Wetterwechsel Klimawandel Weblog

Im September stellt sich sehr häufig eine Wetterlage ein, die noch einmal ein paar schöne Tage bringt, der Altweibersommer. Diese Wetterlage ist gekenntzeichnet durch ein ausgedehntes Hochdruckgebiet über Mitteleuropa. Dieses sorgt für im Allgemeinen für schönes Wetter, weil die Luft in einem Hochwirbel großflächig absinkt und sich dabei erwärmt, wodurch die Wolkenbildung erschwert wird. Da es in der Nacht wegen des schon recht weit fortgeschrittenen Jahres aber stark abkühlt, trifft die absinkende, immer wärmer werdene Luft auf dementsprechend kalte bodennahe Luftschichten und wird aufgehalten. Es bildet sich eine stabile Luftschichtung (Warme über kalter Luft, Absinkinversion). Enthält die bodennahe Luft genug Feuchtigkeit, so entstehen Bodennebel. Im Laufe des Tages erwärmt die Sonne den Erdboden und dieser die Luftschichten darüber, so daß sich die Bodennebel wieder auflösen. Die von unten erwärmte Luft steigt auf (labile Luftschichtung, kalte über warmer Luft) und  kühlt sich dabei ab.  Bei ausreichender Luftfeuchtigkeit kommt es dann zur Wolkenbildung. Bald  trifft die aufsteigende Luft  jedoch auf die deutlich wärmeren absinkenden Luftmassen des Hochs. Diese verhindern den weiteren Aufstieg, wirken also wie eine Sperrschicht. Unterhalb der Sperrschicht kann sich eine Schichtbewölkung ausbilden, wenn die Luftfeuchtigkeit hoch genug ist.

All dies trifft auch auf den September 2008 wieder zu. Ein großes Hochdruckgebiet hat sich  ausgebildet. Allerdings liegt es recht weit im Norden. Es erstreckt sich vom Atlantik über die Nordsee, über Skandinavien bis weit über die Ostsee (Hochdruckbrücke). Schauen wir uns die Wetterlage auf einer Infrarotaufnahme des europäischen Wettersatelliten Meteosat vom 23. September näher an

Wetterlage am 23. September 2008 16:00 Uhr UTC: Die Infrarotaufnahme des europäischen Wettersatelliten Meteosat bildet die unsichtbare Wärmestrahlung ab, die vom Land, den Wasserflächen und den Wolken ausgeht. Warme Objekte erscheinen dunkel, kalte Objekte dagegen hell. Aus den Helligkeiten der Objekte ist somit ein direkter Rückschluss auf deren Temperatur möglich. Infrarotbilder gelingen auch in der Dunkelheit der Nacht, denn im Gegensatz zum sichtbaren Licht ist die Wärmestrahlung immer vorhanden. Quellwolken (Cumulus), die sich bis in große Höhen auftürmen wie ganz besonders die Gewitterwolken (Cumulonimbus), sind wegen der mit der Höhe abnehmenden Lufttemperatur an ihrer Oberseite relativ kalt und erscheinen daher hell. Dasselbe gilt für die nur in großer Höhe entstehenden Eiswolken (Cirrus). Die Wolken in niedrigen Höhen sind dagegen jedoch schon fast genauso warm wie die Erdoberfläche darunter und erscheinen somit ähnlich dunkel. Quelle: http://www.metoffice.gov.uk/

