3. Wochenbericht MSM04/1

Merian 4/1 Vom 01.12. bis 21.12.2006 fand die 4. Forschungsfahrt des Forschungsschiffs Maria S. Merian unter der Fahrtleitung von Dr. T. J. Müller statt. Wissenschaftliches Programm Im Rahmen des internationalen Programms zur Untersuchung von Klimavariabilität (CLIVAR) werden seit dem Jahr 2000 im westlichen subtropischen Nordatlantik bei 16°N Volumentransporte des nordatlantischen Tiefenwassers als Teil des Kaltwasserzweiges der thermohalinen Zirkulation erfasst (Projekt MOVE). Da sich die Meridionalzirkulation nicht auf die westlichen Randströme beschränkt, müssen Messungen das gesamte Becken abdecken, wobei sich integrale Methoden anbieten. Mit der Aufnahme verankerter Geräte bei der Fahrt MSM04/1 werden die Messungen des IFM-GEOMAR zu MOVE abgeschlossen. Die Implementierung eines vergleichbaren Programms in 2004 im US-UK Projekt RAPID bei 26°N war jedoch Anlass, die Messungen bei MOVE im westlichen Atlantik durch das amerikanische Scripps Institution of Oceanography (SIO) fortzusetzen, wobei es im östlichen Atlantik durch die von IFM-GEOMAR neu implementierte Station bei den Kapverden transatlantisch vervollständigt wird. Die globale thermohaline Zirkulation (THZ) hat einen erheblichen Einfluss auf den Klimazustand, und es gibt eine Reihe von Indizien dafür, dass Schwankungen oder gar der Zusammenbruch der THZ eine Schlüsselrolle für die Klimavariabilität spielen. Numerische Simulationen haben eine Vielfalt an Prozessen gefunden, die zu solcher Variabilität auf zwischenjährlichen bis interdekadischen Zeitskalen führen, aber Beobachtungen derselben fehlten bisher weitgehend oder sind von zu kurzer Dauer bzw. Momentaufnahmen. Dies gilt auch für den vermutlich stärksten Zweig der THZ, nämlich das Nordatlantische Tiefenwasser (NADW) als Teil des Kaltwasserzweiges, und seine Ausbreitung im westlichen Nordatlantik. Die Ausbreitung des Tiefenwassers ist entgegen der klassischen Theorie nicht auf einen westlichen Randstrom beschränkt. Vielmehr können sich beckenweite großräumige Rezirkulationszellen bilden, so dass Messungen von Transporten ebenfalls beckenweit erfolgen müssen. Wegen günstig steiler Topographie eignet sich im westlichen Nordatlantik ein Schnitt von den französischen Antillen zum Mittelatlantischen Rücken bei 16°N gut zur