Der Arktische Ozean erstreckt sich über rund 14 Millionen Quadratkilometer - etwa die Hälfte der Fläche Afrikas - und ist zumindest teilweise ganzjährig von Meereis bedeckt. Diese Eisdecke spielt eine grundlegende Rolle im Klimasystem der Erde. Sie beeinflusst die globale Ozeanzirkulation, verhindert aufgrund ihrer hohen Albedo die Energieabsorption durch die Sonne und begrenzt den Wärmeaustausch zwischen dem Ozean und der darüber liegenden Atmosphäre. Veränderungen der Meereisbedeckung können daher Auswirkungen haben, die weit über die arktische Region hinausgehen. Die Beobachtung dieser Veränderungen erfordert eine systematische Überwachung des Arktischen Ozeans, was aufgrund seiner Weite, Abgelegenheit und rauen Umgebung schwierig ist.
Die ältesten Aufzeichnungen von Meereisbeobachtungen stammen bereits aus dem Jahr 870 n. Chr. und wurde von den Wikingern erstellt. Die Aufzeichnungen enthalten die Anzahl der Wochen pro Jahr, in denen Meereis an der Nordküste Islands beobachtet wurde. Erst im 15. und 16. Jahrhundert tauchten weitere Meereisaufzeichnungen auf, die von den ersten Polarforschern und Seefahrern wie John Cabot und Willem Barentsz auf ihrer Suche nach den arktischen Schifffahrtsrouten gesammelt wurden (Abb. 1). Die Aufzeichnungen der Polarforscher und später der Walfänger und Fallensteller liefern aufschlussreiche Informationen über die Meereisverhältnisse, sind aber sowohl zeitlich als auch räumlich knapp bemessen. Die ersten tatsächlichen Messungen der Meereisdicke wurden während der Jeannette-Expedition von 1879 bis 1881 mit einem Bohrer vorgenommen. Mit dem Aufschwung der Luftfahrt zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurden Beobachtungen in größeren räumlichen Maßstäben möglich, wie etwa beim ersten Überflug des Nordpols durch Roald Amundsen im Jahr 1926 (Abb. 2).
Die zweite Hälfte des 20. Jahrhunderts brachte neue Technologien mit sich, die es uns erstmals ermöglichten, das arktische Meereis systematisch zu überwachen. Unterseeboote, die mit aufwärtsgerichteten Sonaren ausgestattet waren, lieferten Schätzungen des Meereistiefgangs (d. h. des Anteils des Eises unterhalb des Meeresspiegels) entlang ihrer Fahrtroute. Seit den späten 70er Jahren liefern Mikrowellenradiometer an Bord von Satelliten kontinuierliche Meereisbeobachtungen über der Arktis, was zu den ersten Karten über die Meereisfläche und -ausdehnung sowie zu routinemäßig erstellten Eiskarten für Navigationszwecke führte. Heutzutage tragen Satelliten eine Vielzahl von Sensoren zur Beobachtung des Meereises an Bord, z. B. Altimeter, die Schätzungen der Freibordhöhe (d. h. des Anteils des Eises über dem Meeresspiegel) liefern, die anschließend in Schätzungen der Meereisdicke umgewandelt werden, oder SAR-Sensoren (Radar mit synthetischer Apertur), die Bilder der Meereisdecke liefern, die zur Abschätzung der Eisdrift verwendet werden können.
Auch wenn die weltraumgestützten Beobachtungen die räumliche und zeitliche Abdeckung bieten, die für die Überwachung des Arktischen Ozeans und seines Meereises erforderlich ist, sind wir immer noch auf in-situ ("auf dem Eis") oder flugzeuggestützte Messungen angewiesen, um die aus Satellitendaten gewonnenen Informationen zu validieren. In speziellen Feldkampagnen werden Meereisbeobachtungen gesammelt, die als Vergleichsmaterial herangezogen werden. Aufgrund der großen Unterschiede in den räumlichen und zeitlichen Maßstäben ist es jedoch schwierig, die verschiedenen Beobachtungen direkt miteinander zu vergleichen: von punktuellen Messungen wie Bohrlöchern oder Schneegruben über luftgestützte Messungen mit Drohnen oder Flugzeugen, die innerhalb weniger Tage Dutzende bis Hunderte von Kilometern abdecken, bis hin zu Satellitenbeobachtungen, die das ganze Jahr über die Arktis abdecken.
