14. November 2016

Mit dem einsetzenden Herbst in der Arktis, beginnt die Gefriersaison und das arktische Meereis dehnt sich wieder aus. Seit Oktober liegt die Meereisausdehnung jedoch weit unterhalb des langjährigen Mittelwertes (unterhalb der zweifachen Standardabweichung - siehe Abbildung 1). Im November erreichte die mittlere Meereisausdehnung 8,8 Mio. km², den niedrigsten Novemberwert seit es Satellitenaufzeichnungen gibt. Der Wert in 2016 liegt circa 757.000 km² unter dem 2012 im November erreichten Wert (siehe Abbildung 2).

Im Vergleich zu 2007 und 2012 (die Jahre mit den bisher geringsten sommerlichen Meereisausdehnungen), ist die Eiskonzentration im November 2016 in großen Gebieten in der Beaufort-, Tschuktschen-, Kara- und Ostsibirischen-See deutlich geringer (siehe Abbildung 3, rot gefärbte Bereiche). Die Eiswachstumsrate im November lag bei durchschnittlich circa 93.000 km² pro Tag. Ende Oktober wie auch Mitte November nahm die Meereisausdehnung sogar um circa 0,3 Mio. km² ab, ein bisher nie beobachtetes Ereignis im November (siehe Abb. 1).

Mögliche Faktoren, die diese Situation hervorgerufen haben
Im Jahr 2016 begann die Schmelzperiode des arktischen Meereises ungewöhnlich früh. Dadurch kann theoretisch über einen längeren Zeitraum Wärme aus der Atmosphäre und durch solare Einstrahlung in die Randmeere des arktisches Ozeans eingetragen werden, die zu Beginn des Winters wieder an die Atmosphäre abgegeben wird. Dies kann zu einer Verlängerung der eisfreien Periode führen. Vorhandene Daten reichen jedoch nicht aus, um diese Prozesse zu quantifizieren.

Die warmen atmosphärischen Bedingungen des Oktobers haben sich im November fortgesetzt. Die Temperaturen lagen im 925 hPa Druckniveau weit über dem langjährigen Mittel von 1981-2010 über dem zentralen Arktischen Ozean. Nahe dem Nordpol traten lokal Werte von bis zu 10 Grad Celsius über dem langjährigen Mittel auf. Dies steht im starken Gegensatz zum nördlichen Eurasien, wo die Temperaturen im November zwischen 4 und 8 Grad Celsius unter dem langjährigen Mittel lagen (siehe Abbildung 4 links). Auch an der Messstation Ny-Ålesund auf Spitzbergen wurden bis Ende November Temperaturen weit über dem langfristigen Mittelwert gemessen (siehe Abbildung 5). Diese lokal auf Spitzbergen beobachtete Erwärmung der Arktis ist 2016 besonders ausgeprägt und räumlich über die gesamte Arktis ausgedehnt, wie eine Betrachtung aller Oktobermittelwerte der SST seit 1981 zeigt(siehe Abbildung 6). Es muss hierbei angemerkt werden, dass die SST auf Satellitendaten beruht und nicht auf direkten Messungen wie auf Spitzbergen.

Oberflächentemperaturanomalien werden im Herbst und frühen Winter oft von Luftmassen aus Gebieten mit Meereisanomalien gesteuert. Die in diesem Jahr starken Anomalien der Meereiskonzentration in der Barents- und Karasee befinden sich in einer idealen Position, um ein kaltes eurasisches und eine warmes arktisches Muster zu begünstigen. Sie fördern die Verstärkung des Sibirischen Hochs, das sich in diesem Jahr ungewöhnlich früh ausgebildet hat (siehe Abbildung 4 rechts).

Die Bildung des Sibirischen Hochs beginnt üblicherweise im Oktober, im November ist das Hoch dann voll ausgebildet. 2016 war es bereits im Oktober sehr stark ausgeprägt und war gleichzeitig recht weit nach Skandinavien ausgedehnt, so dass bereits im Oktober viel warme Luft vom Nordatlantik in Richtung Arktischer Ozean transportiert wurde. Einhergehend mit der frühen Ausbildung des Hochdruckgebietes wurden Rekordschneefälle Anfang November aus Schweden und aus ganz Sibirien gemeldet. Der meiste Schneefall fand südlich von 60 °N statt. Dieser, über dem Mittelwert liegende Schneezuwachs, kann nach einigen Hypothesen die Verstärkung des Sibirischen Hochs, kalte Temperaturen über dem nördlichen Eurasien und eine Abschwächung des Polarwirbels/negative Arktische Oszillation im bevorstehenden Winter bedingen und möglicherweise zu kalten Temperaturen über den Kontinenten der nördlichen Hemisphäre führen.

Tiefdruckgebiete gelangen im Herbst und Winter typischerweise auf einem Weg von Island, über die Norwegische See in Richtung Barentssee. In diesem November entwickelte sich ein ungewöhnlicher Jetstream (Strahlstrom) in der Atmosphäre aus und die Stürme führten über die Framstraße (zwischen Spitzbergen und Grönland) in den Arktischen Ozean. Zum einen bringen diese Stürme selbst warme Luftmassen in die Arktis, zum anderen führte die anormale Lage des Jetstreams zur Bildung eines Musters von südlichen Winden in der Framstraße, der eurasischen Arktis und der Barentssee. Diese Winde können warme Luft vom Atlantik auf direktem Weg in die Arktis bringen. Dies spiegelt sich auch in der Karte der Bodenluftdruckanomalie wieder (Abb. 4b). Sie zeigt in der Arktis ein stark ausgebildetes Hochdruckgebiet über Sibirien und ein Tiefdruckgebiet über der Westarktis.

Die Strömung verläuft entlang der Isobaren (Linien gleichen Drucks) und leitet so die Luft vom Nordatlantik in die Arktis (siehe Pfeil in Abb. 4b). Die in diesem November vorherrschenden Windbedingungen unterstützen auch eine nordwärts gerichtete Meereisdrift, welche das Eis in der Barents- und Karasee, sowie auf dem sibirischen Schelf zusätzlich zurückdrängen kann. Insbesondere die anormalen Sturmereignisse, deren mitgebrachte Wärme und abweichende Windbedingungen können auch eine mögliche Erklärung dafür sein, warum sich das Meereis in der Barentssee im November episodisch zurückgezogen hat.