Bei Island befindet sich ein dynamisches Tiefdruckgebiet mit einem ausgeprägten Frontensystem. Ein dichtes Wolkenband, die Kaltfront des Tiefs, erstreckt sich in einem großen Bogen über den Atlantik. Hinter der Kaltfront folgt polare Kaltluft nach, gut erkennbar an der zellularen Bewölkung. Wenn die Kaltluft über die noch relativ warme Wasseroberfläche strömt, kommt es zu einer labilen Luftschichtung (kalte über warmer Luft), und es bilden sich mächtige Konvektionszellen. Überall dort, wo die Luft gehoben wird und dementsprechend abkühlt setzt wegen der relativ hohen Luftfeuchtigkeit über dem Wasser sehr schnell Wolkenbildung ein. Die Kaltfront selbst zeichnet den Verlauf der Polarfront nach, an der  tropische Warmluft und polare Kaltluft aufeinander treffen. Da warme Luft sich in der Vertikalen mehr ausdehnt, als kalte Luft, besteht an der Polarfront ein mit der Höhe zunehmendes Druckgefälle (Druckgradient) von der tropischen Warmluft hin zur polaren Kaltluft. Daraus resultiert ein kräftiger, zunächst polwärts gerichteter  Höhenwind, (Jetstream), der durch die Erdrotation (Corioliskraft) zu einem Westwind abgelenkt wird, welcher sich bis zum Boden hin durchsetzt (Westwindzone, Westdrift). Die Temperaturgegensätze (Temperaturgradienten)zwischen Warm- und Kaltluft sind an den verschiedenen Abschnitten der Polarfront aber nicht überall gleich, so daß dementsprechend auch im Jetstream die Windgeschwindigkeiten  schwanken (Fluktuationen). Dadurch fängt der Jetstream ab einer kritischen Strömungsgeschwindigkeit an zu mäandern und es entstehen Rossby-Wellen. Die Wellenberge (Höhenrücken, Hochkeile) enthalten tropische Warmluft, die Wellentäler (Höhentröge) dagegen polare Kaltluft Die Rossby-Wellen verstärken ihrerseits die Fluktuationen im Jetstream. Die Höhenströmung wird zunehmend turbulent: Aus Konvergenzen (Luftverdichtungen) entwickeln sich abwärts gerichtete Hochdruckwirbel (dynamische Hochs), aus Divergenzen (Luftverdünnungen) aufwärts gerichtete Tiefdruckwirbel (dynamische Tiefs). In den Tiefs können sich bei ausreichend hoher Luftfeuchtigkeit viele Wolken bilden, weil  die Luft hier ja gehoben wird und sich dabei abkühlt.  Die dynamischen Tiefs werden von der Höhenströmung nach Osten davongetragen und sorgen unter ihren Zugbahnen für mildes, feuchtes und wechselhaftes Wetter. Da dynamische Tiefs an der Grenze zwischen tropischer Warmluft und polarer Kaltluft entstehen und dann die beiden Luftmassen miteinander verwirbeln, bilden sich (fast) immer ein Frontensystem aus Warm- und Kaltfront. Im Verlauf der Drehbewegung des Tiefs werden Warm – und Kaltfront aber vom Tiefdruckzentrum ausgehend zusammengeführt (Okklusion).

Der Jetstream durchläuft mehrere sich wiederholende Phasen, in denen er unterschiedlich stark mäandert: Zunächst  mäandert er nur wenig, und es bilden sich nur wenige dynamische Tiefs, so daß nur eine geringe Durchmischung von tropischer Warmluft und polarer Kaltluft stattfindet. Infolgedessen baut sich an der Polarfront ein immer stärkerer Temperaturgegensatz (Temperaturgradient) auf, wodurch der Jetstream immer stärker mäandert und sich vermehrt dynamische Tiefs entwickeln. Die Höhenströmung verlangsamt sich zusehens bis sie schließlich ganz zusammenbricht. Dann lösen sich ganze Höhentröge der Rossby-Wellen als (kalte) Tiefdruckwirbel (Höhentiefs, Kaltlufttropfen) von der Kaltluft und wechseln auf die Warmluftseite über (Cut Off). Dasselbe passiert mit umgekehrten Vorzeichen und in umgekehrter Richtung auch mit den warmen Hochkeilen. Das führt endlich zu einer besseren Durchmischung von tropischer Warmluft und polarer Kaltluft.

Polwärts entwickelt sich unterdessen ein neuer Jetstream, der zunächst nur wenig mäandert bis sich wieder ein höherer Temperaturgradient aufgebaut hat.

