Arktisches Meereis Redner: Adin Halapic Motivation: Untersuchen der Wirkung des Klimawandels auf das arktische Meereis Literatur: IPCC Report 2013 Trends

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    06-Apr-2015

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<ul><li> Folie 1 </li> <li> Arktisches Meereis Redner: Adin Halapic Motivation: Untersuchen der Wirkung des Klimawandels auf das arktische Meereis Literatur: IPCC Report 2013 Trends in the sea ice cover using enhanced and compatible AMSR-E,SSM/I, and SMMR data by Josefino C. Comiso and Fumihiko Nishio </li> <li> Folie 2 </li> <li> Inhalt: 1. Beobachtung 1.1. Definitionen und Bedeutung fr Klima 1.2. Aktuelle Lage 1.3. Messmethoden mit Schwerpunkt Satellitenbeobachtung 1.4. Bisherige Entwicklung 2. Trend 2.1. Computermodelle 2.2. Probleme von przisen Vorhersagen 3. Fazit </li> <li> Folie 3 </li> <li> 1. Beobachtung </li> <li> Folie 4 </li> <li> 1.1. Definitionen und Bedeutung fr Klima Gehalt an Meereis ist Summe von eisbedecktem Meeresgebiet mit einem Eisanteil von mindestens 15% Da es aus Meerwasser besteht enthlt es auch Salz Salzgehalt sinkt je lter das Meereis und beeinflusst dessen Festigkeit und thermale/elektrische Eigenschaften (wichtig fr Fernerkundung) Man unterscheidet zwischen: -First Year Ice (junges Eis, das erst im Winter entsteht) -Perennial Ice ( bestndiges Eis, das auch Sommermonate berdauert) -Multiyear Ice ( mehrere Jahre altes, dickes Meereis) </li> <li> Folie 5 </li> <li> Bedeutung fr Klima und als kosystem: - ndert die Oberflchenalbedo - Wrmeisolierung fr den Ozean - verhindert den Austausch von Gasen (z.B. Wasserdampf, CO2) zwischen Ozean und Atmosphre - beeinflusst durch seinen Salzgehalt die Dichte des Ozeanwassers und dadurch die Zirkulation desselben - wichtiger Lebensraum von Tieren Es wird erwartet das Polarregionen die frhesten Signale des Klimawandels senden wegen ice albedo feedback </li> <li> Folie 6 </li> <li> 1.2. Aktuelle Lage Jahresgang des Arktischen Meereises Eisbedeckung im Arktischen Meer variiert im Jahresverlauf zwischen durchschnittlich: - 6x10^6 km^2 im Sommer und -15x 10 ^6 km^2 im Winter Maximale Ausdehnung im Februar/ Mrz Minimale Ausdehnung am Ende des Sommers im September Ausdehnung des arktischen Meereis durch umgebendes Land begrenzt </li> <li> Folie 7 </li> <li> 1.3. Messmethoden Es existieren verschiedene Methoden zur Messung der Ausdehnung und Dicke des arktischen Meereises: a) Regionale Beobachtung nahe am Ufer b) Sonarmessungen mit U-Booten / Bojen c) Elektromagnetische Soundingmessung aus der Luft und vom Boden d) Satellitenmessung Insbesondere soll hier auf Satellitenmessung eingegangen werden </li> <li> Folie 8 </li> <li> a) Regionale Beobachtung nahe am Ufer Langjhrige Beobachtungen (bei Hopen, Svaldbard u.a.) zeigten Rckgang vom Eisvolumen in Hhe von 11 cm /Jahrzehnt in der Barents See Region zwischen 1966-2007 Andererseits in anderen Regionen (Kara See, Ostsibirisches Meer u.a.) der Rckgang nicht so sehr erkennbar Keine verlsslichen Einschtzungen ber die ganze arktische Meerregion aber einige regionale nderungen die mehr oder weniger aussagekrftig sind </li> <li> Folie 9 </li> <li> b) Sonarmessungen mit U-Booten und Bojen Nach oben gerichtete Sonarmessung von U-Booten unter der jeweiligen Eisschicht zur Bestimmung der Eisdicke Auf die Eisdicke wird ber das Sonarsignal und eine fr diese Eisschicht typische Dichte geschlossen Dadurch erste Beweise fr Rckgang der Eisbedeckung im gesamten Arktischen Meer Resultate der Messung: - Rckgang der Eisdicke in allen durch Messung abgedeckten Gebieten (unterschiedlich stark) - Im Vergleich zu Messungen zwischen 1958-1977 ist Eisdicke um 42% zurckgegangen </li> <li> Folie 10 </li> <li> EM-Soundingmessung aus der Luft und vom Boden Misst Distanz zwischen einem am Boden oder in der Luft befindlichen Messgert und der Eis-Wasser Grenzlinie Messunsicherheit liegt bei ca. 