Das deutsche Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) führt seit 1993 Messungen der Rauhigkeit der Meereisoberfläche und seit 2003 der Meereisdicke durch. Das IceBird-Programm ist Teil dieser Überwachungsreihe in Form von flugzeuggestützten Meereisdickenmessungen, die zweimal im Jahr, im Sommer und im Winter, durchgeführt werden. Diese Kampagnen haben die Eisbedeckung der Arktis, die sich mit der Klimaerwärmung in den letzten Jahrzehnten rapide verändert hat, im Detail dokumentiert. In jüngster Zeit bieten die flugzeuggestützten Messungen eine einzigartige Referenz für die Validierung von Satellitenbeobachtungen des Meereises. Während der Messflüge wird die Meereisdicke aus einer Kombination von elektromagnetischen (EM) Induktionsmessungen und Lasermessungen abgeleitet. Die Induktionsmessungen werden mit dem 'EM-Bird' durchgeführt, einem torpedoartigen Sensor, der unter dem Flugzeug in einer Höhe von 15 Metern über dem Meereis angebracht wird. Damit wird der Abstand zwischen dem EM-Bird und der Grenzfläche zwischen dem Eis und dem darunter liegenden Meerwasser ermittelt. Die entsprechenden Lasermessungen liefern den Abstand zwischen dem EM-Bird und der Oberseite der Schnee- oder Eisoberfläche. Die Differenz zwischen dem Abstand von der Eis-Wasser-Grenzfläche und dem Abstand von der Schnee- oder Eisoberfläche ist die gesamte Meereisdicke, wie in der Skizze unten dargestellt (Abb. 3). Im Winter ist dies eher die kombinierte Schnee- und Eisdicke, während im Sommer nur die Eisdicke gemessen wird, da der Schnee größtenteils geschmolzen ist.
Die Sommerkampagne 2024
Die Sommerkampagne 2024 wird von der Station Nord in Grönland aus betrieben und führt Vermessungsflüge über der Lincolnsee und der Framstraße durch. Neben den üblichen Überwachungstransekten wurden bei der diesjährigen Kampagne auch Daten zur Meereisdicke über einer In-situ-Meereisstation des norwegischen Eisbrechers FS Kronprins Haakon auf 86°N gesammelt (Abb. 4). "Dies wird es uns ermöglichen, die von den Wissenschaftler:innen an Bord des Schiffes durchgeführten in-situ-Messungen in einen größeren Zusammenhang zu stellen. Wenn das Wetter es zulässt, wollen wir einen 'Satellitenunterflug' durchführen, d.h. einen Flug über die Bodenspur eines überfliegenden Satelliten", beschreibt Catherine Taelman von der UiT, der Arktischen Universität Norwegens (Tromsø) und teilnehmende Wissenschaftlerin an der diesjährigen Kampagne. "Da wir driftendes Meereis vermessen, ist es wichtig, die Zeitspanne zwischen dem Satellitenüberflug und dem Flug so kurz wie möglich zu halten, um Daten über genau demselben Eis zu erhalten. Ein solcher Datensatz bietet die Möglichkeit, beispielsweise die systematischen Fehler (engl. biases) bei der Ermittlung der Meereisdicke aus dem Weltraum weiter zu untersuchen. Die IceBird-Kampagnen des AWI bauen auf einer langen Historie der Meereisvermessung in der Arktis auf und liefern so wichtige Daten für Klimastudien", fügte Catherine Taelman hinzu.
Es sind nur noch wenige Vermessungstage übrig, und das IceBird-Team (Abbildung 5) kann bereits auf eine gute Kampagne zurückblicken. Wir alle haben die herrlichen Ausblicke auf den mit Meereis bedeckten Arktischen Ozean, Schmelztümpel, Eisberge und die gelegentlichen Robben genossen. Wir werden mit vielen neuen Eindrücken, Motivation und einzigartigen Daten nach Hause zurückkehren, um unsere Forschung fortzusetzen.
Verschneite Grüße vom IceBird-Team!
Catherine, Gerit, Jack, Eduard, Dwayne, Triston, und Alan
Kontakt
Fragen?
Schreiben Sie uns eine
E-Mail oder nutzen Sie das Kontaktformular.
Grafiken
