Tauwetter an den Polen

Transkript

1 Tauwetter an den Polen - Warum es auch uns betrifft! - Peter Lemke Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung Bremerhaven Institut für Umweltphysik Universität Bremen

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3 Bildzeitung August 2000 September 2003

4 Bildzeitung, 4. November 2004

5 Bildzeitung, 27. März 2008

6 Inhalt 1. Eigenschaften der Polargebiete 2. Gegenwärtige Änderungen 3. Blick in die Zukunft

7 Inhalt 1. Eigenschaften der Polargebiete 2. Gegenwärtige Änderungen 3. Blick in die Zukunft

8 Die Polargebiete Permafrost Eisschilde Meereis

9 Klimasystem Hohe Albedo Latente Wärme Plastisches Material Effektiver Deckel

10 Polargebiete Globales Klima Niedere Breiten sind Energie-Kollektoren Hohe Breiten sind Energie-Radiatoren Ausgleich durch Energietransport in Ozean und Atmosphäre Energietransport wird durch Temperaturgegensätze Äquator Pol gesteuert

11 Polargebiete Globales Klima Meereis ist eine wichtige Süßwasser-Quelle (Nord-Atlantik, Weddellmeer) und beeinflusst die globale ozeanische Tiefenzirkulation

12 Polargebiete Globales Klima Größte Erwärmung in CO 2 Klimaszenarien in Polargebieten (Oberflächen-Energiebilanz; Temperatur Eisalbedo Feedback)

13 Polargebiete Globales Klima Verstärkte Reaktion in Polargebieten GFDL model 12 IPCC AR4 models Erwärmung bei CO 2 Verdopplung mit konstanter Albedo (FA) und mit Eis-Albedo Feedback (VA) (Hall, 2004) Erwärmung bei CO 2 Verdopplung (Jahre 61-80) (Winton, 2006)

14 Inhalt 1. Eigenschaften der Polargebiete 2. Gegenwärtige Änderungen 3. Blick in die Zukunft

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16 Atmosphärische Gaskonzentrationen aus Eiskernen 387 Zeit (in 1000 Jahren vor heute) IPCC, AR4 (2007)

17 Atmosphärischer CO 2 -Gehalt: Mauna Loa ( ) Die Emissionsrate steigt weiter an.

18 Global gemittelte Temperaturen steigen deutlich an GISS Data

19 Meereis-Ausdehung NH Trend: -2.7% pro Dekade SH Trend: nicht signifikant

20 Temperaturen in den Polargebieten Trend (letzten 50 Jahre) T Arktis = 1,1 C T global = 0,6 C

21 Ozean-Temperaturen in der Fram-Straße 1997 Time (years) Depth: 250m Based on monthly means 2008

22 Atlantic Water (defined with T>2 C) temperature in Fram Strait, measured at the moored array and at repeated summer/autumn CTD sections

23 Arktische Meereis-Ausdehung im Sommer Rückgang Sommer-Minimum (-8% pro Dekade) Sept Aktualisiert Arktis eisfrei von IPCC im AR4 Sommer (2007)

24 Sommer Meereis-Minimum 2007

25 Gegenwärtige Meereisausdehnung in der Arktis 14 September 2010

26 Richter-Menge et al., 2008 (Arctic Report Card) Meereis-Trend in der Arktis Winter-Trend: -2.8% pro Dekade Sommer-Trend: -11.8% (-7.4% ) pro Dekade

27 Wie misst man die Dicke des Meereises? Bohren EM sounding U-Boote und verankerte ULS Rothrock et al. (2008) Central Arctic 1980: 3.42 m 2000: 2.29 m

28 EMI auf der Eisoberfläche Germany s smallest research vessel (the yellow one)

29 EMI auf der Eisoberfläche

30 Messungen der Meereisdicke EM bird

31 EM induction sea ice thickness sounding Z i = d EM d Laser (snow + ice) d EM d Laser Ice << Sea water

32 EM Meereis-Dickenprofile HEM-Bird Thickness Profiles and probability distribution (Arctis, 2001) AWI Meereis-Gruppe 6 km Dicken- Häufigkeitsverteilung

