Sommerliche Meereisausdehnung weiterhin auf Niedrigkurs – Minimum in Sichtweite

13. September 2018

„Wir nähern uns dem diesjährigen Minimum der Meereisausdehnung in der Arktis und die Eisbedeckung ist in diesem Sommer wieder auf einen der niedrigsten Werte im Beobachtungszeitraum seit 1979 zurückgegangen“, so Professor Christian Haas, Leiter der Sektion Meereis am AWI. Das absolute Minimum wird wahrscheinlich 4,4 ± 0,1 Millionen Quadtradkilometer betragen. „Durch Unsicherheiten, die in unterschiedlichen Analysemethoden begründet liegen, können verschiedene Datenzentren zu leicht unterschiedlichen Werten kommen“.

Der Sommer 2018 war nicht nur in Europa außergewöhnlich warm, er hat auch seine Spuren in der Arktis hinterlassen und das Meereis dort stark schmelzen lassen. Derzeit verläuft die zeitliche Entwicklung der Eisausdehnung sehr ähnlich zum Jahr 2007 (Abb. 1), dem bisher viertniedrigsten absoluten Wert der Meereisausdehnung im Beobachtungszeitraum. „Das zu erwartende Minimum 2018 wird deutlich unter dem langjährigen Mittel und auch unterhalb der zweifachen Standardabweichung liegen und damit die Auswirkungen der globalen Klimaerwärmung in der Arktis weiter deutlich sichtbar machen“, bewertet Christian Haas die aktuelle Meereissituation.  

Unsere meereisportal.de Daten zeigen eine Meereisausdehnung von circa 4,4 Mio. km2 am 12. September (Abb. 2). Andere Auswertealgorithmen, wie beispielsweise die des National Snow and Ice Data Centre (NSIDC), können hiervon leicht abweichen (siehe Tabelle 1). „Diese geringen Unterschiede ergeben sich aus der höheren Auflösung unserer Daten und den leicht unterschiedlichen Methoden, die verschiedene Datenzentren zur Berechnung der Eiskonzentration benutzen. Sie zeigen die Unsicherheiten, die selbst moderne Satellitenbeobachtungen des Meereises haben können“, erklärt Dr. Gunnar Spreen vom Institut für Umweltphysik der Universität Bremen (IUP), der derzeit an Bord des Forschungseisbrechers FS Polarstern auf dem Weg in die Laptewsee ist. So werden beispielsweise Sensoren auf unterschiedlichen Satelliten benutzt, die auch in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen messen und somit unterschiedliche räumliche Auflösung haben. Der Auswertealgorithmus des IUP arbeitet beispielsweise mit einer sehr hohen Auflösung der Daten von 6,5 km x 6,5 km. Auch die Behandlung der Küstenlinien im Auswerteverfahren ist ein wichtiger Faktor in der Berechnung der eisbedeckten Fläche, da die Satellitendaten natürlich auch Landflächen abdecken (sog. Retrieval-Algorithmus; mehr Informatione hierzu auch hier in einem Nature Correspondence Artikel).

Im August 2018 betrug die arktische Meereisausdehnung durchschnittlich 5,24 Millionen km² (siehe Abb. 3). Dieser Wert liegt 1,9 Millionen km² unter dem Durchschnitt der Jahre 1981 bis 2010 und 731.128 km ² (etwa 16 %) über dem Rekordtief der Meereisausdehnung im August 2012 (siehe Abb. 4). Im September bewegt sich die Meereisausdehnung bisher entlang der täglichen Werte des Jahres 2007, als das absolute Minimum im September einen Wert von 4,27 Millionen Quadratkilometer erreichte. „Wir haben uns auf eine lange Fahrt durch das Eis eingestellt“, berichtet Gunnar Spreen vom FS Polarstern. „So wenig Eis nördlich der Nordostpassage gab es nur in 5 % der Sommer zwischen 1979 und 2016.“, berichtet Gunnar Spreen.

