Abstract
Measurements of stable carbon isotope ratios (ôttC) from foraminiferal shells indicate
that during the last glacial maximum (LGM) the Atlantic thermohaline circulation was
significantly different from the present day circulation. It has been suggested that during
the LGM the flow of North Atlantic Deep Water (NADW) ** reduced, while the com-
pensating Antarctic Bottom Water (AABW) penetrated further northward. Assimilation
of ô13C data by using the adjoint technique into a global ocean general circulation model
(OGCM) can evaluate an optimal circulation patterns providing consistency between the
dynamics of the model and the analysis of the ô13C data. In this study assimilation experiments with the Hamburg large scale geostrophic model (LSG) are examined to investigate
the extent to which ô13C as a paleotracer constrains the simulation of the North Atlantic
circulation during the LGM. The prescribed wind stress and 2 m air temperatures \ryere
taken from the ice age ïesponse of an atmospheric general circulation model (AGCM). The
first guess LGM salinity anomalies were calculated from salinity reconstructions adapted
from stable oxygen isotope ratios (ô18O) in foraminiferal shells. The optimized model state
was obtained by varying the salinities of the sea surface. This simulated glacial circulation is closer to the observed ô13C distribution than flow pattern of previous OGCMs of
comparable resolution. The results of the assimilation experiments confirm that during
the LGM the production of NADW was substantially reduced. An increased salinity difference between the tropical Atlantic and Pacific supports earlier suggestions of a higher
water vapor transfer from the Atlantic to the Pacific. The glacial changes in the circulation indicate also an increased outflow from the Mediterranea¡r Sea as a consequence
of increased surface salinities in this area. However, the optimized model simulation is
only partially consistent with error estimates from the observations and large deviations
still exist. Sensitivity experiments with respect to possible errors in the forcing boundary
conditions show that circulation patterns range from an even stronger Atlantic 'conveyor
belt' than the present day one to a nearly shut down. A simultaneous use of different
tracers would possibly reduce these uncertainties significantly.
Messungen der stabilen Isotopenverhältnisse (ô18c) von Foraminiferenschalen deuten darauf hin, daß sich die thermohaline Zirkulation während des letzten glazialen Maximums
(LGM) signifikant von der heutigen unterschied. Es wurde aufgrund dieser Messungen
angenommen, daß die Ausbreitung des nordatlantischen Tiefenwassers (NAD\M) während
des LGM an Stärke und Ausdehnung abgenommen hat, während das kompensierende antarktische Bodenwasser (AABW) weiter nordwärts vorgedrungen ist. Die Assimilation von
ô13C-Daten in ein globales Modell der allgemeinen Ozeanzirkulation (OGCM) ermöglicht
bei Verwendung der adjungierten Methode die Bestimmung eines optimalen Zirkulationsmusters, das sowohl mit der Dynamik des verwendeten Modells als auch mit der Analyse
der ð13C-Daten verträglich ist. In dieser Studie werden Assimilationsexperimente mit dem
Hamburger großskalig-geostrophischen Ozeanzirkulationsmodell (LSG) durchgeführt, um
die Zuverlässigkeit von ð13C als Paläotracer zur Bestimmung des nordatlantischen Tiefenwassers während des LGM zu untersuchen. Die vorgeschriebenen Windschubspannungen
und 2 m-Lufttemperaturen wurden aus einer Eiszeit-Simulation eines allgemeinen Zirkulationsmodells der Atmosphäre (AGCM) entnommen. Die Salzgehaltsrandbedingungen
im Anfangszustand wurden aus Salzgehaltsrekontruktionen berechnet; die stabilen Sauerstoffisotopenverhältnissen (ô18O) in Foraminiferenschalen angepafJt wurden. Der optimierte Zustand der Zirkulation wurde durch Variation der Salzgehalte an der Meeresoberfläche erreicht. Diese Zirkulation liegt dichter an den ô13C-Daten als die, die mit früheren
OGCMs erzielt wurde. Die Ergebnisse der Assimilationsexperimente bestätigen, daß die
Bildung von NAD\M während des LGM substantiell reduziert war. Ein erhöhter Salzgehaltsunterschied zwischen Atlantik und Pazifik unterstützt frühere Annahmen eines höheren Übertrags von Wasserdampf zwischen Atlantik und Pazifik. Die glazialen Änderungen
in der Zirkulation weisen auch auf einen verstärkten ,,Overflow" vom Mittelmeer als Folge
der erhöhten Salzgehalte in dieser Region hin. Ttotz der Übereinstimmungen sind die Modellsimulationen nur teilweise mit den aus den Daten berechneten Fehlern verträglich, und
große Abweichungen existieren ímmèr noch. Sensitivitätsexperimente bezüglich möglicher
Fehler in den- antreibenden Randbedingungen zeigen, daß die Zirkulationsmuster bei Beachtung von Meßfehlern sogar von einer stärkeren atlantischen Meridionalzirkulation als
der rezenten bis zu deren nahezu totalem Zusammenbruch reichen. Eine simultane Verwendung von verschiedenen tacern würde diese Unsicherheiten möglicherweise signifikant
reduzieren.