direkten Messung im Transport von NADW mit integralen Methoden. Seit dem Jahr 2000 wurden deshalb im Projekt MOVE (Meridional Overturning Experiment) auf 16°N integrale Messungen mit verankerten Geräten (s. Abb. 1) zur Dichtemessung durchgeführt. Zusammen mit direkten Strömungsmessungen im westlichen Randstrom kann so der Gesamttransport und seine Variabilität abgeschätzt werden. Ergänzend werden invertierte Lotmessungen kombiniert mit Bodendrucksensoren (PIES) eingesetzt, die entlang und quer zum Schnitt und an Satellitenbahnen angepasst ein ‚ground truth’ zu den GRACE Satellitendaten geben und somit ebenso absolute Messungen der Schwankungen im Transport ergeben. Ziel von MOVE ist es den Einfluss der zwischenjährlichen Variabilität des NADW-Volumentransportes auf 16°N auf die THZ zu bestimmen typische ("mittlere") NADW-Transporte bei dieser Breite zu bestimmen Schwankungen des internen und externen Anteils an den Schwankungen im Transport abzuschätzen mögliche Zusammenhänge mit Variabilitäten im subpolaren und tropischen Atlantik zu untersuchen Seit Ende 2004 werden zusammen mit dem zeitgleich weiter nördlich bei 26°N transatlantisch britisch-amerikanischen Experiment RAPID die südwärts gerichtete Ausbreitung von Signalen in den Trans-portschwankungen des NADW gemessen. Mit der jetzigen Fahrt werden die Feldmessungen von IFM-GEOMAR im westli-chen Atlantik beendet. In einem amerika-nischen Programm des SIO sollen sie jetzt jedoch fortgesetzt und mit der kürzlich bei den Kapverden installierten Station des IFM-GEOMAR transatlantisch erweitert werden. Während der Fahrt MSM04/1 sollen hierzu die verankerten Geräte des IFM-GEOMAR bei den Positionen M3/M4 im Westen und M1 im Osten aufgenommen werden und durch amerikanische Geräte teilweise ersetzt werden. Einige der PIES lassen sich akustisch auslesen, so dass sie nicht aufgenommen werden müssen. Da die amerikanischen Kollegen die Arbeiten beim südlichen PIES auf einem ihrer Schiffe übernehmen, ist die Zeit gewon-nen, deren Verankerungen bei MSM04/1 auszulegen. Die weitere Auswertung wird im Schwerpunktprogramm „Massentransporte und Massenverteilung im System Erde“ der DFG erfolgen. FS MARIA S. MERIAN, Fahrt MSM04/1 03.12. – 21.12.2006 Fort de France – Fort de France Third Weekly Report, period 15.12.-21.12.200

