Unterprojekte

Um die Wechselwirkungen zwischen den grönländischen Gletschern und dem umliegenden Ozean besser zu verstehen,  wenden die verschiedenen Projektpartner eine Vielzahl von modernen Messmethoden und Modellrechnungen an. Innerhalb von GROCE kommen Wissenschaftler aus verschiedensten Disziplinen zusammen, die ihre unterschiedlichen Sichtweisen auf das System miteinander kombinieren. Um diese schwierige Aufgabe zu erleichtern und die Zusammenarbeit besser zu organisieren, gliedert sich GROCE in 11 Unterprojekte, die jedoch an vielen Ansatzpunkten miteinander verzahnt sind. Hier stellen wir Euch diese Unterprojekte vor:

  • TP01: Koordination des Verbundvorhabens

    GROCE LogoDie Koordination hat das Ziel, die wissenschaftlichen Teilprojekte dabei zu unterstützen, maximalen Erfolg des Verbunds zu erreichen. Dies beinhaltet eine optimale Zusammenarbeit innerhalb des Verbundes zu organisieren, die Darstellung des Verbundes nach außen zu gestalten, für die gute Einbindung von GROCE in internationale Programme zu sorgen sowie die Datensicherung und Verfügbarkeit innerhalb und außerhalb des Verbundes sicherzustellen.
  • TP02: Basales Schmelzen des 79°N-Gletschers und Ozeanzirkulation

    Beobachtungen in internationalen Programmen unter führender Beteiligung des AWI zeigen eine deutliche Erwärmung des atlantischen Einstroms ins Europäische Nordmeer und die Arktis. Daraus ergibt sich die Frage, inwieweit in Zukunft diese Erwärmung auch die marin terminierten Gletscher an der Nordostküste Grönlands, wie den 79°N-Gletscher destabilisiert, die bis vor wenigen Jahren noch zu den stabilsten Gletschern Grönlands gehörten.In diesem Teilprojekt soll der Einfluss von warmem Atlantikwasser auf das basale Schmelzen unter der Eiszunge des 79°N-Gletschers (im Folgenden als 79NG bezeichnet) untersucht werden. Basales Schmelzen unter der Gletscherzunge wird als ein wesentlicher Faktor für die Destabilisierung des Gletschers und des speisenden Eisstroms vermutet.Die dazu nötigen Messungen stellen allerdings eine besondere technologische und logistische Herausforderung dar. Wir möchten die für 2017 geplante iGRIFF-Kampagne auf den 79°N-Gletscher nutzen um Instrumente auf dem Gletscher sowie Verankerungen auf dem Schelf unmittelbar vor der Gletscherzunge zu auszulegen. Der Verankerungssensoren sollen Strömung, Temperatur und Salzgehalt kontinuierlich aufzeichnen.Für die Erfassung des basalen Schmelzens sollen auf dem schwimmenden Teil des Gletschers phasensensitive Radarstationen installiert werden, die die Schmelzraten kontinuierlich über den Jahresverlauf registrieren. Um auch die räumliche Verteilung der mittleren Schmelzraten zu erfassen, sollen diese Zeitreihen durch eine flächendeckende, Radarvermessungen der Eisdicken während der iGRIFF Kampagne in 2017 und durch entsprechende Wiederholungsmessungen in 2018 ergänzt werden.Das Teilprojekt wird zusätzlich die Synthese des Verbundvorhabens im Bereich des regionalen Süßwasserbudgets koordinieren.
  • TP03: Dynamik der Aufsetzlinie des 79°N-Gletschers

    Wir untersuchen mittels eines numerischen Modells den Effekt der Gezeiten auf die Bewegung der Aufsetzlinie zwischen schwimmender Gletscherzunge und gegründetem Inlandeis des 79°N Gletschers (79NG, Nioghalvfjerdsfjordenbreen). Hierfür wird ein visko-elastisches rheologisches Materialmodell verwendet, das zusammen mit der Impulsbilanz als Stokes Gleichung mittels finiter Elemente gelöst wird. Die Nichtlinearitäten des Gleitens und der viskosen Deformation ergeben eine Asymmetrie im Ausstrom des Eises über die Aufsetzlinie und damit des Beitrags zum Meeresspiegel, die in rein viskosen Eismodellen nicht abgebildet werden kann, die so den Ausstrom unterschätzen. Dies werden wir mit diesem Modell verbessern und so die Basis für Prognosen des zukünftigen Beitrags des Gletschers zum Meeresspiegelanstieg liefern. Mit diesen Simulationen wird auch die Variation der Topographie der Eisunterseite der schwimmenden Zunge bestimmt, die notwendig ist, um erstmals den Einfluss der Topographievariation auf die Ozeandynamik im Fjord zu untersuchen.
  • TP04: Bestimmung der basalen Schmelzwasseranteile um Grönland vom Gletscher bis ins Europ. Nordmeer

