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Archive for Februar 2009

Extremwetterkomgress 2009 III

Wenn Sonnenstürme unsere Stromversorgung lahmlegen (Wie anfällig sind wir gegenüber Weltraumwetter?) Referent Prof.Dr.Rainer Hippler

Die Sonne, ein durchschnittlicher gelber Zwergstern unserer Milchstrasse hat einen Durchmesser von 1,39 Millionen km. Sie besteht aus einem hochkomprimierten, elektrisch leitenden Plasma (ionisierte Materie), das sich zu 73,5 % aus Wasserstoff, zu 25% aus Helium und zu 1,5% aus anderen chemischen Elementen („Metalle“) zusammensetzt. Im Kern der Sonne (Durchmesser etwa 300.000 km) herrschen bei extremen Druckverhältnissen (der Kern macht 50% der Sonnenmasse aus!)Temperaturen von über 15 Millionen Grad Kelvin. Hier wird durch die Fusion von Wasserstoff- zu  Heliumkernen (Kernfusion) die Energie der Sonne erzeugt. Durch Strahlungtransport gelangt die Energie durch weiter aussen liegende Schichten der Sonne (Strahlungszone), um dann schliesslich die etwa 70.000 km unter der Sonnenoberfläche beginnende sogenannte Konvektionszone von unten aufzuheizen, innerhalb  der hochgradig erhitzte Gasblasen an die Oberfläche steigen. Das Brodeln dieser „aufkochenden“ Konvektionsschicht ist als Granulation der Sonnenoberfläche mit einem Teleskop (Sonnenfilter!) gut erkennbar. So gelangt die Energie an die Sonnenoberfläche, die extrem hell leuchtende Photosphäre, welche die gesamte Sonnenenergie im sichtbaren und unsichtvbaren Wellenspektrum abstrahlt. Über der Photosphäre liegt als weitere, allerdings schon weitaus weniger dichte Schicht noch die Chromosphäre, die „Atmosphäre der Sonne. Die Chromosphäre wird durch die Photosphäre vollkommem überstrahlt, macht sich aber bei Sonnenfinsternissen als rote Leuchterscheinung bemerkbar. 

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Aufbau der Sonne: 1= Sonnenkern mit Fusionsreaktor, 2=Strahlungszone, 3=Konvektionszone, 4=Photosphäre, 5=Chromosphäre, 6=Sonnenkorona, 7=Sonnenflecken, 8=Granulen, 9=Protuberanz (entlang einer magnetischen Feldlinienschleife) Quelle: Wikipedia

Die Sonne verfügt über ein starkes Magnetfeld (Dynamo-Effekt. Die magnetischen Feldlinien und das elektrisch leitende Sonnenplasma sind eng aneinander gekoppelt. Einerseits bestimmen die magnetischen Feldlinien die Bewegung  des Plasmas, andererseits nimmt dieses auch die Feldlinien bei seiner Bewegung mit. Infolge der differentiellen Eigenrotation der Sonne (vom Äquator zu den Polen abnehmende Rotationsgeschwindigkeit) werden die anfangs senkrecht verlaufenden Magnetfeldlinien unterschiedlich schnell mitgenommen und wickeln sich dadurch spiralförmig um die Sonne. Hinzu kommt noch eine Extra-Verdrillung durch die Konvektion des Sonnenplasmas. Geraten die magnetischen Feldlinien eng aneinander, so stossen sie sich  heftig voneinander ab und können die Sonnenoberfläche schleifenförmig durchbrechen. Der Energienachschub durch die von unten aufsteigenden Gasblasen wird blockiert, die betroffene Region kühlt ab und wird als dunkler Sonnenfleck sichtbar. Entlang der Feldlinienschleifen über den Sonnenflecken sammeln sich heisse, ionisierte Gasmassen (ruhende Protuberanzen). Schliesslich reissen die Schleifen und die Gasmassen werden als eruptive Protuberanzen von der Sonne weggeschleudert (Coronal Mass Ejection CME, Sonnensturm).

Das Auftauchen der Sonnenflecken unterliegt einem 11- jährigen Zyklus (Schwabe-Zyklus). Mit zunehmender Aufwickelung der magnetischen Feldlinien um die Sonne erscheinen immer mehr Sonnenflecken bis ein Fleckenmaximum erreicht ist. Durch die immer stärkere Wechselwirkung der Feldlinien untereinander nimmt schwächt sich das Magnetfeld der Sonne jedoch ab, so dass die Anzahl der Sonnenflecken wieder zurückgeht. Im Minimum polt sich das Magnetfeld der Sonne um und wird dann wieder stärker. Der nächste Sonnenfleckenzyklus beginnt, allerdings mit entgegengesetzter Polarität der Sonnenflecken. Dem 11jährigen Schwabe-Zyklus liegt also ein doppelt so langer Magnetfeldzyklus zugrunde.

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Sonnenfleckenzyklen: Das obere Schmetterlingsdiagramm zeigt die räumliche Verteilung und Ausdehnung der Sonnenflecken. Diese erscheinen zu Beginn eines Zyklus in Höhe der 40. Breitengrade. Später verlagern sich die Sonnenflecken-Entstehungsgebiete in Richtung Äquator. Die untere Abbildung zeigt die Anzahl der Sonnenflecken über die Zeit. Quelle: NASA

Obwohl die Sonnenflecken im Vergleich zur übrigen Sonnenoberfläche kühler sind, geht ein Sonnenfleckenmaximum mit einem Aktivitäts- und Strahlungsmaximum der Sonne einher und nicht umgekehrt, wie man auf den ersten Blick erwarten könnte. Der Grund: Bei einem Aktivitätsmaximum ist die Konvektion entsprechend stark und damit auch die Verdrillung der Magnetfeldschleifen, was automatisch auch zu mehr Sonnenflecken führt. Das Strahlungsdefizit innerhalb der dunklen Sonnenflecken (Umbra) wird dann durch erhöhte Abstrahlung von der umgebenden Sonnenoberfläche (Periumbra) überkompensiert.

