Biogeochemische Messungen im Ozeanbeobachtungsprogramm Argo: Die neue multidisziplinäre Strategie - Birgit Klein (BSH) & Henry Bittig (IOW)
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Biogeochemische Messungen im
Ozeanbeobachtungsprogramm Argo:
Die neue multidisziplinäre Strategie
Birgit Klein (BSH) & Henry Bittig (IOW)
Im Dienst für Schifffahrt und Meer
Was ist Argo?
• Argo ist das führende Beobachtungsprogramm für den Ozean
• Operationeller Deutscher Beitrag seit 2008; finanziert durch Mittel des BMVI
• Argo besteht aus profilierenden Bojen (ca. 4000), die weltweit vollautomatisiert
Messungen von Temperatur- und Salzgehaltsprofilen im Ozean bis 2000 m durchführen
• Sensorik zur Messungen von Sauerstoff, pH, Nitrat, Chlorophyll, Partikeln und
Lichtverhältnissen im Ozean wurde erfolgreich getestet und wird das Verständnis der
ozeanischen Kreisläufe von Kohlenstoff, Nährstoffen und ihrer Rolle für den Zustand
der Ökosysteme stark verbessern.
• Ausweitung der Messungen bis in Tiefen von 6000 m ist neuerdings ebenfalls möglich
und erlaubt die Überwachung der Tiefsee.
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30. Meeresumweltsymposium, 08.06.2021-09.06.2021, virtuell
Wie funktioniert Argo?
Der Messzyklus der vollautomatisierten
Floats wiederholt sich alle 10 Tage über
die gesamte Funktionsdauer der Geräte
(4 Jahre und mehr)
• Absinken auf 1000 m Tiefe
• Drift auf dieser ‚Parktiefe‘ für ~9 Tage
• Absinken bis 2000 m
• Start der Temperatur- und
Salzgehaltsmessungen beim Aufstieg
an die Oberfläche
• Übertragung der Daten über
Satellitentelefonie
• Freie Bereitstellung der Daten in
nahezu Echtzeit (~ 24h)
Quelle: https://argo.ucsd.edu/outreach/multimedia-resources/
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30. Meeresumweltsymposium, 08.06.2021-09.06.2021, virtuell
Aktueller Status des Argo
Programms
Quelle: OceanOPS.org
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30. Meeresumweltsymposium, 08.06.2021-09.06.2021, virtuell
Wie soll Argo in der Zukunft
aussehen?
Neue Argo Mission:
• Global
• Bis zum Ozeanboden
• Multidisziplinär
• Von der Hälfte des Ozeanvolumens zum Gesamtozean
• Von 2 zu 8 Parametern
Quelle: OceanOPS.org (abgewandelt)
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30. Meeresumweltsymposium, 08.06.2021-09.06.2021, virtuell
Argo: Wärme-Aufnahme
des Ozeans
Vor 20 Jahren war die Motivation für ΔT
Argo:
(a) Beobachtung des Klimasystems und
(b) von Trends im Klimasystem (durch
Klimawandel)
Überschüssige Wärme aus Atmosphäre
Tiefe (m)
wird durch Ozean aufgenommen
Ozean puffert damit Erderwärmung
Wieviel Wärme nimmt der Ozean auf?
Und wo?
Jahr
Quelle: https://argo.ucsd.edu/science/argo-and-climate-change/
(aktualisiert von Wijffels et al. 2016)
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Deep Argo: Wärme-Aufnahme
des gesamten Ozeans
Erweiterung der Messungen bis zum Ozeanboden
notwendig zur Schließung der globalen Wärme- und
Meeresspiegelbudgets
Welchen Anteil der Erderwärmung puffert der
Ozean, auch tiefer als 2000 m?
