Sommer 2016

Für die Meereisentwicklung des Sommers 2016 in der Arktis wird die monatliche Arbeit des Sea Ice Outlooks zusammenfassend mitverfolgt und dargestellt. Dazu werden hier im Folgenden die Monatsberichte in verkürzter Fassung aufgeführt. Für die vollständigen Berichte verweisen wir auf die englisch sprachige Seite des Sea-Ice Outlooks. Informationen zur aktuellen Meereiseinschätzung der Arktis finden Sie hier sowie aktuelle Meereiskarten hier.

Einen Vergleich der beiden AWI Beiträge zum Sea Ice-Outlook für den Sommer 2016 haben wir für Sie hier zusammengestellt.

Sea Ice Outlook Bericht für den Monat August 2016:

Für den letzten Sea Ice Outlook vor dem diesjährigen sommerlichen Meereisminimum in der Arktis, der auf Daten von Ende Juli basiert, wurden 40 Beiträge, einschließlich eines rein regionalen Sea Ice Outlooks, eingereicht. Der Augustbericht 2016 beinhaltet für die gesamtarktischen Meereisvorhersagen drei heuristische Beiträge, neunzehn statistische Beiträge, fünfzehn Modellbeiträge, davon fünf dynamische Meereis-Ozean Modelle sowie acht, die vollgekoppelte Klimamodelle benutzen, sowie zwei Beiträge, die gemischte Methoden verwenden.

Der Median der Meereisvorhersage im September 2016 beträgt 4,4 Mio. km² und hat sich damit gegenüber dem Wert des Vormonats kaum verändert (4,3 Mio. km²), er ist sogar leicht (um 0,1 Mio. km²) angestiegen. 50 % der Werte liegen zwischen 4,2 und 4,7 Millionen km² (Abbildung 1 – oberes und unteres Quartil). Die Werte der Beiträge schwanken etwas geringer als im Vormonat und bewegen sich zwischen 3,7 und 5,2 Mio. km². Würde der vorhergesagte Median mit dem beobachteten Minimum im September übereinstimmen, wäre das der drittniedrigste Wert seit Beginn der Satellitenaufzeichnungen. Wie auch im Julibericht sagt keiner der Beiträge ein neues September Rekordminimum voraus.

Auch wenn es noch ungefähr drei Wochen bis zum Erreichen des Minimums sind, deuten die momentanen Eisverlustraten in der Arktis auf kein neues Rekordminimum hin. Dies zeigt auch ein neu am AWI entwickelter statistischer Ansatz, der in diesem Jahr erstmalig zum Sea Ice Outlook beiträgt. Das statistische Modell berücksichtigt unterschiedliche klimatologische Parameter, wie den Wärmeinhalt des Ozeans, die Meeresoberflächentemperatur und andere atmosphärische Variablen, um eine Schätzung der September-Meereisausdehnung vorzunehmen. Der Sea Ice Outlook wird dabei einmal mit den Satellitendaten der Meereisausdehnung von der Universität Bremen (IUP) und einmal mit den Daten des National Snow and Ice Data Centers (NSIDC) gerechnet. Das Verfahren ist ausführlich hier beschrieben.

„Mit unserem statistischen Verfahren berechnen wir für den kommenden September eine Meereisausdehnung von 4,3 Mio. km² mit den Satellitendaten des NSIDC und mit denen der Universität Bremen eine Ausdehnung von 4,8 Mio. km². Dass sich diese Werte noch stark verändern werden, ist eher unwahrscheinlich. Der Unterschied zwischen den beiden Ergebnissen lässt sich dabei auf die unterschiedlichen Datenquellen für die in die Berechnungen eingehenden Meereisdaten zurückführen. Abweichungen in den Meereisdaten können beispielsweise durch die Verwendung verschiedener Sensoren sowie Algorithmen zur Auswertung der Satellitendaten entstehen, aber auch durch eine unterschiedliche räumliche Auflösung und Berücksichtigung küstennaher Punkte liegen“, kommentiert Dr. Ionita-Scholz.

Wie im Bericht des letzten Monats sind die Medianwerte für die Modellbeiträge etwas höher als die der statistischen Methoden (in diesem Monat 0,2 Mio. km²). Für die Modellbeiträge liegt der Median der Vorhersagewert für die Septembermeereisausdehnung bei 4,62 Mio. km² (Mittelwert 4,51 Mio. km²) und ist damit leicht höher als im Juni und Juli (siehe Abbildung 2 und 3). Der Beitrag des AWI-Konsortiums, basierend auf einer dynamischen Modellierung, liegt mit 4,3 Mio. km² am unteren Ende der Vorhersage für diese Modelle und stimmt sehr gut mit dem auf dem statistischen Verfahren des AWI basierenden Ergebnis unter Verwendung der NSIDC-Daten überein.

