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Eisbedeckung in der Arktis erreicht Rekordminimum
Zum vierten Mal in Folge liegt die Meereisbedeckung in der Arktis unter dem bisherigen Rekordminimum. Am 21 September betrug die über 5 Tage gemittelte Eisfläche gerade noch 5.32 Millionen km². Es gab nach 1970 Jahre, wo die minimale Eisfläche Ende des Sommers fast 8 Millionen km² betrug. Bisher normalisierte sich die Eisbedeckung nach Jahren mit wenig Eis. Nun scheint ein rasanter Rückgang der Eisfläche im Sommer einzusetzen. Die Ursache ist eine Erwärmung der Polregion, welche weit über dem globalen Mittel liegt und auch durch Klimamodell simuliert wird. Durch die verringerte Eisfläche setzt ein positiver Rückkopplungseffekt ein, der den Schmelzvorgang beschleunigt. Bis zum Ende des 21 Jh. wird das Arktiseis im Sommer ganz verschwinden. Einige Klimatologen gehen nun davon aus, dass dies bereits wesentlich früher (vor 2070) geschehen könnte. Der Meeresspiegel wird dadurch um 30 cm ansteigen und das Klima sich in der Nordhemisphäre deutlich verändern, v. a. im Sommerhalbjahr. In Europa wird es markant wärmer im Sommer, da die klimaregulierende Wirkung des Arktiseises wegfällt. Der Eisbär wird wahrscheinlich aussterben.
Im Winter 2004/2005 konnte sich die Eisbedeckung erstmals seit Messbeginn nicht mehr vollständig erholen, wie die darunterliegende Grafik zeigt.
Links
Ausführlicher Artikel über die Entwicklung des Arktiseises (englisch)
Video der Eisentwicklung gemäss IPCC-Szenario A2
Analyse des Hitzesommers 2003
Synoptische Analyse
Alle Sommermonate waren 2003 zu warm, allerdings fielen vor allem der Juni und August extrem warm aus. Im Juli verschob sich der Hitzepol kurzfristig nach Skandinavien. Die Hitze hing mit deutlich zu hohem Geopotential über Zentraleuropa zusammen. Diese ausserordentliche Geopotentialanomalie bildete sich bereits im April aus und schwächte sich erst im September langsam ab. Im Oktober stellte sich dann die planetare Zirkulation deutlich um. Die Temperaturen lagen über Mitteleuropa zwischen April und Oktober ca. 2.5°C über dem Mittel. Durch anhaltend trockene Witterung resultierte in dieser Zeitspanne ein Niederschlagsdefizit von 75 bis 125 mm. Beachtlich war ausserdem, dass in diesen 5 Monaten kaum ein Kaltfrontdurchgang stattfand. Mir war in den Wettermodellen aufgefallen, dass den Hitzephasen häufig ein kräftiger Warmluftvorstoss bei Neufundland vorausging. Weiter fiel mir verstärkte zyklogenetischer Aktivität westlich von Portugal auf, welche von den Modellen oft recht spät erfasst wurde. Im Zeitraum zwischen April und September waren über Mitteleuropa zudem häufig Omegalagen zu beobachten. Von einer Omegalage spricht man, wenn ein Höhenrücken so stark amplifiziert, dass sich ein Gebiet mit erhöhtem Geopotential ablöst. Solche Lagen sind sehr stabil. Da sich diese Gebiete mit erhöhten Geopotential nur langsam verlagern, spricht man auch von blockierenden Hochs.
An der Station Rennes in NW-Frankreich zeigt sich, dass es zwischen April und September kaum Kaltfrontdurchgänge gab. Die Temperatur lagen häufig 5°C bis 7°C über dem Mittel.
