Antarktisches Meereis erreicht das diesjährige Minimum

17. März 2017 Die antarktische Meereisausdehnung hat ihr diesjähriges Minimum erreicht. Am 1. März fiel der Wert auf 2,32 Mio. km², dem bisher niedrigsten Wert in diesem Sommer der Südhemisphäre (siehe Abbildung 1) und dem niedrigsten Sommerwert seit Beginn der Satellitenmessungen im Jahr 1979 überhaupt. Die Meereisausdehnung lag seit Beginn des Jahres am unteren Ende der zweifachen Standardabweichung des langjährigen Mittelwertes und ist damit weiterhin sehr niedrig für diese Jahreszeit. Jedoch unterliegt die antarktische Meereisausdehnung sehr großen zwischenjährlichen Schwankungen. So erreichte sie beispielsweise in den Jahren 2003, 2008 und 2013 bis 2015 im Gegensatz zum aktuellen Jahr positive Rekordwerte (siehe Abb. 2). Die mittlere Meereisausdehnung im Februar ist in Abbildung 3 zu sehen.
Obwohl der langjährige Trend der mittleren Meereisausdehnung in der Antarktis einen leichten Anstieg verzeichnet (Abb. 2), zeigt dieser Sommer ein anderes Bild: das gesamte Frühjahr und den Sommer über ist die Meereisausdehnung außergewöhnlich niedrig gewesen (Abb.1). Generell festzuhalten ist, dass die Amplitude der zwischenjährlichen Schwankungen zunimmt. Was sind mögliche Gründe hierfür und welchen Einfluss hat diese auf den langjährigen Trend? „Es ist schwierig zu beurteilen, was die Ursachen für diese momentan niedrige Meereisausdehnung in der Antarktis sind“, stellt Prof. Christian Haas, Leiter der Abteilung Meereisphysik am Alfred-Wegener-Institut fest, da das Meereis der Antarktis nach wie vor Fragen aufwirft, die wissenschaftlich häufig erst ansatzweise geklärt sind. Generelle Aussagen abzuleiten ist schwierig, da die Ausdehnung rund um den Kontinent sehr stark zeitlich und räumlich schwankt. So ergeben sich große regionale Unterschiede in den Trends (siehe Abb. 4). Hierbei dominiert die Zunahme im Rossmeer die Gesamtentwicklung der antarktischen Meereisesausdehnung in den letzten Jahrzehnten und erklärt zum großen Teil die bisherige Zunahme der Gesamtfläche des antarktischen Meereises. Ohne bessere Eisdicken- und Eisvolumenabschätzungen ist es jedoch schwierig Erklärungen dafür zu geben, welche Folgen Klimaänderungen für die antarktische Meereisbedeckung haben und welche Klimafaktoren den größten Einfluss haben (Zwally et al., 2002). So ist zum Beispiel bisher noch ungeklärt, ob die leichte Zunahme des antarktischen Meereises durch natürliche Klimavariabilitat erklärt werden kann, oder ob es menschengemachte Beiträge gibt (siehe Abb. 2). Beobachtungsdaten reichen nicht weit genug zurück und auch Modellsimulationen lassen nur ungenaue Rückschlüsse auf die Signifikanz der beobachteten Eiszunahme zu. Es gibt zwei große Einflussfaktoren, die das Meereises in der Antarktis verändern: die atmosphärischen und die ozeanischen Randbedingungen. Meereis wird im Südpolarmeer maßgeblich von den vorherrschenden Zirkulationsmustern im Ozean und in der Atmosphäre geprägt, da das Eis frei nordwärts treiben kann. Die nördliche Ausbreitung des Eises wird somit von den jeweiligen Strömungsgeschwindigkeiten und –richtungen bestimmt, welche wiederum in erster Linie von den lokalen Windsystemen beeinflusst werden. Es wird davon ausgegangen, dass die regional gegensätzlichen Trends in der Eisbedeckung von Änderungen der örtlichen Windgeschwindigkeit und -richtung mitverursacht werden (Notz, 2015). Um die Meereissituation der diesjährigen antarktischen Schmelzsaison besser einschätzen zu können, wurden für den aktuellen Sommer die Differenzen zum Vorjahr und zum langjährigen Mittelwert berechnet. Diese Ergebnisse sind in Abbildung 5 dargestellt. Dort zeigen rote (blaue) Gebiete Regionen, in denen weniger (mehr) Meereis als im Vorjahr (rechts) und im langjährigen Mittelwert (links) vorkam. Übereinstimmend mit dem generellen Trend wurde auch in diesem Jahr eine Abnahme des Meereises in der Bellingshausen- und in der Amundsensee beobachtet (vgl. Abb. 4). Typischerweise zieht sich das Meereis mehrere hundert Kilometer entlang der Amundsenküstenlinie zurück. Entgegen dem langjährigen Trend zeigte sich das Rossmeer jedoch nahezu den ganzen Januar und Februar über eisfrei und auch im östlichen und vor allem im nördlichen Weddellmeer wurde eine geringere Meereisbedeckung sowohl im Vergleich zum Vorjahr wie auch gegenüber dem langjährigen Mittel beobachtet. Im Weddellmeer zeigen sich typischerweise Veränderungen, die unabhängig vom Windantrieb sind. Dort findet der Verlust des Meereises an der Unterseite durch Schmelzprozesse statt und dieser ist umso größer, je mehr Wärme der Ozean von der Unterseite an das Meereis heranführt. In diesem Sommer konnten im Einstrombereiche des Wedellmeeres bis zu 1° C wärmere Meeresoberflächentemperaturen beobachtet werden. Das westliche Weddellmeer ist durch eine stabile Eisbedeckung mit mehrjährigem Meereis geprägt, da die Eisdrift durch die Antarktische Halbinsel blockiert wird und das Meereis nur sehr langsam nach Norden getrieben werden kann.