0,1 m Methode in Zeit und Raum beschrnkt aber liefert regionale Sicht Resultate von wiederholt ausgefhrten Messungen zeigten: - erhebliche Verdnnung des Meereises in der transpolaren Driftzone (Fram Strae), daraus resultierende Zunahme der Driftgeschwindigkeit - Starker Rckgang der mittleren Eisdicke - Rckgang in den letzten Jahrzehnten beispiellos innerhalb der letzten 1450 Jahre </li> <li> Folie 11 </li> <li> d) Satellitenmessung Vor allem Erkenntnisse ber Eiskonzentration C 1 Unter C 1 versteht man den Anteil von Meereis im Sichtfeld des Sensors Ermittelt durch folgende Gleichung: T b = T 1 C 1 + T 0 (1-C 1 ) mit Tb: gemessene Helligkeitstemperatur, T 1 und T 0 jeweilige Helligkeitstemperaturen von Meereis und Meerwasser Jeweilige Emissivitt und Temperatur von Wasser und Eis nicht einzigartig; rumliche und temporre Schwankungen Problematisch neue Modelle mit alten in Trend einzubinden, da unterschiedliche Sensoren Daher z.B. Umrechnung von SSM/I auf AMSR-E: T b (SSM/I)=a+ b T b (AMSR-E) </li> <li> Folie 12 </li> <li> Karten fr tgliche Messung der Eiskonzentration im Winter a) mit AMSR-E, b) mit SSM/I </li> <li> Folie 13 </li> <li> Unterschiede der beiden Methoden </li> <li> Folie 14 </li> <li> Lsungsansatz zur Unterscheidung zwischen Meer und Eis bei AMSR-E Multichannel Messungen der Helligkeitstemperatur (TB) mit vertikaler(V) und horizontaler(H) Polarisierung bei 19-, 22- und 33-GHz a) und b) zeigen Scatterplots von TB (19,V) und TB (22,V)- TB (19,V) Graue Werte zwischen O und W Daten von Meerwasser unter allen Wetterbedingungen Schwarze Werte zeigen Daten von eisbedecktem Ozean </li> <li> Folie 15 </li> <li> Vergleich mit MODIS bei Ermittlung der Eisrnder </li> <li> Folie 16 </li> <li> Dieselbe Aufnahme mit Darstellung durch AMRS-E in a) und SSM/I in b) </li> <li> Folie 17 </li> <li> Vergleich der drei Methoden MODIS: niedrige Werte im Meerwasser Bei Eisgrenze ansteigend zu viel hheren Werten im Packeis (ein paar Schwankungen im Packeis kommen von der Variabilitt der Albedo von geschmolzener Oberflche (29.6.04)) AMSR-E viel nher an Darstellung der Eisgrenze von MODIS </li> <li> Folie 18 </li> <li> Probleme bei Satellitenfernerkundung von Meereis Man bentigt mehrere Kanle, da unterschiedliche Eigenschaften, je nach Zusammensetzung des Eises Hohe Auflsung zur Ermittlung der Eisrnder ntig Unterscheidung zwischen Eis und offenem Meer schwierig, vor allem bei Unwettern Probleme bei Einbindung neuer Fernerkundungsmethoden mit lteren Werten in einem sinnvollen Trend </li> <li> Folie 19 </li> <li> 1.4. Bisherige Entwicklung </li> <li> Folie 20 </li> <li> Trends auf einen Blick </li> <li> Folie 21 </li> <li> Bisherige Entwicklung in Zahlen Seit Beginn der Satellitenfernerkundung stetiger Rckgang der Ausdehnung des arktischen Meereises festgestellt der zwischen 3,5-4,1%/ Jahrzehnt liegt Noch grerer Rckgang an perennial ice (also minimale Ausdehnung im Sommer) zwischen 11-16%/ Jahrzehnt Ebenso Rckgang in der Dicke des Meereises; 1980 noch eine Dicke des Eises im Winter von durchschnittlich 3,64m, 2008 gemessener durchschnittlicher Rckgang um 1,8m (zwischen 1,3-2,3m) Wiedergewinnung an Dicke wrde mehrere Jahre dauern aber Entwicklung negativ Zunahme der Lnge der Schmelzperiode von 6 Tage/ Jahrzehnt </li> <li> Folie 22 </li> <li> Grnde fr diese Entwicklung Fr diese Entwicklung sind mehrere Grnde zu nennen: a) Erderwrmung b) Drift c) Arctic Amplification </li> <li> Folie 23 </li> <li> a) Erderwrmung </li> <li> Folie 24 </li> <li> b) Drift Beeinflusst lokale, regionale und beckenweite Verteilung der Eisdicke Anstieg in Geschwindigkeit um 17 (+- 4,5) % / Jahrzehnt im Sommer und 8,5 (+- 2%) im Winter Nicht nur Anzeichen sondern auch Grund fr Abnahme des arktischen Meereises Bis zu 10%/Jahr mit Eis bedeckten Bereich exportiert </li> <li> Folie 25 </li> <li> c) Arctic Amplification Arktis ist sehr empfindlich gegenber globalem Anstieg der Temperatur Es