Weniger Eis in der Laptewsee, mehr in der kanadischen Beaufortsee im Vergleich zum Vorjahr

Die Schmelzsaison 2018 hat sich schon früh im Jahr als sehr besonders dargestellt. Warmlufteinbrüche im Frühjahr des Jahres hatten verhindert, dass sich in der Barentssee östlich von Spitzbergen, aber auch in der Beringsee viel Eis bilden konnte, was zur geringsten je beobachteten Februar Meereisausdehnung in der Arktis geführt hat (lesen Sie hier mehr). Das Frühjahr war weiter von Warmlufttransporten aus dem Atlantik charakterisiert, was den Eisrückgang insbesondere in der Barents- und Karasee bis in die Laptewsee verstärkt hat (Abb. 5). Aber auch in der zentralen Beaufortsee ist eine geringere Eisausdehnung im Vergleich zum Langzeitmittel, aber auch zum Jahr 2007 zu verzeichnen. In der kanadischen Beaufortsee und dem östlich angrenzenden kanadischen Archipel mit der Nordostpassage dagegen gibt es zum Ende dieses Sommers allerdings mehr Eis als in den letzten Jahren (Abb. 5 rechts).

Verantwortlich dafür ist ein langanhaltendes Hochdruckgebiet, das die Oberflächenströmung des Beaufortwirbels antreibt. Dadurch wurde in den zurückliegenden Monaten dickes, mehrjähriges Eis von Norden in die Beaufortsee transportiert. Gleichzeitig war die Luft über dem kanadischen Archipel im August bis zu vier Grad kälter als im langjährigen Monatsdurchschnitt (Abb. 7). In dieser Region dürfte demzufolge weniger Eis geschmolzen sein.

Lediglich in der ostsibirischen See ist das Meereis im Vergleich zu den letzten Jahren, aber auch zum Langzeitmittel nicht stark zurückgegangen, was Schifffahrtsrouten von Container- und Frachtschiffen sowie Kreuzfahrtschiffen für Tourismus zwischen dem Nordatlantik und dem Nordpazifik über die Nordostpassage beeinträchtigen kann (siehe auch Beitrag zur Vorhersagbarkeit der Beschiffbarkeit). Dies steht mit einem sehr stationären und ausgeprägten Tiefdrucksystem über der Zentralarktis in Zusammenhang, dass eine abschirmende Wirkung auf den Einstrom warmer Luftmassen hatte und somit das Schmelzen und ein Auseinandertreiben der Eisschollen in dieser Region verhindert hat (Abb. 8 rechts).

Trotz zunehmender Erwärmung ist eine verlässliche Vorhersage der regionalen Eisverteilung noch nicht möglich. Von überraschend kompaktem Meereis berichteten auch AWI-Meereisforscher, die Mitte August an Bord des schwedischen Eisbrechers Oden nur mühsam den Nordpol erreichten. „Die Meereissituation in der Arktis unterscheidet sich von Ort zu Ort deutlich und zeigt einmal mehr, dass wir auf Basis der arktisweiten Entwicklung bislang noch keine Vorhersagen über lokale Eisbedingungen machen können. Es gibt noch immer Gebiete, die sogar für Eisbrecher unpassierbar sind. Und wo in diesem Jahr wenig Meereis ist, kann im nächsten Jahr deutlich mehr sein, selbst wenn wir insgesamt deutlich weniger Meereis in der Arktis haben, als noch vor 20 Jahren“, sagt Christian Haas.

Atmosphärische Bedingungen 2018

Die Meereisfläche in der Arktis schrumpft seit Jahren deutlich stärker, als Klimamodelle prognostizieren. Veränderungen  des Meereises sind stark an Wechselwirkungsprozesse  zwischen  Atmosphäre und Ozean  gekoppelt. So hängt die Entwicklung des sommerlichen Meereises auch von den Bedingungen im vorangegangen Winter ab. Der Winter 2017 / 2018 war mit sehr warmen Temperturen in der Arktis, geringen Meereisbedingungen und mit einer rekordbrechenden Störung des Polarwirbels verbunden. Ebenfalls gab es extreme Kälte und verherrende Schneefälle in den USA und Europa (mehr hier). So lagen beispielsweise die Lufttemperaturen über dem arktischen Ozean im November und Dezember deutlich über dem langjährigen Durchschnitt, mit besonders warmen Gebieten (über 6°C über dem Mittelwert von 1981 bis 2010) über der Tschuktschensee und nördlich von Svalbard. Diese Bedingungen setzen sich im Januar und Februar fort und es war weiterhin in vielen Teilen der Arktis wärmer als im langjährigen Mittel.

