Ein typischer Sommer in der Arktis

Die Meereisbedingungen in der Arktis decken sich in diesem Sommer sehr stark mit denen der vergangenen Jahre. Trotz eines besonders warmen Winters werden für diesen Herbst keine Extrema erwartet. Nach dem langsamen Start in die Schmelzsaison im Mai war die Rate des Eisrückzugs im Juni schneller als durchschnittlich. Im Juli lag die mittlere arktische Meereisausdehnung auf dem Niveau vom letzten Jahr (7,8 Mio. km²) und damit ungefähr 1,6 Mio. km² unterhalb des langjährigen Mittelwertes von 1981 bis 2010, aber über dem Wert von 2012 (7,7 Mio. km²) - das Jahr, in dem die bisher niedrigste Meereisausdehnung im September erreicht wurde (Abbildung 1 und 2). Die Meereisaudehnung bewegt sich bis Mitte August leicht unterhalb der zweifachen Standardabweichung des langjährigen Mittelwertes von 1981-2010 (siehe Abbildung 3). Eine Übersicht, wie sich die Meereisausdehnung von Mai bis Juli 2017 in der Arktis entwickelt hat, gibt die Abbildung 4 wider. Die Grenze, in der die Eiskonzentration die 15-Prozent-Marke überschreitet wird in Satellitenbildern als Eiskante definiert. Die davon eingeschlossene Fläche ergibt die Meereisausdehnung.

Die räumlichen Muster der Eisausdehnung in diesem Jahr unterschieden sich jedoch von denen des letzten Jahres und vom langjährigen Muster (Abbildung 5). Während 2017 weniger Eis in der Tschuktschensee und der Ostsibirischen See verzeichnet wurde, gibt es in diesem Jahr dafür mehr Eis nördlich von Spitzbergen und in der Beaufortsee als in 2016. Die Hudson Bay war bereits Mitte Juli eisfrei, eine Entwicklung, die zwar viel früher erfolgte als im langjährigen Mittel, die allerdings mit den Beobachtungen der letzten Jahre im Einklang steht (Abbildung 5).

Ein wichtiger Einfluss auf die Geschwindigkeit des Meereisrückzugs im Sommer ist der Zeitpunkt des Beginns der Oberflächenschmelze. Die Bildung der Schmelztümpel hat eine große Bedeutung, da sie die Albedo (Reflektivität) der Eisoberfläche verringern, wodurch die Schnee- und Eisschmelze weiter beschleunigt wird. Der Beginn der Oberflächenschmelze im Jahr 2017 war in der Tschuktschensee und der östlichen Beaufortsee ziemlich früh - ungefähr 35 Tage früher als der Durchschnitt von 1981 bis 2010. Frühe Eisschmelzen wurden auch in der Kara-See, in der Baffinbucht und im kanadischen Archipel (10 bis 20 Tage früher als der Durchschnitt) beobachtet (Quelle: NSIDC). In großen Teilen des zentralen Arktischen Ozeans lag der Schmelzbeginn jedoch ein paar Tage später als der Durchschnitt. Außerdem war der Beginn der Schmelze bis zu zehn Tage später als der Durchschnitt an nördlichen Ausläufern der Beaufortsee und der Ostsibirischen See (Abbildung 6). Das räumliche Muster des Schmelzbeginns spiegelt die Kombination der warmen Winter- und Frühjahrsbedingungen entlang der Eispackzone auf der pazifischen Seite der Arktis wider: sehr warme Winter- und Frühjahrsbedingungen in der Barents- und Karasee und relativ kühle Bedingungen im späten Frühjahr und frühen Sommer im Gebiet des zentralen arktischen Ozeans.