Quelle Photo: https://argo.ucsd.edu/how-do-
Quelle Karte: https://www.ocean-ops.org/board?t=argo floats-work/float-types/
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30. Meeresumweltsymposium, 08.06.2021-09.06.2021, virtuell
BGC-Argo: Status und
die 6 Messparameter
Zur Zeit: ~390 Floats
• Mit unterschiedlichen Kombinationen
von Sensoren
• Einige nur mit Sauerstoff
Plan für die nächsten 5 Jahre:
• US: GO-BGC+SOCCOM2
500+120 Floats
• Andere Länder: Zusagen für 250 Floats
• ~400 Floats fehlen für ein angepeiltes
operationelles Array von 1000 Floats
Quelle: modifiziert nach https://www.ocean-ops.org/board?t=argo
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30. Meeresumweltsymposium, 08.06.2021-09.06.2021, virtuell
Messung der Sauerstoff-
Abnahme des Ozeans
Der globale Sauerstoffgehalt des
Global ocean top to
Ozeans nimmt ab.
bottom oxygen inventory. • Erhöhte Temperatur
= geringere Löslichkeit
• Änderungen in der Ventilation
und im biologischen Sauerstoff-
verbrauch
→ BGC-Argo O2 Sensoren:
• Wie entwickelt sich die
Change in dissolved Sauerstoffabnahme?
oxygen per decade
in % for the time period • Entstehen/vergrößern sich
1960 to 2010, based on Sauerstoffminimumzonen?
Schmidtko et al. (2017).
Quelle Abbildungen: Laffoley & Baxter (eds.) 2019: Ocean deoxygenation: Everyone’s problem – Causes, impacts, consequences and solutions.
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30. Meeresumweltsymposium, 08.06.2021-09.06.2021, virtuell
Anthropogene CO2-
Aufnahme des Ozeans
Der Ozean absorbiert Teil der CO2-Emissionen.
→ Air-sea CO2 Fluss bisher aus Netzwerk an
Oberflächen-pCO2 Beobachtungen / Modellen:
→ BGC-Argo pH Sensoren:
• Wo und wie tief dringt anthropogenes CO2 in den Ozean ein?
• Wie groß ist der globale und saisonale CO2 Fluss?
Quelle links: Friedlingstein et al., 2020: Global Carbon Budget 2020; rechts: Wanninkhof et al., 2019: SOCONET.
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30. Meeresumweltsymposium, 08.06.2021-09.06.2021, virtuellPhytoplankton-Dynamik
Phytoplankton: Klassische „Biologische C-Pumpe“ „Biologische C-Pumpen“:
• Aufnahme von CO2 durch Pflanzen (Phytoplankton) • Nicht nur „Gravitations-Pumpe“
• Absterben und Absinken des Phytoplanktons • Zusammenspiel biologisch und
• Zersetzung im tiefen Ozean physikalisch vermittelter „Pumpen“
(CO2 Freisetzung und O2 Verbrauch) • Besseres mechanistisches Verständnis
= Besseres Verständnis der CO2-
Sequestrierung
Quelle: Claustre et al. (modifiziert), ERC-REFINE, https://erc-refine.eu
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30. Meeresumweltsymposium, 08.06.2021-09.06.2021, virtuellPhytoplankton-Dynamik
Phytoplankton = Grundlage der Nahrungskette
verschiedene Blickwinkel auf Treiber, Response und Wirkung: → Multi-Parameter
• Temperatur; Nährstoffe (→ Nitrat); Licht (→ Radiometrie) BGC-Argo Floats
• Abundanz (→ Chlorophyll a und → suspendierte Partikel)
• Produktion (→ O2, → Nitrat und C-Aufnahme per → pH)
Quelle: https://argo.ucsd.edu/
Quelle: Claustre et al. (modifiziert), ERC-REFINE, https://erc-refine.eu how-do-floats-work/float-types/
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30. Meeresumweltsymposium, 08.06.2021-09.06.2021, virtuellAusblick: Aktuelle
Forschung
Nitratmessungen in der Ostsee
• Nitratdynamik (→ Eutrophierung)
• Diversifizierung der Sensor-Optionen
Test hyperspektraler Lichtsensoren
• Identifizierung von Phytoplankton-Gruppen und
bessere Indikatoren der Wasserqualität
Quelle: Poteau/
Leymarie, LOV Quelle Fotos: Michael Naumann, IOW
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30. Meeresumweltsymposium, 08.06.2021-09.06.2021, virtuellAusblick: Aktuelle
Forschung
Nitratmessungen in der Ostsee BGC-Argo & ICOS SOOP Vernetzung
