Peter Lemke. Umweltphysik und Klimaforschung -Mit FS Polarstern in die Antarktis-

Transkript

1 Umweltphysik und Klimaforschung -Mit FS Polarstern in die Antarktis- Peter Lemke Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung Bremerhaven Institut für Umweltphysik Universität Bremen

2 Das multi-disziplinäre Klimaproblem Anthropogener Einfluss Wechselwirkung zwischen Klimakomponenten: Austausch von Wärme, Impuls, Masse!

3 Modelle für Atmosphäre und Ozean Zustandsvariablen: Temperatur T Salzgehalt, Feuchte S, q Druck p Strömung, Wind u, v, w 1. Massenerhaltung (Wasser,Luft): 1 Dρ = u ρ Dt 2. Massenerhaltung für Salz/Wasserdampf 3. Energieerhaltung Du Dt 4. Impulserhaltung (3): = 2Ω u p + g + F 1 ρ

4 Strahlungsbilanz Solarkonstante (Energieflußdichte) S = 1368 W/m 2 Energieaufnahme der Erde: Querschnitt S Absorption 2 πr S (1 α) α = Albedo = Reflektivität Wärmeabstrahlung der Erde: Oberfläche therm. Strahlung 2 4πr σt σ = Stefan-Boltzmann Konstante 4 thermisches Gleichgewicht: 2 π r ( 1 α) S = 4πr σt 2 4

5 Strahlungstemperatur 2 π r ( 1 α) S = 4πr σt 2 4 ( 1 α ) S = 4σT 4 T 4 ( 1 α) /(4σ ) = S Sonnenenergie Reflektivität

6 Venus Erde - Mars T 4 ( 1 α) /(4σ ) = S Venus: S v = 2623 Wm -2 α v = 0.77 Also: Erde: S e = 1368 Wm -2 α e = 0.3 Also: Mars: S m = 589 Wm -2 α m = 0.24 Also: T v = 227K = -46 C T e = 255K = -18 C Erde als Schwarzkörper (α es = 0) T es = 278,7K = 5,6 C T m = 211K = -62 C

7 Der Treibhauseffekt Solare Einstrahlung Langwellige Wärmeabstrahlung H 2 O CO 2 CH 4

8 Treibhauseffekt Atmosphäre ist durchlässig für solare Einstrahlung 2 πr S (1 α) Atmosphäre absorbiert einen Teil der thermischen Ausstrahlung β 4πr 2 σt 4 s

9 Treibhauseffekt Temperatur: T s = 4 S( 1 α) /( β4σ ) Venus: S v =2623Wm -2 α v = 0.77 β = (99,2%) Also: T vs = 760K = 487 C Tv = 227K = -46 C Erde: S e =1368Wm -2 α e = 0.3 β = 0.62 (38%) Also: T es = 287K = 15 C Te = 255K = -18 C

10 Waterworld: S ww = 1368Wm -2 α ww = 0.1 β = 0.62 Also: T ww = 306K = 32 C

11 Eisplanet Krypton S ep =1368Wm -2 α ep = 0.8 β = 0.62 Also: T ep = 210K = -63 C

12 Die Polargebiete Permafrost Eisschilde Meereis

13 Meereis-Ausdehnung NH Trend:-3.8% pro Dekade; SH Trend:+1.5% pro Dekade

14 ANT XXIX-6 (8 Juni-12 August, 2013)

15 Die Anreise München Bremen Kapstadt

16 ANT XXIX/6 (8. Juni-12. August, 2013)! Diskussion begann auf ANT XXIII/7 (2006); Polarstern-Antrag (2009)! Sept: Ökosystem ist schon aktiv, obwohl es noch Mittwinter ist, d.h. nicht die Temperatur ist der einschränkende Faktor, sondern das Licht.! Daher: Beginn in der Polarnacht im tiefen Süden, dann nordwärts der aufgehenden Sonne entgegen -> Frühlingserwachen! Beobachtungen der letzten Jahre: das Antarktische Meereis dehnt sich leicht aus. Warum??

17 ANT XXIX/6: Cruise Track Cape Town: 8 June Punta Arenas: 12Aug 15 June, 5(7)h 7 Aug, 8(10)h 10 July, 0(5)h

18 ANT X/4 (1992) ANT XXIX/6 (2013)

19 ANT XXIX/6 (8 Juni-12 August, 2013) Arbeitsgruppen 1. Meteorologie 2. Atm-Meereis-Ozean Chemie 3. Meereisphysik 4. Meereis Biogeochemie 5. Antarktische Copepoden 6. Ozeanographie 7. Akustische Ökologie

20 Polarstern in Kapstadt

21 Auslaufen aus Kapstadt (8. Juni 2013)

22

23 Sicherheitstraining

24 Gewöhnung an den Seegang SvN

25 Suche nach den wiss. Geräten

26 Roaring Fourties

27 Furious Fifties

28

29 Erste ozeanographische Station CTD Rosette Kranzwasserschöpfer Multi-Netz

30 Messungen der Eigenschaften des Meerwassers (T, S, )

31 Messungen der Eigenschaften des Meerwassers (T, S, )

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33 Screaming Sixties

34 Meereisgrenze: Pfannkucheneis

35 Seerauch

36 Probennahme auf dünnem Eis

37 Probennahme auf dünnem Eis

38

39 Erstjähriges Eis

40 Presseisrücken

41 Eisdickenmessungen

42 Eisdickenmessungen

43 Weiße Weite

44 Schönheit der Natur

45 Schönheit der Natur

46 Weiße Weite

47 Aurora Australis

48

49 Exciting Trip: Southernmost Position

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51 Die Scholle bricht!

52 Überquerung des Weddell Wirbels

53 Aufstellen von Driftbojen

54 Aufstellen von Driftbojen

55 Bojentrajektorien

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57 Eis-Station

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63 Schwerstarbeit bei Windstärke 11

64 Durchhalten bei Wind Chill -55 C

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67 Ridge Study

68 Eiskernmessungen

69

70 Arbeiten im Labor

71 Arbeiten im Labor

72 Minke whales

73 Minke whale

74 Seeleopard

75 Medizinischer Notfall

76 Wieder im Eis

77 Eis-Station

78 Schwerstarbeit

79 Frostblumen

80 Frostblumen

81 Die Ureinwohner

82 Invasion der Ureinwohner

83 Rückfahrt

84 Antarktis-Winterexpedition #

85 Langzeit-Temperaturmessungen Jun.2013# Dec.2012# Increase:#0.002 C#in#6#month# Mittlere Temperatur in der 200 m dicken Bodenschicht AWI Oceanography Group

86 Meereis (Verteilung 1992 vs. 2013) Sea ice thickness Snow depth Freeboard

87 Natürliche Skulpturen

88 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

89 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

90 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!