Feedbacks, Feedbacks, schrecklich, schrecklich

Es gibt ja das bekannte Eisalbedo-Feedback. Albedo ist ein anderer Name für den Anteil des Sonnenlichts, der ins All hinaus reflektiert wird. Das Albedo von Eis ist deutlich größer als das der Meeresoberfläche. Wenn die Sommereisfläche verschwindet, was in vollem Gange ist, absorbiert die Polarregion mehr von der Sonnenstrahlung, die auf sie fällt. Ergebnis: die Erderwärmung wird beschleunigt und die Erwärmung der Polarregionen fällt überproportional aus.

In letzter Zeit ist jedoch ein weiterer, ebenso großer Feedbackmechanismus ins Blickfeld geraten: die Schneebedeckung im Sommerhalbjahr auf dem Land. Diese ist mit der Erwärmung der Polarregion (natürlich) ebenfalls zurückgegangen (siehe Grafik, Quelle hier)

Es ist interessant, die betroffenen Flächen zu vergleichen:

	1980 ca.	2012 ca.
Eisfläche (Mio. km²)	5,5	2,5
Schneefläche (Mio. km²)	10	5

Man sieht, dass der Flächenverlust des Sommerschnees das 1,7fache dessen des Sommereises ausmacht.

Wie so oft sind die Verhältnisse jedoch komplexer als es zuerst scheint.

• Die Schneedaten sind “Extent”-Daten, d.h. sie enthalten 10 – 15 % unbeschneite Flächenanteile.
• Das Albedo von Landfläche ist größer als das von Wasserfläche (0,2 bzw. 0,1, siehe hier). 
• Anders als intuitiv erwartet ist im Hochsommer die Sonneneinstrahlung um den 60. Breitengrad, wo die Schneeschmelze stattfindet, geringer als auf dem Nordpolarmeer. (Siehe hier.)
• Die Daten für andere Monate als Juni sind nicht hier nicht veröffentlicht worden und könnten weniger krass aussehen.

Andererseits ist die Wärmeaufnahmefähigkeit der Landfläche geringer als die des Meeres. Die zusätzliche Wärme wird schneller an die Atmosphäre abgegeben, anstatt im Wasser zu verschwinden.

Facit aus all dem: Der Rückgang der Schnee- und der Eisfläche haben vergleichbare Klimafeedbackeffekte.

Ist das etwas Neues?

Für die Wissenschaft nicht, wenn man vom Ausmaß absieht. Der Umfang des sommerlichen Schneerückgangs kam AFAIK ebenso unerwartet ist wie der des Eisflächenrückgangs. Für die interessierte Öffentlichkeit schon, denn dieser Aspekt ist bisher kaum irgendwo aufgetaucht.

Gibt es Wirkungen zusätzlich zur allgemeinen Erwärmung der Erdoberfläche?

Ja, ebenso wie beim Meereisrückgang wird wahrscheinlich das Wettersystem beeinflusst, d.h. die Stärke, Lage und Veränderungsweise der Tief- und Hochdrucksysteme. Aber das Wissen dazu ist noch nicht gefestigt.

Welche Bedeutung hat diese Information für unser tägliches Leben?

So gut wie keine, außer dass sie das Gefühl der Dringlichkeit erhöht, den Klimawandel zu bremsen.

Was wäre gut? Ein umfassendes Emissionszertifikatesystem installieren…

Gone with the wind

Noch nicht ganz, aber die Tendenz, die sich etwa seit 2007 abzeichnete, hat sich bestätigt. Der erste Sommer ohne Eis im Nordpolarmeer ist für 2018 – 2020 absehbar (aber natürlich nicht sicher). Ich pflege diesen Plot auf Wikimedia seit einigen Jahren:

Das ist ein Mosaiksteinchen im großen Bild des Klimawandels, das besonders hervorsticht.

Was heißt das nun? Für das private Leben erstmal gar nichts. Für die Eisbären ist es schlecht, denn sie brauchen das Eis zum Robbenjagen.

Also wenn wir diesen Prozess verlangsamen wollen, sollten wir das Emissionszertifikatesystem auf volle Abdeckung ausbauen.