Eingebettet in warme Luft sind kalte Höhentiefs (Kaltlufttropfen) sehr stabil, weil innerhalb des Wirbels bis in große Höhen der Luftdruck niedriger ist als in der wärmeren Umgebung. Die Luftschichtung ist labil (kalte über warmer Luft), so daß es zu Hebungsvorgängen  mit der entsprechenden Wolkenbildung kommt.

Auch die abgespaltenen Hochdruckwirbel halten sich lange, denn der Luftdruck in ihrem Zentrum bleibt bis in große Höhen stets über dem ihrer kühleren Umgebung. Sie können eine enorme Größe erreichen und als blockierende Hochdruckgebiete dynamische Tiefdruckgebiete am Weiterziehen hindern oder zu erheblichen Umwegen zwingen.

Nun zurück zur aktuellen Wetterlage: Südlich der Hochdruckbrücke erstreckt sich eine beinahe ebenso lange Zone mit Tiefdruckgebieten. Es handelt sich dabei um kalte Höhentiefs (Kaltlufttropfen).  Eines davon (Drehrichtung im Gegenuhrzeigersinn) liegt über Südosteuropa führt gemeinsam mit dem Hochdruckgebiet (Drehrichtung im Uhrzeigersinn) kühle, feuchte und wolkenreiche Luft aus nordöstlichen Richtungen nach Mitteleuropa heran. Immer wieder kommt es zu Niederschlägen. Trübe Aussichten für den Altweibersommer, so scheint es! Doch dieser Eindruck täuscht:

Denn schon am nächsten Tag hat sich das Höhentief über Südosteuropa etwas abgeschwächt. Vor allem aber hat das langestreckte Hochdruckgebiet im Norden seinen Einfluß auf Mitteleuropa ausgedehnt. Das ist aber gleichbedeutend mit einer Wetterbesserung! Das zeigt die Infrarotaufnahme des europäischen Wettersatelliten Meteosat sehr deutlich:

Wetterlage am 24. September 2008 19:00 Uhr UTC Quelle: http://www.metoffice.gov.uk/

Jens Christian Heuer

Am 19. September 2008 erschien eine Veröffentlichtung unter dem Titel 

„AWI: Sommer 2008 am Nordpol mit 10% mehr Eis als 2007″

auf der Homepage des „klimaskeptischen“ Europäischen Instituts für Klimaund Energie, Jena (EIKE, http://www.eike-klima-energie.eu/):

AWI: Sommer 2008 am Nordpol mit 10% mehr Eis als 2007

AWI: “… Am 12. September 2008 betrug die Eisbedeckung in der Arktis 4,5 Millionen Quadratkilometer. Dies ist etwas mehr als die niedrigste jemals beobachtete Bedeckung von 4,1 Millionen Quadratkilometern aus dem Jahr 2007…“ (Anm.: 4.5/4.1 = 110% ; also plus 10% in 2008 !!) Obwohl ein deutliches Plus bei der Eisbedeckung gegenüber 2007 zu beobachten ist, gibt sich das AWI klimaschutzbesorgt konform:

19.09.2008 PRESSEMITTEILUNG

Stiftung Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft; Presse- und Öffentlichkeitsarbeit Postfach 12 01 61, 27515 Bremerhaven Tel. 0471 4831-2007, Fax 0471 4831-1389 E-Mail: medien@awi.de

Geringe Eisbedeckung in der Arktis im Sommer 2008, Vorhersage von Klimawissenschaftlern bestätigt

Bremerhaven, den 19. September 2008: In der Arktis geht der Sommer zu Ende und das Minimum der Meereisausdehnung ist erreicht. Am 12. September 2008 betrug die Eisbedeckung in der Arktis 4,5 Millionen Quadratkilometer. Dies ist etwas mehr als die niedrigste jemals beobachtete Bedeckung von 4,1 Millionen Quadratkilometern aus dem Jahr 2007. (Anm.: 4.5/4.1 = 110% ; also plus 10% in 2008 !!)