Bilder von MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) zeigen eine langsame Entwicklung von Schmelztümpeln. Allerdings gab es Mitte Juli weit verbreitet Schmelztümpel im kanadischen Archipel, der Laptewsee und der Ostsibirischen See. Darüber hinaus entwickeln sich  Schmelztümpel im zentralarktischen Ozean. In Nordkanada wurde beobachtet, dass sich die Schmelztümpel etwa zwei Wochen früher als im Durchschnitt gebildet haben. Diese Schmelztümpel werden zum Beispiel auf Aufnahmen im sichtbaren Bereich des Lichts von MODIS am 3. Juli 2017 mit einer Auflösung von einem Kilometer sichtbar; ein charakteristischer blauer Farbton lässt auf das Vorkommen von Schmelztümpeln schließen (Abbildung 7a). Ein klarer Himmel lässt die Details der Eisoberfläche sichtbar werden. Hierzu gehören Eisrinnen, einzelne Eisschollen und auch Schmelztümpel. Verwendet man die höher aufgelösten Bilder des Sentinel-2-Satelliten (10 Meter), kann man weitere Details der Schmelztümpel auf den Eisschollen erkennen (Abbildung 7b). 

Eisdicke
Da es derzeit immer noch nicht möglich ist, die Dicke des Meereises im Sommer flächendeckend durch Satellitenmessungen zu bestimmen, sind wir für Abschätzungen nach wie vor auf Helikopter- oder Flugzeugmessungen oder numerische Modelle angewiesen. Meereisphysiker Marcel Nicolaus (AWI) erklärt: „Unsere Eisdickenmessungen während der vergangenen Polarsternexpedition PS106 (mehr zum EM-Bird Einsatz hier) zeigen für die Region um Spitzbergen mit modalen Dicken von 1,0 bis 1,5 Metern sehr ähnliche Dicken wie in den Vorjahren. Hier scheint das Meereis also trotz des warmen Winters nicht besonders dünn zu sein.“ Um derartige Messungen nun auch im Spätsommer zu erweitern und mit Messungen aus den Vorjahren vergleichen zu können, führt das AWI dieser Tage die Expedition TIFAX in der nördlichen Framstraße und nördlich von Grönland aus. Mit den Ergebnissen kann in einigen Wochen gerechnet werden.

Betrachtet man die gesamte Arktis mit Hilfe des Pan-Arctic Ice Ocean Modeling und Assimilation System (PIOMAS), deuten die Ergebnisse darauf hin, dass die Eisdicke im Mai 2017 (als die Schmelzsaison gerade erst begonnen hatte) im Vergleich zum Durchschnitt der Jahre 2000 bis 2015 unter dem Durchschnitt des Arktischen Ozeans lag, vor allem in der Tschuktschensee und nördlich des kanadischen Archipels. Eine kleine Region mit überdurchschnittlicher Eisdicke war zu der Zeit nördlich und westlich des Svalbard-Archipels und in der Grönlandsee gelegen. „Insgesamt zeigen all diese Daten der Eisausdehnung und Eisdicke, dass wir zwar wieder einen Sommer mit ähnlich geringem Meereisvolumen wie in den letzten Jahren erwarten, jedoch keine Extremwerte“, schlussfolgert Marcel Nicolaus.

Entwicklung der Summe der täglichen Mitteltemperaturen unter Null
Die Entwicklung der Summe der täglichen Mitteltemperaturen unter null (Cumulative Freezing Degree Days; FDD) ist ein einfaches Maß, wie kalt es war und wie lange diese Kälte angehalten hat. FDDs ist die Summe der täglichen Durchschnittstemperaturen unter null von einem Startdatum aus. Abbildung 10 beginnt am 1. Juli eines Jahres und endet am 30. Juni des Folgejahres. Die kumulativen FDDs stehen in Beziehung zur Eisdicke, da im Durchschnitt Jahre mit längeren Perioden mit Temperaturen unter dem Gefrierpunkt mehr Eiswachstum generieren. Anomalien (Abweichungen vom Durchschnitt) in kumulativen FDDs veranschaulichen die Kälte einer bestimmten Periode relativ zum langfristigen Durchschnitt (1981 bis 2010). Abbildung 10 zeigt, dass der Großteil des Zeitraums von Juli 2016 bis Juni 2017 äußerst mild war; milder (weniger kalt) als 2006 bis 2007 und 2011 bis 2012. Der September von 2007 und 2012 endete mit sehr niedrigen Septembermeereisausdehnungen (mehr Informationen beim NSIDC hier). Dies unterstreicht die unterdurchschnittlichen Eisdickenwerte in den PIOMAS-Daten. Obwohl die Bedingungen im Mai und Juni kühler waren, hatte dies wahrscheinlich wenig Einfluss auf die Eisdicke. Der Grund dafür ist, dass Eis in der Arktis seine maximale Dicke früher in der Saison im März oder April erreicht. Jedoch zog sich das Eis im Laufe des Junis mit einer sehr schnellen Rate zurück. Dies ist wahrscheinlich mit einer dünneren als der durchschnittlichen Eisbedeckung verbunden.