Der Elefant im Porzellanladen

Getreu dem Motto “Good news are no news.” berichte ich mal wieder ein wenig vom Meereseis am Nordpol.

Den Elefanten sieht man hier:

Es ist ein kräftiges Tief, das einen ordentlichen Sommersturm verursacht hat – ein äußerst seltenes Ereignis. Im unten verlinkten “Arctic Sea Ice Blog” diskutierte man, welchen Namen man dem Elefanten geben solle: “Arctic Summer Storm (ASS)” , oder “Arctic Summer Cyclone 2012” oder …, weil es klar war, dass er ein besonderes Ereignis ist.

Der Wind zerreißt die hauchsdünne Eisschicht, wühlt das Wasser auf, bringt wärmeres und salzigeres Tiefenwasser nach oben, und treibt was immer sich an Schollen gebildet hat auseinander, so dass das Eis schneller schmilzt als um diese Zeit gewöhnlich.

Diese Tatsache spiegelt sich wieder in folgendem Graphen der reißerisch so genannten “Sea Ice Area Death Spiral”:

Die Länge des Radiusvektors ist die Eisfläche, wie sie mit Hilfe von Satelliten bestimmt wird; sein Winkel ist das Datum im Jahr, die Farbe markiert das Jahr.

Dies ist ein Beispiel für Mechanismen, die das Abschmelzen des Nordpolaren Meereises beschleunigen und die in den für den letzten IPCC-Bericht verwendeten Simulationen nicht erkannt worden waren.

Im Übrigen meine ich, dass wir das verdammte Emissionszertifikatesystem funktionsfähig machen müssen.

Neues vom Polareis

Manchmal wird die Entwicklung der Forschung in einem Fachgebiet durch einen kleinen Fehler auf Jahre blockiert. Dies geschah, als im Jahre 2005 die russische Rockot-Trägerrakete mitsamt dem Satelliten Cryosat-1 wegen eines Softwarefehlers ins Polarmeer stürzte. Der Satellit hatte als einziges Messgerät einen sehr genauen Radar-Oberflächenerhöhungsmesser an Bord, mit dem die  exakte Vermessung der Eisoberfläche sowohl des polaren Festland- als auch des Meereises möglich gewesen wären. Seine Messungen hätten eine große Informationslücke über das polare Meereis geschlossen – oder zumindest erheblich verkleinert – , die seit Jahrzehnten besteht, nämlich die über den Wert seines Volumens.

Für die Fläche des polaren Meereises gibt es durch langjährige Satellitenüberwachung eine konsistente Datenreihe – für das wichtigere Volumen, in das das Eisdickenfeld eingeht, gibt es nur punktuelle Messungen durch Sonden, U-Boot-Sonardaten und Überflüge, die mit komplexen numerischen Simulationen zu einem konstruierten Dickenfeld interpoliert werden. Das momentan wichtigste dieser Modelle ist PIOMAS vom Polar Science Center der Universität Washington, dessen Ergebnisse ich am 7. August gepostet habe. Die Kurve sieht scheußlich aus und sagt, dass wir mit etwas Glück in drei, spätestens vier Jahren den ersten eisfreien Sommer im Nordpolarmeer feiern können. (Es ist mindestens ein weiters Modell in Entwicklung, PIPS vom Naval Reserch Laboratory, das solche Berechnungen durchführen kann, aber ich habe keine brauchbaren Ergebnisse davon gefunden.)

Die Simulationsrechnungen sind mit Satellitenmessungen verglichen worden, und zwar mit denen von IceSat in den Jahren 2003 – 2008, und die Übereinstimmung war ziemlich verdammt gut. Seitdem gibt es aber keine weiteren Überprüfungen. IceSat wurde im August deaktiviert. Die NASA will 2015 einen weiteren starten; seit 2008 haben wir nichts als PIOMAS mit einer dünneren Datenbasis, bewegen uns sozusagen auf dünnem Eis, um mal einen bitteren Scherz zu machen.