East Atlantic Pattern (EA)
Über dem Nordatlantik war das Geopotential niedriger als im klimatologischen Mittel. Die negative Geopotentialanomalie lag etwa zwischen Neufundland und Irland. Über dem subtropischen Atlantik war das Geopotential hingegen höher als normal. Beide Effekte treten häufig gemeinsam auf. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von einem sog. „teleconnection pattern“. Es handelte sich hierbei um eine positive Phase des East Atlantic Pattern (EA). Die standardisierten EA-Indexwerte betrugen für Juni bis August 2.1, 0.9 und 1.3. Das EA Pattern ist qualitativ ähnlich zur positiven Phase der NAO, nur sind die Anomaliezentren bei der EA etwas südwärts verschoben. In einer positiven EA-Phase ist der Subtropenjet (STJ) knapp südlich von Neufundland stärker ausgeprägt als normal. Der STJ hat im Sommer normalerweise ein Maximum (Jetstreak) knapp südlich von Neufundland. Das hängt damit zusammen, dass das Azorenhoch tropische Luftmassen aus SW heranführt, während kühle Polarluft aus NW über die Labradorsee und Davisstrasse hereinfliesst. Die Polarfront befindet sich im Mittel knapp nördlich von Neufundland. Häufig verschmelzen STJ und der stärker mäandrierende Polarjet vor Neufundland sogar zu einem Jetstream. Im Sommer 2003 befand sich der Neufundlandjet in seiner gewohnten Position, vielleicht 1° bis 2° weiter südlich als normal. Allerdings waren die Windgeschwindigkeiten im Mittel deutlich höher als normal. Diese überdurchschnittlich starken Winde des Jetstream reichten bis fast vor die Küste Nordportugals. Dort wurde der schwächer werdende Jet aus dynamischen Gründen nach Norden abgelenkt. Das stützte den Höhenrücken über Zentraleuropa vermutlich zu einem Teil. Über Norddeutschland ist ein zweites schwächeres Windmaximum erkennbar. Dieses wird auch durch den Subtropenjet verursacht. Dass sich der STJ auf diesem nördlichen Breitengrad so deutlich formieren konnte zeigt, dass tropische Luftmassen sehr häufig bis nach Mitteleuropa vorstossen konnten. Der STJ bildet sich am äusseren Rand der Tropikluft, (auf der Nordhemisphäre) knapp südlich des Gebiets, wo die Tropopausenhöhe stark absinkt.
Da der verstärkte STJ über dem Atlantik weiter nach Osten reichte als gewöhnlich befand sich der Left-Exit-Bereich des Jets knapp westlich von Nordportugal. Im Left-Exit-Bereich entsteht positive Vorticity, welche wiederum Zyklogenese antreibt. Das verursachte die ungewöhnlichen Tröge vor Portugal. An der Vorderseite von diesen wurde Warmluft über Spanien nach Nordosten advehiert. Die positive EA war also ein wichtiger Faktor für die Hitze und Trockenheit im Sommer 2003.
Durch den ständigen Warmlufttransport und da sich die Luftmasse über dem Kontinent viel stärker erwärmen konnte als über dem Ozean, verliefen die Isentropen (Linien gleicher äquivalent-potentieller Temperatur) etwa parallel zur Westküste Europas. Drucksysteme bewegen sich in etwa entlang dieser Isentropen. Man spricht in diesem Zusammenhang vom „thermal steering effect“. Tiefs, die von Westen heranzogen, wurden deswegen nach Norden abgelenkt. Gleichzeitig wurde der Höhenrücken dadurch gestützt. Die Verteilung von Landmassen und Ozean könnte also eine Rolle gespielt haben, bei der Stabilität des Hochs. Allerdings lässt sich dadurch allein die Persistenz der planetaren Zirkulation nicht erklären, denn sonst könnte ja jeder stärkere Warmluftvorstoss eine so stabile Lage einleiten, was offenbar nicht der Fall ist.
Innertropischen Konvergenzzone (ITC)
Die ITC war im Sommer 2003 über Afrika deutlich weiter nach Norden verschoben als im klimatologischen Mittel. Anfang August befand sie sich für kurze Zeit sogar nördlich des Hoggargebirges, welches etwa auf der Höhe des Wendekreises liegt und löste dort Gewitter aus. Die ITC verlagert sich im Sommer über dem Kontinent nach Norden, da sich über der Sahara ein Hitzetief ausbildet. Während auf den Ozeanen die Niederschläge wegen der konvergenten Windströmung nördlich und südlich der ITC auftreten, ist das über den Kontinenten anders. Über Afrika bildet die ITC eine sog. Tropikfront aus, die vor allem in Westafrika deutlich ausgeprägt ist. Feuchte kühlere Luftmassen strömen aus SO (Südostpassat) über den Golf von Guinea heran und werden dann nördlich des Äquators wegen der Corioliskraft nach NO abgelenkt. Gleichzeitig wehen die Nordostpassate, welche die Sahara überströmen und deswegen sehr trocken und heiss sind, diesen feucht-kühlen SW-Winden entgegen. Die warm-trockene Luft gleitet auf die kühl-feuchte auf. Da die Hebung der warm-trockenen Luftmasse keine Wolken erzeugt, ist die Vorderseite der Tropikfront, wo sich die ITC befindet, nicht aktiv. Erst etwas nach hinten versetzt tritt Konvektion auf, da dort die feucht-kühle Schicht ausreichend mächtig ist. Mit der Lage der ITC hängt auch der Westafrikamonsun zusammen.