    Basales Schmelzen der Eisschelfe Grönlands (GrIS) ist einer der Hauptquellen für den GrISMasseverlust und für den globalen Meeresspiegelanstieg. Das beschleunigte Abschmelzen in denletzten Dekaden wird vor allem durch den Einstrom von wärmerem Wasser in die Fjorde verursacht.Wie hoch die basalen Abschmelzraten jedoch sind ist unsicher, und offene Fragen bestehen bezüglichder Prozesse, die die Wechselwirkung des Ozeanwassers mit marin terminierten Gletschern steuern.Außerdem besteht Unklarheit, wie viel Schmelzwasser aus den Fjorden in den Randstrom gelangt undwelche Prozesse dies steuern. Ebenfalls unklar ist der Anteil des Schmelzwassers, der aus demRandstrom ins Innere des Europäischen Nordmeers und des subpolaren Nordatlantiks exportiert wird.Eine weitere offene Frage ist die räumliche und zeitliche Variabilität dieser Prozesse. DieUnsicherheiten in den basalen Schmelzraten und in der Verteilung des Schmelzwassers können inKlimamodellen zu Fehlern in der Ozeanzirkulation und damit zu Fehlern in den Wärme- undSüßwasserflüssen in und aus dem subpolaren Nordatlantik, dem Europäischen Nordmeer und derArktis führen. Im GROCE Teilprojekt TP4 soll eine Methode angewendet werden, die bereits imSüdlichen Ozean mit Erfolg die Verteilungen der basalen Schmelzwasserverteilung und derenÄnderungen bestimmt hat: die Messung und Interpretation der Verteilungen von Helium und Neon-Isotopen von der Gletscherzunge über die Fjorde, die Randströme und das Beckeninnere. Durch diefast 1000 fache überhöhten Konzentrationen in reinem basalen Schmelzwasser können im OzeanSchmelzwasser - Anteile bis zu 0.035 Prozent bestimmt werden. Der Weg von der Gletscherzunge bis inden Randstrom wird am 79N Gletscher intensiv untersucht, die Aufteilung des Schmelzwasserszwischen Randstrom und Ozeaninnerem durch Messungen im westlichen Europäischen Nordmeer.
  • TP05: Ozean-Eis-Wechselwirkung an peripheren Gletschern von Grönland

    Periphere Gletscher (PG) stellen nur einen kleinen Teil der Oberfläche und des EisvolumensGrönlands dar, sind aber stark überproportional an der Massenänderung Grönlands beteiligt.Sie machen damit – unabhängig vom Verhalten des Eisschilds und seiner Auslassgletscher –einen besonders sensitiven Teil der Süßwasserbilanz Grönlands aus. Während es relativrobuste Abschätzungen der Massenbilanz an der Oberfläche der PG gibt (häufig auch als„klimatische“ Massenbilanz bezeichnet, da es hier um Wechselwirkungen zwischen Eis undAtmosphäre geht), gibt es keinerlei Abschätzung für die Rolle der Ozean-Eis-Wechselwirkungfür die Massenänderung grönländischer PG. Damit fehlt nicht nur eine quantitativ vollständigeAbschätzung des Beitrages der PG zur gesamten Massenbilanz, sondern auch ein qualitativesVerständnis der Relevanz der zur Massenänderung beitragenden Prozesse.Da die räumliche Verteilung der PG (Abb. 1) deutlich anders ist als die Verteilung derAuslassgletscher des grönländischen Eisschilds, kann man davon ausgehen, dass das vonPG stammende Süßwasser für andere Wechselwirkungen zwischen Ozean und Eisverantwortlich ist als das Schmelzwasser des Eisschilds. In jedem Fall ist – insbesondere inder Modellierung – aufgrund der Skalenunterschiede zwischen PG und Eisschild einegesonderte Behandlung nötig, um den Anteil der PG an der Wasserbilanz Grönlandsüberhaupt abbilden zu können.Im Teilprojekt 5 „Periphere Gletscher“ soll das Verständnis für die Prozesse vertieft werden,die maßgelblich das Verhalten der PG steuern. Dazu wird erstmals eine speziell fürgrönländische PG entwickelte Parametrisierung der Eis-Ozean-Wechselwirkungen in einemexistierenden Gletschermodell implementiert, kalibriert, validiert und angewendet werden. Dasverwendete Gletschermodell ist in der Lage, mittels mehrerer gekoppelter Fließlinien dieDynamik, Geometrie und Massenbilanz jedes einzelnen PG Grönlands zu rekonstruieren undzu projizieren. Daraus wird – in Kombination mit entsprechenden Daten für den Eisschild ausanderen Teilprojekten des Verbundes – erstmals eine modellbasierte, vollständige (d. h. auch das Kalben der PG berücksichtigende) Abschätzung der Massenänderung Grönlandsvorliegen.
  • TP06: Glazialisostasie, Massenbilanz und Dynamik des grönländischen Eisschilds