Im Rahmen der Sonnenfleckenzyklen schwankt die Gesamtstrahlung der Sonne nur wenig, der kurzwellige Anteil (UV-Strahlung) und der elektrisch geladenene Teilchenstrom schwanken dagegen umso mehr.

Im Sonnenmaximum kommt es besonders häufig zu heftigen Eruptionen in Form von Coronal Mass Ejections (CME, s.o.) bzw. Solar Flares. Wenn der dabei abgegebene intensive, elektrisch geladene  Teilchenstrom als Sonnensturm auf die Erde prallt, so kommt es zu erheblichen Störungen in den satellitengestützten Kommunikations- und Navigationssystemen, auch wenn das irdische Magnetfeld den Aufprall deutlich abmildert. Dieser geht mit dem vermehrten Auftauchen von Polarlichtern einher. In der Erdatmosphäre entstehen geomagnetische Stürme, die über elektromagnetische Induktion (von elektrischen Strömen)  oft zu Stromausfällen und zu einer erhöhten Korrosion von Öl- und Gas-Pipelines führen können.

Klimawandel: Was gibt es Neues seit dem Weltklimabericht 2007? Referent:Prof.Dr. Stefan Rahmstorf 

Der Anstieg der Treibhausgase in der Erdatmosphäre beschleunigt sich und liegt schon jetzt im oberen Bereich der Prognosen des IPCC. Lag die Zunahme von CO2 in den Jahren 1970-1979 noch bei 1,3 ppm (parts per million) pro Jahr, so waren es von 1980-1989 bereits 1,6 ppm, von 1990-1999 1,8 ppm und von 2000 – 2006 schon 2,0 ppm. Dann ging es noch steiler bergauf. Im Jahre 2007 waren es 2,2 ppm und 2008 2,3 ppm!

Mit einem Anteil von 385 ppm  liegt die CO2-Konzentration in der Erdatmosphäre heute um 38% über dem vorindustriellen Wert. Aus der Untersuchung von Eisbohrkernen im Rahmen des EPICA-Projekts (European Project for Ice Coring in Antarctica) in der Antarktis wissen wir, dass es seit mindestens 850.000 Jahren nicht so viel CO2 in der Erdatmosphäre gab wie heute.

Dasselbe gilt auch für die globale Durchschnittstemperatur. Auch hier liegt der beobachtete globale Temperaturanstieg der vergangenen Jahre im oberen Bereich der IPCC-Prognosen. Besonders betroffen ist die Arktis. wo die Temperaturen bedingt durch die Eis-Albedo-Rückkopplung  weit überdurchschnittlich zunehmen. Immerhin ist es hier schon um 6°C wärmer geworden, in manchen Regionen sind es sogar 12°C!

Im Jahr 2007 schmolz das arktische Eis auf ein absolutes und so nicht vorhergesehenes Rekordminimum und erholte sich auch im Folgejahr kaum. Bei einem Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur um mehr als 2°C, könnte der gesamte grönländische Eisschild verschwinden, denn von einem bestimmten kritischen Punkt an ist die Eisschmelze nicht mehr zu stoppen, weil Eis durch beschleunigtes Abrutschen in Richtung Meer in immer tiefere und wärmere Luftschichten gelangt. Damit könnte der Meeresspiegel innerhalb von Jahrhunderten um 7m ansteigen.

Der Meeresspiegel steigt aber auch so schon seit Jahrzehnten (um 50%!) schneller als von den Modellen des Weltklimarates (IPCC) vorhergesagt. Hauptsächlich verantwortlich dafür ist die thermische Ausdehnung des Ozeanwassers, daneben aber auch das Abschmelzen des Inlandeises (Gletscher, Eisschilde).

Die  Delta-Kommission der hölländischen Regierung rechnet in ihrem Report mit einen Meeresspiegelanstieg von bis zu 1,10 m bis zum Jahr 2100 und auf einen Anstieg von 3,50 m bis 2200. Die Deltawerke (niederländisch: Deltawerken) sind ein Schutzsystem gegen Hochwasser und Sturmfluten in den Niederlanden.

Auch extreme Wetterereignisse wie Dürreperioden, Hitzewellen oder tropische Wirbelstürme treten heute häufiger und mit grösseren Folgeschäden auf als früher. Die Zahl und Schwere der tropischen Wirbelstürme hängt von der Oberfächentemperatur der Ozeane ab.

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Kippelemente („tipping points“) im Klimasystem Quelle: http://www.pnas.org/

Es besteht die grosse Gefahr das die Belastung des Klimasystems eine kritische Grenze überschreitet, wodurch bestimmte wichtige Prozesse im Gesamtgefüge „kippen“ könnten. Beispiele sind der Verlust des arktischen meereises, das Abschmelzen des grönländischen Eisschildes, eine Unstetigkeit der Monsune, eine grossflächige Versteppung des Amazonas-Regenwaldes, das Auftauen des Permafrostbodens mit Freisetzung grosser mengen an Treibhausgasen (CO2, CH4) oder die Schwächung des Nordatlantikstromes.

Unterschiedliche Regionen, Länder und Bevölkerungsgruppen sind unterschiedlich schwer von den negativen Folgen des menschengemachten Klimawandels betroffen. Gerade die ärmsten Länder, die am wenigsten zum Klimawandel beigetragen haben, leiden häufig überdurchschnittlich stark an den Folgen und sind gleichzeitig am wenigsten in der Lage, sich davor zu schützen.

Die Folgen des Klimawandels werden noch lange anhalten. Selbst wenn der Anstieg der Treibhausgase binnen kürzester Frist gestoppt werden könnte, würde der Anstieg der globalen Duchschnittstemperatur und vor allem der Meeresspiegelanstieg wegen der Trägheit des Klimasystems noch über Jahrhunderte bis Jahrtausende weitergehen, um sich dann auf einem hohen Niveau zu stabilisieren.