Zusammenfassend ist festzustellen, dass das Eiswachstum im November in der Arktis ungewöhnlich niedrig war. Dies wurde durch verschiedene mögliche Faktoren verursacht. Unter anderem sind die  Atmosphärentemperaturen über der  Arktis lange wärmer als das langjährige Mittel gewesen. Es bleibt also sehr spannend zu beobachten, wie sich diese Entwicklung im Winter 2016/2017 fortsetzt. Ob die momentanen Verhältnisse im November Auswirkungen auf die großräumigen Zirkulationsmuster und das Winterwetter in Europa haben können, ist Bestandteil großer Forschungsvorhaben, wie beispielsweise dem europäischen Forschungsprojekt APPLICATE (Advanced Prediction in Polar regions and beyond: modelling, observing system design and LInkages associated with a Changing Arctic climaTE), das Wetter- und Klimaprognosen angesichts rascher Veränderungen in der Arktis verbessern soll. Die Europäische Union fördert das Projekt  im aktuellen Forschungsprogramm Horizon 2020 in den kommenden vier Jahren mit acht Millionen Euro. Es wird koordiniert vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) und vereint 16 Partnerinstitutionen aus neun Ländern (Belgien, Frankreich, Deutschland, Island, Norwegen, Russland, Spanien, Schweden und Großbritannien).

08. November 2016

Nachdem die saisonalen Extrema im antarktischen Winter und im arktischen Sommer durchschritten sind, zeichnen sich beide Polargebiete momentan durch eine, für diese Jahreszeit, äußerst geringe Meereisausdehnung aus.

Normalerweise ist der September der Monat mit der maximalen winterlichen Meereis-Ausdehnung in der Antarktis. In diesem Jahr wurde die maximale Ausdehnung jedoch bereits im August erreicht (28.08.2016; 18,68 Mio. km²), und seit Mitte September zieht sich das Eis dort bereits zurück. Das Datum des diesjährigen Eismaximums in der Antarktis ist das früheste seit Beginn der Satellitenaufzeichnungen im Jahr 1979. Es tritt normalerweise deutlich später im Jahr, üblicherweise im späten September auf. Seit Mitte Oktober folgt die Meereisausdehnung dem unteren Bereich der zweifachen Standardabweichung des langjährigen Mittelwertes von 1981-2010 (siehe Abbildung 1 unten) und hat seit Ende Oktober den niedrigsten jemals gemessenen Wert zu dieser Jahreszeit erreicht.

Auch in der Arktis bewegt sich die Meereisausdehnung seit Anfang Oktober weit unterhalb der zweifachen Standardabweichung des langjährigen Mittelwertes (siehe Abbildung 1 oben) und erreichte im Mittel nur 6,1 Mio. km². Nur 2012 war die Meereisausdehnung im Oktober im Mittel noch geringer (circa 5,9 Mio. km²). Das später einsetzende Meereiswachstum kann Auswirkungen auf das in diesem Winter zu bildende Eisvolumen haben und somit bereits jetzt die Meereisverhältnisse für das kommende Jahr beeinflussen.

Antarktis:
Die aktuellen Bedingungen in der Antarktis stehen in starkem Gegensatz zum dort beobachteten langjährigen, ansteigenden Trend. Ein ähnlich niedriger Wert für die Meereisausdehnung (Oktober-Mittel 2016: 17,4 Mio. km²) wurde nur 1986 mit 17,2 Mio. km² erreicht (siehe Abbildung 2). Diese Abweichungen sind wahrscheinlich Ausdruck der generellen starken, interannualen Variabilität und können auch Folge des starken El Nino des vergangenen Jahres sein. Die Eisausdehnung ist besonders gering auf beiden Seiten der Antarktischen Halbinsel (siehe Abbildung 3).

Viele Faktoren wie Winde, Lufttemperaturen und Wärme- und Salzgehalt des Meeres tragen zur Variabilität der antarktischen Meereisausdehnung bei. Die generell niedrige Eisausdehnung in diesem Winter ist wahrscheinlich auf wärmere Luft- und Wassertemperaturen als in den vergangenen Jahren zurückzuführen.

Die starke kurzfristige Abnahme im September (siehe Abbildung 2) könnte durch spezielle Wind- und Lufttemperaturbedingungen verursacht worden sein. So war die Luftdruckverteilung durch ungewöhnlich tiefen Luftdruck über der Amundsen- und Bellingshausensee gekennzeichnet (siehe Abbildung 4 links) und durch ungewöhnlich warme Temperaturen über der Antarktischen Halbinsel (siehe Abbildung 4 rechts). Diese führt zu zyklonalen (im Uhrzeigersinn drehenden) Winden, die Eis aus dem Rossmeer nach Norden und in der Bellingshausensee und im Weddellmeer nach Süden transportieren. Dies ist in den Eisanomaliekarten zu erkennen, die den Vergleich zu 2015 zeigen, wo die plötzliche Abnahme nicht vorkam (siehe Abbildung 3). Außerdem herrscht im Bereich der Antarktischen Halbinsel, über dem nordwestlichen Weddellmeer, und im östlichen Indischen Ozean ungewöhnlich warme Luft vor, die die gewöhnliche Eisbildung im September unterbrochen und zu einem früheren Schmelzen des jungen Eises am Eisrand geführt haben kann (siehe Abbildung 2 rechts).

Arktis:

Im Oktober betrug die arktische Meereisausdehnung 6,1 Mio. km². Ähnlich niedrige Werte wurden nur in den Jahren 2007 (6,2 Mio. km²) und 2012 (5,9 Mio. km²) erreicht, in denen die Meereisausdehnung im September extrem niedrig war (siehe Abbildung 5). Im Vergleich zum Vorjahr und auch zum langjährigen Mittelwert von 2002 bis 2015 ist die Meereisausdehnung für Oktober besonders niedrig in der Beaufort-, Tschuktschen-, Kara- und Ostsibirischensee (siehe Abbildung 6, rot gefärbte Bereiche).

