erforschen die Merkmale, Triebkräfte und Auswirkungen dieser extremen Ereignisse von der Oberfläche bis zur Tiefsee, wie sie sich in der Vergangenheit entwickelt haben und wie sie sich in Zukunft verändern könnten. Unsere Forschung verbessert die Bewertung gefährdeter Ökosysteme, vertieft unser Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Ozean und Atmosphäre während extremer Ereignisse und trägt zu genaueren Vorhersagen bei.

[Lara Schmittmann, Tobias Schulzki, Arne Biastoch, Andreas Lehmann, Willi Rath, Daniel Lizarbe]

Physikalische Prozesse im Ozean wirken sich auf das Leben im Meer aus, z. B. durch die Ausbreitung von kleinen Organismen und anderen Objekten, die passiv mit den Meeresströmungen treiben. Wir verwenden Lagrangesche Simulationen, um die Ausbreitung verschiedener Organismen (z.B. Fisch- oder Korallenlarven oder junge Meeresschildkröten) oder Meereskrankheiten. Auf diese Weise können wir die Ausbreitungsdistanzen und -verteilungen, die räumliche und zeitliche Variabilität oder die Konnektivität zwischen geographischen Regionen vorhersagen. Die Auswirkungen reichen vom Verständnis der physikalischen Komponente der Populationskonnektivität bis hin zu Risikobewertungen von Krankheitsausbrüchen und dem Naturschutz.

[Willi Rath, Arne Biastoch, Lara Schmittmann, Leon-Cornelius Mock, Daniel Lizarbe, Stephan Juricke]

Für die physikalische und interdisziplinäre Interpretation unserer Simulationen verwenden wir Lagrangesche Techniken: Virtuelle Partikel werden von den zeitlich veränderlichen Strömungen transportiert. Diese Partikel können eine passive Drift (z. B. für Wassermassen) oder eine aktive Bewegung simulieren, die entweder zusätzliche physikalische Prozesse (z. B. für schwimmfähige Partikel) oder das Verhalten lebender Organismen (z. B. die tägliche vertikale Migration) darstellt. Die Analyse von Lagrangeschen Simulationen erfordert die Entwicklung von Methoden für Millionen von Partikeltrajektorien.

Projekte in der Einheit Ozeandynamik, die Lagrangesche Ausbreitungssimulationen anwenden, betreffen z. B. die Entwicklung von Wirbeln und die Ausbreitung des antarktischen Bodenwassers sowie erschiedene Themen im Zusammenhang mit der biologischen Ausbreitung (siehe oben). Außerdem tragen wir zur Open-Source-Software OceanParcels bei, z. B. als Teil von ELPHE.