    Das Teilprojekt 6 „Glazialisostasie, Massenbilanz und Dynamik des grönländischen Eisschilds“ stellt sichdas Ziel, die glazial‐isostatische Ausgleichsbewegung (GIA) der Erdkruste in Nordost‐Grönland zu bestimmen.Die Kenntnis dieses Prozesses ist derzeit noch mit einer größeren Unsicherheit behaftet,wodurch die Ableitung und Interpretation von Eismassenbilanz und –dynamik des grönländischen Eisschildsinsgesamt und im Speziellen des Drainage‐Basins des Nordost‐Grönland‐Eisstroms mit dem 79‐Grad‐Gletscher als einem Hauptauslaßstrom beinträchtigt sind. Die direkte geodätische Bestimmungdes GIA‐Effekts erfolgt mit Hilfe von bodengebundenen GNSS‐Messungen auf Fels. Die Messungenwerden mit Beobachtungen früherer Epochen verknüpft sowie über internationale Kooperation mitpermanenten GNSS‐Messungen ergänzt. Diese Messungen liefern die einzige Möglichkeit, den GIAEffektin situ zu bestimmen sowie neben der Ableitung eines langfristigen Trends auch saisonale Effektein den Hebungsraten zu detektieren. Durch die Kombination von satellitengestützten Verfahren(Satellitengravimetrie und –altimetrie) erfolgt eine auf das Arbeitsgebiet fokussierte, zusätzliche Bestimmungdes GIA‐Effekts und der rezenten Eismassenänderung. Die Ergebnisse beider Methodenkönnen schließlich verglichen und kombiniert werden. Durch die Hinzunahme von Daten der Satellitenfernerkundung(Landsat‐1 bis 8), die die Ableitung von Zeitreihen des Geschwindigkeitsfelder undder Frontlage der Ausfluß‐ und peripheren Gletscher im Arbeitsgebiet ermöglichen, soll die Einschränkungder räumlichen Abtastung bei der Satellitenaltimetrie überwunden werden. Damit wird es möglich,Effekte der Oberflächenmassenbilanz von denjenigen der Eisdynamik zu trennen. Schließlich tragenwir durch kinematische GNSS‐Messung im frontnahen Bereich des 79‐Grad‐Gletschers zur Erforschungder gezeitenbedingten Dynamik bei.Im Ergebnis soll eine detaillierte Interpretation der Eisschilddynamik ermöglicht werden, wobei hierein Fokus auf dem Randbereich und speziell auf das Arbeitsgebiet der koordinierten Studie liegt.
  • TP07: Erfassung der Aufsetzlinie und supra-glazialem Schmelzwasser am 79°N– Gletscher in Grönland