Jens Christian Heuer

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Kategorien:Veranstaltungen

Extremwetterkongress 2009 II

Grünland? Referent: Dr.-Ing.Hans Oerter

Grönland gehört zur Arktis und ist die grösste Insel der Erde. Der heutige offizielle Name der Insel ist „Kalaallit Nunaat“, was soviel heisst wie „Land der Menschen“. Ein trügerischer Name, sind doch rund  4/5  der Insel mit Eis bedeckt und daher praktisch unbewohnt. Trotzdem ist die Fläche der eisfreien Regionen (ausschliesslich an den Küsten) immer noch deutlich grösser als die Fläche der Bundesrepublik Deutschland.

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Grönland, die „grüne“ Insel  Quelle: Vortrag Dr. Hans Oerter, AWI

Das Inlandeis bildet sich durch Schneefall, der sich unter dem zunehmenden Druck neu hinzu komender Schichten in Gletscher verwandelt. Die mittlere Mächtigkeit des Eises liegt bei 1680 m, erreicht im Landesinneren aber bis zu 3080 m. Würde das Grönlandeis komplett abschmelzen, so würde das auf einen globalen Meeresspiegelanstieg von 7,3 m hinauslaufen!

Das Inlandeis wird in den sogenannten Akkumulationszonen durch die jährlichen Schneefälle laufend ergänzt. In den Ablationszonen hingegen geht ständig Eis entweder durch Kalben der Gletscher (Eisabbbruch ins Meer) oder durch Abschmelzprozesse an der Eisoberfläche verloren (blaue Schmelzwasserseen im Sommer, die das Sonnenlicht gut absorbieren und dadurch den Abschmelzprozess wiederum beschleunigen).

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Vorgänge am grönlandischen Eisschild. Quelle: Vortrag Dr. Hans Oerter, AWI

Aus diesen beiden Vorgängen ergibt sich die Massenbilanz des grönländischen Eisschildes. Die heutige Massenbilanz ist negativ, obwohl die Akkumulation infolge verstärkter Niederschläge (Schnee) aufgrund höherer Lufttemperaturen und damit auch höherer Luftfeuchtigkeit zugenommen hat. Die Ablation hat jedoch infolge der höheren Temperaturen und der dadurch verstärkten Abschmelzprozesse noch weitaus mehr zugenommen. Ausserdem wurde eine Zunahme der Fliessgeschwindigkeit (Schmierfilm aus Schmelzwasser unterhalb der Gletscher!) bei einigen Gletschern festgestellt, so dass auch mehr Eis zum Meer hin abbricht. Mit Hilfe von Satelliten kann die Eisoberfläche zu verschiedenen Zeitpunkten genau vermessen und so die Massenbilanz des Grönlandeises bestimmt werden.

Der extreme Eisrückgang 2007 und 2008 Referent: Prof.Dr.Rüdiger Gerdes

Die vom arktischen Meereis bedeckte Fläche (aber auch die Dicke des noch vorhandenen Meereises!) ist seit Ende der siebziger Jahre des 20. Jahrhunderts bis Mitte des ersten  Jahrzehnts im 21. Jahrhundert kontinuierlich zurückgegangen.

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Kontinuierlicher Rückgang des arktischen Meereises über mehr als 25 Jahre infolge der globalen Erwärmung. Quelle: NASA

Doch im Sommer 2007 schwand das arktische Meereis abrupt in nie gekanntem Ausmass.  Während in das Meereis zuvor um durchschnittlich 11% pro Jahrzehnt zurückgewichen war, waren es nun 30%(!) im Vergleich zum September (stets der Monat mit der geringsten Eisbedeckung)des Vorjahres! Normaler weise folgt auf ein Jahr mit geringer eines mit deutlich höherer Eisbedeckung, denn der offene nicht mehr vom Eis isolierte Ozean kühlt im Winter besonders schnell aus. Aber diesmal hatte die Eisfläche im September des Folgejahres 2008 nur unwesentlich zugenommen.

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Abnorm wenig arktisches Meereis in zwei aufeinanderfolgenden Jahren! Quelle: Prof. Dr. Rüdiger Gerdes, AWI und http://nsidc.org/

Dieser dramatische Rückgang ist mit den in der Arktis infolge der Eis-Albedo-Rückkopplung überproportional ansteigenden Temperaturen allein nicht zu erklären. Hauptverantwortlich ist vielmehr eine in beiden Jahren auftretende Anomalie in der Luftzirkulation über der Nordhalbkugel:

Über Kanada etablierte sich im Sommer für längere Zeit ein Hoch, während sich gleichzeitig über Sibirien ein beständiges Tief herausbildete. Beide Druckgebilde lenkten sehr viel warme Luft in die Arktis, wodurch die Temperaturen stark anstiegen. Das Hoch sorgte ausserdem für einen Wind, der das Meereis aus der Arktis nach Süden trieb. Erst durch diese Zirkulationsanomalie konnte sich der Temperaturanstieg in der Arktis in diesen beiden Jahren so dramatisch auswirken.

Die entscheidende Frage ist, ob das Klimasystem in der Arktis schon einen Kipp-Punkt erreicht hat, wo ein sich selbst verstärkender Prozess (Eis-Albedo-Rückkopplung) zum unaufhaltsamen und entgültigen Verlust des Meereises führt, oder ob das System sich das System „erholt“, so dass der Meereisschwund und noch einmal zur alten Trendlinie zurückkehrt.

In der anschliessenden Diskussion äusserte ich den Verdacht das die anormale Luftdruckverteilung (Zirkulationsanomalie) in zwei aufeinander folgenden Jahren vielleicht selbst eine Folge des Klimawandels sein könne und möglicherweise auf eine grundlegende Veränderung im arktischenKlimasystem hinweisen könne. Der Referent meinte, dies sei durchaus möglich, genauere Untersuchungen dazu gäbe es aber bisher nicht.

Wetterlagen im Klimawandel Referent Dr.Wolfgang Fricke, Meteorologisches Observatorium Hohenpeissenberg

Ändert sich das Klima, so sollte sich eigentlich auch die relative Häufigkeit der Grosswetterlagen verändern. Jede Grosswetterlage entspricht einem bestimmten vorherrschenden Muster der Luftdruckverteilung und Luftzirkulation in einer grösseren Region.