FS MARIA S. MERIAN, cruise MSM04/1 03.12. – 21.12.2006 Fort de France – Fort de France Short Cruise Report

Merian 4/1 Vom 01.12. bis 21.12.2006 fand die 4. Forschungsfahrt des Forschungsschiffs Maria S. Merian unter der Fahrtleitung von Dr. T. J. Müller statt. Wissenschaftliches Programm Im Rahmen des internationalen Programms zur Untersuchung von Klimavariabilität (CLIVAR) werden seit dem Jahr 2000 im westlichen subtropischen Nordatlantik bei 16°N Volumentransporte des nordatlantischen Tiefenwassers als Teil des Kaltwasserzweiges der thermohalinen Zirkulation erfasst (Projekt MOVE). Da sich die Meridionalzirkulation nicht auf die westlichen Randströme beschränkt, müssen Messungen das gesamte Becken abdecken, wobei sich integrale Methoden anbieten. Mit der Aufnahme verankerter Geräte bei der Fahrt MSM04/1 werden die Messungen des IFM-GEOMAR zu MOVE abgeschlossen. Die Implementierung eines vergleichbaren Programms in 2004 im US-UK Projekt RAPID bei 26°N war jedoch Anlass, die Messungen bei MOVE im westlichen Atlantik durch das amerikanische Scripps Institution of Oceanography (SIO) fortzusetzen, wobei es im östlichen Atlantik durch die von IFM-GEOMAR neu implementierte Station bei den Kapverden transatlantisch vervollständigt wird. Die globale thermohaline Zirkulation (THZ) hat einen erheblichen Einfluss auf den Klimazustand, und es gibt eine Reihe von Indizien dafür, dass Schwankungen oder gar der Zusammenbruch der THZ eine Schlüsselrolle für die Klimavariabilität spielen. Numerische Simulationen haben eine Vielfalt an Prozessen gefunden, die zu solcher Variabilität auf zwischenjährlichen bis interdekadischen Zeitskalen führen, aber Beobachtungen derselben fehlten bisher weitgehend oder sind von zu kurzer Dauer bzw. Momentaufnahmen. Dies gilt auch für den vermutlich stärksten Zweig der THZ, nämlich das Nordatlantische Tiefenwasser (NADW) als Teil des Kaltwasserzweiges, und seine Ausbreitung im westlichen Nordatlantik. Die Ausbreitung des Tiefenwassers ist entgegen der klassischen Theorie nicht auf einen westlichen Randstrom beschränkt. Vielmehr können sich beckenweite großräumige Rezirkulationszellen bilden, so dass Messungen von Transporten ebenfalls beckenweit erfolgen müssen. Wegen günstig steiler Topographie eignet sich im westlichen Nordatlantik ein Schnitt von den französischen Antillen zum Mittelatlantischen Rücken bei 16°N gut zur direkten Messung im Transport von NADW mit integralen Methoden. Seit dem Jahr 2000 wurden deshalb im Projekt MOVE (Meridional Overturning Experiment) auf 16°N integrale Messungen mit verankerten Geräten (s. Abb. 1) zur Dichtemessung durchgeführt. Zusammen mit direkten Strömungsmessungen im westlichen Randstrom kann so der Gesamttransport und seine Variabilität abgeschätzt werden. Ergänzend werden invertierte Lotmessungen kombiniert mit Bodendrucksensoren (PIES) eingesetzt, die entlang und quer zum Schnitt und an Satellitenbahnen angepasst ein ‚ground truth’ zu den GRACE Satellitendaten geben und somit ebenso absolute Messungen der Schwankungen im Transport ergeben. Ziel von MOVE ist es den Einfluss der zwischenjährlichen Variabilität des NADW-Volumentransportes auf 16°N auf die THZ zu bestimmen typische ("mittlere") NADW-Transporte bei dieser Breite zu bestimmen Schwankungen des internen und externen Anteils an den Schwankungen im Transport abzuschätzen mögliche Zusammenhänge mit Variabilitäten im subpolaren und tropischen Atlantik zu untersuchen Seit Ende 2004 werden zusammen mit dem zeitgleich weiter nördlich bei 26°N transatlantisch britisch-amerikanischen Experiment RAPID die südwärts gerichtete Ausbreitung von Signalen in den Trans-portschwankungen des NADW gemessen. Mit der jetzigen Fahrt werden die Feldmessungen von IFM-GEOMAR im westli-chen Atlantik beendet. In einem amerika-nischen Programm des SIO sollen sie jetzt jedoch fortgesetzt und mit der kürzlich bei den Kapverden installierten Station des IFM-GEOMAR transatlantisch erweitert werden. Während der Fahrt MSM04/1 sollen hierzu die verankerten Geräte des IFM-GEOMAR bei den Positionen M3/M4 im Westen und M1 im Osten aufgenommen werden und durch amerikanische Geräte teilweise ersetzt werden. Einige der PIES lassen sich akustisch auslesen, so dass sie nicht aufgenommen werden müssen. Da die amerikanischen Kollegen die Arbeiten beim südlichen PIES auf einem ihrer Schiffe übernehmen, ist die Zeit gewon-nen, deren Verankerungen bei MSM04/1 auszulegen. Die weitere Auswertung wird im Schwerpunktprogramm „Massentransporte und Massenverteilung im System Erde“ der DFG erfolgen