Nach einem anfänglich schnellen Gefrieren bis Ende September (siehe Abbildung 1 links) verringerte sich die Eisneubildung im Oktober jedoch. Eine mögliche Ursache hierfür ist die Tatsache, dass die Meeresoberflächentemperatur in der Beaufort-, Barents-, Tschuktschen-, Kara- und Ostsibirischensee sowie entlang der Euroasiatischen Küste (Abbildung 7 rechts) deutlich über dem langjährigen Mittelwert liegen. Offene Wasserstellen in der zentralen Arktis haben sich erst spät im September gebildet, so dass es dort nur zu einem geringen Wärmeeintrag von der Atmosphäre in den Ozean kam. Diese offenen Wasserstellen besitzen Temperaturen nahe dem Gefrierpunkt. Beginnt die Atmosphäre sich nach Erreichen des sommerlichen Minimums wieder abzukühlen, kann sich das Eis hier rasch neu bilden. In vielen Regionen ist das Eis in diesem Jahr jedoch sehr früh zurückgegangen (siehe Newseintrag hier), so dass die strahlungsbedingte Erwärmung des Ozeans groß war. Diese im Ozean gespeicherte Wärme verhindert im Moment wahrscheinlich das Wachstum des Meereises. In vielen Regionen ist die Meeresoberflächentemperatur noch Ende Oktober deutlich über dem Gefrierpunkt (siehe Abbildung 7 links).

Auch die atmosphärische Zirkulation spielt eine wichtige Rolle. Die Lufttemperaturen im Oktober auf 925 hPa waren über großen Teilen der Arktis für diese Jahreszeit zu hoch (siehe Abbildung 8 links). Dabei zeigen die Regionen der Beaufort- und Tschuktschensee sowie über Ostgrönland Temperaturen von bis zu 8 Grad über dem langjährigen Mittelwert von 1981-2010. Darüber hinaus liegt ein ungewöhnlich starkes Hochdruckgebiet über Nordskandinavien und ein Tiefdruckgebiet mit Zentrum über der Beringsee. Beide führen zu Windströmungen, die warme Luft in die Arktis eintragen. Diese Erwärmung der Arktis ist 2016 extrem stark und räumlich sehr weit ausgedehnt. Dies zeigt eine Betrachtung aller Oktobermittelwerte seit 1948 (siehe Abbildung 9).

Deutlich zu sehen sind diese Bedingungen auch an der Messstation in Ny-Ålesund (siehe Abbildung 10). Auch hier liegen die Messwerte über den normalerweise um diese Zeit des Jahres gemessenen Temperaturwerten.

Beide Effekte, ungewöhnlich hohe Meeresoberflächentemperaturen und atmosphärische Zirkulation, führen zu dem besonderen Meereisausdehnungsmuster, was sich im Oktober 2016 in der Arktis zeigt. Die Erwärmung erstreckt sich dabei über die gesamte Atmosphäre (siehe Abbildung 11).

14. September 2016

In einer gemeinsamen Pressemitteilung  der Universität Hamburg, CEN – Centrum für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit, und dem Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, wird die diesjährige Bilanz der Sommerschmelzperiode gezogen. Im September 2016 ist die Fläche des arktischen Meereises auf eine Größe von knapp 4,1 Millionen Quadratkilometern (Mio. km²) abgeschmolzen. Dies ist die zweitkleinste Fläche seit Beginn der Satellitenmessungen. Weniger Meereis gab es nur im Negativ-Rekord-Jahr 2012 mit 3,4 Mio. km². „Dies ist erneut ein massiver Eisverlust in der Arktis“, so Prof. Lars Kaleschke von der Universität Hamburg. Prof. Christian Haas vom Alfred-Wegener-Institut (AWI) bestätigt: „Der Trend setzt sich fort.“ Nordost- und Nordwestpassage sind jetzt gleichzeitig für Schiffe befahrbar.

Die Schmelzsaison in der Arktis geht zu Ende, die Größe der verbliebenen Eisfläche, das Septemberminimum, ist ein wichtiger Indikator für Klimaänderungen. So hat sich das Meereis in diesem Jahr ungefähr entlang der zweifachen Standardabweichung des langjährigen Mittelwertes von 1981-2010 (Abb. 1) bewegt. Selbst in der Winterperiode Januar bis März war die Ausdehnung sehr gering, gefolgt von der geringsten Ausdehnung im Frühjahr (Mai), was sich insbesondere durch erste eisfreie Flächen in der südlichen Beaufortsee, aber auch in der Barents- und Karasee zeigte.

„Im Winter 2015/2016 war die Luft über dem arktischen Ozean in weiten Teilen mehr als sechs Grad Celsius wärmer als im langjährigen Durchschnitt“, sagt Meereisphysiker Lars Kaleschke vom Centrum für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit der Universität Hamburg. „Durch die höheren Temperaturen wächst das Eis im Winter weniger stark an.“ Dies wird auch durch Messungen der Eisdicke in diesem Sommer deutlich. Hochauflösende Flugzeugmessungen in verschiedenen Gebieten der Arktis zeigen: „Besonders das neu gebildete, erstjährige Eis war in diesem Jahr sehr dünn, kaum dicker als einen Meter. Normalerweise ist es beinahe doppelt so dick“, sagt Christian Haas. „Das mehrjährige Eis war dagegen in etwa so dick wie in den Vorjahren, rund drei bis vier Meter.

Dies hat den Eisverlust im Juni und Juli stark verzögert, bevor es im August aufgrund starker Winde doch noch schmolz.“ Für eine kontinuierliche Eisdickenbestimmung entwickelten die Universität Hamburg und das AWI gemeinsam ein neues Datenprodukt , das im Datenportal auf meereisportal.de zur Verfügung gestellt wird (siehe hier). Es kombiniert erstmals Messungen der zwei ESA-Satelliten CryoSat und SMOS und kann Trends aufzeigen. „So konnten wir schon am Ende des arktischen Winters sehen, dass das Eis zehn Zentimeter dünner war als in den Vorjahren, eine deutliche Verminderung“, sagt Lars Kaleschke. 

Die jeweils aktuelle Fläche des Meereises wird mit Hilfe von Satellitendaten bestimmt. Ein vom Team um Kaleschke verbessertes Verfahren erlaubt jetzt eine Abbildung bis auf drei Kilometer genau. Üblich sind bisher Auflösungen von etwa mindesten zwölf Kilometern. In der Visualisierung werden dadurch Details wie Wirbel, Rinnen und Eiskanten besonders gut sichtbar – und geben wertvolle Hinweise auf die Dynamik im Eis und damit seine Stabilität.  Es lässt sich hiermit erkennen, wie nördlich von Alaska der so genannte Beaufort-Wirbel das Eis ungewöhnlich früh im April aufbricht. Im Mai und Juni war die Eisfläche seit Beginn der Satellitenaufzeichnungen dann tatsächlich kleiner als jemals zuvor.  Ebenfalls ungewöhnlich: Auch in der Nähe des Nordpols zeigt das Meereis in diesem Jahr viele offene Wasserflächen (Abb. 2).  Im Vergleich zu den Jahren 2007 und 2012 hat sich das Eis in diesem Jahr besonders stark zum Pol hin zurückgezogen und weist große eisfreie Flächen auf.