Die Temperaturen der Luft im Juni waren etwas überdurchschnittlich (1 bis 3 °C) entlang eines Bereiches, der entlang der Datumslinie und des Hauptmeridians lag. Dies steht im Gegensatz zu den unterdurchschnittlichen Temperaturen über der östlichen Beaufortsee und dem kanadischen Archipel und der Barents- und Laptewsee (1 bis 3 °C). Der atmosphärische Druck auf Meereshöhe war über der Karasee unterdurchschnittlich (Abb. 11 a und b). 

Im Juli war das Lufttemperaturmuster über der Arktis ziemlich komplex. Die Temperaturen waren überdurchschnittlich über Alaska und erstreckten sich in die Beaufortsee (1 bis 2 Grad Celsius) und die Kara- und Barentsee (2 bis 4 Grad Celsius). Im Gegensatz dazu waren die Temperaturen über Grönland, Ost-Zentral-Sibirien und der Laptewsee 2 bis 4 Grad Celsius niedriger als der Durchschnitt. Das Luftdruckmuster auf Meereshöhe wurde von einem Tiefdruckgebiet dominiert, das den größten Teil des Arktischen Ozeans bedeckte. Ein weiteres Tiefdruckgebiet zentrierte sich über dem südlichen kanadischen Archipel (Abb. 11 c und d).

Sea Ice Outlook
Die Vorhersage der Septembermeereisausdehnung hat im Juni für das Jahr 2017 begonnen. Das AWI hat sich wieder mit zwei Beiträgen am internationalen Sea Ice Prediction Network (SIPN) beteiligt. Eine ausführliche Zusammenfassung des SIO für Juni und Juli ist hier zu finden. Anfang August sind die Vorhersagen auf der Basis der bis einschließlich Juli 2017 vorliegenden Daten möglich. Danach wird das Meereis in der Arktis in diesem September kein neues Rekordminimum erreichen, sondern sich in die Reihe der Jahre mit den bisher geringsten mittleren Ausdehnungen einreihen. Nach der statistischen Methode am AWI werden ca. 5,17 Mio. km² erreicht, nach der Methode mit einem dynamischen Modell in etwa 5,06 Mio. km². Die im September zu beobachtenden Ausdehnungen hängen jedoch noch von den aktuellen Wetterlagen der nächsten Wochen ab. Die Wetterlagen könnten das Eis noch auseinander treiben oder auch noch sehr stark abschmelzen lassen und damit die Eisausdehnung noch beeinflussen. Immerhin sind es noch ca. vier Wochen bis zum Erreichen des sommerlichen Meereisminimums.  

 

Kontakt: 
Marcel Nicolaus (Alfred-Wegener-Institut)
Frank Kauker (Alfred-Wegener-Institut)
Monica Ionita (Alfred-Wegener-Institut)

Quellen:
Turner, J., T. Phillips, G. J. Marshall, J. S. Hosking, J. O. Pope, T. J. Bracegirdle, and P. Deb. 2017. Unprecedented springtime retreat of Antarctic sea ice in 2016, Geophysical Research Letters, 44, doi:10.1002/2017GL073656.

Graham, R. M., L. Cohen, A. A. Petty, L. N. Boisvert, A. Rinke, S. R. Hudson, M. Nicolaus, and M. A. Granskog. 2017. Increasing frequency and duration of Arctic winter warming events, Geophys. Res. Lett., 44, doi:10.1002/2017GL073395.

Sea Ice Prediction Network. “2017: July Report.” Arctic Research Council of the United States. https://www.arcus.org/sipn/sea-ice-outlook/2017/july.

Sévellec, F., A. V. Fedorov, and W. Liu. 2017. Arctic sea-ice decline weakens the Atlantic Meridional Overturning Circulation. Nature Climate Change, doi:10.1038/nclimate3353.