Einschätzung der Meereissituation Antarktis 2014

Bedingungen in der Antarktis im Juni und Juli 2014

Die antarktische Meereisausdehnung nahm den ganzen Juni und frühen Juli über stark zu und erreichte in diesem Jahr regelmäßig Rekordhöchstwerte, so dass die Rekordmarke vom September 2013 übertroffen werden könnte. Die maximale Ausdehnung wird üblicherweise erst im September oder Oktober erreicht, gegen Ende des südhemisphärischen Winters.

Am 1. Juli 2014 betrug die Eisausdehnung 16,16 Millionen km2, was den Langzeitdurchschnitt von 1981 bis 2010 um 1,37 Millionen km2 überstieg. Tatsächlich betrug die Meereisausdehnung an diesem Tag 760.000 km2 mehr als am gleichen Tag in 2013.[1]

Im Juni waren Meereiskonzentration in den Sektoren Amundsensee, Indischer Ozean und südlicher Atlantik (Weddellmeer und ostwärts) überdurchschnittlich hoch. Die an die antarktische Halbinsel angrenzenden Regionen waren unter den wenigen Gebieten mit geringerer Meereiskonzentration. Unterdurchschnittliche Temperaturen herrschen nahe der Eisgrenze bei Wilkesland in der Amundsensee und der Eisgrenze in der Wedellsee, was einer weitern Eiszunahme in diesen Gebieten förderlich sein wird.[1]

Abbildung: Meereiskonzentration in der Antarktis für den Monat Juni (links) und Juli (rechts) 2014

Im Juni wurde das Wettergeschehen in der Antarktis von einem ausgeprägten Tiefdruckgebiet über der Amundsensee geprägt, was mit niedrigen Temperaturen (1-6° C unter Durchschnitt) in der Region einherging. Kühle Bedingungen (2-3°C unter Durchschnitt) lagen in den meisten küstennahen Gebieten der Antarktis mit Ausnahme der Antarktischen Halbinsel vor, wo nördliche Winde mit überdurchschnittlichen Temperaturen und geringerer Eisausdehnung vorherrschten.

Abbildung: Anomalien des Atmosphärendrucks in der Antarktis im Juni 2014 (links). Blau und lila sind unterdurchschnittliche Werte, grün, gelb und rot zeigen einen Atmosphärendruck über dem Langzeitmittel an. Antarktische Lufttemperaturanomalien bei 925 hPa im Juni 2014 (rechts). Angaben in Grad Celsius. Gelb und rot zeigen überdurchschnittliche, blau und lila unterdurchschnittliche Temperaturen an. Quelle: geändert nach www.esrl.noaa.gov/psd/products/

Die antarktische Meereisausdehnung weist einen geringen Aufwärtstrend seit Beginn der Satellitenaufzeichnungen auf. Die Antarktis und der Südliche Ozean unterscheiden sich geografisch stark von der Arktis und werden von anderen atmosphärischen und ozeanischen Zirkulationsmustern bestimmt. Trotzdem lassen sich in der Antarktis viele ähnliche Signale in Bezug auf das sich verändernde Erdklima beobachten wie in der Arktis: generelle Erwärmung, Eisschildverluste und schneller fließende Gletscher. Daher sind der Anstieg der Eisausdehnung und die Rekordwerte der Eisausdehnung der letzten beiden Jahre nicht einfach erklärbar.[1]

Abbildung: Junimittel der Meereisausdehnung in der Antarktis im Zeitraum von 1979 bis 2014. Die antarktische Eisausdehnung im Juni weist eine 1,7 % Steigerung pro Jahrzehnt im Vergleich zu 1981-2010 auf.

Zwei jüngst veröffentlichte Studien, die sich mit den beiden nah aufeinanderfolgenden Maxima von 2012 und 2013 befassen, weisen auf ungewöhnliche, kurzlebige Windströmungen hin, die sowohl das Eiswachstum als auch die -verbreitung beförderten.[2] In beiden Jahren ist die starke Eisausdehnung an die Größe und Intensität des Tiefdruckgebiets über der Amundsensee in der späten Wachstumsperiode gekoppelt. Die jüngere der beiden Studien stellt außerdem fest, dass im Juli und August 2013 kaltes Meerwasser (1-2 °C unter Durchschnitt) nahe der Eisgrenze der Amundsen-Bellingshausen-Region bestehen blieb.

Folgende Ideen werden bezüglich des ansteigenden Langzeittrends der letzten 35 Jahre diskutiert:

a)            Langanhaltende Veränderungen der Windströmungen, die durch verstärkte Westwinde hervorgerufen wurden und sowohl die Menge als auch die Bewegung des Eises nach der Bildung beeinflussen.[3]

b)            Aufsteigendes Schmelzwasser, das von der Unterseite tief reichender, schwimmender Eisschelfmassen rund um den Kontinent (mächtiger als 350 m) für leicht salzärmeres Oberflächenwasser sorgt.[4]

Das zusätzliche Schmelzen ist das Ergebnis der sich verändernden Windmuster. Durch sie wird tiefes warmes Ozeanwasser in Richtung Kontinent gezogen, wo es Oberflächenwasser und Meereis ersetzt, das durch die stärkeren Westwinde, vom Kontinent weg und ostwärts getrieben wird. Durch Zunahme der Mächtigkeit, Ausdehnung und Stabilität der Oberflächenschicht des polaren Ozeans (bestehend aus kaltem Wasser nahe dem Gefrierpunkt) führt die Schmelzwasserzunahme vom Rand des Eisschildes zu einem Anstieg des Meereises um den antarktischen Kontinent.