Die zweite Hälfte des Februars war durch extreme Wetterbedingen gekennzeichnet, mit besonders hohen Temperaturen über der Arktis und extrem niedrigen Temperaturen über Eurasien und Nordamerika. Diese Situation hielt bis in den April an und es herrschten in der Ostsibirischen See im April bis zu 10 °C höhere Temperaturen als im Langzeitmittel. Die Lufttemperaturen waren in der östlichen Grönlandsee ebenfalls bis zu 5°C und in der Baffin Bay 3 °C höher im Vergleich zum langfristigen Mittel. Im Sommer war die Arktis weiterhin besonders in der Ostsibirischen See wärmer als im langjährigen Durchschnitt, jedoch in weiten Teilen der Arktis war die Temperaturen im Normalbereich. Januar bis Mai 2018 ist das bisher wärmste Jahr im Bereich der Tschuktschensee und der Beringstraße (siehe Abbildung 6). Zusammenfassend lassen sich die atmosphärischen Bedingungen in der Arktis für den Zeitraum Januar bis August 2018 wie in Abbildung 7 und 8 darstellen.

Atmosphärische Zirkulation in der Arktis und der Sommer 2018

Die Bedingungen in der Arktis im Sommer 2018 stehen auch in engem Zusammenhang mit der extremen Trockenheit und Wärme in Deutschland in diesem Sommer. Ursache hierfür war eine sogenannte Blockadewetterlage, ein stabiles Hoch über Skandinavien, das atlantische Tiefdruckgebiete nach Norden oder Süden ablenkt und immer wieder warme und trockene Luft nach Westeuropa führte (siehe Abbildung 9). Klimasimulationen für Zukunftsszenarien zeigen, dass die Wahrscheinlichkeit für derartige Wetterlagen mit dem Klimawandel ansteigen können.

Durch die Erwärmung in den nördlichen Breiten schwinden Schnee und Eis in der Arktis, die aufgrund ihrer weißen Farbe die Eigenschaft haben, einen großen Teil der einfallenden Sonnenstrahlung zu reflektieren. Fehlen Eis und Schnee hingegen, so scheint die Sonne direkt auf den arktischen Ozean und die Landflächen, die dunkler sind und die Strahlung stärker absorbieren, so dass sie sich erwärmen. Die Erwärmung der Arktis verstärkt sich dadurch und schreitet deutlich schneller voran als in den mittleren Breiten (sog. „Arktische Verstärkung“ oder „arctic amplification“). Die Folge ist, dass der Temperaturunterschied zwischen der Arktis und den mittleren Breiten geringer wird.

Der Temperaturkontrast zwischen Arktis und unseren Breiten ist jedoch der Motor für das Wetter in Deutschland und Europa. Tiefdruckgebiete entwickeln sich, um die Temperaturunterschiede auszugleichen. Auf ihrer Vorderseite transportieren Tiefdruckgebiete warme Luft nach Norden und auf ihrer Rückseite kalte Luft nach Süden. Ist der Temperaturkontrast geringer, werden auch die Tiefdruckgebiete schwächer, sodass ein kräftiges Hoch sie leichter abblocken kann. Was wir in diesem Sommer beobachtet haben ist eine Veränderung des Jetstream, einem atmosphärischen Starkwindband, welches die Tiefdruckgebiete steuert. Der Jetstream bewegt sich wellenförmig in den mittleren Breiten um den Globus. Liegt ein Gebiet im Wellental des Jetstreams, treten dort viele Tiefdruckgebiete auf, liegt das Gebiet im Wellenberg, dominiert der Hochdruckeinfluss.

"Nach Prognosen verschiedener Klimamodelle wird der Jetstream aufgrund geringerer Temperaturgegensätze zwischen den hohen und mittleren Breiten schwächer, dadurch kommt es zu einem verstärktem mäandern des Jetstream. Die Position der daraus resultierenden Wellenberge und Wellentäler sind jedoch stabiler und verlagern sich dadurch langsamer. Entsprechend seltener wechseln sie sich auch über Europa ab, so dass Hochdruckgebiete in Zukunft immer länger das gleiche Gebiet beeinflussen können.", so Dr. Monica Ionita-Scholz Klimatologin am AWI. Positioniert sich der Wellenberg dauerhafter z. B. über Skandinavien, so hält er die Tiefdruckgebiete über einen größeren Zeitraum von uns fern - so wie wir das in diesem Sommer erlebt haben.