Wissenschaftler sorgen sich um die Meereisentwicklung, denn das langjährige Mittel liegt 2,2 Millionen Quadratkilometer höher. Völlig unerwartet kam die Entwicklung jedoch nicht. Eine Modellrechnung im Frühsommer aus dem Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft zeigte, dass das Eisminimum 2008 mit fast in der hundertprozentiger Sicherheit unter dem von 2005 liegen würde. Lediglich mit achtprozentiger Wahrscheinlichkeit würde ein neues Minimum unter dem von 2007 erreicht. “Betrachtet man die Meereisbedeckung seit Beginn der Satellitenaufnahmen im Jahr 1979, ist der Messwert von 2008 eine kleine Überraschung, weil auf Sommer mit geringer Eisbedeckung wie 2007 häufig Winter mit starker Eisproduktion folgen³, sagt Prof. Rüdiger Gerdes, physikalischer Ozeanograph am Alfred-Wegener-Institut. Von 1979 bis 2004 waren im Sommer immer zwischen sechs und 7,5 Millionen Quadratkilometer der Arktis von Eis bedeckt. Nun liegt die Eisbedeckung schon im zweiten Jahr in Folge dramatisch unter dem langjährigen Mittel. Allerdings müssen die nächsten Sommer erst noch zeigen, ob dieser Trend anhält.

“Eine bisher unbeantwortete Frage ist, ob die Abfolge von zwei extremen Jahren einen Übergang in ein neues Regime des arktischen Meereises anzeigt, welches eine Rückkehr der Eisbedeckung zu früheren Werten erschwert³, so Gerdes. Solche Übergänge kommen in gekoppelten Klimamodellen vor. Sie werden allerdings erst in den Szenarien für das spätere 21. Jahrhundert prognostiziert. Die Schlüsselgröße in den Modellsimulationen für das arktische Meereis ist die Dicke des Eises. Hat die mittlere Dicke einen gewissen Grenzwert unterschritten, dann schmilzt jeweils ein Großteil des Meereises, so dass in jedem Sommer große eisfreie Gebiete entstehen. Im Vergleich zur Eisfläche, die relativ gut von Satelliten vermessen werden kann, ist die Eisdickenverteilung im Nordpolarmeer wesentlich schlechter bekannt. Das Alfred-Wegener-Institut leistet mit Hubschrauber geschleppten Messgeräten einen Beitrag zur Abschätzung des arktischen Eisvolumens und seiner Variabilität. So stehen inzwischen Daten von mehr als 15 Jahren zur Verfügung und belegen eine Abnahme der Eisdicke in der Zentralarktis. Allerdings erfassen die Messungen längst nicht alle relevanten Teile des Nordpolarmeers. Dafür sind die Reichweiten der Hubschrauber zu gering. “Es kann nicht ausgeschlossen werden, dass Meereis lediglich mechanisch umverteilt worden ist³, sagt Gerdes. Er erläutert weiter: “Unsere Modellrechnungen zeigen, dass windbedingter Eistransport von der östlichen in die westliche Arktis ein wichtiger Faktor für die großen eisfreien Flächen nördlich der sibirischen Schelfmeere im Jahr 2007 war.³ Genutzt wird die geringe Meereisbedeckung im Nordpolarmeer derzeit vom Forschungsschiff Polarstern. Die Wissenschaftler an Bord können in Regionen den Meeresboden vermessen und Sedimentproben nehmen, in die sie noch vor wenigen Jahren nicht hätten vordringen können. Zwar fährt Polarstern mit nördlichem Kurs Richtung 80. Breitengrad mittlerweile durch dichtes Packeis. Da es sich aber überwiegend um dünnes einjähriges Meereis handelt, kann es gut gebrochen werden. Bisher konnten die Expeditionsteilnehmer alle geplanten Arbeiten weitgehend ungehindert durchführen.