Westafrikamonsun (WAM)
Der Westafrikamonsun hängt mit der Lage der ITC und dem STJ zusammen. Verläuft der STJ relativ geradlinig, kann sich der Monsun regulär nach Norden ausweiten. Der Monsun tritt dann pünktlich und in seiner gewohnten Intensität auf. In den gemässigten Breiten verläuft die Witterung normal ohne nennenswerte Temperatur- und Niederschlagsextreme. Verläuft der STJ hingegen wellenförmig, so führt das im Einflussbereich von Trögen zu einer Kompression der Klimazonen. Der Monsun kann dort nicht mehr ungehindert nach Norden vorstossen. Dieses Setup ist jedoch wichtig für die Entstehung von Hitzewellen, denn anderenorts kann der Monsun deutlich weiter nach Norden vorstossen als gewöhnlich.
Man hat herausgefunden, dass der WAM einen signifikanten Einfluss auf die Sommerwitterung im westlichen und zentralen Mittelmeerraum hat. Ein starker WAM, der weit nach Norden reicht, führt zu heisser und trockener Witterung. Ein schwacher WAM führt sogar mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit zu einem nassen und kühlen Sommerklima im Mittelmeerraum und zu einer Westlage über Mitteleuropa. Die WAM ist gekoppelt mit den Wassertemperaturen (SST) im Golf von Guinea. Sind die Wassertemperaturen im Mai und Juni zu tief, tritt häufig ein starker WAM auf. Die ozeanische Feuchte kommt mit der Tropikfront besser nach Norden voran. Ein starker WAM zeichnet sich also durch eine nördliche Lage der ITC aus.
Einfluss zu niedriger SSTs im Golf von Guinea auf das 500hPa-Geopotential
Im Juli und August tritt dann häufig eine Erwärmung der SST im Golf von Guinea ein, welcher die Stärke des Monsuns fördert. Ein starker WAM führt zu verstärkter Subsidenz im Mittelmeerraum und erhöhtem Geopotential über Europa, was auch durch numerische Simulationen nachgewiesen werden konnte.
Kurze und lange Hitzewellen im Mittelmeerraum
Hitzewellen im Mittelmeerraum sind keine Seltenheit. Sie treten alle paar Jahre auf, allerdings nicht in der Intensität und Dauer wie im Sommer 2003. Da die Hitzewellen im Mittelmeerraum relativ häufig sind, kann man mittels statischen Methoden herausfinden, ob eine signifikante Zunahme stattgefunden hat. Man hat dafür kurze und lange Hitzewellen unterschieden. Kurze Hitzewellen sind definiert als ein 3- bis 6-tägiges Ereignis, bei welchem die Temperatur und mindestens eine Standardabweichung von Tagesmittelwert abweichen. Lange Hitzewellen sind Ereignisse, die 7 oder mehr Tage dauern und wo die Temperatur auch mindestens eine Standardabweichung von Tagesmittelwert variiert.
Die kurzen Hitzewellen haben im Juni und Juli nach einer Abnahme bis in die 70er wieder zugenommen und lagen in den 90er-Jahren leicht höher als in den 50ern. Im August und September ist hingegen kein Trend erkennbar.
Die langen Hitzewellen haben hingegen deutlich zugenommen. Vor allem in den 90ern ist im August und September eine starke Zunahme feststellbar. Die langen Hitzewellen entstehen, wenn sich das Azorenhoch in den Mittelmeerraum verlagert. Sie hängen meist mit einer Omegalage zusammen. Der höchste Geopotential auf 850 hPa liegt fast immer über Tunesien. Dadurch entsteht eine SSW-Lage über dem westlichen Mittelmeer. Interessant ist, dass diese „langen Hitzewellen“ grosse Ähnlichkeiten mit der Anomalie im Sommer 2003 aufweisen.