Abbildung 9: Geopotentielle Höhe (500hPa) für Juli 2018 (links) im Vergleich zum Langzeitmittel 1981-2000 in der Arktis; integrierter Wasserdampftransport für Juli 2018 (Mitte) und für Januar bis August(rechts) (Quelle: www.esrl.noaa.gov/psd/data/gridded/data.ncep.reanalysis.html)

Eisdicke in der Arktis

Neben der Eisausdehnung sind auch Informationen über die Eisdicke und das Eisalter von großer Bedeutung für die Beurteilung der Eisbedeckung in der Arktis. So kann eine junge, dünnere Eisdecke wesentlich einfacher auseinandergetrieben und durch die sommerlichen Schmelzprozesse verkleinert werden, als dies bei einer dickeren, mehrjährigen Eisdecke der Fall ist. CryoSat-2 Daten zeigten zum Ende der Gefriersaison im April 2018, dass die mittlere Eisdicke am Ende des Winters mit 2,14 m einen Wert leicht unterhalb des Mittels von 2,19 m der vorherigen Jahre 2010-2017 lag, aber über den niedrigsten Werten in 2012, 2013 und 2017. Auffällig war, dass das Eis in der Ostsibirischen See wesentlich dicker war als im langjährigen Mittel, während es nördlich von Grönland und Ellesmere Island dünner war (siehe Abbildung im News-Beitrag vom 22. Juni 2018). Das dicke Eis in der Ostsibirischen See hat sicher zum Überleben des Eises in diesem Gebiet im September beigetragen (Abb 2).

In dem Gebiet dünnen Eises nördlich von Grönland traten im Februar und August 2018 prominente Polynjen auf. Die Polynja im August hatte eine Breite von über 100 km, was einzigartig in Größe und Ausdehnung ist. Die Zeitserie in Abbildung 10 zeigt, dass die starke Reduktion der Eiskonzentration in diesem Gebiet sowohl im Winter als auch im Sommer beispiellos im Beobachtungszeitraum seit 2005 ist. Obwohl die Eiskonzentration im Zeitraum 2005 bis 2018 episodisch aufgrund südlicher Winde 14-mal auf unter 80 % gefallen ist, ist sie in diesem Jahr zweimal unter 40 % gefallen, einem in den letzten 13 Jahrem noch nie aufgetretenen Tiefstwert.

Das Auftreten von Polynjen ist nicht ungewöhnlich, da sie überwiegend durch ablandige Winde entstehen, die das Meereis von der Küste wegtreiben. Ob das von CryoSat-2 im April beobachtete dünnere Eis nördlich von Grönland und Ellesmere Island zum Öffnen dieser prominenten, vorübergehenden Polynyen im Februar und August beigetragen hat, ist indes unklar, weil auch besonderes starke bzw. langanhaltende südliche Winde für ihre Entstehung verantwortlich sind. In der Tat haben flugzeuggestützte Eisdickenmessungen des AWI gezeigt, dass das Eis im Sommer nur geringfügig dünner war, als in den Vorjahren. Ein ausführlicher Bericht hierzu ist hier zu finden.

Die mehr als 100 km breite Polynja im August wurde von FS Polarstern genutzt, um weit auf den nordgrönländischen Schelf vorzudringen und dort geowissenschaftliche Untersuchungen durchzuführen (Abb. 11). Dies war in diesem Sommer zum ersten Mal seit 1993 möglich.

Fazit

Nach einem Rekordsommer 2018, der in Europa der wärmste und in Deutschland der zweitwärmste Sommer (Juni, Juli, August) seit 1881 gewesen ist, lassen sich auch in der Arktis zunehmenden Auswirkungen des Erwärmungstrends feststellen. Der Einstrom von warmer Luft- und auch Ozeanströmungen in die Arktis führt zu einer zunehmenden Meereisabnahme mit verstärkenden Konsequenzen für das arktische Klimasystem. Mittlerweile ist die Erwärmung in der Arktis mehr als doppelt so stark wie im globalen Mittel, was Konsequenzen für das Klima und Ökosystem, aber auch für die dort lebenden Menschen mit sich bringt. Wenn sich dieser Prozess weiter verstärkt, und es ist unter den gegebenen bisherigen Klimaschutzbemühungen der Weltgemeinschaft nicht anders zu erwarten, wird sich dieser Trend weiter fortsetzen. „Das aktuelle Ergebnis bestätigt den besorgniserregenden Abnahmetrend des Meereises in der Arktis, den wir nun schon seit mehr als einem Jahrzehnt beobachten“, resümiert Christian Haas die Situation in der Arktis im Sommer dieses Jahres. 

Ansprechpartner:

Prof. Dr. Christian Haas (AWI)

Dr. Monica Ionita-Scholz (AWI)

Dr. Renate Treffeisen (AWI)

Dr. Klaus Grosfeld (AWI)

Lorenzo Zampieri

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