33 Tiksi Late Summer Transpolar Drift Ship-based Surveys Aircraft Surveys (2010) Barrow Sachs Harbor CFS Alert Station Nord Spring Longyearbyen Marginal Seas Land-based Surveys QuikScat backscatter image, April 10, 2009 (Source: Ifremer)

34 Variabilität der Meereisdicke im Transpolaren Driftstrom (1991, 1996, 1998, 2001, 2004 & 2007) Haas, 2004 Rabenstein, Hendricks,Leinweber, 2007

35 Courtesy: Stefan Hendricks

36 Meereis-Drift

37 Sea ice drift and deformation from SAR-imagery RADARSAT Geophysical Processor System. Due to a large swath width (~400 km) in ScanSAR mode, an image is obtained at least every 7. day (by courtesy of Ron Kwok).

38 Simulated Arctic Sea Ice in 2007

39 Beitrag von Gletschern zum Meeresspiegelanstieg seit Verstärkter Gletscherrückgang seit Beginn der 1990er Morteratsch Gletscher Massenverlust von Gletschern und Eiskappen: 0.37 ± 0.16 mm yr -1, ± 0.22 mm yr -1, Neu (2009): mm yr -1 Lemke et al. (2007) IPCC AR4, Chapter 4

40 Frozen ground is receding Active Layer Depth increases by 21 cm Area of seasonally frozen ground in NH has decreased by 7% from 1901 to 2002 Seasonal freeze depth decreases by 35 cm

41 Permafrost Temperatures Romanovsky et al., 2008 (Arctic Report Card)

42 Area Melted (km 2 ) Greenland Total Melt Area 2007 value exceeds last maximum by 10% E+07 Total Melt Area April - October E E E E E Year 1996 Konrad Steffen and Russell Huff, CIRES, University of Colorado at Boulder

43 Grönländischer Eisschild schrumpft Grönland gewinnt Masse im Inneren, aber verliert mehr am Rand Grönlands Massenverlust steigt durch Gletscherabfluss und Schmelzen Neu (2009): Verlustrate hat sich verdoppelt Lemke et al. (2007) IPCC AR4, Chapter 4

44 Antarktischer Eisschild schrumpft Antarktischer Eisschild verliert Masse durch verstärkten Gletscherabfluss Neu (2009): Verlustrate hat sich verdoppelt Lemke et al. (2007) IPCC AR4, Chapter 4

45 Beitrag des Eises zum Anstieg des Meeresspiegels 1.2 ± 0.4 mm/jahr 31 cm/100 Jahre Neue Daten zur Eisschmelze: ~2.0 mm/jahr IPCC AR4

46 Änderungen des Meeresspiegels Letzte Eiszeit Letzte Warmzeit mit höherem Meeresspiegel als heute, bei Temperaturen wie wir sie 2100 erwarten Anstieg bis zu 4m pro Jahrhundert Unsere Zivilisation entwickelte sich an der Küste in Zeiten mit relativ konstantem Meeresspiegel Church et al

47 Inhalt 1. Eigenschaften der Polargebiete 2. Gegenwärtige Änderungen 3. Blick in die Zukunft

48 Modelle für Atmosphäre und Ozean Zustandsvariablen: Temperatur T Salzgehalt, Feuchte S, q Druck p Strömung, Wind u, v, w 1. Massenerhaltung (Wasser,Luft): 1 D u Dt 2. Massenerhaltung für Salz/Wasserdampf 3. Energieerhaltung 4. Impulserhaltung (3): Zweites Newton sche Gesetz Kraft=Masse x Beschleunigung Du Dt 2 u 1 p g F

49 Klimasimulationen mit anthropogenen Treibhausgas-Emissionen Erwärmung der letzten 50 Jahre ist durch den Menschen verursacht. ohne anthropogene Treibhausgas-Emissionen

50 CO2 Emissionen (Milliarden Tonnen Kohlenstoff) A2 A1B B1 ppmv Szenarien der wirtschaftlichen und technologischen Entwicklung CO 2 Konzentrationen

51 Projektionen der globalen Erwärmung

52 CO 2 Klima-Szenarien Größte Erwärmung in CO 2 Klimaszenarien in Polargebieten (Oberflächen-Energiebilanz; Temperatur Eisalbedo Feedback)