Die zeitliche Entwicklung der sommerlichen minimalen Meereisausdehnung für die Periode 1979-2016 (Abb. 3)  zeigt, dass der langjährige Trend in den letzten 10 Jahren in sieben Jahren unterschritten wurde und in diesem Jahr den zweitniedrigsten Wert erreicht.

Seit Ende August 2016 sind die Nordost- und die Nordwestpassage in der Arktis wieder offen. Die südliche Route der Nordwestpassage wurde in diesen Wochen von Yachten und einem Kreuzfahrtschiff durchfahren. Beide Schiffspassagen waren erstmals im Jahr 2008 gleichzeitig passierbar.

Das Meereis der Arktis gilt als kritisches Element im Klimageschehen und als Frühwarnsystem für die globale Erwärmung. In den 1970er und 1980er Jahren lagen die sommerlichen Minimumwerte noch bei durchschnittlich rund sieben Mio. km². „Der Rückzug des arktischen Meereises ist ein deutlicher Hinweis, dass die globale Erwärmung ungebremst fortschreitet“, sagt Lars Kaleschke.

13. September 2016

Der August in der Arktis hat sich in diesem Jahr sehr stürmisch gezeigt, was das Meereis auseinander getrieben und das anschließende Schmelzen der Eisschollen begünstigt hat.
So erreichte die Eisausdehnung mit 4,15 Mio. km² den zweitniedrigsten jemals gemessen Wert für den Monat August und unterschreitet damit die Werte für 2007, das Jahr mit der bisher zweitniedrigsten Meereisausdehnung überhaupt.

Während sich die Meereisabnahme in der ersten Monatshälfte noch sehr vergleichbar zu den Jahren 2007 und 2011 verhielt, konnte ein verstärkter Zerfall der Meereisdecke und ein Rückgang der Ausdehnung in der zweiten Monatshälfte beobachtet werden (Abb. 2b). Dies geschah insbesondere im Kanadischen-Becken und in der Ostsibirischen See. Zum Ende des Monats waren weite Teile bis tief ins Makarow-Becken eisfrei. Die Animation (Abb. 3a) der Meereisentwicklung beginnend mit der winterlichen maximalen Ausdehnung im Februar 2016 bis Ende August zeigt dies in eindrücklicher Weise. In einer zweiten Animation ist die relative Drift und Bewegung des Meereises anhand der seit September 2015 in der Arktis installierten Eisbojen dargestellt. Diese Sensorsysteme messen je nach Bojentyp meteorologische Parameter, Schneeeigenschaften, Massenbilanz und teilweise auch ozeanische Parameter unter dem Eis. Gleichzeitig wird auch die tägliche Position der auf dem Eis montierten Bojen übermittelt, die einen guten Eindruck der Eisbewegung wiedergibt (Abb. 3b). Es wird deutlich, dass sich das Eis über die transpolare Drift in Richtung Framstraße und Grönlandsee bewegt, jedoch je nach Windfeld und Ozeanströmung aber auch rotierenden Wirbelbewegungen folgt.

Das Monatsmittel der Meereisausdehnung (Abb. 4) erreichte mit 5,26 Mio. km² den drittniedrigsten jemals gemessen Wert für August, der nur 20.160 km² oberhalb des Wertes für das Jahr 2007 und 752.150 km² oberhalb des Jahres 2012 lag, der niedrigsten Meereisausdehnung überhaupt. Langfristig hat damit die Eisbedeckung mit 11,07% pro Dekade gegenüber dem Mittelwert der Jahre 1981-2010 von 7,13 Mio. km² abgenommen und ist nun bereits um 1,87 Mio. km², also 26% geringer als das langjährige Mittel.

Aber nicht allein die Meereisausdehnung, sondern auch die Meereisbedeckte Fläche ist ein wichtiger Indikator für die Eisbedeckung. Diese unterscheiden sich dadurch, dass für die Meereisausdehnung alle Gitterpunkte (Pixel) des Satellitenbildes vollständig in die Berechnung einbezogen werden, die eine Eiskonzentration von über 15 % aufweisen. Für die Fläche wird dann in jeder Zelle die vorhandene Meereiskonzentration berücksichtigt, was generell zu einem geringeren Wert führt.

Für August spiegelt diese Betrachtung jedoch die ungewöhnliche Entwicklung in diesem Jahr wider. So zeigt sich zum Ende des Monats, dass durch die Sturmaktivität das Meereis stark zergliedert wird und die daraus berechnete Fläche deutlich abnimmt (Abb. 5). Das Monatsmittel nimmt dementsprechend mit insgesamt 2,85 Mio. km² Platz zwei im Jahresvergleich mit etwas mehr als einer halben Million Quadratkilometern (541.890 km²) oberhalb des historischen Minimums für August 2012 ein. Es bleibt also weiterhin spannend, wie sich die Entwicklung bis Mitte September, dem Zeitpunkt des Erreichens des sommerlichen Minimums entwickelt.

Ursachen für die Entwicklung

Die vorherrschenden meteorologischen Bedingungen im August folgten mehr oder weniger dem Muster dieses Sommers: In der Regel bewölkt und kühl, mit einem Tiefdruckgebiet über dem größten Teile des arktischen Beckens (Abb. 6a). Aufgrund dieser Bedingungen wurde eine Verlangsamung der Schmelzen von Meereis beobachtet. Die Oberflächentemperaturen im östlichen Teil des Arktischen Beckens, vor allem über der Barents-Kara-See und Teilen der Laptev-See, waren für diese Zeit des Jahres etwa 2 ° C kälter als im Vergleich zum langjährigen klimatologischen Mittel der Jahre 1981 bis 2010 (Abb. 6b). Zwar gabt es ähnliche Bedingungen (Tiefdrucksystem über dem arktischen Becken) auch im Jahr 2012, jedoch ist die Meereisausdehnung in diesem Jahr sehr verschieden.

