Meereisdicke

Ein zentraler Parameter der Meereisbeobachtung ist die Meereisdicke. Deren Kenntnis ist wichtig, um mit Hilfe der Meereisfläche das gesamte Meereisvolumen berechnen zu können. Die Meereisdicke ist eine wichtige, vielleicht eine der wichtigsten Variablen, die den Status unseres Klimas beschreibt. Denn es ist die Meereisdicke, die den Einfluss der atmosphärischen Bedingungen auf das Packeis bestimmt, und sie ist eine kritische Größe für die Menge des Meereises, die den Arktischen Ozean zu einer bestimmten Zeit bedeckt, insbesondere zum Ende der Schmelzsaison. Aber auch am Ende der Gefriersaison spielt die Meereisdicke eine wichtige Rolle als Bindeglied zwischen Meeresoberfläche und Atmosphäre.

Je dünner das Meereis ist, umso mehr Wärme und Feuchte kann zwischen beiden Bereichen ausgetauscht werden. Jedoch gibt es über diesen wichtigen Parameter, im Gegensatz zu Ausdehnung und Konzentration, nur wenige Informationen. Für die Vorhersage der zukünftigen Entwicklung der Meereisbedeckung ist jedoch eine genaue Bestandsaufnahme und Untersuchung der derzeitigen Meereisdicken notwendig. Insbesondere für die Validierung von Modellen, die die Eigenschaften der eisbedeckten Ozeane simulieren, fehlen diese wichtigen experimentellen Daten.

Viele Faktoren spielen eine Rolle für die Dicke von Meereis. Die Dicke von Meereis wird durch seine Wachstums- und Schmelzraten bestimmt und ist damit abhängig von den vorherrschenden klimatischen Bedingungen. Die Dicke variiert innerhalb einer Eisscholle teilweise erheblich, da unterschiedliche dynamische Driftbewegungen (Meereisdrift) und thermodynamische Prozesse das Meereis beeinflussen. Dort, wo Konvergenzen auftreten, kann sich Meereis beispielsweise aufeinander schieben und sich mehr als 10 Meter hoch auftürmen.

Meereis schwimmt im Wasser in einem isostatischen Gleichgewicht, so dass Messungen von Tiefgang („draft“), Freibord („freeboard“) und Oberflächenerhöhung („surface elevation“) in eine Größe „Meereisdicke“ umgerechnet werden können. Das Freibord bezeichnet den Teil des Meereises, der aus dem Ozeanwasser ragt. Dies entspricht 12 Prozent der gesamten Meereishöhe, da sich etwa 88 Prozent des Meereises unter Wasser befinden. Von der Freibordhöhe kann also auf die Gesamthöhe einer Eisscholle geschlossen werden. In einfachen Worten ausgedrückt, ergibt sich das Volumen eines Meereiskörpers also als Produkt aus Fläche und Gesamthöhe.

Die Meereisdicke ist einer der derzeit am schwierigsten flächendeckend zu messenden Meereisparameter; es gibt derzeit (noch) keine flächendeckenden, lang- und ganzjährigen Datensätze der Meereisdicke auf Basis von Beobachtungen.

In-situ Messungen (zum Beispiel Eiskernbohrungen) sind sicherlich die direktesten und genausten Messungen. Sie können jedoch nur für einzelne Positionen oder entlang eines Profils erfolgen. Werden daraus mittlere Meereisdicken für ein größeres Gebiet berechnet, entstehen große Unsicherheiten, weil diese lokalen Messungen nicht für ein größeres Gebiet repräsentativ sind. Weiterhin kommt hinzu, dass Regionen mit sehr dünnem Eis oder mit sehr dickem zusammengepressten Eisrücken aufgrund ihrer schlechten Zugänglichkeit weniger häufig beprobt werden.

Fernerkundungsmethoden liefern eine deutlich größere räumliche Abdeckung und sind sehr viel repräsentativer für ein größeres Gebiet, aber es gibt zahlreiche Schwierigkeiten in der Umrechnung der gemessenen Größen in eine Meereisdicke. Genutzt werden bei den Messungen die unterschiedlichen Eigenschaften von Wasser und Eis, wodurch eine Unterscheidung der beiden Flächen getroffen werden kann. Instrumente, die elektromagnetische Induktion nutzen, dringen mit ihren Signalen generell bis zur Eis-Wasser-Grenzschicht vor, aber Schneebedeckung und interne Eiseigenschaften führen zu Schwierigkeiten bei der Interpretation der Messergebnisse. Nach oben gerichtete Echolote, leiten die Meereisdicke aus dem Tiefgang des Meereises ab.  Satelliten-Altimeter, wie Echolot und Altimeter, messen ebenfalls nicht direkt die Meereisdicke, sondern vielmehr das Freibord. Laser-Altimeter, wie zum Beispiel ICESat messen das Freibord und die Schneedicke. Bei der Verwendung von Radar-Altimetern, wie dem CryoSat-2 wird davon ausgegangen, dass das Radarsignal generell durch Schnee-Eis-Grenzflächen dringt und nur das Freibord misst. Problematisch ist nach wie vor die Erfassung von Meereisdicken dünnen Eises, da dieses nur schwer von der Ozeanoberfläche zu unterscheiden ist. Demnach besteht eine Bestimmungslücke für Meereis, das dünner als 50 Zentimeter ist.



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[1] geändert nach: Snow, Water, ice and Permafrost in the Arctic (SWIPA); climate change and the cryosphere, Arctic Monitoring and Assessment Programme, Oslo, 2011, S. 9-7, Grafik 9.4