Stochastische Perturbation der Parametrisierung der Eishärte in einem Finite-Elemente Meereis-Ozean-Modell

Abstract

In dieser Arbeit werden drei Ansätze für eine stochastische Perturbation des Eishärteparameters P* aus der Meereisrheologie von Hibler et al. [1979] entwickelt. Dabei handelt es sich beim ersten Ansatz um eine Störung ohne örtliche und zeitliche Korrelation. Des Weiteren wird ein nur zeitlich korrelierter und ein sowohl zeitlich als auch örtlich korrelierter Ansatz präsentiert. Sowohl der theoretische Hintergrund als auch die technische Umsetzung in dem gekoppelten Finite-Elemente Meereis-Ozean-Modell FESOM des Alfred-Wegener-Instituts in Bremerhaven werden in der Arbeit hergeleitet. Des Weiteren werden drei Transformationen zusammengetragen und angepasst, die für die Überführung normalverteilter Zufallszahlen in einen notwendigerweise beschränkten Wertebereich in dieser Arbeit genutzt werden können. Mit Hilfe eines Referenzlaufs von FESOM ohne stochastische Parametrisierung werden dann die Auswirkungen der drei Ansätze ausgewertet. Abschließend erfolgt ein Vergleich des zeitlich und örtlich korrelierten Ansatzes mit Messdaten der Meereisdicke und der Eiskonzentration in der Arktis. Die Auswertungen zeigen, dass trotz einer symmetrischen Perturbation des Parameters P* die Auswirkungen auf Eisvolmen und Eisfläche eine klare Tendenz aufweisen, die zur Zunahme des Volumens und zur Abnahme der Fläche führt. Zudem treten lokal sehr ausgeprägte Änderungen in der Eisdickenverteilung und der Eiskonzentration in der Arktis auf. Die drei Ansätze für die stochastische Perturbation der Eisrheologie erweisen sich als fundierter und erfolgreicher Einstieg in die stochastische Parametrisierung bei einem gekoppelten Meereis-Ozean-Modell