Wie bereits erwähnt hat sich im August ein Sturmtief in der Arktis etabliert, das das Meereis stark auseinandergetrieben und zur verstärkten Abnahme beigetragen hat. Obwohl die Temperatur gegenüber dem langzeitigen Trend nicht besonders warm gewesen ist, konnte das Meereis im August dennoch einen verstärkten Rückgang verzeichnen. Dies ist unter anderem durch den milden vorangegangenen Winter verursacht, der ein vermindertes Eiswachstum verursacht und somit eine modale Eisdicke des einjährigen Meereises von nur 1 m verursachte. Dieses im Vergleich zu den letzten Jahren recht dünne Eis ist der sommerlichen Schmelze besonders stark ausgesetzt. Eisdickenmessungen des Satelliten CryoSat-2 sowie Messungen mit dem Forschungsflugzeug Polar 6 während der TIFAX-Kampagne im Sommer 2016 bestätigen diese Entwicklung.

Ein Vergleich der bisherigen Minimumjahre 2012 und 2007 mit diesem Jahr zeigt, dass sich das Eis in diesem Jahr besonders weit im Kanadischen Becken und im Makarow-Becken zurückgezogen hat. Noch niemals zuvor war das Gebiet bis weit südlicher als 80° Nord großflächig eisfrei. Darüber hinaus ist die Eisgrenze in der Grönlandsee südlich der Framstraße besonders weit nach Norden gerückt. Seit Ende August sind auch die Nordostpassage und die Nordwestpassage erstmals gleichzeitig eisfrei und erlauben den Transekt vom Atlantik zum Pazifik über beide Schiffsrouten. In den verbleibenden etwa zwei Wochen des arktischen Sommers, bevor das herbstliche Eiswachstum wieder einsetzt, erwarten wir einen weiteren Meereisrückgang lediglich für die ausgedehnte Meereiszunge von der Zentralarktis zum ostsibirischen Schelf. Das Rennen, ob sich das Minimum von 2012 noch unterschritten wird, bleibt also weiter offen; ein dramatisches Zeichen für die fortschreitenden Auswirkungen des globalen Klimawandels in der Arktis.

Mögliche weitere Aussichten

Wenn die atmosphärischen Bedingungen in der Arktis im September weiter andauern, so kann sich die Abnahme des Meereises in der zentralen Arktis weiter fortsetzen. Betrachtet man die Wettervorhersage für die Arktis bis zum 10. September, so soll sich eine dipol-ähnliche Struktur im Luftdruckfeld über dem Arktischen Ozean durchsetzen (Abb. 8a). Diese Struktur ist durch ein Tiefdruckgebiet über der Beaufortsee und der kanadischen Arktis und ein Hochdrucksystem über der Barents-Kara-See, der Laptevsee und der Ostsibirischen See charakterisiert. Um den 18. September soll dieses Luftdruckmuster durch ein Tiefdrucksystem über dem gesamten Arktischen Becken ersetzt werden (Abb. 8b), das mindestens bis zum 23. September andauern soll. Verbunden mit dieser Luftdruckverteilung sollen kälter als normale Temperaturen in der Beaufort See und der kanadischen Arktis für die nächsten zwei Wochen vorherrschen, die dann den Übergang zum Herbst einläuten. In den Küstengebieten des östlichen Teils des arktischen Beckens sind in den nächsten zwei Wochen hingegen wärmer als normale Temperaturen zu erwarten.

5. August 2016

In der ersten Hälfte des Julis folgte die Meereisausdehnung dem Verlauf von 2007 und 2012, den Jahren, in dem die geringsten Septemberminima seit Beginn der Satellitenaufzeichnungen verzeichnet wurden. In der zweiten Hälfte des Julis verlief die Kurve ungefähr entlang der zweifachen Standardabweichung des langjährigen Mittelwertes von 1981-2010 (siehe Abbildung 1). Die den Juni charakterisierenden stürmischen Wetterverhältnisse hielten auch im Juli an. 

Die durchschnittliche Meereisausdehnung betrug im Juli 7,76 Mio. km² und lag damit 0,35 Mio. km² über dem Wert von 2012 und 0,13 Mio. km² über dem Wert von 2007 und 1,64 Mio. km² unter dem langjährigen Mittelwert für den Monat Juli von 1981-2010 (siehe Abbildung 2 und Abbildung 3).

Im Juli war die Meereisausdehnung in der Kara- und Barentssee weiterhin unterhalb des langjährigen Mittelwertes, wie dies auch bereits über den ganzen Winter und Frühling der Fall war. Dies gilt ebenfalls für die Beaufortsee, wobei sich die Ausdehnung in der Laptewsee und der Ostsibirischen See im Normalbereich bewegt. Der durchschnittliche tägliche Meereisverlust im Juli betrug circa 85.000 Quadratkilometer pro Tag und war damit geringer als in den Jahren 2007 (94.000 km²/Tag) und 2012 (93.000 km²/Tag).

Kontext der Meereisentwicklung

Zahlreiche Stürme führten zu einem moderaten Rückgang der Meereisbedeckung im Juni und Anfang Juli, da die vorherrschenden Tiefdruckgebiete über der zentralen Arktis vor allem einen kühlenden Effekt auf die Oberfläche haben. Dies wirkte sich auf die Lufttemperatur in der Laptewsee aus, die 1 bis 4 Grad unter dem langjährigen Mittel lag. So trugen die stürmischen Bedingungen dazu bei, dass das Meereis der Westarktis (im Beaufortwirbel) stark auseinander getrieben und verteilt wurde. In dieser Region bildeten sich bis Ende Juli zahlreiche Flächen offenen Wassers (Polynjas).