Um die Frage nach einer Veränderung bei den Grosswetterlagen zu beantworten, wurde eine Auswertung der Wetterdaten von 1881 bis 2001 vorgenommen, um zu sehen, wie oft in diesem Zeitraum 30 bestimmte, wohldefinierte Grosswetterlagen in Mitteleuropa auftraten.

Die Analyse ergab eine deutliche Zunahme von Westlagen im Winter. Bei dieser zonalen (entlang der Breitengrade)Luftzirkulation verlaufen die Höhenströmung und damit auch die Zugbahnen der wetterbestimmenden dynamischen Tiefdruckgebiete von West nach Ost. Mit diesen gelangt milde und feuchte Atlantikluft nach Mitteleuropa. Dagegen sind meridionale (entlang der Längengrade) Hochdrucklagen und Nordlagen im Winter seltener geworden. Bei den Hochdrucklagen liegt ein Hochkeil oder eine Hochdruckbrücke über Mitteleuropa. Der sich im Gegenuhrzeigersinn (auf der Nordhalbkugel!) drehende dynamische Hochdruckwirbel führt kalte Schneeluft aus Osteuropa heran. Bei den Nordlagen lenken ein Hochdruckwirbel über dem östlichen Nordatlantik oder Westeuropa und ein sich im Gegenuhrzeigersinn (auf der Nordhalbkugel!) drehender Tiefdruckwirbel gemeinsam polare Kaltluft nach Mitteleuropa. Hochdruck- und Nordlagen sind die idealen Wetterlagen für ein frostiges und trockenes Winterwetter.

Im Sommer kommen dagegen meridionale Zirkulationsmuster häufiger vor. Einen besonders deutlichen Trend gibt es bei Hochdrucklagen und Troglagen über Mitteleuropa. Ein ausgeprägtes Hochdruckgebiet über Mitteleuropa führt durch die im Hochdruckwirbel absinkenden und sich dabei erwärmenden Luftmassen zur Auflösung der meisten Wolken. Ausserdem  blockiert  das Hoch die westöstliche Höhenströmung mit ihren wandernden dynamischen Tiefdruckgebieten. In Einflussbereich des Hochs  ist das Wetter deshalb heiss und trocken. Bei den Troglagen liegt ein Höhentrog über Mittel-  oder Westeuropa. Mit der Höhenströmung ziehen die Tiefdruckgebiete über das Mittelmeer, um dann wieder nach Mittel- oder Osteuropa zu einzuschwenken. Da die Tiefs über dem Mittelmeer viel Feuchtigkeit und kraftspendende latente Wärme aufnehmen konnten bringen sie  Unwetter und Starkregen.

Die das Wetter in Mitteleuropa bestimmenden Großwetterlagen verändern sich immer schneller. Im Vergleich der Daten aus den vergangenen 120 Jahren ist die Veränderung im jetzigen Jahrzehnt besonders stark ausgeprägt. 

Auch die Eigenschaften der einzelnen Grosswetterlagen haben sich verändert. Im Einflussbereich der Hochdruckgebiete haben die durchschnittlichen Temperaturen deutlich zugenommen, während Tiefdruckgebiete heutzutage für deutlich niedrigere Temperaturen sorgen als früher.

Die wahrscheinlichste Ursache für all diese Veränderungen ist der vom Menschen durch vermehrte Treibhausgasemissionen verursachte Klimawandel. Allerdings besteht die entfernte Möglichkeit, dass es einen natürlichen, Jahrhunderte währenden Zyklus gibt, von dem die gewonnenen  Wetterdaten nur einen kleinen Teil erfassen. Konkrete Hinweise auf einen solchen Zyklus  gibt es aber keine.

Nach Ende des Vortrages unterbreitete ich dem Referenten noch eine eigene Erklärung für den Trend zu niedrigeren Temperaturen in Tiefdruckgebieten: Durch die globale Erwärmung erhöht sich die Wachstumsrate der Wassertropfen in den (Quell)Wolken der Tiefdruckgebiete, so dass mehr Regen fällt. Dadurch gelangt aber auch weniger Feuchigkeit in (grosse) Höhen, wo sich Eiswolken (Cirren) bilden können. Infolgedessen nimmt der relative Abteil der  tiefen Wasserwolken zu den hohen Eiswolken zu. Beide Wolkenarten unterscheiden sich in ihrer Wirkung auf die Temperatur. Die relativ niedrigen Wasserwolken reflektieren das Sonnenlicht fast vollständig und wirken daher abkühlend. Hohe Eiswolken lassen jedoch einerseits das meiste Sonnenlicht hindurch, absorbieren aber andererseits sehr effektiv die vom Erdboden ausgehende Infrarotstrahlung, um dann einen beachtlichen Anteil als infrarote Gegenstrahlung wieder zurückzuschicken. Sie wirken daher insgesamt erwärmend. 

Jens Christian Heuer

Die Erklärungen zu den Grosswetterlagen stammen nicht vom Referenten, sondern wurden von mir zum besseren Verständnis hinzugefügt! Mehr über Hochs, Tiefs, Hochkeile und Höhentröge usw. hier.

Fortsetzung folgt!

Kategorien:Veranstaltungen

Extremwetterkongress 2009 I

In der Seestadt Bremerhaven hat am 19. Februar 2009 der 4.Extremwetterkongress begonnen. Veranstaltungsort ist das noch im Bau befindliche Klimahaus nahe dem Stadtzentrum am Alten Hafen. Auf dem Extremwetterkongress informieren Wissenschaftler die Öffentlichkeit über die neuesten Forschungsergebnisse aus dem Bereich Wetter und Klima. Daneben gibt es noch eine Ausstellung mit zahlreichen Messeständen, wo sich Wetterdienste, Firmen und andere mit dem Thema Wetter und Klima befasste Organisationen präsentieren können. Dort bieten sich auch viele Gelegenheiten zu netten Begegnungen und anregenden Gedankenaustausch unter den zahlreichen Wetter- und Klimainteressierten.