Anzahl kurzer und langer Hitzewellen
Modellanalyse
Um die Ursache der Hitzewelle über Zentraleuropa besser erklären zu können, versuchte man mittels Modellen diese Anomalie zu rekonstruieren. Im Modell spielten vor allem Daten über Wassertemperaturen und Bodenfeuchte eine entscheidende Rolle. In der Sahelzone fiel deutlich mehr Niederschlag als normal. Das konnte man auch in VIS-Satellitenbildern erkennen, indem man frühere Jahre mit 2003 verglichen hat. Nasse Böden zeichnen sich durch dunklere Erde aus, was in den sichtbaren Satellitenbildern deutlich zu erkennen war. 2003 waren diese nassen Böden in Westafrika einige 100 km weiter nördlich als normal vorzufinden. Gleichzeitig war es an der Küste von Guinea trockener als normal. Erst als man die Bodenfeuchte mit einer höheren zeitlichen Auflösung in die Modelle einspeiste, kam man zu befriedigenden Ergebnissen. Die Bodenfeuchte und damit zusammenhängende Konvektion spielten also eine wichtige Rolle.
Im Modell konnte ausserdem nachgewiesen werden, dass die leicht unternormalen Temperaturen im Golf von Guinea einen Einfluss auf die ITC und die Hitzewelle in Europa hatten.
Modellannahmen (Bodenfeuchte und SST)
Modellresultat für August
Einfluss der Klimaerwärmung
Rein statistisch betrachtet hat die Wahrscheinlichkeit eines Hitzesommers wie 2003 seit 1960 etwa um den Faktor 20 zugenommen. Während 1960 eine solche Temperaturanomalie eine Wahrscheinlichkeit von p < 1/10000 (p=probability) gehabt hätte, so liegt sie 2003 etwa bei p=1/455. Die Klimaerwärmung hat also die Wahrscheinlichkeit für eine Hitzewelle wie 2003 deutlich erhöht. Allerdings muss man vorsichtig sein mit solchen statistischen Analysen. Sie gehen davon aus, dass die Varianz in etwa konstant bleibt und behandelt Temperaturreihen wie stationäre Prozesse. Das stimmt bei stabilen klimatischen Verhältnissen relativ gut. Sobald jedoch eine „grössere“ Änderung eintritt, nimmt die Varianz gewöhnlich deutlich zu. Am Ende der kleinen Eiszeit ist beispielsweise eine solche Zunahme erkennbar. Eine Zunahme der Varianz hat zur Folge, dass v. a. Extreme häufiger auftreten. Es ist anzunehmen, dass die Varianz der Sommertemperaturen in den 80er und 90er-Jahre zugenommen hat, allerdings ist dieser Zeitraum zu kurz um eine allfällige Zunahme zu quantifizieren. Ich gehe jedenfalls davon aus, dass ein Sommer wie 2003 eine wesentlich höhere Eintretenswahrscheinlichkeit hatte, als die berechneten p=1/455.