• Nitratdynamik (→ Eutrophierung) • Wassersäule T/S/O2/pH & Oberflächen-pCO2
• Diversifizierung der Sensor-Optionen • Besserer Einblick in CO2-Aufnahme/-Sequestrierung
Test hyperspektraler Lichtsensoren
• Identifizierung von Phytoplankton-Gruppen und
bessere Indikatoren der Wasserqualität
In-situ Kamera zur
Identifizierung großer Partikel
• Partikelgrößenverteilung
(ca. 100 µm–2 mm)
• Zooplankton-Gruppen per KI
Quelle: Poteau/ Quelle:
Leymarie, LOV LOV, IMAS/UTas
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30. Meeresumweltsymposium, 08.06.2021-09.06.2021, virtuellZusammenfassung
Nutzen von BGC Argo für:
Quantifizierung des aktuellen
Sauerstoffinventars
Verifikation des globalen
Kohlenstoffbudgets
Einblick in Phytoplankton
als Grundlage der
Nahrungskette
Der Anteil anthropogenen Kohlenstoffs, der an die Atmosphäre
abgegeben wird, und derzeit im Ozean aufgenommen wird
Quelle: https://www.euro-argo.eu/content/download/137936/file/EA-ERIC-Leaflet_Euro_Argo_2019-Web.pdf (adaptiert durch BSH)
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30. Meeresumweltsymposium, 08.06.2021-09.06.2021, virtuellDanke für Ihre Aufmerksamkeit
Kontakt: henry.bittig@io-warnemuende.de birgit.klein@bsh.de
Quelle Foto: Michael Naumann, IOW
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30. Meeresumweltsymposium, 08.06.2021-09.06.2021, virtuellBGC Argo: Erweiterung der Messungen
auf biogeochemische Indikatorgrößen
Messgröße Messprinzip Anwendungsbezug
Gelöster Optode (Dynamische Sauerstoffabnahme und Todeszonen,
Sauerstoff Lumineszenz- Kohlenstoffkreislauf
Auslöschung)
pH Ionenselektiver Ozeanversauerung, CO2-Aufnahme
Feldeffekttransistor
Nitrat UV-Absorption Eutrophierung, toxische Algenblüten,
biologische Produktivität
Chlorophyll Fluoreszenz Biologische Produktivität,
Kohlenstoffkreislauf
Suspendierte Optische Rückstreuung Biologische Produktivität,
Partikel Kohlenstoffkreislauf
Bestrahlungs- Wellenlängenspezifische Biologische Produktivität,
stärke Rückstreuung Kohlenstoffkreislauf,
Lichtverfügbarkeit
Multi-Parameter Floats
Im Juli 2018 haben die Mitgliedstaaten der IOC Messungen der
6 BGC Parameter innerhalb des Argo-Programms auch in ihren
ausschließlichen Wirtschaftszonen anerkannt/genehmigt. Quelle: https://argo.ucsd.edu/
how-do-floats-work/float-types/
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30. Meeresumweltsymposium, 08.06.2021-09.06.2021, virtuellErmittlung eines Eis-Vermeidungs-Algorithmus
für die autonome ozeanische Messinstrumente
Argo-Floats
Ingrid M. Angel-Benavides & Birgit Klein
Profilpositionen und saisonaler Profilpositionen und Meereiskonzentration.
Meereis-Zyklus (2006-2020) 22 August 2015
Im Projekt Euro-Argo RISE - Meereis-Zyklus
Euro-Argo Research Dauerhaft eisbedeckt
Infrastructure Sustainability and Saisonal eisbedeckt
Enhancement - kombiniert das
Offenes Wasser
BSH Temperaturprofile aus
unterschiedlichen Datenquellen Kontinentalschelf
mit der vom marinen
Copernicusdienst in nahezu
Profile
Echtzeit bereitgestellten und die Svalbard Svalbard
Unter Eis
nachbearbeiteten Zeitreihen der
Meereiskonzentration. Offenes Wasser
Aus diesen Daten werden Prinzip des Eis-Vermeidungs- Temperaturprofile
Algorithmen entwickelt, die den Algorithmus (Klatt et. al, 2007) 22 August 2015
Zusammenstoß der Argo-Floats
mit Meereis verhindern sollen.
Denn Eis gefährdet die
Messinstrumente mechanisch Tiefenbereich,
in dem die
und der Eis-Vermeidungs-
Temperatur
Algorithmus schützt die Argo- ausgewertet
Floats und erhöht ihre wird. Der Float vermeidet
das Auftauchen, wenn
Lebensdauer. Der Prozess der
die Wassertemperatur
Algorithmenentwicklung wird das Vorhandensein von
hier an einem Beispiel für die Meereis anzeigt
Region nördlich von Svalbard 18
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