Erst als sich wärmere Luftmassen von den arktischen Küsten ausbreiteten, beschleunigte sich die Abnahme der Meereisbedeckung etwas. Entlang der nördlichen Küsten von Alaska, Kanada und Grönland lag die Lufttemperatur 1 bis 2 Grad über dem langjährigen Mittel. Es ist aber sehr unwahrscheinlich, dass das dicke mehrjährige Meereis in dieser Region über den Sommer wegschmelzen wird. Die sehr warmen Bedingungen in der Barents- und Karasee mit Temperaturen zwischen 3 bis 6 Grad über dem langjährigen Mittelwert halten weiterhin an und führen zu einem Rückgang der Meereisbedeckung bis nach Nordspitzbergen, Franzjosefland und zu den Neusibirischen Inseln (siehe Abbildung 4 und 5), was sich auch in den Temperaturmessungen in Ny-Ålesund niederschlägt (siehe Abbildung 6). Insgesamt haben damit im Juli Bedingungen vorgeherrscht, bei denen das Meereis (im Vergleich der letzten 10 Jahre) durchschnittlich abgenommen hat.

„Nun bleibt es spannend zu beobachten, wie sich das Meereis über die kommenden Sommermonate verhalten wird, da insgesamt von einer vergleichsweise dünnen Eisdecke auszugehen ist, die besonders sensibel auf die jeweiligen Witterungsbedingungen reagieren wird", kommentiert Dr. Marcel Nicolaus die momentane Eissituation in der Arktis. Er bricht Anfang September zur Arktisexpedition mit dem Forschungseisbrecher Polarstern auf, um Untersuchungen zur Situation des arktischen Meereises durchzuführen.

Der Wechsel im Druckmuster von Mai bis Juli führte zu einem Wechsel der Meereisdrift in der Arktis. Zu Beginn des Jahres erfolgte die Meereisdrift stabil im Uhrzeigersinn. Durch die Bedingungen im Juli verringerte sich in der Beaufortsee die Geschwindigkeit der Meereisdrift jedoch und erzeugte ein gegen den Uhrzeigersinn verlaufendes Driftmuster in der Laptewsee (siehe Abbildung 7), was den Eisabbau in der zentralen Arktis verlangsamte. Beobachtet man insgesamt die meereisbdeckte Fläche, die in der Berechnung im Gegensatz zur Meereisausdehnung auch die Meereiskonzentration der betrachetten Datengitterzelle berücksichtigt (Information zur Berechnung finden sich hier), so erreicht die Meereisfläche Ende Juli den zweitniedrigsten Wert (siehe Abbildung 9), was ein Beleg für die sehr stark auseinandergetriebenen und verteilten Meereisschollen in der Beaufort- und Karasee ist (Abbildung 2).

Die diesjährige Schmelzsaison hat über den meisten Teilen des Arktischen Ozeans früher als im Durchschnitt begonnen. Dies wurde durch das durch Hochdruck bestimmte Wetter im Frühjahr in der Arktis vorangetrieben. Der Beginn der Schmelze kann mit dem gleichen passiven Mikrowellensensor bestimmt werden, mit dem auch die Meereiskonzentration und –ausdehnung bestimmt wird. Die Schmelze begann im späten April/frühen Mai in der südlichen Beaufortsee, was ungefähr sechs Wochen (über 40 Tage) früher als im langjährigen Durchschnitt war. Die Schmelze begann auch früher in der Barentsee und der nördlichen Baffinbucht (siehe Abbildung 9).

Das frühe Einsetzen der Schmelze ist wichtig, da die Schmelze die Oberflächenalbedo reduziert, wodurch das Meereis und die darauf liegende Schneeschicht mehr Sonnenstrahlung absorbieren kann, was wiederum den Schmelzprozess beschleunigt (positive Rückkopplung). Daten des Satelliten MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) der NASA zeigen sehr große mehrjährige Eisschollen in der Beaufortsee. Im August geht die Schmelzsaison in der Arktis in die entscheidende Phase, bevor das Minimum der sommerlichen Meereisausdehnung im September erreicht wird.

Die durchschnittliche monatliche Ausdehnung des Arktischen Meereises lag im Mai 2016 bei 11,88 Millionen Quadratkilometern (siehe Abbildung 2). Damit setzt sich die geringe Meereisausdehnung auch im Mai weiter fort und liegt 1,42 Millionen Quadratkilometer unter dem langjährigen Durchschnittswert von 13,30 Millionen Quadratkilometern für den Monat Mai im Zeitraum 1981 bis 2010 und auch  unterhalb der 2-Sigma Standardabweichung des langjährigen Mittelwertes (siehe Abbildung 1). Die erreichte Ausdehnung ist die geringste seit Beginn der Satellitenaufzeichnungen im Jahr 1979. In den beiden Jahren des sommerlichen Rekordminimums der Meereisausdehnung 2012 und 2007 lag die mittlere Meereisausdehnung im Mai noch circa 8 % (6 %) über dem diesjährigen Wert.

Satelliten- und Beobachtungsdaten zeigen, dass die Eisdicke in Teilen der Arktis vergleichbar ist mit den Daten von 2015. Allerdings ist die Eisdicke in der ganzen Region dünner als in den letzten fünf Jahren. Messungen der York Universität Anfang April 2016 zeigten, dass die Eisdicke in der Nordwest-Passage vergleichbar ist zu den Werten von 2015, dass es aber in 2016 weniger mehrjähriges Eis gibt als in 2015. In der südlichen Beaufortsee ist die Dicke des mehrjährigen Eises ähnlich zu der Dicke des vorherigen Jahres, aber wegen starker Divergenz und Export von Eis ist das einjährige Eis deutlich dünner als 2015. Dies führt dazu, dass in diesem Jahr eine frühere Eisschmelze des dünnen Eises und eine frühere Bildung offener Wasserstellen erwartet wird. Die Daten des Europäischen Raumfahrtbehörde CyroSat-2 Satelliten zeigen, dass das einjährige Eis im März 2016 dünner war als die Durchschnittseisdicke von März 2011 bis 2016. Dies ist besonders auffällig für die Beaufortsee (20 bis 40 cm dünner) und die Barentssee und Karasee (10 bis 20 cm dünner). Mehrjähriges Eis im Norden Kanadas und Grönlands ist ebenfalls dünner.

Die Präsenz von dünnem einjährigem Meereis erklärt teilweise, warum die Bildung von offenen Wasserstellen in der südlichen Beaufortsee in diesem Jahr so früh stattgefunden hat. Im Falle, dass das mehrjährige Eis bestehen bleibt, kann das Zurückziehen der Eiskante verlangsamt werden. Dies wurde im Jahr 2015 beobachtet, als ein Band an mehrjähriges Eis bestehen blieb. Allerdings scheint es so, als wäre mehrjähriges Eis dieses Jahr fragmentierter und von einjährigem Eis unterbrochen. Schmilzt dieses dünne Meereis, würden die dadurch entstanden offenen Wasserstellen dazu beitragen, dass mehr Energie absorbiert werden kann, was die Eisschmelze verstärkt und damit den Abbau mehrjährigen Eises beschleunigen kann.

