Barotrope Salzwassereinbrüche in die Ostsee (SBI) 1887 - 2024
Major Baltic Inflows
Große barotrope Einstromereignisse (MBI – Major Baltic Inflow) transportieren innerhalb kurzer Zeit große Mengen an Salzwasser in die Ostsee. Sie sind die einzige Quelle für die Tiefenwasserbelüftung in den zentralen Ostseebecken und kontrollieren weitgehend die Umgebungsbedingungen unterhalb der Halokline. Die bisher verfügbaren Zeitreihen (vor 2015) von MBI-Häufigkeit und -Intensität zeigen einen starken Rückgang der MBI-Häufigkeit nach 1980, gefolgt von lang anhaltenden Stagnationsperioden in den zentralen Ostseebecken.
Der damit erwartete Rückgang des mittleren Salzgehalts in der Ostsee wurde jedoch nicht beobachtet. Dies wurde durch einen Kompensationseffekt in Folge einer zunehmenden Häufigkeit barokliner Salzeinströme erklärt. Die Häufigkeit großer Volumenänderungen der Ostsee hat sich jedoch nicht verändert (Lehmann und Post, 2015) und aktuelle Modellstudien prognostizieren einen leichten Anstieg der MBI-Häufigkeit bei zunehmender Erderwärmung und Meeresspiegelanstieg. Das Fehlen kleiner MBI Ereignisse seit Anfang der 1980er Jahre deutete auf einen Fehler in der Erstellung der MBI-Zeitreihe hin.
Überarbeitung der Zeitreihe
Ausgelöst durch den außergewöhnlichen MBI im Dezember 2014 (Mohrholz et al., 2015) wurde die MBI-Zeitreihe überarbeitet. Unter Verwendung von Langzeitdaten des Meeresspiegel, des Flusswassereintrags und des Salzgehaltes in Großen Belt und Öresund wurde eine kontinuierliche Zeitreihe barotroper Einstromereignisse für den Zeitraum von 1890 bis heute berechnet (DS5). Ein Vergleich mit der MBI-Zeitreihe FM96 von Fischer und Matthäus (1996) ergab signifikante Unterschiede im Zeitraum nach 1980 (Abbildung 1). Die Gründe für die Abweichungen zwischen beiden Zeitreihen sind vor allem das Fehlen geeigneter Daten zwischen 1976 und 1991 und die darauf folgende Änderung der Beobachtungsmethoden. Beides führte zu einem systematischen Fehler in der Einstromstatistik.
Die Häufigkeitsverteilung der Einstromereignisse in der überarbeiteten Zeitreihe zeigt keinen statistisch signifikanten Unterschied für drei aufeinander folgender 40-Jahres Zeiträume (Abbildung 2). Die Verteilung der Einstromklassen folgt der erwarteten exponentiellen Verteilung.
Ergebnisse
Im Gegensatz zu früheren Untersuchungen zeigt die überarbeitete MBI-Zeitreihe keinen signifikanten langfristigen Trend in Bezug auf MBI-Häufigkeit und -Intensität und widerspricht der Hypothese, dass in Folge des Klimawandels eine Abnahme der MBI-Häufigkeit zu beobachten ist. Es gibt jedoch eine multidekadische Variabilität der MBI-Häufigkeit. Es wurden mehrere Perioden mit reduzierter MBI-Frequenz identifiziert. Die überarbeitete MBI-Zeitreihe wurde mit Beobachtungen von gelöstem Sauerstoff und Salzgehalt in der Bodenschicht des Bornholm Beckens verifiziert.
Bis heute scheint der Klimawandel keine offensichtlichen Auswirkungen auf die MBI-bezogene Sauerstoffversorgung der zentralen Ostsee zu haben. Der Hauptgrund für die zeitliche und räumliche Ausbreitung suboxischer und anoxischer Bedingungen in den tiefen Becken der zentralen Ostsee ist höchstwahrscheinlich zunehmende Eutrophierung im Verlauf der zweiten Hälfte des letzten Jahrhunderts.