Die Klimamodelle gehen davon aus, dass die Erwärmung am Boden und in der unteren Troposphäre in den Polregionen am stärksten ausfallen wird. Das hat mit Albedo-Rückkopplungseffekten und dem niedrigem Wasserdampfgehalt der Atmosphäre zu tun. Im Detail möchte ich aber darauf nicht eingehen. Am Äquator fällt die Klimaerwärmung hingegen deutlich schwächer aus. Dadurch verringert sich der Temperaturgradient zwischen den Polen und dem Äquator. Dies könnte v. a. im Sommer zu verstärkter Meridionalisierung der Strömung führen, welche Hitzewellen in den gemässigten Breiten fördern könnte. Eigentlich ist es ungewöhnlich, dass die Erwärmung am Äquator so schwach ausfällt. Ein verstärkter Treibhauseffekt müsste sich ja vor allem dort auswirken, wo der Energiefluss am grössten ist. Ausserdem ist ja Wasserdampf, welches am Äquator in grossen Mengen vorhanden ist, ein sehr effizientes Treibhausgas. Der Grund ist relativ einfach. Die zusätzliche Wärmeenergie geht am Äquator vor allem in latente Wärme (Wasserdampf) über und nur ein kleiner Teil davon wird in fühlbare Wärme umgesetzt. Dadurch kommt es zu verstärkter Konvektion an der ITC. In der oberen Troposphäre wird die latente Wärme freigesetzt und es kommt zu einer deutlichen Erwärmung. Die Zirkulation der thermisch angetriebenen Hadleyzelle wird dadurch verstärkt. Verstärktes Aufsteigen an der ITC führt zu verstärktem Absinken im Bereich der subtropischen Hochdruckgürtel. Gleichzeitig entsteht in der oberen Troposphäre ein erhöhter Temperaturgradient. Da die Jets auch thermisch angetrieben werden, muss man davon ausgehen, dass sich der Subtropenjet (wie auch der Polarjet) in Zukunft verstärken wird. Dies wird vor allem dort geschehen, wo tropische Luftmassen weit nach Norden vorankommen, z. B. an der Westflanke des Azorenhochs. Es ist also durchaus möglich, dass positive Phasen des EA Pattern, welche Hitzewellen im Mittelmeerraum und Zentraleuropa massgeblich begünstigen, in Zukunft häufiger werden. Der Einfluss einer verstärkten Hadleyzirkulation ist mir nicht ganz klar. Es könnte aber sein, dass sich die nordhemisphärische Hadleyzelle nach Norden ausweitet und so den Einfluss auf Süd- und Zentraleuropa im Sommer verstärkt.
Aktuelle Lage (Ende Mai)
Momentan sind die Wassertemperaturen im Golf von Guinea deutlich zu tief. Das heisst, dass in diesem Jahr ein starker WAM zu erwarten ist, welcher im westlichen und zentralen Mittelmeerraum einen überdurchschnittlich warmen und trockenen Sommer verursachen könnte. Die Lage der ITC bzw. Tropikfront war in der ersten Maidekade deutlich nördlicher als im Mittel. Der EA Index war in den letzten Wochen und Monaten jedoch stark negativ, allerdings scheint im Laufe der Woche eine Umstellung stattzufinden. Der STJ südlich von Neufundland verstärkt sich deutlich. Aufgrund der vorliegenden Daten, besteht für Süddeutschland und die Schweiz eine erhöhte Wahrscheinlichkeit, dass 2005 ein überdurchschnittlich warmer Sommer auftritt.
Noch besser als im Satellitenbild ist die Lage der Tropikfront anhand der Taupunkte zu erkennen.
Analyse der Position der ITC in der ersten Maidekade
Die aktuelle Lage unterscheidet sich jedoch deutlich von jener im Jahre 2003. Dort machten sich gewisse Anomalien bereits im April bemerkbar, bevor beispielsweise eine starke WAM einsetzte. Es muss also noch andere Ursachen für diese ausserordentliche Hitzewelle geben, die in meiner Analyse keine Beachtung gefunden haben.
Quellen und Literatur
Liljequist/Cehak; Allgemeine Meteorologie
http://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/expert_assessment/europe_heat.pdf
http://blue.atmos.colostate.edu/publications/pdf/heatwave.pdf
http://www.grid.unep.ch/product/publication/download/ew_heat_wave.en.pdf
http://ams.confex.com/ams/pdfpapers/85262.pdf
http://www.dwd.de/de/FundE/Klima/KLIS/prod/KSB/ksb03/14_statistisch.pdf
Neuste Modellrechnungen für die Entwicklung der arktischen Eismasse
Die Eisfläche in der Arktis hat vor allem im Sommer dramatisch abgenommen, während im Winter keine signifikante Abnahme festgestellt wurde. Diese Tatsache ist insofern interessant, da man erwarten könnte, dass sich die globale Erwärmung vor allem im Winter auswirkt (da aufgrund des Treibhauseffekts weniger Infrarotstrahlung in den Weltraum abgestrahlt wird). Die durchschnittliche Eisdicke hat sich in den letzten 50 Jahren zudem praktisch halbiert. Dies führt dazu, dass das Eis am Nordpol an der Oberfläche und manchmal auch vollständig schmilzt, was zu einer gravierenden Aenderung der Albedo führt. Es wird mehr Sonnenstrahlung absorbiert, was dazu führt, dass der Treibhauseffekt am Nordpol im Sommer stärker spürbar ist, als im Winter. Dies wird noch deutlicher, wenn man weiss, wieviel Strahlungsenergie im Hochsommer auf den Nordpol trifft. Ueber 300 W/m2, mehr als irgendwo anders auf der Welt. Selbst in der Sahara ist der Energiefluss im Hochsommer geringer! Der einzige Grund, dass es im Sommer in der Arktis relativ kühl bleibt, ist die hohe Albedo (Reflektion von Sonnenstrahlung) und die Schmelzkälte, ähnlich der Verdunstungskälte. Um das Eis zu schmelzen wird sehr viel Energie benötigt.