Das Alfred-Wegener-Institut forscht in der Arktis, Antarktis und den Ozeanen der mittleren und hohen Breiten. Es koordiniert die Polarforschung in Deutschland und stellt wichtige Infrastruktur wie den Forschungseisbrecher Polarstern und Stationen in der Arktis und Antarktis für die internationale Wissenschaft zur Verfügung. Das Alfred-Wegener-Institut ist eines der fünfzehn Forschungszentren der Helmholtz-Gemeinschaft, der größten Wissenschaftsorganisation Deutschlands.

Was ist davon zu halten? Kann in Sachen Klimawandel und Eisschmelze am Nordpol nun tatsächlich Entwarnung gegeben werden, wie der Beitrag suggeriert? Immerhin eine nicht ganz unwichtige Frage, denn es geht dabei indirekt auch um das Grönlandeis, welches von großer Bedeutung für den Meeresspiegel ist!

Erinnern wir uns an das letzte Jahr. Da schrumpfte der arktische Meereisschild auf ein Rekordminimum:

Der Minusrekord des arktischen Meereises im Jahre 2007 Quelle: NASA

Dieser Rückgang, der weit dramatischer ausfiel als in allen Klimamodellen angenommen, wurde seinerzeit zu einem erheblichen Teil außergewöhnlichen Windverhältnissen in der Nordpolregion zugeschrieben. Dadurch wurde besonders viel Warmluft in die Arktis transportiert und außerdem viel Eis direkt durch wärmeres Oberflächenwasser geschmolzen. Eine sogenannte positive Sea Level Pressure Anomaly war dafür verantwortlich (siehe unten).

Rückgang des Meereises am Nordpol. Der Trend ist auch im Jahre 2008 trotz einer Zunahme über die Sommermonate ungebrochen. Quelle: http://nsidc.org/

Umso bemerkenswerter, daß auch in diesem Jahr 2008 die Eisschmelze im Trend(!) weiterhin ungebrochen weitergeht, trotz einer um 10% größeren Eisfläche am Ende der Eisschmelze in diesem Sommer im Vergleich zum Vorjahr. Das 10% Plus führt nicht wirklich aus dem Rekordminus heraus, denn es bewegt sich im Rahmen der in den letzten beiden Jahrzehnten üblichen Erholung zu der es immer im Folgejahr nach einem besonders deutlichen Rückgang des Meereises kam. Zudem hat sich in 2008 die Meereisdecke nicht überall erholt. Vielerorts ist sie sogar noch einmal zurückgegangen:

In den roten Gebieten ist das arktische Meereis in 2008 gegenüber dem Rekordminus des letzten Jahres noch einmal zurückgegangen. In den grünen Gebieten nahm die Meereisbedeckung dagegen wieder zu (Stichtag 20. September). Insgesamt kommt aber ein Plus von 10% dabei heraus. Quelle: http://ifm.zmaw.de/

Die Eisschmelze am Nordpol tendiert womöglich schon dazu, eine Eigendynamik zu entwickeln! Der Temperaturanstieg in der Arktis war in den letzten beiden Jahrzehnten immer deutlich ausgeprägter als im globalen Durchschnitt. Dafür ist eine sogenannte Eis-Albedo-Rückkopplung verantwortlich: Wenn das Meereis der Arktis schmilzt kommt die darunter liegende wesentlich dunklere ozeanische Wasseroberfläche zum Vorschein. Die Sonnenstrahlung wird in wesentlich geringerem Ausmaß reflektiert, als das zuvor der Fall war, so daß sich die Erwärmung verstärkt, denn die dunkle Wasseroberfläche absorbiert die Sonnenstrahlung deutlich besser als eine helle Eisoberfläche, erwärmt sich dementsprechend mehr und damit auch die Luftschichten darüber. Es handelt sich also um eine sich selbst verstärkende positive Rückkopplung – je mehr Eis geschmolzen ist, umso stärker die Erwärmung, wodurch noch mehr Eis schmilzt usw. – die von einem bestimmten Punkt an wahrscheinlich nicht mehr aufzuhalten ist. Hinzu kommt, daß in der Arktis nach den letzten Jahren der Eisschmelze fast nur noch einjähriges Meereis übrig geblieben ist, welches das Sonnenlicht eindeutig schlechter reflektiert als das hellere mehrjährige Eis. Einjähriges Meereis wird immer wieder durch kleine offene Wasserflächen unterbrochen (Wasser hat eine deutlich niedrigere Albedo als Eis oder Schnee!).