1. Wochenbericht MSM04/1

Merian 4/1 Vom 01.12. bis 21.12.2006 fand die 4. Forschungsfahrt des Forschungsschiffs Maria S. Merian unter der Fahrtleitung von Dr. T. J. Müller statt. Wissenschaftliches Programm Im Rahmen des internationalen Programms zur Untersuchung von Klimavariabilität (CLIVAR) werden seit dem Jahr 2000 im westlichen subtropischen Nordatlantik bei 16°N Volumentransporte des nordatlantischen Tiefenwassers als Teil des Kaltwasserzweiges der thermohalinen Zirkulation erfasst (Projekt MOVE). Da sich die Meridionalzirkulation nicht auf die westlichen Randströme beschränkt, müssen Messungen das gesamte Becken abdecken, wobei sich integrale Methoden anbieten. Mit der Aufnahme verankerter Geräte bei der Fahrt MSM04/1 werden die Messungen des IFM-GEOMAR zu MOVE abgeschlossen. Die Implementierung eines vergleichbaren Programms in 2004 im US-UK Projekt RAPID bei 26°N war jedoch Anlass, die Messungen bei MOVE im westlichen Atlantik durch das amerikanische Scripps Institution of Oceanography (SIO) fortzusetzen, wobei es im östlichen Atlantik durch die von IFM-GEOMAR neu implementierte Station bei den Kapverden transatlantisch vervollständigt wird. Die globale thermohaline Zirkulation (THZ) hat einen erheblichen Einfluss auf den Klimazustand, und es gibt eine Reihe von Indizien dafür, dass Schwankungen oder gar der Zusammenbruch der THZ eine Schlüsselrolle für die Klimavariabilität spielen. Numerische Simulationen haben eine Vielfalt an Prozessen gefunden, die zu solcher Variabilität auf zwischenjährlichen bis interdekadischen Zeitskalen führen, aber Beobachtungen derselben fehlten bisher weitgehend oder sind von zu kurzer Dauer bzw. Momentaufnahmen. Dies gilt auch für den vermutlich stärksten Zweig der THZ, nämlich das Nordatlantische Tiefenwasser (NADW) als Teil des Kaltwasserzweiges, und seine Ausbreitung im westlichen Nordatlantik. Die Ausbreitung des Tiefenwassers ist entgegen der klassischen Theorie nicht auf einen westlichen Randstrom beschränkt. Vielmehr können sich beckenweite großräumige Rezirkulationszellen bilden, so dass Messungen von Transporten ebenfalls beckenweit erfolgen müssen. Wegen günstig steiler Topographie eignet sich im westlichen Nordatlantik ein Schnitt von den französischen Antillen zum Mittelatlantischen Rücken bei 16°N gut zur direkten Messung im Transport von NADW mit integralen Methoden. Seit dem Jahr 2000 wurden deshalb im Projekt MOVE (Meridional Overturning Experiment) auf 16°N integrale Messungen mit verankerten Geräten (s. Abb. 1) zur Dichtemessung durchgeführt. Zusammen mit direkten Strömungsmessungen im westlichen Randstrom kann so der Gesamttransport und seine Variabilität abgeschätzt werden. Ergänzend werden invertierte Lotmessungen kombiniert mit Bodendrucksensoren (PIES) eingesetzt, die entlang und quer zum Schnitt und an Satellitenbahnen angepasst ein ‚ground truth’ zu den GRACE Satellitendaten geben und somit ebenso absolute Messungen der Schwankungen im Transport ergeben. Ziel von MOVE ist es den Einfluss der zwischenjährlichen Variabilität des NADW-Volumentransportes auf 16°N auf die THZ zu bestimmen typische ("mittlere") NADW-Transporte bei dieser Breite zu bestimmen Schwankungen des internen und externen Anteils an den Schwankungen im Transport abzuschätzen mögliche Zusammenhänge mit Variabilitäten im subpolaren und tropischen Atlantik zu untersuchen Seit Ende 2004 werden zusammen mit dem zeitgleich weiter nördlich bei 26°N transatlantisch britisch-amerikanischen Experiment RAPID die südwärts gerichtete Ausbreitung von Signalen in den Trans-portschwankungen des NADW gemessen. Mit der jetzigen Fahrt werden die Feldmessungen von IFM-GEOMAR im westli-chen Atlantik beendet. In einem amerika-nischen Programm des SIO sollen sie jetzt jedoch fortgesetzt und mit der kürzlich bei den Kapverden installierten Station des IFM-GEOMAR transatlantisch erweitert werden. Während der Fahrt MSM04/1 sollen hierzu die verankerten Geräte des IFM-GEOMAR bei den Positionen M3/M4 im Westen und M1 im Osten aufgenommen werden und durch amerikanische Geräte teilweise ersetzt werden. Einige der PIES lassen sich akustisch auslesen, so dass sie nicht aufgenommen werden müssen. Da die amerikanischen Kollegen die Arbeiten beim südlichen PIES auf einem ihrer Schiffe übernehmen, ist die Zeit gewon-nen, deren Verankerungen bei MSM04/1 auszulegen. Die weitere Auswertung wird im Schwerpunktprogramm „Massentransporte und Massenverteilung im System Erde“ der DFG erfolgen. FS MARIA S. MERIAN, Fahrt MSM04/1 03.12. – 21.12.2006 Fort de France – Fort de France First Weekly Report, period 01.12.-07.12.200