Die Eisdecke ist in weiten Teilen der Beaufortsee, aufgrund der starken Winde im spätem Winter und Frühling, fragmentiert. Diese Fragmentierung des Eises führt dazu, dass mehrjähriges Eis von treibendem einjährigem Eis und offenem Wasser umgeben ist. Die Region mit fragmentierten Eis erreicht mittlerweile fast den Pol (Abbildung 4). Obwohl dickes, mehrjähriges Eis generell besser die Sommerschmelze überstehen kann, führt die frühe Entwicklung von offenen Wasserstellen zu höheren Temperaturen in der gemischten Zone des Ozeans (oberen 20 Meter). Diese höheren Temperaturen können die laterale Eisschmelze regional erhöhen. Im Sommer 2007 führte die frühe Schmelze von Meereis vor der Küste von Sibirien und Alaska in Kombination mit ungewöhnlich klaren Himmel dazu, dass die Schmelze von dicken mehrjährigen Eisschollen verstärkt wurde. Falls die atmosphärischen Bedingungen diesen Sommer ähnlich zu denen in 2007 sind, kann es sein, dass eine großflächige Schmelze von mehrjährigem Eis stattfinden wird.

21. April 2016

Meereisphysiker des Alfred-Wegener-Institutes, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI), erwarten für den Sommer 2016 ähnlich wenig Meereis im Arktischen Ozean wie im Negativrekordjahr 2012. Zu dieser Prognose kommen die Wissenschaftler, nachdem sie aktuelle Satellitendaten zur Dicke der Eisdecke ausgewertet haben. Diese zeigen zum einen, dass das arktische Meereis bereits im Sommer 2015 ausgesprochen dünn war. Zum anderen hat sich im zurückliegenden Winter besonders wenig neues Eis gebildet. Meereisexperte Dr. Marcel Nicolaus präsentierte diese aktuellen Forschungsergebnisse heute auf einer Pressekonferenz im Rahmen der Jahrestagung der European Geosciences Union in Wien.

Die Sommerausdehnung des arktischen Meereises einige Monate im Voraus vorherzusagen, gehört zu den großen Herausforderungen der modernen Polarforschung. Der Grund: Letztendlich entscheiden die Windverhältnisse sowie die Luft- und Wassertemperatur der Sommermonate über das Schicksal des Eises bis zum Ende der Schmelzsaison. Im vorhergehenden Winter werden jedoch die Grundlagen dafür gelegt – und diese sehen im Frühjahr 2016 so schlecht aus wie im Negativrekordjahr 2012. Damals war die arktische Meereisfläche auf ein Rekordminimum von 3,4 Millionen Quadratkilometer geschrumpft.

„Der besonders warme Winter in der Arktis hat dazu geführt, dass sich in vielen Gebieten nur sehr langsam neues Meereis gebildet hat. Vergleichen wir die Meereisdickenkarte des zurückliegenden Winters mit jener aus dem Jahr 2012, dann zeigt sich, dass wir derzeit ähnliche Eisbedingungen vorfinden wie im Frühjahr 2012 – teilweise sogar deutlich dünneres Eis“, sagte AWI-Meereisphysiker Dr. Marcel Nicolaus heute auf einer Pressekonferenz im Rahmen der Jahrestagung der European Geosciences Union (EGU) in Wien.

Er und sein AWI-Kollege Dr. Stefan Hendricks hatten für ihren Meereisausblick die Eisdickenmessungen des Satelliten CryoSat-2 aus den zurückliegenden fünf Wintern ausgewertet. Wichtige Anhaltspunkte lieferten zudem sieben autonome Schneebojen, welche die AWI-Forscher im vergangenen Herbst auf Eisschollen im Arktischen Ozean platziert hatten. Die Bojen messen zusätzlich zur Höhe der Schneedecke auf dem Meereis auch die Lufttemperatur und den Luftdruck. Ein Vergleich ihrer Temperaturdaten mit den AWI-Langzeitmessungen auf Spitzbergen ergab, dass es zum Beispiel im Februar 2016 in der zentralen Arktis bis zu acht Grad Celsius wärmer war als im Durchschnitt.

Bojendaten zeigen: Meereis ist im Winter nicht geschmolzen, nur langsamer gewachsen. Entgegen eines anderslautenden Berichtes US-amerikanischer Forscher führte diese Wärme jedoch nicht dazu, dass die Meereisdecke im Laufe des Winters in einigen Regionen dünner geworden ist. „Unsere Bojendaten aus diesem Frühjahr belegen, dass diese warme Winterluft nicht ausgereicht hat, um den auf dem Meereis liegenden Schnee, geschweige das Eis selbst zu schmelzen“, so Marcel Nicolaus. Das arktische Meereis sei im zurückliegenden Winter nur viel langsamer gewachsen als die Wissenschaftler dies erwartet hatten.

In ehemals eisreichen Gebieten wie dem Beaufortwirbel vor der Küste Alaskas sowie in der Region nördlich Spitzbergens ist das Meereis in diesem Frühjahr deutlich dünner als sonst zu dieser Jahreszeit . „Wo das Festeis nördlich Alaskas normalerweise 1,5 Meter dick ist, messen unsere US-amerikanischen Kollegen derzeit weniger als ein Meter. Derart dünnes Eis wird der Sommersonne nicht lange standhalten können“, sagte AWI-Meereisphysiker Stefan Hendricks.

03. März 2016

Die Meereisausdehnung in der Arktis erreicht im Winter ihr Maximum mit einer im Vergleich zum Sommer mehr als dreimal so großen Fläche. Im langjährigen Vergleich war die meereiseisbedeckte Fläche im Januar 2016 jedoch die kleinste seit Satellitenaufzeichnung, begleitet von ungewöhnlich hohen Lufttemperaturen über dem Arktischen Ozean und einer starken negativen Phase der Arktischen Oszillation (AO) in den ersten drei Wochen im Monat Januar. Auch im Februar setzt sich die geringe Meereisaudehnung weiter fort und liegt im Mittel weiterhin unterhalb der 2-Sigma Standardabweichung des langjährigen Mittelwertes (siehe Abbildung 1).