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Vortragsraum im Forum des Klimahauses Quelle: WetterJournal

Alle 3 Veranstaltungstage bieten ein umfangreiches Vortragsprogramm. Über eine kleine Auswahl der aus meiner Sicht interessantesten Vorträge, (soweit ich Gelegenheit hatte sie zu besuchen) möchte ich hier zusammenfassend berichten:  

Die Bedeutung der Ozeane für das Klima und bei der Enstehung extremer Wetterphänomene Referent: Prof. Dr. Mojib Latif

Die globale Erwärmung schreitet voran. Innerhalb der letzten 100 Jahre ist es weltweit gesehen um 0,7°C wärmer geworden. Doch die Kurve der globalen Durchschnittstemperatur zeigt über die Jahre gesehen keine konstante Zunahme, sondern deutliche Schwankungen, die auf natürliche Ursachen zurückgehen.

Vorübergehend wird es  sogar immer wieder einmal zwischendurch kälter, doch auf längere Sicht weist der Trend eindeutig nach oben. Dabei ist die Erwärmung in höheren Breiten eindeutig ausgeprägter als in niedrigen Breiten. Denn mit dem Abschmelzen des arktischen Meereises wird die darunter liegende dunkle Wasseroberfläche frei, welche die Sonnenstrahlung wesentlich besser absorbiert, wodurch sich die weitere Erwärmung beschleunigt und noch mehr Eis schmilzt usw. (positive Eis-Albedo-Rückkopplung).

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Die globale Durchschnittstemperatur nimmt nicht überall gleichmässig zu. Auf kurze Sicht gesehen kann es global gesehen sogar vorübergehend kälter werden. Auf lange Sicht gesehen steigt die globale Durchschnittstemperatur jedoch trotz einiger natürlicher Schwankungen immer weiter an. Quelle: http://data.giss.nasa.gov/gistemp/2008/

Die natürlichen Schwankungen der globalen Durchschnittstemperatur gehen vor allem auf Veränderungen bei den Meeresströmungen zurück. Neben dem ENSO Phänomen (Zeitskala einige Jahre), das auf einer Instabilität der Passatwinde im Pazifik beruht, ist es die veränderliche Stärke des Golfstromes (Zeitskala einige Jahrzehnte!), die einen erheblichen Einfluss auf die globale Durchschnittstemperatur ausübt. Dabei wird der Nordatlantik wärmer und der Südatlantik kälter oder genau umgekehrt.

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ENSO: Sehr starke Passatwinde treiben das warme pazifische Oberflächenwasser westwärts, wodurch an den Westküsten Nord- und Südamerikas kaltes, nährstoffreiches Tiefenwasser hervorquillt und der Pazifik in weiten Bereichen kühler wird (La Nina). Sinkt aufgrund  veränderter Meeresströmungen der Druckgradient zwischen Subtropenhochs und dem äquatorialen Wärmetief der Innertropischen Konvergenzzone (ITCZ) im Westpazifik, so werden die Passate schwächer. Dann  strömt das im Westpazifik aufgestaute warme Oberflächenwasser nach Osten zurück, wodurch die Wasseroberfläche des Pazifik grossflächig wärmer wird (El Nino). Quelle: http://www.soest.hawaii.edu/MET/Enso/

Insgesamt gesehen schwankt die Globaltemperatur um bis zu 0,24°C (auf der Nordhalbkugel allein sogar um 0,39°C!). Ein verstärkter Golfstrom ist für etwa 1/5 der beobachteten globalen Erwärmung verantwortlich. Der Hauptanteil geht also eindeutig auf die Treibhausgasemissionen des Menschen zurück.

Latif beschrieb dann noch einmal kurz die langfristig schwerwiegenden Folgen des globalen Klimawandels: Meeresspiegelanstieg durch (teilweises)Abschmelzen des Grönlandeises (bei vollständigem Abschmelzen ca. 7 m Meeresspiegelanstieg), Zunahme von Extremwetterereignissen (Dürre, Starkregen usw.), Destabilisierung der Methanhydrate an den Kontinentalabhängen mit massiver Freisetzung von Methangas (und dementsprechend verstärktem Treibhauseffekt), aber auch Erwärmung und Versauerung der Ozeane, wodurch diese irgendwann als Kohlenstoffsenke ausfallen werden (geringere Löslichkeit von CO2 in warmem Wasser, Zerstörung der Kalkskelette zahlreicher Algenarten, die Photosynthese betreiben und dafür CO2 binden).

Eine Reduktion von Treibhausgasen  kann nur durch internationale Zusammenarbeit gelingen, genauso wie es sie zurzeit bei der Bekämpfung der Weltwirtschaftskrise schon gibt. Bei der Frage, was zu tun sei, dürfe es keine Denktabus geben meinte Latif. Er sei recht optimistisch, das der Menschheit eine Lösung des Klimaproblems gelingen werde.

Zum Schluss wurde noch kurz diskutiert. Auf meine Frage , ob nicht auch die Sonne ein massgeblicher Einflussfaktor auf das globale Klima sei und somit vielleicht auch mitverantwortlich für die leichte Abkühlung der letzten Jahre (seit 2003 ist die Zahl der Sonnenflecken, ein Mass für die Sonnenaktivität deutlich zurückgegangen und seit ein paar Monaten erscheinen praktisch keine mehr!) antwortete Latif, die veränderliche Sonne habe im Vergleich zu den Treibhausgasen nur eine äusserst geringe Wirkung auf das globale Klima.

Eine erstaunliche Aussage, brachte doch z.B. das Maunder-Minimum (mit einer äusserst geringen Sonnenfleckenzahl!) in den Jahren 1645-1715 immerhin eine „Kleine Eiszeit“ zustande, wodurch sich damals die allgemeinen Lebensbedingungen dramatisch verschlechterten!