    Das Teilprojekt wird die Aufsetzlinie sowie die supra-glazialen Schmelzwasserflächen in ihrer räumlichen und zeitlichen Variation erfassen. Hierzu werden Daten verschiedenster nationaler und europäischer SAR-Systeme wie etwa TerraSAR-X und TanDEM-X, COSMO-Skymed, Sentinel-1 sowie Archivdaten von ERS-1/2 und ENVISAT SAR) genutzt. Doppel-differenzierte Radarinterferogramme ermöglichen die Detektion der Aufsetzlinie zu verschiedenen Zeitpunkten. Um die Schmelzdynamik und die supraglazialen Seen zu kartieren werden Auswertealgorithmen angepasst und weiterentwickelt. Diese Auswertungen werden durch die Analyse von Daten optischer Satellitendaten ergänzt. Hieraus soll insbesondere die Tiefe und das Volumen der Schmelzwasserseen abgeschätzt sowie hochaugelöste Albedokarten generiert werden. Hauptdatenquellen für diese Analysen sind die europäischen Sentinel-2 sowie der LANDSAT-8 Mission. Ergänzt werden diese Analysen durch Datenprodukte der gröber aufgelösten MODISZeitreihen. Eine enge Zusammenarbeit und Datenaustausch mit TP8 sowie zu TP3 ist hieraus gegeben.
  • TP08: Schmelzwasserproduktion und klimatische Massenbilanz an der Oberfläche des 79°N-Gletschers

    In den vielfältigen und komplexen Interaktionen zwischen Teilsystemen des Klimas, die das Verhalten der großen Auslassgletscher Grönlands steuern, kommt ein entscheidender Antrieb aus der Atmosphäre. Die atmosphärisch gesteuerten Schmelzraten an der Oberfläche der Gletscher haben wiederum große Bedeutung für die Eisdynamik: supraglaziales Schmelzwasser dringt über Wasserkanäle in das Gletscherinnere und an dessen Basis und trägt so zu mechanischen und thermodynamischen Vorgängen bei, die die Stabilität des gesamten Gletschers beeinflussen. Dieses Teilprojekt konzentriert sich auf die Wechselwirkung Atmosphäre-Gletscheroberfläche und verfolgt zwei Ziele. (1) Bestimmung der klimatischen Massenbilanz (KMB) in hoher räumlicher Auflösung auf dem 79N-Gletscher mit besonderem Fokus auf die Menge der supraglazialen Schmelzwasserproduktion; (2) Bestimmung der atmosphärischen Dynamik, die die KMB in verschiedenen räumlichen und zeitlichen Größenordnungen (Skalen) steuert. Die Methodik beruht dabei sowohl auf direkten meteorologischen Messungen in der bodennahen atmosphärischen Grenzschicht und auf einem multiskaligen Modellsystem, das zwei verschiedene Modelle in neuartiger Weise vereint. Das Teilprojekt fügt den meteorologischen Baustein zu GROCE hinzu. Ein gewichtiges Resultat wird die Ermittlung der räumlichen Verteilung der supraglazialen Schmelzraten sein – und zwar in der hohen räumlichen Auflösung von 1 km, die für eine lokale Fallstudie die adäquate Grundlage bietet. Zudem wird das Teilprojekt zeigen, wie sich mesoskalige atmosphärische Prozesse in die Gletschergrenzschicht fortpflanzen und dort die KMB gestalten, was neue Einsichten zum atmosphärischen Antrieb von Auslassgletschern aus einer detaillierten kausalen Sichtweise ermöglicht.
  • TP09: Prozessverständnis und Parametrisierung von Grenzschichtströmungen unter Schelfeis

    In diesem Teilprojekt soll der Frage nachgegangen werden, welche hydrodynamischen Prozesse verantwortlich sind für basale Schmelzraten und Wärmeflüsse im Bereich der Gletscherzunge des 79°N-Gletschers. Hierzu werden idealisierte und realistische Modellsimulationen mit guter numerischer und Prozess-Auflösung der Meerwasser- Gletschereis-Grenzschicht konfiguriert, durchgeführt und analysiert. Dabei soll vor allem die thermohalin getriebene Zirkulation in der knapp 100km langen, 20 km breiten und 800m tiefen Kaverne unter dem Schelfeis des 79°N-Gletschers verstanden werden. Es soll das bekannte 3-Gleichungs-System zur Bestimmung der basalen Schmelzrate und des Wärmeflusses in die Modellsysteme GOTM (1D) und GETM (3D) konsistent implementiert werden, um ein Modell- Werkzeug zu erhalten, mit Hilfe dessen diese beiden Größen quantifiziert werden können. Es soll ein realistisches, hochaufgelöstes und multi-annuales 3D-Modell des 79°N-Gletschers aufgebaut werden, das dann zur quantitativen Analyse der Schmelzwasser- und Wärmeflüsse beitragen soll.
  • TP10: Integrierte Analyse von grönländischer Eismassenbilanz und Änderungsprozessen im Ozean