[1] Quelle: National Snow and Ice Data Center, Boulder, Colorado USA, nsidc.org

[2] Turner J., J. S. Hosking, T. Phillips, and G. J. Marshall. 2013. Temporal and spatial evolution of the Antarctic sea ice prior to the September 2012 record maximum extent. Geophysical Research Letters, 40, 5894–5898, doi:10.1002/2013GL058371 und Reid, P., S. Stammerjohn, R. Massom, T. Scambos, and J. Leiser. 2014 in press. The record 2013 Southern Hemisphere sea-ice extent maximum. Annals of Glaciology, in press, 64(69).

[3] Holland, P., and R. Kwok. 2012. Wind-driven trends in Antarctic sea-ice drift. Nature Geoscience, 5(12), 872-875, doi:10.1038/ngeo1627.

[4] Bintanja, R., G. J. Van Oldenborgh, S. S. Drijfhout, B. Wouters, and C. A. Katsman. 2013. Important role for ocean warming and increased ice-shelf melt in Antarctic sea-ice expansion, Nature Geoscience, 6, 376–379, doi:10.1038/ngeo1767.

 

Meereiskante aus frühen Satellitendaten

Die Meereisausdehnung der Antarktis ist großen Schwankungen unterworfen. Die Eisausdehnung während des Sommers in der südlichen Hemisphäre variierte zum Beispiel um bis zu 25 % zwischen 1979 und 2014. Die Ausdehnung im Juni 1979 war die mit Abstand höchste in diesem Monat. In 2002 dagegen war die Eisausdehnung im Juni die niedrigste jemals gemessene. Neun Jahre später, im Juni 2011, betrug die Eisausdehnung weniger als der Durchschnitt von 1981-2010.[1]

Diese Schwankungen werden von jüngsten Erkenntnissen aus Analysen sehr früher Satellitenbilder des Nimbusprogramms der späten 1960er Jahre unterstrichen.[2] Die mit diesen Daten bestimmte Eisgrenze im September 1964 zeigt, dass die Eisausdehnung mit 19,7 ± 0,3 Millionen km2 deutlich über den Monatsmitteln von 2012 und 2013 lag. Im August 1966 dagegen betrug die Eisausdehnung 15,9±0,3 Millionen km2, was beträchtlich unter dem Augustminimum von 1986 lag. All dies deutet darauf hin, dass die Variabilität des antarktischen Meereises größer ist als sie durch die 35jährige Zeitreihe der Satellitenmessungen wiedergeben kann. In diesem Fall wäre der momentane Wachstumstrend zwar wichtig, hätte aber noch keine für das vergangene Jahrhundert beispiellosen Werte erreicht.

Abbildung: Die antarktische Meereisgrenze im September 1964, aufgenommen mit dem Nimbus I Satelliten, weist eine höhere Ausdehnung auf als die in der modernen Satellitenaufzeichnung (1979-2014) gemessenen Daten. Eine ähnliche Messung vom August 1966 zeigte geringere Meereisausdehnung als die modernen Daten in diesem Monat. Abbildung abgeändert nach [1]

[1] Quelle: National Snow and Ice Data Center, Boulder, Colorado USA, nsidc.org

[2] Gallaher, D., G. G. Campbell, and W. N. Meier. 2014. Anomalous variability in Antarctic sea ice extents during the 1960s with the use of Nimbus data. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing, 7(3), 881-887, doi:10.1109/JSTARS.2013.2264391.

 

Aufbereitung antarktischer Meereisdaten

Eine kürzlich veröffentlichte Studie untersuchte inwiefern die Aufbereitung der antarktischen Meereisdaten Auswirkungen auf die Interpretation der Entwicklung der antarktischen Meereisausdehnung hat. Diese Arbeit ist ein interessantes Beispiel dafür, wie in der wissenschaftlichen Praxis bei der Datenaufbereitung gearbeitet wird.[1]

Die Studie beschäftigt sich mit dem sog. „Bootstrap Algorithmus“, der schon in mehreren veröffentlichten wissenschaftlichen Artikeln, z.B. auch in den letzten beiden Weltklimaberichten des IPCC, verwendet wurde. Diese legten nahe, dass die Meereisausdehnung in der Antarktis in den frühen 2000er Jahren einen geringen, statistisch nicht signifikanten Anstieg aufwies, in den letzten Jahren aber einen signifikanten und deutlichen Aufwärtstrend zeige.

In dieser Studie wurde festgestellt, dass ein Update des Bootstrap Algorithmus aus dem Jahr 2007 bis zu zwei Mal größere antarktische Meereisausdehnungen erzeugte als die Vorgängerversion. Eine nähere Betrachtung der Datensätze zeigte einen deutlichen Anstieg der Meereisausdehnung, nachdem 1991 auf einen neuen Satellitensensor umgestellt wurde. Dieser Anstieg ist daher eher einem Kalibrierungsfehler zwischen den beiden Sensoren zuzuschreiben, als einer abrupten Änderung des antarktischen Meereises.

Berechnete Trends für beide Versionen des Algorithmus, entweder vor oder nach der Sensorumstellung, ergeben ähnliche Ergebnisse. Beinhaltet der Berechnungszeitraum allerdings Zeiträume vor und nach 1991, waren die Ergebnisse sehr unterschiedlich: in diesem Fall erzeugte die aktuelle Version des Algorithmus einen deutlich steileren Anstieg der Meereisausdehnung.

[1] Eisenman, I., W. N. Meier, and R. J. Norris. 2014. A spurious jump in the satellite record: has Antarctic sea ice expansion been overestimated?, The Cryosphere 8, 1289-1296, doi:10.5194/tc-8-1289-2014.