2. Wochenbericht MSM04/1

Merian 4/1 Vom 01.12. bis 21.12.2006 fand die 4. Forschungsfahrt des Forschungsschiffs Maria S. Merian unter der Fahrtleitung von Dr. T. J. Müller statt. Wissenschaftliches Programm Im Rahmen des internationalen Programms zur Untersuchung von Klimavariabilität (CLIVAR) werden seit dem Jahr 2000 im westlichen subtropischen Nordatlantik bei 16°N Volumentransporte des nordatlantischen Tiefenwassers als Teil des Kaltwasserzweiges der thermohalinen Zirkulation erfasst (Projekt MOVE). Da sich die Meridionalzirkulation nicht auf die westlichen Randströme beschränkt, müssen Messungen das gesamte Becken abdecken, wobei sich integrale Methoden anbieten. Mit der Aufnahme verankerter Geräte bei der Fahrt MSM04/1 werden die Messungen des IFM-GEOMAR zu MOVE abgeschlossen. Die Implementierung eines vergleichbaren Programms in 2004 im US-UK Projekt RAPID bei 26°N war jedoch Anlass, die Messungen bei MOVE im westlichen Atlantik durch das amerikanische Scripps Institution of Oceanography (SIO) fortzusetzen, wobei es im östlichen Atlantik durch die von IFM-GEOMAR neu implementierte Station bei den Kapverden transatlantisch vervollständigt wird. Die globale thermohaline Zirkulation (THZ) hat einen erheblichen Einfluss auf den Klimazustand, und es gibt eine Reihe von Indizien dafür, dass Schwankungen oder gar der Zusammenbruch der THZ eine Schlüsselrolle für die Klimavariabilität spielen. Numerische Simulationen haben eine Vielfalt an Prozessen gefunden, die zu solcher Variabilität auf zwischenjährlichen bis interdekadischen Zeitskalen führen, aber Beobachtungen derselben fehlten bisher weitgehend oder sind von zu kurzer Dauer bzw. Momentaufnahmen. Dies gilt auch für den vermutlich stärksten Zweig der THZ, nämlich das Nordatlantische Tiefenwasser (NADW) als Teil des Kaltwasserzweiges, und seine Ausbreitung im westlichen Nordatlantik. Die Ausbreitung des Tiefenwassers ist entgegen der klassischen Theorie nicht auf einen westlichen Randstrom beschränkt. Vielmehr können sich beckenweite großräumige Rezirkulationszellen bilden, so dass Messungen von Transporten ebenfalls beckenweit erfolgen müssen. Wegen günstig steiler Topographie eignet sich im westlichen Nordatlantik ein Schnitt von den französischen Antillen zum Mittelatlantischen Rücken bei 16°N gut zur direkten Messung im Transport von NADW mit integralen Methoden. Seit dem Jahr 2000 wurden deshalb im Projekt MOVE (Meridional Overturning Experiment) auf 16°N integrale Messungen mit verankerten Geräten (s. Abb. 1) zur Dichtemessung durchgeführt. Zusammen mit direkten Strömungsmessungen im westlichen Randstrom kann so der Gesamttransport und seine Variabilität abgeschätzt werden. Ergänzend werden invertierte Lotmessungen kombiniert mit Bodendrucksensoren (PIES) eingesetzt, die entlang und quer zum Schnitt und an Satellitenbahnen angepasst ein ‚ground truth’ zu den GRACE Satellitendaten geben und somit ebenso absolute Messungen der Schwankungen im Transport ergeben. Ziel von MOVE ist es den Einfluss der zwischenjährlichen Variabilität des NADW-Volumentransportes auf 16°N auf die THZ zu bestimmen typische ("mittlere") NADW-Transporte bei dieser Breite zu bestimmen Schwankungen des internen und externen Anteils an den Schwankungen im Transport abzuschätzen mögliche Zusammenhänge mit Variabilitäten im subpolaren und tropischen Atlantik zu untersuchen Seit Ende 2004 werden zusammen mit dem zeitgleich weiter nördlich bei 26°N transatlantisch britisch-amerikanischen Experiment RAPID die südwärts gerichtete Ausbreitung von Signalen in den Trans-portschwankungen des NADW gemessen. Mit der jetzigen Fahrt werden die Feldmessungen von IFM-GEOMAR im westli-chen Atlantik beendet. In einem amerika-nischen Programm des SIO sollen sie jetzt jedoch fortgesetzt und mit der kürzlich bei den Kapverden installierten Station des IFM-GEOMAR transatlantisch erweitert werden. Während der Fahrt MSM04/1 sollen hierzu die verankerten Geräte des IFM-GEOMAR bei den Positionen M3/M4 im Westen und M1 im Osten aufgenommen werden und durch amerikanische Geräte teilweise ersetzt werden. Einige der PIES lassen sich akustisch auslesen, so dass sie nicht aufgenommen werden müssen. Da die amerikanischen Kollegen die Arbeiten beim südlichen PIES auf einem ihrer Schiffe übernehmen, ist die Zeit gewon-nen, deren Verankerungen bei MSM04/1 auszulegen. Die weitere Auswertung wird im Schwerpunktprogramm „Massentransporte und Massenverteilung im System Erde“ der DFG erfolgen. FS MARIA S. MERIAN, Fahrt MSM04/1 03.12. – 21.12.2006 Fort de France – Fort de France Second Weekly Report, period 08.12.-14.12.200