Abbildung 3. Zeitreihe der barotropen Einstromereignisse von 1886 bis 2024 (blaue Balken). Die die Höhe der Balken beschreibt die Intensität der Einzelereignisse in Gt importiertes Salz. Die rote Kurve stellt den mittleren jährlichen Import aller als MBI klassifizierten Ereignisse in Gt Salz pro Jahr dar. Die gestrichelte schwarze Kurve zeigt den mittleren jährlichen Salzimport aller barotropen Einstromereignisse in Gt Salz pro Jahr.
Beschreibung des Datensatzes
Der hier zur Verfügung gestellte Datensatz der MBI Ereignisse besteht aus zwei Produkten. Die Zeitreihe der täglichen barotropen Transporte durch den Großen Belt und den Öresund zwischen 1886 und Januar 2024, sowie einer Liste aller barotropen Einstromereignisse in die Ostsee. Der Datensatz is eine aktualisierte Version der in Mohrholz (2018) veröffentlichten Daten.
Die Daten werden im ASCII-, Matlab- und NetCDF-Format bereitgestellt. Die Transportzeitreihe (SBI_1887_2024_trans.*) enthält drei Parameter:
| Time | -Zeitvektor als dezimales Jahr [year] |
| Day | -Zeitvektor als laufender Tag [day] |
| Transport | -Volumentransport [km3/day] |
Die Liste der barotropen Einströme (SBI_1887_2024.*) stellt für jedes Einstromereignis folgende Parameter bereit:
| Time | -Zeitvektor als dezimales Jahr [year] |
| Start_Time_Sound | -Startzeit des Salzwassereinstromes an der Drogden Schwelle [day] |
| Start_Time_Belt | -Startzeit des Salzwassereinstromes an der Darßer Schwelle [day] |
| End_Time | -Endzeit des Salzwassereinstromes an den Schwellen [day] |
| Total_Volume | -Gesamt-Einstromvolumen [km3] |
| Volume_Sound | -Einstromvolumen an der Drogden Schwelle [km3] |
| Volume_Belt | -Einstromvolumen an der Darßer Schwelle [km3] |
| Total_Saline_Volume | -Gesamtvolumen des salzreichen Wassers [km3] |
| Saline_Volume_Sound | -Volumen des salzreichen Wassers an der Drogden Schwelle [km3] |
| Saline_Volume_Belt | -Volumen des salzreichen Wassers an der Darßer Schwelle [km3] |
| Total_Salt | -Gesamt-Salzimport [Gt] |
| Salt_Sound | -Salzimport über die Drogden Schwelle [Gt] |
| Salt_Belt | -Salzimport über die Darßer Schwelle [Gt] |
| Sea_Level_Difference | -Wasserstandsdifferenze zwischen Beginn und Ende des Einstromes [m] |
Literatur
Fischer, H., Matthäus, W., 1996. The importance of the Drogden Sill in the Sound for major Baltic inflows. J. Mar. Sys. 9, pp. 137-157
Lehmann, A., Post, P., 2015. Variability of atmospheric circulation patterns associated with large volume changes of the Baltic Sea. Advances in Science and Research 12, pp. 219-225.
Mohrholz, V., Naumann, M., Nausch, G., Krüger, S., Gräwe, U., 2015. Fresh oxygen for the Baltic Sea—An exceptional saline inflow after a decade of stagnation. J. Mar. Sys. 148, pp. 152–166
Mohrholz, V., 2018. Major Baltic Inflow statistics – revised, Front. Mar. Sci., doi.org/10.3389/fmars.2018.00384
Diese Studie ist Teil des Langzeitbeobachtungsprogramms des Leibniz-Instituts für Ostseeforschung Warnemünde.
Datensatz barotroper Salzwassereinbrüche in die Ostsee
DOI: 10.12754/data-2018-0004
Autor: Volker Mohrholz, Leibniz-Institute for Baltic Sea Research Warnemünde, Germany (volker.mohrholz@io-warnemuende.de)
Eine detaillierte Beschreibung barotroper Einströme und der Methoden zur Erstellung des Datensatzes ist veröffentlicht in:
Mohrholz, V., 2018. Major Baltic Inflow statistics – revised, Front. Mar. Sci., doi.org/10.3389/fmars.2018.00384
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