Kontext der aktuellen Meereisvorhersagen für August 2016

In der ersten Hälfte des Augusts folgte die Meereisausdehnung dem Verlauf von 2007, dem Jahren, in dem das zweitgeringste Septemberminimum seit Beginn der Satellitenaufzeichnungen verzeichnet wurde. Die Kurve verläuft unter derjenigen der zweifachen Standardabweichung des langjährigen Mittelwertes von 1981-2010 (siehe Abbildung 4).

Die mittlere Meereisausdehnung vom 1. bis  19. August betrug 5,6 Mio. km² (siehe Abb. 5). Der Meereisverlust in der Beaufort- und Tschuktschensee ist bereits weit fortgeschritten. Es existieren große Schollen mehrjährigen Eises in einigen Regionen und es wird sich zeigen, ob diese die Schmelzsaison überstehen werden. Ein Keil offenen Wassers dringt nordwärts von der Ostsibirischen See vor, jedoch ist das Eis in der Laptewsee großflächig vorhanden und blockiert die Nordostpassage. In der Kara-, Barents- und Grönlandsee bleibt das Eis weiterhin unterhalb des langjährigen Mittelwertes, wie dies auch bereits über den ganzen Winter und Frühling der Fall war. Die südlich gelegene Amundsen Route der Nordwestpassage erscheint auf Satellitenbildern des Mikrowellensensors AMSR offen, aber in Satellitenbildern von MODIS sieht man noch Eis. Der durchschnittliche tägliche Meereisverlust betrug bis 21. August circa 62.000 Quadratkilometer pro Tag und lag damit ungefähr beim Wert im Jahr 2007 (63.000 km²/Tag).

Die meteorologischen Bedingungen in den ersten drei Wochen des Augusts folgen dem bisherigen Muster dieses Sommers: es ist weiterhin generell wolkig und kühl. Diese Bedingungen verlangsamen das Schmelzen des Meereises. Die Oberflächentemperaturen in der zentralen Arktis bewegen sich für diese Jahreszeit im normalen Bereich (siehe Abbildung 6). Seit Mitte August intensiviert sich ein Tiefdruckgebiet in der Zentralarktis und führt zu sehr stürmischen Bedingungen (Abbildung 7). Im Jahr 2012 bewirkte ein ähnliches Tiefdruckgebiet das Aufreißen der Meereisdecke und unterstütze damit das enorme Schmelzen, was zum Rekordminimum in diesem Jahr beitrug. Auch wenn 2016 ähnlich stürmische Bedingungen vorliegen, unterscheidet sich die Ausdehnung der Meereisdecke jedoch sehr stark von der im Jahr 2012.

Meereisschmelze hält durch Wärme des Ozeans an

Die Arktis beginnt sich zum Ende des Sommers hin langsam abzukühlen, trotzdem hält der Meereisrückgang an. Grund hierfür ist der über den Sommer erfolgte Wärmeeintrag in den Ozean. Der frühe Meereisrückgang in diesem Jahr bewirkte eine Erwärmung des Ozeans sowohl durch Strahlungsabsorption als auch durch nordwärts fließendes Wasser in der Tschuktschensee bis zum Westen von Alaska  und in der Barentssee bis zum Norden von Norwegen. Ungewöhnlich stark hat sich der Ozean in der nördlichen Baffinbucht (zwischen Nordkanada und Grönland), der Beaufortsee (nördlich von Nordwestkanada und Alaska), in der Ostsibirischen See (nördlich von Ostsibirien) und in der Barents- und Karasee (nördlich von Westeuroasiens) erwärmt.

Außergewöhnlich im Jahr 2016 waren der sehr frühe Eisrückgang und die daraus resultierende Erwärmung des Ozeans in der westlichen Beaufortsee und in der westlichen Ostsibirischen See (Abb. 8). Ebenfalls ungewöhnlich war die nördliche Ausdehnung der Erwärmung dieser beiden Gebiete, die normalerweise viel später im Jahr schmelzen, wenn das Maximum der atmosphärischen Erwärmung ihren Höhepunkt überschritten hat. In diesem Jahr hat sich der Ozean in diesen Gebieten bereits erheblich erwärmt. Daher ist ein weiterer Rückgang des Meereises in diesen beiden Gebieten in den kommenden Wochen wahrscheinlich. Eine weitere Erwärmung des Ozeans ist hingegen unwahrscheinlich da sich die Atmosphäre bereits abzukühlen beginnt.