Die Eis-Albedo-Rückkopplung übertrifft in ihren Auswirkungen sogar die in den letzten Jahren zu beobachtende leichte globale Abkühlung, welche sich zunächst vor allem auf der Südhalbkugel, seit kurzer Zeit aber auch auf der Nordhalbkugel bemerkbar macht. Die für die für das Meereis am Nordpol entscheidende Abkühlung auf der Nordhalbkugel beruht wahrscheinlich auf einem (natürlichen) kurzfristigen Klimawandel durch veränderte Meeresströmungen: Die Atlantische Multidekaden Oszillation(AMO) tendiert ins Minus (der Golfstrom wird schwächer (!) und damit auch das Islandtief, denn das kühlere Oberflächenwasser liefert weniger latente Wärme; bei einer positiven AMO ist es genau umgekehrt); parallel dazu wechselt aber auch die Pazifische Dekaden Oszillation (PDO)in den negativen Modus (das im Gegensatz zum positiven Modus warme Oberflächenwasser im zentralen Nordpazifik verhindert dort meistens eine Trogbildung des Jetstreams, so daß sich nur selten ein Aleutentief  entwickeln kann; gleichzeitig kaltes Oberflächenwasser an der nordamerikanischen Westküste; bei einer positiven AMO ist  genau umgekehrt). Wenn AMO und PDO negativ sind (negative Sea Level Pressure Anomaly), findet (durch das meist fehlende Aleutentief) nur noch ein vergleichsweise geringer Transport tropischer Warmluft in Richtung Nordpol statt. In  den Jahrzehnten der sich immer weiter beschleunigenden arktischen Eisschmelze  befanden sich AMO und PDO überwiegend im positiven Modus (positive Sea Level Pressure Anomaly)!!

Bei der augenblicklichen globalen Abkühlung spielt womöglich auch die Sonne eine wichtige Rolle. Seit Monaten sind praktisch keine Sonnenflecken mehr aufgetaucht. Das könnte auf ein Nachlassen der Sonnenaktivität hindeuten, ähnlich dem Maunder-Minimum von 1645-1715, das für die sogenannte „Kleine Eiszei“ verantwortlich war.

Es bleibt abzuwarten welcher Effekt am Ende das Rennen macht: Entweder schaffen es eine negative AMO und PDO gemeinsam noch einmal das Meereis am Nordpol vorübergehend zu retten, oder aber die Eigendynamik der Eis-Albedo-Rückkopplung ist schon nicht mehr zu stoppen und das arktische Meereis ist verloren. Das hätte zwar für den Meeresspiegel keine unmittelbaren Folgen, aber indirekt schon. Das Festlandeis in Grönland könnte im Zuge einer nach dem Verlust des Meereises sich immer weiter beschleunigenden Erwärmung (verschärfte Eis-Albedo-Rückkopplung!) zunehmend instabil werden. Ein völliger Verlust des grönländischen Eisschildes (worst case Szenario) würde aber einen globalen Meeresspiegelanstieg von 7m bedeuten! Bei einem neuen Minimum der Sonnenaktivität allerdings, stünden die Chancen für das arktische Meereis und das grönländische Festlandeis um einiges besser! Die letzte „Kleine Eiszeit“ während des Maunderminimums war aber recht „ungemütlich“!

Jens Christian Heuer