Detlef Stammer IfM/ZMAW Universität Hamburg. Mit Beiträgen des IOC WCRP, GEOSS Workshop in Paris, Juni, 2006

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1 Institut für Meereskunde Meerespiegelanstieg Detlef Stammer IfM/ZMAW Universität Hamburg Mit Beiträgen des IOC WCRP, GEOSS Workshop in Paris, Juni, 2006

2 Motivation Im Jahre 2030 werden mindestens 30 Megacities in Küstennähe durch Änderungen im Meeresspiegel bedroht sein. Dicht besiedelte Regionen werden daher zunehmend anfällig für Meeresspiegelanstieg, aber auch für Subsidenz in Küstennähe. Ansteigender Meeresspiegel wird zu ansteigenden Sturmfluthöhen und Überschwemmungen beitragen. Ansteigender Meeresspiegel wird die Erosion von Küsten und den Transport von Sedimenten beeinflussen.

3 Zusammenfassung: Im 3. AR wurde der Anstieg des Meeresspiegels, global, auf 9-90 cm während des 21th Jahrhunderts abgeschätzt. Der 4. AR hat diese Abschätzungen auf cm konkretisiert. Die größten verbleibenden Unsicherheiten sind mit der Entwicklung von Eisschilden auf Grönland und in der Antarktis verbunden, sowie mit dem Wasserspeicher der Landhydrologie. Ein verbessertes Verständnis der momentanen Änderungen im Meeresspiegels (global und regional) werden wesentlich dazu beitragen, die verbleibenden Unsicherheiten in Projektionen (Faktor 2?) zu reduzieren. Dieses wir zur effektiveren Planung von Küstenschutz und Küstenmanagement führen. Um unsere Bevölkerung und Küsten besser schützen zu können, muss Deutschland seine Beteiligung an internationalen Beobachtungssystemen (Satelliten und in situ) systematisch aufrecht erhalten.

4 Regionale Variabilität t in historischen Gezeitenpegeldaten. Brest New York Honolulu Buenos-Aires 1900 Time 2000

5 Der momentane Status Satellitenaltimetrie belegt, zusammen mit Gezeitenpegeldaten, einen 3mm/a Anstieg im globalen Meeresspiegel seit Anfang 1990, im Vergleich zu <2mm/a über frühere Dekaden hinweg. Eine Unterteilung in natürliche und anthropogene Beiträge wurden bisher nicht quantifiziert. Ein beschleunigter Anstieg scheint jedoch wahrscheinlich. Etwa 50% des beobachteten globalen Anstieges kann auf eine Erhöhung des Wärmegehaltes des Ozeans zurückgeführt werden. Die andere Hälfte scheint vom Abschmelzen von Gletschern und Eisschilden herzurühren. Abschätzungen von Änderungen im terrestrischen Wasserspeicher und im Abschmelzen von Grönland verbleiben unsicher.

6 20. Jahrhundert Anstieg: 3.3 +/-0.4 mm/a Satellite Altimetrie Holgate and Woodworth, /- 0.3 mm/yr Church et al., 2004, 2006

7 Ursachen für f r globale Änderungen -Thermische Ausdehnung von Meerwasser durch Erwärmung. rmung. -Änderung der Masse von Meerwasser durch Austausch mit Gletschern, Landreservoiren. -Post-glaziale Krustenverformung. -Einfluss von anderen Faktoren, z. B. Vulkanen.

8 Meeresspiegel und Thermische Expansion ±0.3 mm/a Thermische Expansion ~ 0.4 ±0.1 mm/a : ±0.4 mm/a mm/a im Mittel : 1.5 ± 0.3 Levitus 1.3 mm/a Ishii 1.2 mm/a Willis 1.6 mm/a ARMOR 1.8 mm/a

9 Der Wasserkreislauf Precipitation Glaciers Lakes Snow Evaporation Transpiration Wetlands Soil wetness Ground waters Rivers Ocean Water Balance Equation dw / dt = P - E - R Summe Landwsserspeicher Precipitation Evapotranspiration Runoff

10 Beiträge zu SSH Änderungen ( ) Thermische Expansion 1. +/- 0.5 Landeis 1.1 +/- 0.6 Expansion plus Landeis 2.2 +/- 0.8? Satellitenaltimetrie 3.3 +/- 0.4

11 Ursachen für f r regionale Änderungen -Ausdehnung durch Erwärmung. rmung. -Änderung im Salzgehalt. -Umverteilung von Wassermassen. -Austausch von Wasser mit Gletschern und Landhydrologie. -Post-glaziale Mantelverformung. -Änderung im Atmosphärendruck. -Andere (Sturmfluten,...)

