Maar de laatste tijd hebben onderzoekers subtiele veranderingen opgemerkt in metingen van de getijden aan het oppervlak, die niet samenvallen met veranderingen in de zwaartekracht van de maan en de zon. In plaats daarvan geven de verzamelde gegevens en theorie aan dat een opwarmend oceaanoppervlak achter deze waarnemingen zou kunnen zitten.

Om deze verschijnselen te onderzoeken heeft Dr. Michael Schindelegger van de Universiteit van Bonn gebruik gemaakt van supercomputerbronnen van het Jülich Supercomputing Center (JSC) om de observatiegegevens die tussen 1993 en 2020 zijn verzameld beter te begrijpen, waardoor de nauwkeurigheid van de driedimensionale (3D) oceaancirculatie wordt verbeterd. modellen in het proces.

Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Communications Earth &Environment .

"Getijden maskeren vaak andere potentieel interessante en minder voorspelbare signalen die verband houden met bijvoorbeeld de algemene circulatie van de oceaan of de effecten van klimaatverandering", legt Schindelegger uit. "Het halen van klimaatsignalen uit oceanografische waarnemingen hangt ook af van de nauwkeurigheid waarmee we getijden kunnen modelleren, inclusief hun potentiële veranderingen in de tijd."

Interne stromingen voegen complexiteit toe

Wetenschappers schatten dat de bovenste 700 meter van de oceaan ongeveer 90% van de overtollige warmte absorbeert die vastzit in het opwarmende klimaatsysteem. Naarmate deze zone van de oceaan warmer wordt, breidt deze zich ook uit en wordt hij minder dicht, wat leidt tot een groter contrast in de waterdichtheid vergeleken met lagere niveaus van de oceaan die koeler en dichter blijven.

Concreet onderzoeken Schindelegger en zijn collega's de interactieve relatie tussen een opwarmend klimaat, oceaanstratificatie als maatstaf voor het dichtheidscontrast, en twee soorten getijdenstromingen:barotrope getijden, die verwijzen naar de periodieke beweging van oceaanstromingen die verband houden met zwaartekrachten; en baroclinische of interne getijden, die optreden wanneer barotrope getijden tegen de onderwatertopografie in stromen, zoals een bergkam, waardoor golven van dichter water uit de diepte naar boven duwen in minder dicht oppervlaktewater.

‘De opwarming van de oceaan verbetert de energieoverdracht van barotrope naar baroclinische getijden, zodat de getijden in de open oceaan nu een paar procent meer getijdenenergie verliezen aan interne golven dan dertig jaar geleden’, legt Schindelegger uit. Om de ernst van deze veranderingen te beoordelen en de impact ervan op kustgebieden te voorspellen, zijn simulaties een essentieel hulpmiddel geworden.

Observatiegegevens en modellering moeten samenwerken

Het observeren en modelleren van oceaangetijden is niets nieuws, en er komen elk uur van de dag nieuwe gegevens beschikbaar om mee te werken. Verzamelde gegevens nabij de kust kunnen echter last hebben van "ruis" en fouten, terwijl computermodellen altijd vereenvoudigde weergaven zijn van processen in de echte wereld. Daarom is het volgens Schindelegger absoluut noodzakelijk om zowel observatiegegevens als modellen in overweging te nemen bij het testen op getijdenveranderingen.

Bovendien betekent het beschouwen van getijden in een meer realistische, gelaagde oceaan – inclusief deze baroclinische getijden – dat gevestigde 2D-oceaanmodellen zouden moeten worden uitgebreid om diepte als derde dimensie op te nemen en een hogere horizontale resolutie te hebben om bruikbare nauwkeurigheid te bereiken.

"Eerste pogingen tot modellering waren beperkt tot een éénlaags oceaanmodel met constante dichtheid, dat ik zelfs op één CPU kon draaien", zegt Schindelegger. "Maar toen ik de oorzaken van veranderingen in de getijden in de oceaan begon te onderzoeken, vooral de effecten van stratificatie, werden algemene 3D-circulatiemodellen essentieel."

Schindelegger zegt dat hij ongeveer vijf jaar heeft besteed aan het geleidelijk toevoegen van complexiteit aan het model, maar het werd duidelijk dat er meer rekenkracht nodig zou zijn om de noodzakelijke resolutie voor nauwkeurige 3D-modellen te bereiken. Om deze reden wendden Schindelegger en zijn collega's zich tot de supercomputer van JSC, JUWELS.

"Aangezien het rekenraster zich ook in verticale richting uitstrekt, hebben we ongeveer 300 miljoen rasterpunten om de relevante variabelen van druk, temperatuur en zoutgehalte te diagnosticeren op basis van de vergelijkingen van het model", zegt Schindelegger.

"We hadden een miljoen core-uren nodig om het project succesvol uit te voeren. Het verdelen van de taak over een groot aantal computerknooppunten was de sleutel tot het bereiken van haalbare runtimes en het vermijden van geheugenproblemen. De beschikbare bronnen op JUWELS vormden de noodzakelijke basis voor dit soort toepassingen ."

Toekomstige getijden voorspellen

Schindelegger zegt dat, hoewel deze getijdenveranderingen aan het oppervlak tot nu toe subtiel zijn – een daling van ongeveer een centimeter over tientallen jaren aan de kust, en nog minder in de diepe oceaan – het toch de moeite waard is om door te gaan met het verbeteren van het 3D-model totdat het met behulp van voorspellingen kan voorspellen. redelijke nauwkeurigheid hoe deze veranderingen in de stratificatie van de oceanen de kustgebieden in de toekomst zullen beïnvloeden. Vooral voor plaatsen als de Golf van Maine of Noord-Australië, waar de getijden uitgesproken zijn en te maken hebben met een complexe onderwatertopografie, kunnen zelfs deze kleine veranderingen aanzienlijke gevolgen hebben.

Met voortdurende toegang tot supercomputerbronnen zullen Schindelegger en zijn medewerkers een krachtig hulpmiddel inzetten als aanvulling op het bestuderen van observatiegegevens. Alles bij elkaar zullen deze twee onderzoeksmethoden onderzoekers in de geowetenschappen helpen de rol die een opwarmende oceaan speelt voor de getijden en hun rol in het klimaatsysteem beter te begrijpen.

Meer informatie: Lana Opel et al, Een waarschijnlijke rol voor stratificatie bij langetermijnveranderingen van de mondiale oceaangetijden, Communicatie Aarde en Milieu (2024). DOI:10.1038/s43247-024-01432-5

Aangeboden door Gauss Centrum voor Supercomputing