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Sea Ice Outlook Bericht für den Monat Juli 2016:

Für den Sea Ice Outlook basierend auf Daten von Ende Juni wurden 37 Beiträge eingereicht, einschließlich eines rein regionalen Sea Ice Outlooks für die Region Alaska (wobei ebenfalls bei den gesamtarktischen Vorhersagen drei Vorhersagen für die Region Alaska abgegeben wurden). Der Julibericht 2016 beinhaltet für die gesamtarktischen Meereisvorhersagen drei heuristische Beiträge, siebzehn statistische Beiträge, vierzehn Modellbeiträge, davon fünf dynamische Meereis-Ozean Modelle sowie acht die vollgekoppelte Klimamodelle benutzen und zwei Beiträge, die gemischte Methoden verwenden.

Der Median der Meereisvorhersage im September 2016 beträgt 4,3 Mio. km² und hat sich damit gegenüber dem Wert des Vormonats kaum verändert (4,28 Mio. km²). 50 % der Werte liegen zwischen 4,10 und 4,6 Millionen km2 (Abbildung 1 – oberes und unteres Quartil). Die Werte der Beiträge schwanken etwas geringer als im Vormonat und bewegen sich zwischen 3,6 und 5,2 Mio. km². Keiner der Beiträge sagt ein neues September Rekordminimum voraus - trotz des warmen Winters, der geringen Meereisausdehnung und dem Auftreten von viel dünnem Eis im Frühjahr 2016. Die meteorologischen Bedingungen unterstützen momentan die Annahme, dass es zu keinem Rekordminimum kommt: Die Oberflächentemperaturen in der zentralen Arktis bewegen sich für diese Jahreszeit im normalen Bereich und auch die Temperaturvorhersagen für die nahe Zukunft zeigen keine deutlich wärmeren Bedingungen als der Mittelwert der letzten Jahre. Trotzdem sind die subpolaren Meere und die den arktischen Ozean umgrenzende Landfläche wärmer als der langjährige Durchschnitt.

Im Rekordjahr 2012 wurde jedoch auch von keinem der eingereichten Beiträge, mit den damals zur Verfügung stehenden Methoden, das Rekordminimum im September vorhergesagt. „Hätte das AWI im Jahre 2012 allerdings schon die heute verwendete dynamische Methodik mit Assimilierung von Meereisbeobachtungen im März und April zur Verfügung gehabt, wäre ein neues Rekordminimum spätestens im Juli vorhergesagt worden“, berichtet Dr. Frank Kauker von AWI.

Dies ergab eine Nachrechnung der Jahre 2012 bis 2014 (Abbildung 2). Die Wahrscheinlichkeit ein neues Rekordminimum zu erreichen, lag bei der Nachrechnung des Jahres 2012 bei 30 % für den Junibericht des Sea Ice Outlooks (3 von 10 Ensemblemitglieder ergaben eine Meereisausdehnung unterhalb des Wertes von 2007) und bei 100 % für den Juli und Augustbericht des Sea Ice Outlooks (alle Ensemblemitglieder lagen unterhalb des Wertes von 2007). Beim aktuellen Juni und Juli Sea Ice Outlook 2016 mit der AWI Modellvorhersage liegt kein Wert eines Ensemblemitgliedes unterhalb des Wertes von 2012.

Wie im Bericht des letzten Monats sind die Medianwerte für die Modellbeiträge etwas höher als die der statistischen Methoden. Für die Modellbeiträge liegt der Median der Vorhersagewert für die Septembermeereisausdehnung bei 4,5 Mio. km², wobei 50 % der Werte zwischen 4,1 und 4,8 Mio. km² liegen. Die statistischen Methoden haben einen Median von 4,3 Mio. km² und 50 % der Werte liegen zwischen 4,1 und 4,6 Mio. km². Der Wertebereich für die statistischen Methoden ist enger geworden im Vergleich zum Juni, was darauf zurückzuführen ist, dass die sehr hohen Werte einiger Beiträge reduziert wurden. Der Wertebereich der vollgekoppelten und dynamischen Meereis-Ozean Modelle sind im Vergleich zum Vormonat nahezu gleich geblieben (siehe Abbildung 3 und 4). 