    Zentrale Hypothese dieses Projektes ist es, dass sich Wechselwirkungen zwischen demGrönländischen Eisschild mit dem umgebenden Ozean in geodätischen undozeanographischen Daten detektieren lassen. Dazu soll zunächst in einer integriertenAnalyse die gravimetrische Massenbilanz Grönlands gemeinsam mit den beobachtetenVeränderungen des Meeresspiegels im Nordatlantik analysiert werden, um massenbedingteund sterische Anteile zu trennen. Der verstärkte grönländische Süßwassereintrag führt nebeneinem Meeresspiegelanstieg oder auch –abfall auch zu Veränderungen der Temperatur- undSalzgehaltsverteilung, sowie möglicherweise von Meeresströmungen und in der großskaligenUmwälzzirkulation. In einem zweiten Schritt sollen dann mit Hilfe von ozeanographischerModellierung und Messdaten die relevanten Änderungen in Temperatur und Salzgehaltbestimmt werden, die für die beobachteten sterischen Variationen verantwortlich sind. Nebendem regionalen Wärmehaushalt werden diese Simulationen auch Veränderungen derregionalen Zirkulation besser beschreiben. Es werden also Ergebnisse der Erdbeobachtungmit der geodätischen und ozeanographischen Forschung zusammengeführt, um dieWirkungen des Klimawandels auf den Ozean besser zu verstehen 
  • TP11: Interactions and Feedbacks along Pathways of the Glacier Melt Water

    Recent studies using climate models and paleocenographic records point to far-reaching impacts offresh water flux from the melting Greenland Ice Sheet (GrIS) on the subpolar Atlantic Oceancirculation, convection and overturning, the European climate and the sea level fingerprint indifferent regions of the World Ocean. Relatively little is known however about its impacts on oceancirculation around Greenland. In particular, interaction (mixing) of the glacier melt water withwarmer water masses on the Greenland shelf may lead to a nonlocal negative feedback on theocean heat flux toward marine-terminating glaciers and thus on their basal melt rates. The glaciermelt water pathways on the shelf, mixing and feedbacks are not well understood as neithermodeling studies focused on large-scale impacts of the GrIS melt nor the sparse observationsresolve the circulation around the Greenland adequately.The joint effort of the GROCE Verbund offers an integrated and detailed insight into the oceanglacierinteractions relevant to the GrIS melt with the Northeast Greenland Ice Stream (NEGIS) andin particular, the 79-North Glacier (79NG) being the focus and a study case. This Teilproject (TP11)considers ocean circulation around Greenland and its changes due to increased glacier melt,interaction of melt water with the ambient ocean, and the feedbacks on the melting processes. Wewill employ Lagrangian framework which is tailored to study water mass pathways. We will performsimulations of large numbers of Lagrangian particles representing water masses and allowing astatistical description of model water properties (temperature, salinity) along particle trajectoriesand of the mixing processes. Lagrangian trajectories have an interpretative quality by connectingchanges in velocity or water properties at different locations. Our project will thus provide linkingand contextualization of the results from the other Verbund partners.Our Lagrangian framework will be embedded in model simulations of TP9 (General EstuarineTransport Model, targeting ocean circulation close to the 79NG) and in the FESOM (Finite ElementSea Ice-Ocean Model) high resolution simulations performed by TP10. We will also collaboratetightly with other TPs regarding the setup of our model experiments, comparison with observationsand interpretation of the results. The long-term vision is to develop, together with our Verbundpartners, a modeling-analysis framework that could be applied in other regions of Greenland andAntarctica and lead to future improvement of prediction of the glacier melt and its impacts.

Projektförderung

Koordination

Prof. Dr. Torsten Kanzow

Alfred-Wegener-Institut
Bussestraße 24
27568 Bremerhaven
+49(471)4831-2913
Torsten.Kanzow@awi.de

Website: Mario.Hoppmann@awi.de

Projektpartner