stellt sich ein sich selbst verstrkender Effekt ein der zum Rckgang des arktischen Meereises fhrt: - durch globalen Anstieg der Temperaturen geht Eis mehr zurck - Sinken der Albedo - Zunahme der Flche mit eisfreiem Meerwasser - Wasser hat hohe Wrmekapazitt ( Wrmespeicher) Daher Verlngerung der eisfreien Zeit </li> <li> Folie 26 </li> <li> 2. Trend </li> <li> Folie 27 </li> <li> 2.1. Computermodelle Zur Beurteilung der Entwicklung des Meereises Informationen ber unterschiedliche Gren relevant Verlsslichste dieser Gren zur Beurteilung ist Ausdehnung des Meereises (aber nicht ohne Einschrnkung) Computermodelle deshalb mit Multimodel Ensembles dargestellt frher CMIP3 und aktuell CMIP5 CMIP5 hat bei Simulation der Ausdehnung des arktischen Meereises einen mittleren Fehler &lt; 10% der durch Beobachtung gewonnenen Daten fr jeden Monat </li> <li> Folie 28 </li> <li> Darstellung der Meereisausdehnung mit verschiedenen Modellen </li> <li> Folie 29 </li> <li> Darstellung der Ausdehnung der Meereises zwischen 1900-2012 </li> <li> Folie 30 </li> <li> Trend durch Computermodelle Bis zu 90% der CMIP5 Modelle sagen ein beinahe eisfreies arktisches Meer bis sptestens September im Jahr 2100 vorher Beinahe eisfrei bedeutet: Ausdehnung des Eises hchstens 1x10^6 km^2 fr mindestens 5 aufeinanderfolgende Jahre Allerdings groe Breite der Vorhersagen ber Gre des Rckgangs fr das Ende des 21. Jahrhunderts fr: - Februar: RCP2.6 29%; RCP8.5 73% - September: RCP2.6 54%; RCP8.5 96% Kurzfristige Auswirkungen sind ebenfalls vorhergesagt bei einigen Modellen (z.B. bei linearer Extrapolation eine eisfreie Periode bereits im Jahr 2016) </li> <li> Folie 31 </li> <li> CMIP5 Trend fr Februar </li> <li> Folie 32 </li> <li> CMIP5 Trend fr September </li> <li> Folie 33 </li> <li> 2.2 Probleme von przisen Vorhersagen Verteilung von Meereis auf Nordhalbkugel im Februar(links) und September(rechts) Jeder Punkt gibt an wie viele Modelle Eiskonzentration von mind. 15% anzeigen Rote Linie ist Begrenzung von Meereis aus Beobachtung </li> <li> Folie 34 </li> <li> Schwierigkeiten bei prziser Vorhersage Darstellung der Ausdehnung im Mastab des arktischen Meeres annhernd korrekt jedoch bei regionaler Darstellung der Ausdehnung unbefriedigend Vorhersage der Entwicklung von Meereis eng gekoppelt mit Vorhersage der Entwicklung der Atmosphre Einige Modelle fehlerhaft z.B. CMIP3 (unterschtzen von Trend in September) und Verbesserung durch CMIP5 ( bessere Eis-Albedo Parametrisierung) Unsicherheiten in der Beobachtung Zeit der prziseren Aufzeichnungen (ab 1979) zu kurz um Daten fr ausreichend genaue Vorhersagen zu erhalten Natrliche Schwankungen in Entwicklung des Meereises </li> <li> Folie 35 </li> <li> Methoden zur Behebung bestimmter Probleme bei Vorhersage Beispiel: Massonet Methode Kreuze sind Mittelungen der jeweils gleichfarbigen Punkte Dicker schwarzer Strich entspricht Beobachtung Gestrichelte Schwarze Striche entsprechen natrlichen Schwankungen </li> <li> Folie 36 </li> <li> Resultat von Massonet </li> <li> Folie 37 </li> <li> 3. Fazit </li> <li> Folie 38 </li> <li> Zusammenfassung der Kernthesen Arktis wichtig fr Weltklima und als kosystem Arktisches Meereis reagiert sehr empfindlich auf global steigende Temperaturen wegen Effekten wie Arctic Amplification: -Rckgang der Albedo -Vergrerung der freien Wasserflchen -Verlngerung der eisfreien Zeit und der Schmelzperiode - Temperaturen in Arktis steigen schneller als irgendwo sonst Rckgang der Ausdehnung und Dicke des arktischen Meereises von vielen verschiedenen Messmethoden besttigt Der aus den Messdaten und Computermodellen abgeleitete Trend fr Ausdehnung und Volumen ist stetig sinkend Regeneration wrde mehrere Jahre bentigen Erstellen von przisen Vorhersagen gekoppelt an besseres physikalisches Verstndnis der atmosphrischen Vorgnge und deren Einbinden in Computermodelle </li> </ul>

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