Die neusten Klima-Modelle zeigen, dass zwischen 2070 und 2100 das Eis am Nordpol im Sommer fast vollständig schmilzt. Das bedeutet, dass sich die Albedo stark verändert. Wasser kann einen Grossteil der Strahlung absorbieren. Ausserdem ist der kühlende Effekt durch das schmelzende Eis nicht mehr vorhanden. Dies führt zu einer gravierenden Erwärmung im hohen Norden während dem Sommer, da der hohe Energiefluss dann seine volle Wirkung entfalten kann. Die Auswirkung davon werden auch bei uns deutlich zu spüren sein. Die Klimazonen werden im Sommer deutlich nach Norden verschoben. Die Westwinde werden im Sommer fast keinen Einfluss mehr haben, so dass das Klima im Sommer deutlich kontinentaler, heisser und trockener wird.
Im Winter wird die Arktis im Übrigen wieder zufrieren. Die Eisdecke wird dann natürlich deutlich dünner sein und die Eisfläche wesentlich kleiner.
Kopplung der Permafrostböden im hohen Norden mit dem Klimasystem
Ein russisch-schweizerisches Forscherteam hat bei der Erforschung der Auswirkungen der Klimaänderung auf die Vegetation im nördlichen Ural eine interessante Entdeckung gemacht. Die Waldgrenze ist durch die überdurchschnittliche Erwärmung nachweislich angestiegen, wodurch sich die Waldfläche in unberührten Gebieten vergrössert. Zuerst wurde diese Entwicklung als positiv eingestuft, da Wälder als CO2-Senken gelten, also das Treibhausgas CO2 aus der Atmosphäre binden. Messungen haben jedoch ergeben, dass die Permafrostböden im hohen Norden mehr CO2 als die Wälder speichern können. Wenn diese Böden durch die weitere Klimaerwärmung auftauen, könnte in relativ kurzer Zeit grosse Mengen dieses Treibhausgases freigesetzt werden. Das führte zu einer weiteren Beschleunigung des Treibhauseffekts. Es handelt sich um einen weiteren positive Rückkopplungsmechanismus im hochkomplexen Klimasystem. Wie schnell dieser Prozess abläuft, weiss man nicht genau, so dass man Probleme hat den Effekt in Modellrechnungen zu berücksichtigen.
Klimaszenarien
Da nach dem Rekordsommer wieder die Diskussion um den Klimawandel aufgeflammt ist, möchte ich dieses Thema nochmals aufgreifen. Auf der Seite des IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change)http://www.ipcc.ch gibt es sehr ausführliche Berichte in Englisch zu diesem Thema. Ich habe dort einige interessante Grafiken zum Klima herausgepickt. Dann erkläre ich kurz die verschiedenen Klimaszenarien und gehe zum Schluss noch genauer auf die Klimaszenarien für Europa ein.
Vergleich zwischen berechnetem und beobachtetem Temperaturanstieg seit 1860:
Der Temperaturverlauf seit 1860 kann nur durch einen natürlichen und anthropogenen Einfluss auf das Klima erklärt werden, wie diese Grafik zeigt.
Anthropogener und natürlicher Einfluss auf das Klima:
Grosse Unsicherheit besteht bei dem indirekten Einfluss von Aerosolen auf die Strahlungsbilanz. Der solare Einfluss ist relativ gering, wobei da auch eine gewisse Unsicherheit besteht. Der Einfluss des Flugverkehrs durch Kondensstreifen und Cirren wird zwar auch in der Grafik aufgeführt, ist aber zumindest nach den jetzigen Erkenntnissen im Vergleich zum Einfluss der Treibhausgase vernachlässigbar.