12 Gedächtniss der festen Erde > 1 mm/yr

13 Modell - Datenvergleiche und Synthesen. cm/a GECCO Modell ( ) Topex/Poseidon ( ) (Köhl et al., 2007)

14 Erkenntnisse aus Ozeansynthesen Grosse regionale Änderungen durch thermische und halosterische Beiträge. Beiträge ebenfalls von Massenumverteilungen. Wärmeumverteilung ist wichtiger als Wärmeaufnahme auf dekadischer Zeitskala. Wind ist primär verantwortlich für Umverteilung

15 Unsicherheiten. 1. Datenverteilung (südlicher und tiefe Ozean) 2. Datenverarbeitung 3. Kontinentaler Wasserspeicher. 4. Anthropogene Effekte (Dämme, Grundwasser, Bewässerung) 5. Balance von Eisschilden ist größte Unsicherheit in Projektionen.

16 Beiträge durch Eisschilde 1. Grönland Zwally et al. (2005) Krabill et al. (2004) Thomas et al. (2006) Vellicogna and Wahr (2005) Ramillien et al. (2006) Rignot & Kanagaratnam (2006) 0.3 +/ mm/a 2. Antarktis : «vermutlich nur wenig Wassenverlust.

17 Zunehmend Besorgnis über Stabilität und wesentlich höheren Anstieg im Meeresspiegel: Abschmelzen Eisdynamik

18 Verbleibende Fragen: Beschleunigter Meeresspiegelanstieg? Grund für nicht geschlossenes Budget im Meeresspiegel? Details im globalen und regionalen Antrieb von Änderungen. Wie realistisch sind Projektionen im Meerespeigelanstieg? Sind Fingerabdrücke von PGR und momentanem Eisabschmelzen in Daten zu finden?

19 20C AOGCM simulierter Meeresspiegel Vulkane (Krakatoa 1883; Agung 1963; El Chichon 1982) bedingen teilweise die streuung über 140 Simulationsjahre. PCMDI, modelling groups, J. Gregory

20 Vergleich mit Beobachtungen Ähnliche Trends (Obs.: 0.4±0.05mm/yr, AOGCMs 0.54±0.26 mm/yr), aber erhebliche Streung. PCMDI, modelling groups, J. Gregory

21 Anforderungen an Beobachtungssysteme Erhaltung bestehender Beobachtungsmöglichkeiten, besonders über dem Ozean: Meeresspiegel Ozeanvolumen Ocean und terrestrische Wasser- and Eismassen Topographie und Dicke von Eisschilden und Gletschern Erweiterung des Beobachtungssystems: Ozeanvolumen: ARGO Beobachtungen unter Eis und im tiefen Ozean Eisschilde: Nachfolge von bestehenden Satellitenmissionen Eisvolumen: InSar Missionen um Eisflüsse zu messen Wasserspiegel über Ozean und Land: neue wide-swath Technology

22 Nationale Zukunftsperspektiven ALTIMETRIE für r Meerespiegel Zeitserien des Meeresspiegels ARGO Thermische Expansion und Salz GRACE Landwasser (Klima und anthropogen) Massenbalance von Eisschilden Ozeanmasse und thermische Expansion. Swathaltimetrie Oberflächenwasser

23 Vielen Dank

24 Information über Änderungen im Meeresspiegel über Millennia Serpulid data Gezeitenpegel Archaeological Sea level (m) before present Coral data time (ka BP)

25 Residuum SSH Trend ( ) mm/yr

26 Ozeanreaktion auf Eisabschmelzen von Grönland Jahr 1 Jahr 10 Jahr 3 Jahr 30 Jahr 6 Jahr 50 (Stammer, 2007)

27 Ozeanreaktion auf Eisabschmelzen von Grönland Jahr 1 Jahr 10 TOPEX-Thermo-Steric Jahr 3 Jahr 30 Jahr 6 Jahr 50 (Stammer, 2007)

28 Sterische und beobachtete Trends ( ) Satelliten Altimetrie mm/yr Thermische Expansion

29 Grosser Bereich von AR3 Projektionen Church et al., 2001

30 Polare Eisschilde Precipitation Glaciers Lakes Snow Evaporation Transpiration Soil wetness Wetlands Ground waters Rivers 0.8 +/- 0.4 mm/a Ocean Water Balance Equation dw / dt = P - E - R Total land water storage Precipitation Evapotranspiration Runoff

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