In Abbildung 6 ist für die entsprechenden Monate die Anomalie der geopotentiellen Höhe (850 hPa), die die Höhe des Druckniveaus der 850 hPa-Fläche über der Antarktis wiedergibt, gegenüber dem langjährigen Mittel dargestellt. Die geopotentielle Höhe auf diesem Druckniveau ermöglicht Aussagen über die großskalige Luftdruckverteilung und damit die Zirkulation, da sie die Hoch- und Tiefdruckverteilung und die Zirkulation der freien Atmosphäre beschreibt. Gut zu erkennen sind die starken Winde im November, die zwischen Amundsensee und Rossmeer das Meereis auf den offenen Ozean hinaustreiben (vgl. auch News 12/2016). Im Dezember und Januar treten diese weiterhin verstärkt auf. Im Dezember bildete sich im Rossmeer eine große Polynja (mehr Informationen zu Polynien), die sich im Januar öffnete (siehe Abb. 7). Beständige synoptische Winde, die vom Rossschelfeis wehen und katabatische Stürme führen normalerweise zur Bildung dieser großen Polynja. Die Starke Abnahme des Meereises im November könnte auch mit der auffälligen Erhöhung der Temperaturen auf bis zu vier Grad Celcius im östlichen Rossmeer und bis zu zwei Grad entlang der ostantarktischen Küste verknüpft sein. Im westlichen Pazifischen Sektor (90°-160°Ost) wird davon ausgegangen, dass dort besonders dünnes Eis vorliegt, das im Durchschnitt um die 45 cm dick ist und damit durch Schmelzprozesse schnell verschwinden kann. Im November zeigten diese Gebiete geringeres Meereis als im Vorjahr, wie auch im Vergleich zum langjährigen Mittelwert (siehe Abb. 5).  In wie fern die beobachteten Veränderungen durch großräumige interdekadische Variabilität erklärt werden könnte, ist momentan nicht genau zu bestimmen. Es gibt jedoch neuere Untersuchungen, die darauf hinweisen, dass die interdekadische Pazifische Oszillation (IPO) seit den späten 1990er Jahren, als sie in eine negative Phase getreten ist, eine wichtige Rolle für die beobachteten Meereisveränderungen in der Antarktis spielen kann (Purich et al., 2016; Meehl et al, 2016). Die IPO beeinflusst beispielsweise großräumig die Meeresoberflächentemperaturen im Pazifik. Veränderungen der tropischen pazifischen Meeresoberflächentemperaturen haben auch Einfluss auf das Tiefdruckgebiet in der Amundsensee. Darüber kann es zu Fernwirkungen (Telekonnektionen) zwischen El Niño Southern Oscillation (ENSO) und der antarktischen Meereisbedeckung kommen. Abbildung 8 zeigt Meeresoberflächentemperaturen für El Niño Jahre im Winter und im Frühjahr der Südhemisphäre, wenn dieser Einfluss am stärksten ist. Für beide Jahreszeiten ist eine Temperaturzunahme der Ozeanoberflächentemperaturen in der Bellingshausen- und Amundsensee zu verzeichnen. Bei La Niña (El Niño) verstärkt (verringert) sich das Tiefdruckgebiet in der Amundsensee, was zu einer erhöhten (verringerten) Meereisbedeckung im östlichen Rossmeer und der Amundsensee führt als Ergebnis einer erhöhten (verringerten) südlichen Strömung an der Oberfläche und einer Verringerung (Erhöhung) des Meereises in der Bellingshausensee als Ergebnis einer verstärkten (verringerten) nördlichen Strömung in dieser Region (Purich et al, 2016). Zusammenfassung
Während die physikalischen Prozesse gut verstanden sind, die das jährliche Wachstum und das Schmelzen des Meereises bewirken, ist die Art, in der diese Prozesse auf längeren (z.B. dekadischen) Zeitskalen und regionalen räumlichen Skalen kombiniert werden kompliziert und nicht besonders gut erforscht. Auch ist der Zusammenhang zwischen der Veränderungen des antarktischen Meereises und dem globalen Klimawandel bisher nicht ausreichend verstanden. „Es wird spannend zu sehen, wie sich die Meereissituation in der Antarktis in den kommenden Jahren weiterentwickeln wird. Es gibt noch zu viele unbekannte Größen und Wechselwirkungen, die wir noch untersuchen müssen, um hier sicherere Aussagen machen zu können. Eins ist jedoch klar, der Klimawandel macht auch vor der Antarktis nicht halt! “, so Professor Christian Haas, Leiter der Sektion Meereisphysik am Alfred-Wegener-Institut in Bremerhaven. Ansprechpartner: Prof. Dr. Christian Haas; Dr. Marcel Nicolaus; Dr. Monica Ionita-Scholz (AWI) Dr. Gunnar Spreen and Dr. Georg Heygster (Universität Bremen)