Kontext der aktuellen Meereisvorhersagen für Juli 2016

Nach dem warmen arktischen Winter 2015/2016 bleibt die Meereisausdehnung weiterhin unterhalb der normalen Ausdehnung. Die gerade vorherrschenden meteorologischen Bedingungen zeigen für die letzten beiden Monate nahezu normale Oberflächentemperaturen im Vergleich zum langjährigen Mittel von 1981-2010 über dem größten Teil des zentralen arktischen Ozeans (Abbildung 5). Von diesem Muster abweichende Ausnahmen sind die Temperaturen über der Barent- und Karasee, die einhergehen mit der außergewöhnlich geringen Meereisbedeckung im Winter und Frühling in diesem Jahr. Die subpolaren Meere und auch die angrenzenden Landflächen waren in den letzten beiden Monaten überwiegend wärmer als normal. Diese Bedingungen sind auch in Ny-Ålesund zu sehen (Abbildung 6).

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Sea Ice Outlook Bericht für den Monat Juni 2016:

Der erwartete Median im Rahmen des Sea Ice Outlooks (Meereisvorhersage) der arktischen Meereisfläche für den September 2016 ist 4,28 Millionen km2. 50 % der Werte liegen zwischen 4,10 und 4,63 Millionen km2 (Abbildung 1 – oberes und unteres Quartil). Die Beiträge basieren auf einer Reihe von Methoden: statistischen und dynamischen Modellen, heuristischen Methoden und zwei informellen Befragungen. Die diesjährige Spannweite ist kleiner als im vorherigen Jahr, die 3,3 bis 5,7 Millionen km2 betrug. Der erwartete Median des Juni Outlooks ist 700.000 km2 kleiner als im Vorjahr. Die diesjährige Vorhersage ist mit den beobachteten Werten von vorherigen Jahren zu vergleichen: 4,3 Millionen km2 für 2007, 3,6 Millionen km2 für 2012 und 4,63 Millionen km2 für 2015. Nur eine Vorhersage deutet auf ein Rekordtief hin. Alle anderen Vorhersagen erwarten kein neues Rekordtief im Jahr 2016.

Der Vergleich der 13 dynamischen Modelle zeigt eine deutlich niedrige Spannweite als im Vorjahr. Der erwartete Median liegt bei 4,58 Millionen km2 mit einem unteren bzw. oberen Quartil bei 4,10 bzw. 4,73 Millionen km2. Dieser Wert ist etwas größer als die auf statistischen Methoden beruhende Abschätzung, die einen Median von 4,28 Million km2 und ein unteres bzw. oberes Quartil von 4,11 und 4,58 Millionen km2 ergeben.

Seit Beginn des Sea Ice Outlooks im Jahre 2008, hat es eine Verlagerung von quantitativen, heuristischen Methoden hin zu statistischen und dynamischen Modellen gegeben. Der Juni 2016 Bericht beinhaltet drei heuristische Beiträge, vierzehn Beiträge, die statistische Methoden verwenden, dreizehn Modellbeiträge, davon fünf dynamische Meereis-Ozean Modelle sowie acht Beiträge, die vollgekoppelte Klimamodelle benutzen. Vollgekoppelten Klimamodelle simulieren alle wichtigen Komponenten des Klimasystems – einschließlich des Meereises, der Ozeane, der Atmosphäre (und einige die Landoberfläche – sogenannte Erdsystemmodelle) – und erlauben diesen Komponenten sich gegenseitig zu beeinflussen, was ein vollständigere Darstellung der komplexen Meereisphysik ermöglicht. Allerdings haben diese Modelle den Nachteil, dass der von ihnen modellierte Zustand des Meereises i.A. eine stärkere Abweichung von den Beobachtung aufweist als von Wetterdaten angetriebene Meereis-Ozean Modelle (was nicht notwendigerweise heißt, dass die Vorhersage schlechter ist, weil die Meereis-Ozean Modelle nicht die aktuellen Wetterdaten benutzen können, da sie noch nicht existieren).

