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Barotrope Salzwassereinbrüche in die Ostsee (SBI) 1887 - 2018

Major Baltic Inflows

Große barotrope Einstromereignisse (MBI – Major Baltic Inflow) transportieren 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 verfügbaren Zeitreihen von MBI-Häufigkeit und -Intensität zeigen einen starken Rückgang der MBI-Häufigkeit nach 1980, gefolgt von lang anhaltenden Stagnationsperioden in den zentralen Ostseebecken. 

Der 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. Darüber hinaus deutete das Fehlen eines kleinen MBI seit Anfang der 1980er Jahre auf einen Fehler 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, die zu einem systematischen Fehler in der Einstromstatistik führte.

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 dekadische 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 Bornholmer 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.
  

Beschreibung des Datensatzes

Der Datensatz besteht aus zwei Produkten. Die Zeitreihe der täglichen barotropen Transporte durch den Großen Belt und den Öresund zwischen 1886 und 2017 sowie einer Liste aller barotropen Einstromereignisse in die Ostsee.

Die Daten werden im ASCII-, Matlab- und NetCDF-Format bereitgestellt. Die Transportzeitreihe (SBI_1887_2018_trans.*) enthält drei Parameter:

Time -time vector as decimal year [year]
Day -time vector as running day [day]
Transport      -volume transport [km3/day]


Die Liste der barotropen Einströme (SBI_1887_2018.*) stellt für jedes Einstromereignis folgende Parameter bereit:

Time -time vector as decimal year [year]
Start_Time_Sound -Start time od saline overflow at Drogden Sill [day]
Start_Time_Belt -Start time od saline overflow at Darss Sill [day]
End_Time -End time of saline overflow at the sills [day]
Total_Volume -total inflow volume [km3]
Volume_Sound -inflow volume at Drogden Sill [km3]
Volume_Belt -inflow volume at Darss Sill [km3]
Total_Saline_Volume -total saline volume [km3]
Saline_Volume_Sound   -saline water volume at Drogden Sill [km3]
Saline_Volume_Belt -saline water volume at Darss Sill [km3]
Total_Salt -total amount of salt import [Gt]
Salt_Sound -salt import via Drogden Sill [Gt]
Salt_Belt -salt import via Darss Sill [Gt]
Sea_Level_Difference -sea level difference between start and end of the inflow [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

Diese Studie wurde im Rahmen des Langzeitbeobachtungsprogramms des Leibniz-Instituts für Ostseeforschung durchgeführt.

Abbildung 1. Vergleich der MBI Untergruppe DS5 (oben) mit der Zeitreihe FM96 (unten). Graue Flächen markieren Zeiten ohne Messdaten. Im unteren Bereich der Abbildung ist die Verfügbarkeit von Beobachtungen bei Gedser Rev und der Darsser Schwelle angegeben.
 
Abbildung 2. Absolute Häufigkeit der Einstromklassen für drei aufeinander folgende 40-Jahres Zeiträume 1896-1935, 1936-1975 und 1976-2015.
 

Datensatz barotroper Salzwassereinbrüche in die Ostsee

DOI: 10.12754/data-2018-0004

Autor: Volker Mohrholz, Leibniz-Institute for Baltic Sea Research Warnemünde, Germany (volknuller.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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