Die Folge davon ist, dass die Glaubwürdigkeit der Ergebnisse nicht so hoch ist, wie sie sein sollte – ich meine, die Kurve ist wirklich alarmierend, aber niemand, d.h. keins der großen Medien, nimmt sie auch nur zur Kenntnis.

CryoSat hätte das Glaubwürdigkeitsproblem beseitigt.

Es ist bemerkenswert, dass die ESA nur vier Monate nach dem Desaster begann, einen neuen Satelliten zu bauen, der i.W. der alte ist mit einer Reihe Verbesserungen, und ihn im April 2010 – diesmal erfolgreich – in den Orbit schoss. Der Apparat durchlief ein Phase von Tests und Feineinstellungen, das sogenannte “Commissioning”, und was ich hier berichten will, ist, dass diese seit Ende Oktober beendet ist.

Das heißt, dass wir in einigen Wochen die ersten Veröffentlichungen zum Eisvolumen – die ersten Überprüfungen der Genauigkeit der Volumenberechnungen mit CrySat – Daten – zu erwarten haben.

Wir werden sehen, ob diese dann in den Medien ihren Widerhall finden.

Nordpolarmeer in 7 Jahren eisfrei!

Das ist natürlich eine reißerische Überschrift, eine plakative Aussage, die so kein verantwortlicher Wissenschaftler machen würde, weil sie einiger Erläuterung bedarf.

Diese will ich hiermit geben.

Genau genommen muss es heißen:

Wenn man aus den seit 1979 bestimmten Werte für das Eisvolumen den Trend in die Zukunft fortschreibt, kommt man zu dem Schluss, dass das arktische Meer sehr wahrscheinlich irgendwann im Zeitraum zwischen 2015 und 2020 zu ersten Male im September, dem Monat der geringsten Eismasse, völlig eisfrei sein wird.

Danach wird es möglicherweise noch einige Male auch im September noch Eis aufweisen, um dann schließlich in jedem Jahr eisfrei zu werden.

Der Zeitpunkt einer ganzjährigen Eisfreiheit liegt bei Fortschreibung des momentanen Trends irgendwo um 2035, ein Wert, der nach Lage der Dinge mit einer sehr großen Unsicherheit behaftet ist.

Ich habe hierzu die Informationen des Polar Science Center der Universität von Washington ausgewertet, indem ich aus der etwas schwer zu verstehenden Grafik hier die Kurve für das Eisvolumen in absoluten Werten zurückgerechnet habe:

 

Man erkennt schön die jahreszeitlichen Schwankungen und die Abnahme des Mittelwertes. Wenn man die untere Einhüllende mit dem Auge weiterführt, landet man in der Gegend von 2017. Mit mathematischen Verfahren wird man auch keinen zuverlässigeren Wert bekommen. Entscheidend ist, ob man die deutlich wahrnehmbare Krümmung der Kurve nach unten in die Zukunft fortschreibt oder nicht. In letzterem Falle wären wir 10 Jahre später auf der Nulllinie.

Wenn man die obere Einhüllende mit dem Auge weiterführt, landet man bei den besagten 2035, aber natürlich kann sich der Prozess in dieser langen Zeit sowohl beschleunigen als auch verlangsamen.

Spaßeshalber habe ich noch eine Grafik der Minima und Maxima gemacht:

Hier wird noch deutlicher, dass auch 2015 als erstes Jahr der Eisfreiheit nicht unwahrscheinlich erscheint.

Was bedeutet das nun?

Eis hat einen höheren Reflexionskoeffizienten als Wasser. Es wird also dort oben im Polarsommer mehr Sonnenlicht absorbiert. Andererseits strahlt Eis nachts und im Winter weniger Wärme in den Weltraum ab als Wasser. Beides gilt nur, wenn der Himmel nicht bedeckt ist. D.h. dass es noch nicht heraus ist, ob die Jahresenergiebilanz des Abschmelzens des Meereseises positiv ist und stark von der Wolkenbedeckung abhängt.

Was aber fast sicher ist, ist, dass sich das Wettersystem der Nordhalbkugel ändert, da sich die Luft über dem Polargebiet nicht mehr so stark abkühlt ohne das Eis.