53 Szenarien für die Entwicklung des Meeresspiegels Entwicklung der Zivilisationen in Zeiten mit konstantem Meerespiegel Unsicherheit in der Eisschilddynamik Gegenwärtig bewegt sich der Meeresspiegel am oberen Rand der Szenarien Änderungen im 20.Jhdrt waren größer als in den 1000 Jahren vorher 53 Church et al. 2008

54 Projizierter regionaler Meeresspiegelanstieg Sea level change ( relative to ) under A1B. Average of 16 AOGCMs. Spatial variation about 25% of global mean.

55 Küstenschutz Topografische Verhältnisse NN + 2 m Ostfriesische Inseln Cuxhaven Otterndorf Norden Emden Esens Bederkesa Wittmund Jever Wilhelmshaven Bremerhaven Aurich Nordenham Brake Stade Buxtehude Leer Papenburg Oldenburg Bremen Delmenhorst Größere Teile Norddeutschen Küstengebiete würden ohne Küstenschutzanlagen bereits bei mittlerem Tidehochwasser oder leicht erhöhten Tiden überflutet

56 Küstenschutz Übersicht Niedersachsen/Bremen NN + 5 m Ostfriesische Inseln Cuxhaven Otterndorf Norden Emden Esens Bederkesa Wittmund Jever Wilhelmshaven Bremerhaven Aurich Nordenham Brake Stade Buxtehude Leer Papenburg Oldenburg Bremen Delmenhorst Niedersachsen und Bremen: ca km² sturmflutgeschützte Gebiete mit ca. 1,8 Mio. Einwohnern 720 km Deiche, Sturmflutsperrwerke, Dünen und Deckwerkes auf den Inseln Hohes Schutzniveau, kein absoluter Schutz, vorhandener Investitionsbedarf

57 Projizierte Änderung der Niederschlagsverteilung nasser Winter trockener Sommer Winter Sommer

58 Projizierte Ausdehnung des arktischen Meereises Sommer In einigen Szenarien verschwindet das arktische Meereis im Sommer 2080

59 Auswirkungen AWI-wichtigste Daten

60 Dispersion von Teilchen aus dem arktischen Raum (Modellergebnisse) T. Orgis et al., days 0.2 days 0.5 days 2 days 5 days 10 days

61 Heißer Sommer 2003 normal in 2050, kühl in 2070?

62 Der Januar 2010 war global gesehen viel zu warm GISS Data

63 Das wärmste Jahr (Jan-Aug) seit 130 Jahren

64 CO 2 Emissionen (Milliarden Tonnen Kohlenstoff/Jahr)... liegen oberhalb des schlimmsten Szenarios des IPCC 10 Carbon Dioxide Information Analysis Center Fossil Fuel Emission (GtC y -1 ) International Energy Agency A1B A1FI A1T A2 B1 B2 2100: ΔT ~ 4 C Raupach et al. 2007, PNAS, updated; Le Quéré et al. 2009, Nature-geoscience; International Monetary Fund 2009

65 Unsere Herausforderung: die nachhaltige Nutzung eines sich stetig wandelnden Planeten

66 Herausforderungen Anpassung: Meeresspiegelanstieg - Deiche erhöhen Schutz gegen Überschwemmungen Katastrophenschutz (Extremwetter) Hitzewellen Vermeidung Energieeinsparungen CO 2 -Vermeidung (CCS) Alternative Energietechnologien

67 Was tun? Vermeidung Energieeffizienz erhöhen Infrastruktur modernisieren (Nahverkehr, Stromnetze, ) Entwicklung sauberer Technologien (Energieproduktion, ) Anreize für Investitionen in kohlenstoffarmes Wachstum Unterstützung der Energieforschung Solarkraftwerke, Speicherung von Ökostrom, CO 2 -Lagerung Siehe auch: Edenhofer, Stern (2009), Towards a Global Green Recovery

68 und wie geht es weiter? Die nächste Eiszeit kommt bestimmt! aber erst in einigen zehntausend Jahren!!! Unser Problem sind die nächsten 100 Jahre.

69 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!