Die durchschnittliche monatliche Ausdehnung des Arktischen Meereises lag im Januar 2016 bei 13,48 Millionen Quadratkilometern, was 0,91 Millionen Quadratkilometer unter dem langfristigen Durchschnittswert für Januar des Zeitraumes von 1981 bis 2010 von 14,39 Millionen Quadratkilometern liegt (siehe Abbildung 2 links). Die geringste Ausdehnung seit Beginn der Aufzeichnung mittels Satelliten wurde 2011 mit 13,38 Mio. Quadratkilometern erreicht. Die zweitkleinste Ausdehnung (13,43 Mio. km²) fand im Jahr 2006 statt. Es ist interessant, dass weder 2006 noch 2011 ein Rekordminimum im darauffolgenden Sommer erreicht wurde, aber dass in beiden Fällen im Jahr danach ein sommerliches Rekordminimum erreicht wurde. Einen direkten Zusammenhang kann man hieraus jedoch bisher nicht ableiten.
Der langjährige Trend in der Meereisausdehnung für den Monat Januar liegt nun bei -2,9% pro Dekade (siehe Abbildung 3). Für den diesjährigen Januar gilt weiterhin, dass sich die mittlere monatliche Meereisausdehnung seit 2005 im Januar immer unter 14,15 Millionen Quadratkilometern bewegte. Vor 2005, also zwischen 1979 bis 2005, lag die Ausdehnung im Januar dagegen immer über 14,15 Millionen Quadratkilometern.

Im Februar setzte sich der Trend weiter fort. Die durchschnittliche monatliche Ausdehnung des Arktischen Meereises lag im Februar 2016 bei 14,25 Millionen Quadratkilometern, was 0,96 Millionen Quadratkilometer unter dem langfristigen Durchschnittswert für Februar des Zeitraumes von 1981 bis 2010 von 15,21 Millionen Quadratkilometern liegt (siehe Abbildung 2 rechts). Der langjährige Trend in der Meereisausdehnung für den Monat Februar liegt nun bei -2,6% pro Dekade.

Ursache hierfür ist die ungewöhnlich geringe Eisbedeckung in der Barentssee, Karasee und der östlichen atlantikseitigen Grönlandsee, und unterdurchschnittlichen Bedingungen im Beringmeer und dem Ochotskisches Meer. Die Eisbedingungen in der Baffin-Bucht, der Labradorsee und der Hudson-Bucht waren annähernd durchschnittlich. Im Golf von St. Lawrence war ebenfalls weniger Eis als normalerweise vorhanden.

Was kann das Rekordminimum in diesem Winter ausgelöst haben?

Der Januar 2016 war ein außergewöhnlich warmer Monat. Lufttemperaturen auf dem 925 hPa-Niveau erreichten Werte, die mehr als 6°C über dem Durchschnitt über dem größten Teil des Arktischen Ozeans lagen (vlg. hierzu auch die ungewöhnliche Erwärmung zum Ende des Jahres 2015). Diese ungewöhnlich hohen Lufttemperaturen stehen sehr wahrscheinlich in einer engen Beziehung mit dem Verhalten der Arktischen Oszillation (AO), einem Zirkulationsmuster, das den Luftdruckgegensatz zwischen arktischen und mittleren Breiten widerspiegelt und die Stärke des Polarwirbels charakterisiert.

Während die AO für den Großteil des Herbstes und frühen Winters in einer positiven Phase war, drehte sich diese zu Beginn des Januars in eine starke negative Phase um. Das bedeutet, dass sich der Polarwirbel abschwächt und ein erhöhter Austausch zwischen Arktischem Ozean und mittleren Breiten stattfindet. So gelangen oft kühlere Luftmassen nach Mitteleuropa. In der Mitte des Januars erreichte der Index annähernd -5 Sigma oder fünf Standardabweichungen unter dem Durchschnitt. In der letzten Woche des Januars drehte sich die AO zurück in den positiven Bereich (siehe Abbildung 4) und wechselte im Februar jedoch zwischen positiven und negativen Phasen ab. Die Zentralarktis blieb auch im Februar mit Temperaturen bis zu 8°C über dem langjährigen Durchschnitt außergewöhnlich warm (Abbildung 5). Auch die Messungen an der Forschungsstation AWIPEV auf Spitzbergen zeigen diese Erwärmung sehr deutlich (siehe Abbildung 6).

Das Muster des Luftdrucks im Januar, welches durch einen überdurchschnittlich hohen Druck über dem zentralen Norden Sibiriens bis hin zu den Regionen der Barentssee und Karasee, und durch einen unterdurchschnittlich niedrigen Druck in den nördlichen Regionen des Nordpazifiks und Nordatlantiks gekennzeichnet ist, ist typisch für eine negative Phase der AO. Dieser überdurchschnittliche hohe Druck verschiebt sich im Februar auf die Zentralarktis. Im Moment wird viel Augenmerkt auf die Auswirkungen des starken El Niño gelegt. In der Arktis ist allerding die AO ein viel bedeutender Faktor und beeinflusst im Winter oft die mittleren Breiten, indem sie das Ausbrechen von kalter Luft erlaubt. Wie die AO und El Niño  verknüpft sind, bleibt eine aktuelle Forschungsfrage. 

27. Januar 2016

Das alte Jahr endete in der Arktis mit überraschend hohen Temperaturen. Hierfür war das Sturmtief Frank verantwortlich, das extreme Temperaturanstiege und eine kurze Periode mit Temperaturen über dem Gefrierpunkt in Teilen der zentralen Arktis hervorrief. Die Kombination aus einem starken Sturmtief bei Island und einem schwachen Tiefdruckgebiet, das über dem Nordpol lag (siehe Abbildung 1), verursachte das Ereignis.

Diese Konstellation war mit einem ausgeprägten Trog hohen Drucks auf dem 500hPa Niveau über dem Nordatlantik verbunden, der sich nach Osten über Zentraleuropa bis in die Karasee erstreckte. Dies führte zum Transport warmer und feuchter Luft in den hohen Norden der Arktis. Das Orkantief über Island verstärkte sich während der letzten Dezembertage zunehmend und der Luftdruck im Kern des Tiefs sank auf 930 hPa. Winterstürme im Norden sind normal, aber nicht in dieser Stärke.