Energie „verschwindet“ nicht - Energy transfers in Atmosphere and

Energie „verschwindet“ nicht
Die Energie eines geschlossenen Systems ist konstant. Sie geht nicht verloren, sondern nimmt
allenfalls eine andere Form an, etwa wenn Bewegungsenergie in Wärme umgesetzt wird oder
umgekehrt aus Wärme Kraft entsteht.
Dieses grundlegende Prinzip der Naturwissenschaft stellt die Klimaforschung jedoch bisweilen
vor Probleme. Zum Beispiel bei der Berechnung von Meeresströmungen, wo kleinräumige
Wirbel und durch sie hervorgerufene Durchmischungsprozesse einbezogen werden müssen,
aber unklar ist, wo genau die Energie herkommt, durch die sie entstehen. In der Atmosphäre ist
es ähnlich, nur bewegt sich in diesem Fall Luft anstelle von Wasser. Auch hier können lokale
Turbulenzen größere Bewegungen antreiben oder umgekehrt Wellen auf großer Skala in
kleinere Strukturen zerfallen. Alle diese Prozesse sind wichtig für das Klima der Erde und
bestimmen mit, wie die Temperaturen künftig ansteigen.
Wie genau die Energieübertragung zwischen Wellen, Wirbeln und lokalen Turbulenzen
funktioniert, ist häufig noch ungeklärt. Das fächerübergreifende Projekt „Energy Transfers in
Atmosphere and Ocean“ will dies ändern: Ozeanographen, Meteorologen und Mathematiker
aus Hamburg, Bremen und Rostock arbeiten dafür eng zusammen. Ziel ist es, energetisch
konsistente mathematische Modelle zu entwickeln und Klimaanalysen und Prognosen zu
präzisieren. Das Projekt wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert.
Drei Arten von Strukturen, so genannte dynamische Regime, gibt es:

kleinskalige Turbulenzen (von den kleinsten Skalen bis zu einigen Metern),

interne Schwerewellen (einige Meter bis zu Hunderten von Kilometern),

und geostrophisch balancierte Strömungen (einige Kilometer bis zu Tausenden).
Für letztere spielt die Erdrotation und die sich daraus ergebende geostrophische Balance eine
entscheidende Rolle. Alle drei sind jeweils sehr ähnlich in Ozean und Atmosphäre, folgen aber
unterschiedlichen physikalischen Gesetzmäßigkeiten – entstehen und vergehen auf
unterschiedliche Weise – und sind durch eine Vielzahl von komplexen Prozessen miteinander
verbunden. Für den globalen Energiekreislauf in Atmosphäre und Ozean ist der Transfer von
Energie zwischen den Regimen fundmental.

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