Isotope effects in the harmonic response from hydrogenlike muonic atoms in strong laser fields

High-harmonic generation from hydrogenlike muonic atoms exposed to ultraintense high-frequency laser fields is calculated. Systems of low nuclear charge number Z are considered where a nonrelativistic description applies. By comparing the radiative response for different isotopes we demonstrate characteristic signatures of the finite nuclear mass and size in the harmonic spectra. In particular, for Z>1, an effective muon charge appears in the Schr\"odinger equation for the relative particle motion, which influences the position of the harmonic cutoff. Cutoff energies in the MeV domain can be achieved, offering prospects for the generation of ultrashort coherent gamma-ray pulses.Comment: 11 pages, 5 figure

General relativistic hydrodynamics in curvilinear coordinates

In this paper we report on what we believe is the first successful implementation of relativistic hydrodynamics, coupled to dynamical spacetimes, in spherical polar coordinates without symmetry assumptions. We employ a high-resolution shock-capturing scheme, which requires that the equations be cast in flux-conservative form. One example of such a form is the :Valencia" formulation, which has been adopted in numerous applications, in particular in Cartesian coordinates. Here we generalize this formulation to allow for a reference-metric approach, which provides a natural framework for calculations in curvilinear coordinates. In spherical polar coordinates, for example, it allows for an analytical treatment of the singular r and sin(\theta) terms that appear in the equations. We experiment with different versions of our generalized Valencia formulation in numerical implementations of relativistic hydrodynamics for both fixed and dynamical spacetimes. We consider a number of different tests -- non-rotating and rotating relativistic stars, as well as gravitational collapse to a black hole -- to demonstrate that our formulation provides a promising approach to performing fully relativistic astrophysics simulations in spherical polar coordinates.Comment: 14 pages, 8 figures, version to be published in PR

Numerical Relativity in Spherical Polar Coordinates: Off-center Simulations

We have recently presented a new approach for numerical relativity simulations in spherical polar coordinates, both for vacuum and for relativistic hydrodynamics. Our approach is based on a reference-metric formulation of the BSSN equations, a factoring of all tensor components, as well as a partially implicit Runge-Kutta method, and does not rely on a regularization of the equations, nor does it make any assumptions about the symmetry across the origin. In order to demonstrate this feature we present here several off-centered simulations, including simulations of single black holes and neutron stars whose center is placed away from the origin of the coordinate system, as well as the asymmetric head-on collision of two black holes. We also revisit our implementation of relativistic hydrodynamics and demonstrate that a reference-metric formulation of hydrodynamics together with a factoring of all tensor components avoids problems related to the coordinate singularities at the origin and on the axes. As a particularly demanding test we present results for a shock wave propagating through the origin of the spherical polar coordinate system.Comment: 13 pages, 11 figures; matches version published in PR

A note on higher-dimensional magic matrices

We provide exact and asymptotic formulae for the number of unrestricted, respectively indecomposable, $d$-dimensional matrices where the sum of all matrix entries with one coordinate fixed equals 2.Comment: AmS-LaTeX, 9 page