Klimaforschung und Öffentlichkeit   Referent: Prof. Dr. Hans von Storch

Klimawandel ist ein gesellschaftliches Konstrukt, da niemand den Klimawandel, welcher sich im Laufe von Jahrzehnten und Jahrhunderten abspielt, direkt erfahren kann. Dieses Konstrukt hat 2 Seiten:

Eine wissenschaftliche Seite mit einer objektiven Analyse von Beobachtungen (und Daten) und ihrer Interpretation durch Theorien, aber auch eine kulturelle Seite, welche durch öffentlichen Medien (Presse, Rundfunkt, Fernsehen, Internet) beherrscht und vermittelt wird.

Dabei ist die kulturelle Seite oft wirkmächtiger: Wo die Wissenschaft von einem menschengemachten Klimawandel spricht, der durch eigene Anstrengungen (Reduktion der Treibhausgasemissionen) in einem gewissen Ausmass abgemildert werden, aber nicht vermieden werden kann, ist in den Medien einfach nur von der Klimakatastrophe die Rede. Wo die Wissenschaft schlicht und einfach feststellt, dass der Klimawandel uns bisher, entgegen der ursprünglichen Annahme,  keine stärkeren Stürme beschert hat, wird genau dies in der Öffentlichkeit immer wieder verbreitet und auch geglaubt!

Das Problem ist nicht die Uninformiertheit der Öffentlichkeit, sondern die Tatsache, dass die Wissenschaft auf dem „Markt der Erklärungen“ immer wieder mit vorwissenschaftlichen und tradierten Interpretationsmustern konfrontiert wird. So erscheint vielen die Klimakatastrophe als Bestrafung für einen zu anspruchsvollen („sündhaften“) Lebenswandel! Wissenschaftliche Fakten haben da oft keine Chance.

Das gegenwärtige Klima ändert sich eindeutig aufgrund des vermehrten Eintrages von Treibhausgasen in die Atmosphäre durch den Menschen. Der Klimawandel ist zuerst anhand der weltweit ansteigenden Temperaturen feststellbar, wird sich in diesem Jahrhundert aber verstärkt durch Veränderungen im Wasserkreislauf (verstärkte Dürreperioden einerseits,vermehrter Starkregen andererseits) bemerkbar machen. Der Klimawandel beeinflusst tiefgreifend die Gesellschaft und die Ökosysteme.

Der Mensch hat grundsätzlich 2 Möglichkeiten zu reagieren:

1. Vermeidungsstrategie; also alle nur denkbaren Anstrengungen (Reduktion der Treibhausgasemissionen durch effizientere Energienutzung, Nutzung nichtfossiler Energiequellen usw.) unternehmen, um den Klimawandel zu abzumildern oder im günstigsten Falle ganz zu stoppen.

2. Anpassungsstrategie; also Anstrengungen unternehmen, um die negativen Auswirkungen des Klimawandels zu begrenzen (z.B. Deichausbau bei drohendem Meeresspiegelanstieg).

Am Besten erscheint ein Mix beider Strategien: Eine Vermeidungsstrategie, soweit wirtschaftlich und politisch vertretbar; darüber hinaus aber Anpassung an den an sich unvermeidbaren Klimawandel! Ansonsten drohen wesentlich akutere Probleme (Armut, Hunger), als der zukünftige Klimawandel aus dem Blick zu geraten. Während man sich z.B. um die Sturmflutopfer (Meeresspiegelanstieg) von morgen sorgt, werden die von heute aber vergessen (Überschwemmungen in Bangladesh)!

All diese Fragen gehören auch in den Aufgabenbereich der sogenannten Klimabüros, auf die von Storch dann noch zum Ende seines Vortrages näher einging. Sie sollen die Kommunikation zwischen Wissenschaft und Öffentlichkeit in Sachen Klimawandel verbessern und die politische Entscheidungsfindung auch und gerade auf regionaler Ebene erleichtern.

Jens Christian Heuer

Fortsetzung folgt!

Wetterlage 17.Februar 2009 – Kaltluft aus dem Norden

Der Winter bleibt uns vorerst erhalten und es wird sogar noch kälter in Deutschland. In den letzten Tagen war es vor allem im Westen zunächst etwas milder geworden. Verantwortlich dafür war die nordwestliche Höhenluftströmung des Hochkeils, welche etwas angewärmte Atlantikluft nach Westeuropa brachte.

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Wetterlage am 15. Februar 2009 06.00 Uhr UTC  Die Höhenströmung des Hochkeils läuft über dem Atlantik bevor sie dann aus nordwestlicher Richtung nach Westeuropa gelangt. Das führt dort zu eher milden Temperaturen. Quelle: http://www.wetter3.de/ Zur Interpretation der Höhenkarten siehe hier

Ganz langsam verlagern sich die Rossby-Wellen (mit Hochkeilen und Höhentrögen) der Höhenluftströmung  (Jetstream) aber nach Osten. Das hat zur Folge, dass die Höhenströmung zunehmend aus mehr nördlicher Richtung zu uns kommt,mit polarer Kaltluft im Gepäck.  

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Wetterlage am 7. Februar 2009 12.00 Uhr UTC  Die Höhenströmung des Hochkeils kommt nun direkt aus dem Norden und führt polare Kaltluft heran. Quelle: http://www.wetter3.de/

Die Temperaturen gehen deutlich zurück. In der Nacht sind dann sogar zweistellige Minusgrade möglich.

Trotz alledem ist die Grosswetterlage noch recht stabil, da sich Hochkeile und Höhentröge ja nur langsam fortbewegen, was wiederum mit der niedrigen Rossby-Wellenzahl von 4 zusammenhängt. Bei höheren Wellenzahlen bewegen sich die Hochkeile und Tröge schneller und das Wetter wird dementsprechend wechselhafter.

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Wetterlage am 17. Februar 2009 12.00 Uhr UTC  Bei einer Wellenzahl von 4 wandern die Rossby-Wellen in der Höhenströmung (Jetstream) nur langsam ostwärts. Die Grosswetterlage ist daher relativ stabil. Quelle: http://www.wetter3.de/

Der Winter wird wegen dieses schon viele Wochen vorherrschenden Schwingungsmusters im Jetstream wohl noch eine ganze Weile anhalten.