Trennt man die vollgekoppelten dynamischen Modelle von den Meereis-Ozean-Modellen zeigen die vollgekoppelten Modelle eine etwas geringere Vorhersage (4,57 Mio km² versus 4,62 Mio km²) aber eine deutlich höhere Spannbreite (Abbildung 2). Dies kann wahrscheinlich auf die größere Unsicherheit durch die gekoppelte Atmosphäre und dadurch bedingt, durch einen größeren Abstand des simulierten Zustandes des Meereis-Ozean Systems von den Beobachtungen erklärt werden. Die mittlere Vorhersage der heuristischen Vorhersagen beträgt 4,0 Mio km² mit einer sehr geringen Spannbreite. Die beiden informellen Befragungen lieferten 2,9 Mio km² bzw. 5,3 Mio km2. Die Spannbreite aller Vorhersagen hat sich im Vergleich zum Vorjahr etwas verringert. Beide Extrema der Vorhersage stammen aus vollgekoppelten Modellen. Die Meereis-Ozean-Modelle zeigen eine geringere Spannbreite als die vollgekoppelten Modelle.

Kontext der aktuellen Meereisvorhersagen Juni 2016

Der arktische Winter 2016 brachte einige Rekorde: extrem warme Monate Dezember, Januar und Februar (die wärmsten seit 1880) und (wahrscheinlich dadurch bedingt) sehr geringe mittlere monatliche Meereisausdehnungen im Januar, Februar und März beobachtet (mehr Informationen hierzu hier).

Overland und Wang (2016)  erklären dies, zumindest zum Teil, mit einem großen arktischen Tiefdruckgebiet Ende 2015, das warme und feuchte Luft in die Arktis transportierte, besonders über die Kara- und Barentssee. Bedingungen über dem Gefrierpunkt wurden im Dezember auch über dem Nordpol beobachtet (siehe mehr Informationen hierzu hier). Im Januar und Februar trugen vom Süden kommende Winde über Alaska zu einem zweiten arktischen Temperaturmaximum bei (siehe auch mehr Informationen in Overland and Wang 2016 ). Basierend auf verschiedenen Wetterdaten ((Re)analyseprodukte), war die Arktis (gemittelt über 66°-90°N) sowohl im Januar als auch Februar mehr als 3 bis 6 Grad wärmer als in den letzten Jahren.

Flugzeugmessungen der Meereisdicke über dem kanadischen Archipel und der südlichen Beaufortsee zeigten, dass die Dicke des mehrjährigen Eises ähnlich zu dem im Jahr 2015 war. Das  einjährige Eis war jedoch deutlich dünner (< 2 m), was wahrscheinlich ein Ergebnis des ungewöhnlich warmen Winters und des deshalb eingeschränkten Wachstums des einjährigen Eises ist (siehe Abbildung 4). Diese Beobachtungen der Meereisdicke sowie Satellitenbilder deuten auf eine fragmentierte Eisbedeckung in der Beaufortsee hin. Dies ist auch in den CryoSat-2 Eisdicken des AWI zu erkennen. Dadurch ist diese Region dieses Jahr sehr anfällig für ein vollständiges Schmelzen während des Sommers. Auch zeigte dieses Gebiet eine frühe Entwicklung offener Wasserflächen, die zum Mai-Rekordminimum beitrugen. Auch in Barrow (Alaska) deuten verschiedene Beobachtungen auf Gebiete mit dünnem Eis hin. In diesem Jahr überstieg die Dicke des Festeises (Meereis, dass an Land „festhängt“ sich also nicht bewegt) in der Nähe von Barrow nie einen Meter – wahrscheinlich ein Ergebnis des reduzierten Wachstums im Winter und des frühen Einsetzen der Schmelzsaison.

Als ein Ergebnis der außergewöhnlichen Eisbedingungen des Winters wahrscheinlich kombiniert mit überdurchschnittlichen Lufttemperaturen erreichte das Meereis im Mai ein Rekordminimum seit Satellitenmessungen 1979. Dies führte in der euroasiatischen Seite zu unterdurchschnittlichen Eisausdehnungen in der Kara-, Barents- und Östgrönlandsee und der Tschuktschensee und einem frühen Aufbrechen des Packeises in der südlichen Beaufortsee auf der pazifischen Seite.

Auch wenn die Schmelzsaison dieses Jahr mit deutlich geringerer Meereisausdehnung als 2012 startete, verlangsamen momentan kältere Bedingungen im Juni, verbunden mit niedrigerem Druck auf Meeresspiegel den Eisverlust weshalb die Meereiseisausdehnung fast deckungsgleich zu der im Jahr 2012 beobachteten ist (siehe Abbildung 5 und 6).