Zum Schluss noch ein Blick auf das passende Infrarotbild des europäischen Wettersatelliten Meteosat von heute:

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Wetterlage am 17. Februar 2009 12.00 Uhr UTC.  Die von Norden heranströmende Luft staut sich vor den Alpen und wird gehoben, wobei sie weiter abkühlt. Die dadurch ausgelöste Wolkenbildung am Nordrand der Alpen ist gut zu erkennen. Die Wolken südlich der Alpen gehören zu einem Leetief. Zur Interpretation einer schwarzweissen Infrarotaufnahme siehe hier . Quelle: http://www.wetter3.de/

Die von Norden heranströmende Kaltluft staut sich an der windzugewandten Nordseite der Alpen (der Luvseite)  und wird zum Aufsteigen gezwungen. Dabei kühlt die Luft noch weiter ab, so dass starke Wolkenbildung mit z.T. ergiebigen Schneefällen einsetzt.

Die Wolken südlich der Alpen rühren von einem sogenannten Leetief her. Durch die Alpen wird der Strömungsquerschnitt für die von Norden in der Höhe heranströmende Luft verringert. Dadurch nimmt die  Strömungsgeschwindigkeit der Luft bei gleichzeitigem Druckabfall zu (Gesetz von Bernoulli). Auf der windabgewandten Südseite der Alpen, der Leeseite, bildet sich dann unter dem Einfluss der Erdrotation ein aufwärtsgerichteter Tiefdruckwirbel, das Leetief (mehr über Tiefdruckgebiete hier).

Jens Christian Heuer

Kategorien:Wetter

Warum wieder richtige Winter?

Der Winter in Europa kann sich im Gegensatz zu vielen vorhergehenden sehen lassen. Konstant tiefe Temperaturen unter dem Gefrierpunkt, immer wieder polare Kaltluftvorstösse und beachtliche Schneemengen. Aber nicht nur in Europa! Auch Nordamerika und Nordchina erlebten rekordverdächtige Wintereinbrüche. Ebenso im Nahen Osten, ja sogar in Dubai, wo es bisher nicht einmal ein Wort für Schnee gab! Der Winter 2007/2008 verlief in Westeuropa zwar relativ milde, andernorts aber gab es rekordverdächtige Minustemperaturen und Schneefälle: Wiederum in den USA und China, aber auch in Ost- und Teilen Südeuropas, im Nahen Osten und Zentralasien (Afghanistan, Pakistan), ja sogar in Indien. So etwas hatte es  schon lange nicht mehr gegeben und jetzt gleich zweimal hintereinander!? Es könnte natürlich einfach nur eine Laune der Natur sein, das Wetter ist schliesslich immer für eine Überraschung gut. Es gibt meines Erachtens aber noch zwei andere Erklärungsmöglichkeiten:

1. Ein Nachlassen des Golfstroms (infolge der massiven Eisschmelze in der Arktis?) würde das Islandtief  schwächen, da dieses weniger latente Wärme durch verdunstendes Wasser zugeführt bekäme. Die Folgewäre ein veringerter Druckgradient zwischen Islandtief und Azorenhoch.

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Der Golfstrom: Das nach Norden strömende Wasser gibt seine in den Tropen aufgenommene Wärme allmählich an Luftmassen darüber ab. Mit den von der Westdrift nach Osten ziehenden Tiefdruckgebieten gelangt die Wärme nach Europa und sorgt dort für ein mildes Klima. Das Wasser wird unterdessen durch Verdunstung immer salzhaltiger. Mit abnehmender Temperatur und zunehmenden Salzgehalt nimmt die Dichte des Wassers zu, bis es südlich von Grönland und bei Island abzusinken beginnt. Als kalte Tiefenwasserströmung gelangt es dann wieder zurück in die Tropen. Dieser Wasserkreislauf ist also thermohalin (Temperatur- und Salzgehalt betreffend). Durch zunehmenden Eintrag von Schmelzwasser infolge der Eisschmelze in der Arktis nimmt dort der Salzgehalt des Golfstroms ab, und der Wasserkreislauf  kommt ins Stocken. Quelle: Spiegel Online

Beide Druckgebilde verstärken aber normalerweise die Polarfront, indem sie polare Kaltluft und (sub)tropische Warmluft heranführen und treiben den Jetstream an. Mit einem Nachlassen des Golfstromes müsste also auch der Jetstream schwächer werden. Ein schwächerer Jetstream würde aber stärker mäandern und die polare Kaltluft nicht mehr so gut einschliessen, und die Nordatlantische Oszillation (NAO), eine Klimaschaukel über dem Atlantik, würde so ganz überwiegend in ihrer negativen Phase verharren. Die Folge: Spektakulären Wintereinbrüche, wie wir sie in letzter Zeit auch immer öfter erleben. Das diese Wintereinbrüche oft auch fernab des Golfstromes in Asien stattfanden muss nicht unbedingt gegen die Möglichkeit eines Nachlassens des Golfstromes sprechen, wenn man annimmt, dass sich das veränderte Schwingungsmuster des Jetstreams um die gesamte Nordhalbkugel herum fortpflanzt und ohnehin über den schneller auskühlenden Landmassen Kaltluftvorstösse sowieso leichter stattfinden. Tatsächlich wurde im Zusammenhang mit der jüngsten Reise des Forschungsschiffes  Maria S. Merian unter der Leitung von Monika Rhein, Bremen von einem 70%igen Rückgang der Tiefenwasserbildung im Nordatlantik seit 1997 berichtet (http://www.merian.de/Lounge/magazin/unsereerde.php). 

Die zwei Phasen der Nordatlantischen Oszillation (NAO): In der positiven Phase der Nordatlantischen Oszillation (NAO +) treiben ein kräftiges Islandtief und Azorenhoch dementsprechend stark den Jetstream an, der deswegen auch nur wenig mäandert. Es bilden sich zahlreiche und kräftige Sturmtiefs, die mit einer starken Westdrift Nord-, West- und Mitteleuropa erreichen und unter ihren Zugbahnen für ein mildes, feuchtes, aber auch wechselhaftes Wetter sorgen. Die Luftzirkulation ist also zonal. Nur einige wenige Sturmtiefs erreichen den Mittelmeerraum, wo es ansonsten trocken bleibt. Aus dem starken Azorenhoch als Bestandteil des subtropischen Hochdruckgürtels wehen kräftige Nordostpassate. Diese erzeugen im Atlantik eine Meeresströmung, die an der westafrikanischen Küste kaltes Tiefenwasser hervorquellen lässt. Dadurch sinken wiederum die Temperaturen des Oberflächenwassers im Atlantik und damit entstehen hier auch weniger tropische Wirbelstürme. Der starke, nur schwach mäandernde Jetstream schliesst die polare Kaltluft wie eine Mauer ein, so dass Kaltluftvorstöße in den Süden  selten vorkommen. In der negativen Phase der Nordatlantischen Oszillation (NAO -) sind Islandtief und Azorenhoch dagegen nur schwach ausgeprägt. Der Jetstream mäandert deutlich stärker und bringt daher nur relativ wenige und im Durchschnitt auch schwächere Sturmtiefs hervor. Die Westdrift bricht immer wieder zusammen. Durch die dabei entstehenden blockierenden Hochs (Hochdruckblockade) werden immer wieder Sturmtiefs in den Mittelmeerraum umgelenkt. Dort wird es nun deutlich feuchter, während es in West- und Mitteleuropa eher trocken bleibt. Besonders im Winter kommt es immer wieder zu Kaltluftausbrüchen, da der  schwache Jetstream die polare Kaltluft nicht mehr so gut einschliesst. Umgekehrt führen Warmluftvorstösse in den Norden aber auch immer wieder zu relativ milden Temperaturen, etwa in Grönland. Das Zirkulationsmuster ist meridional. Die Nordostpassate bleiben schwach und damit steigen auch die Wassertemperaturen vor der westafrikanischen Küste. Das begünstigt wiederum die Entstehung tropischer Wirbelstürme. Quelle: http://airmap.unh.edu/

2. Es gibt jedoch noch eine zweite Möglichkeit: Seit 2003 hat die Sonnenaktivität deutlich nachgelassen, ablesbar an der immer weiter abnehmenden Anzahl der Sonnenflecken. Seit einigen Monaten sind sogar praktisch überhaupt keine neuen Sonnenflecken mehr aufgetaucht, obwohl der Beginn des neuen Sonnenfleckenzyklus eigentlich schon überfällig ist. Eine verminderte Sonneneinstrahlung bedeutet einerseits eine verminderte Ozonbildung in der Stratosphäre, andererseits aber auch eine schwächere Hadley und Brewer-Dobson-Zirkulation. Beide Effekte führen zu weniger Ozon in der Stratosphäre in den mittleren Breiten führt. Das ergibt eine kühlere Stratosphäre, die ja durch das Ozon, welches die für das Leben schädliche UV-Strahlung der Sonne absorbiert erwärmt wird.

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In den mittleren Breiten treffen tropische Warmluft und polare Kaltluft an den Polarfronten direkt aufeinander. Wegen des großen Temperaur- und Druckgradienten (unterschiedliche vertikale Ausdehnung von Warm- und Kaltluft, mit der Höhe zunehmend) entstehen unter dem Einfluss der Erdrotation starke, von West nach Ost gerichtete Höhenwinde (Jetstream). Aus Divergenzen (Konvergenzen) in der mehr oder weniger turbulenten Strömung eines Jetstreams entwickeln sich aufwärtsgerichtete (abwärtsgerichtete), dynamische Tiefdruckwirbel (Hochdruckwirbel). Beide Druckgebilde verwirbeln die tropische Warmluft und polare Kaltluft miteinander. Die Hochs bilden u.a. auch den subtropischen Hochdruckgürtel, in denen die absinkenden Luftmassen eine Wolkenbildung kaum zulassen (Wüstenklima der Subtropen). Im Bereich der Innertropischen Konvergenzzone (ITCZ) strömen die warmen Luftmassen aus den Subtropenhochs von Nord- und Südhalbkugel zusammen (Konvergenz). Durch Hebung kühlen die Luftmassen ab, und es kommt aufgrun der hohen Luftfeuchtigkeit der Tropen zu einer starken Wolkenbildung (moist cloudy regions). Wolken und Wasserdampf lassen hier nur relativ wenig Infrarotstrahlung vom (durch die Sonne) erhitzten Erdboden in den Weltraum entweichen (low outgoing longwave radiation). Über den Tropen erwärmt sich die Troposphäre wesentlich stärker als über den gemässigten Breiten oder gar den Polen. Daher liegt die Tropopause in einer deutlich größeren Höhe (high tropopause, low tropopause). Die von der Hadley-Zirkulation zwischen ITCZ und Subtropenhochs angetriebene Brewer-Dobson-Zirkulation befördert stratosphärisches Ozon von den Tropen (low ozone) in höhere Breiten (high ozone). Die Ozonkonzentration in der Stratosphäre über den Tropen ist daher gering und über den mittleren und höheren Breiten dagegen erhöht. Quelle: http://www.nature.com/

Die Folge: Der stratosphärische Temperaturgradient zwischen Polarregion und mittleren Breiten wird verringert und damit auch der Stratosphärenjetstream, der wiederum den Polarwirbel verstärkt. Da der Polarwirbel aber ein Antriebsmotor des troposphärischen Jetstreams ist wird dieser auch schwächer. (Der Polarwirbel ist ein kalter Tiefdruckwirbel über der Polarregion, der von der Stratosphäre bis hinab in die mittlere Troposphäre reicht, von dem Temperaturgradienten zwischen mittleren und höheren Breiten angetrieben wird und sich immer dann herausbildet, wenn die untere Stratosphäre über der Polarregion in der Polarnacht auskühlt.) Ein schwächerer und dann auch stärker mäandernder troposphärischer Jetstream lässt wiederum vermehrte Kaltluftausbrüche zu (meridionale Zirkulation, negativer NAO-Index, s.o.)!

Jens Christian Heuer