Niederschlagstrend weltweit (1900-2000):
Temperaturtrend weltweit (1976-2000):
Effekt auf extreme Temperaturen:
Diese Grafik zeigt auf, was ein Anstieg der Durchschnittstemperatur und/oder eine Zunahme der Temperaturvarianz für einen Einfluss auf Extremtemperaturen hat.
Temperaturveränderung der letzten Jahrzehnte in der Troposhäre und der unteren Stratosphäre:
Veränderung des Wassergehalts in der Troposphäre, sowie der unteren Stratosphäre und Veränderung der Anzahl von Extremereignissen
Mitteltemperaturen in Europa:
Niederschlagstrends in Europa:
Szenarien
Die den bisherigen IPCC-Berichten zugrunde liegenden IS92-Szenarien wurden ab 1996 gründlich überarbeitet. Das Ergebnis sind 40 neuen so genannten SRES-Szenarien (nach: Second Report on Emission Szenarios), die die möglichen Entwicklungen im 21. Jahrhundert in den Bereichen Bevölkerungswachstum, ökonomische und soziale Entwicklung, technologische Veränderungen, Ressourcen-Verbrauch und Umweltmanagement differenzierter als bisher berücksichtigen. Die 40 Szenarien werden in die vier Hauptgruppen A1, A2, B1 und B2 unterteilt.
Die A1-Szenarien beschreiben eine zukünftige Welt mit sehr starkem Wirtschaftswachstum, einer Weltbevölkerung, die in der Mitte des 21. Jahrhunderts ihr Maximum erreicht und danach abnimmt, und einer schnellen Einführung neuer und effizienterer Technologien. Die Welt wird zunehmend globaler, d.h. regionale Unterschiede bei den Einkommen, in kultureller und sozialer Hinsicht und in der technologischen Entwicklung gleichen sich weitgehend aus. Bei den A1-Szenarien werden je nach der vorherrschenden Nutzung der Energiequellen drei Untergruppen unterschieden: die A1Fl-Szenarien mit einer intensiven Nutzung fossiler Brennstoffe, die A1T-Szenarien mit starker Nutzung nicht-fossiler Energieträger und die A1B-Szenarien mit einer ausgewogenen Mischung von fossilen und nicht-fossilen Energieträgern.
Die A2-Szenarien gehen von einer sehr heterogenen Welt aus, in der die lokalen Besonderheiten bewahrt bleiben, die Geburtenhäufigkeit weiter regional sehr unterschiedlich bleibt und die Weltbevölkerung daher ständig zunimmt. Die ökonomische Entwicklung ist primär regional bestimmt, und das Wachstum des Bruttosozialprodukts und die technologische Entwicklung sind regional unterschiedlicher und langsamer als bei den anderen Hauptgruppen.
Die künftige Welt der B1-Szenarien entwickelt sich ähnlich global orientiert wie die der A1-Gruppe, jedoch mit einem schnellen Wandel der wirtschaftlichen Struktur zu einer Dienstleistungs- und Informationsökonomie, mit einer Reduktion des Materialverbrauchs und der Einführung sauberer und ressourcenschonender Technologien. Die Entwicklung ist auf eine globale Lösung des Nachhaltigkeitsproblems im wirtschaftlichen, sozialen und Umwelt-Bereich ausgerichtet, einschließlich einer ausgewogenen Wohlstandsverteilung.
Die Welt der B2-Szenarien setzt auf lokale Lösungen der wirtschaftlichen, sozialen und umweltorientierten Nachhaltigkeitsfragen. Die Weltbevölkerung nimmt ständig zu, wenn auch weniger stark als bei den A2-Szenarien. Die Wirtschaftsentwicklung bewegt sich auf mittlerem Niveau, und der technologische Wandel ist weniger schnell und regional unterschiedlicher als bei den A1- und B1-Szenarien. Der Umweltschutz und eine ausgewogene Verteilung des Wohlstands spielen zwar ebenfalls eine wichtige Rolle, aber auf lokaler und regionaler Ebene.
Mehr Infos unter:http://www.grida.no/climate/ipcc/spmpdf/sres-e.pdf (englisch)
Temperaturveränderungweltweit im Szenario A2:
Temperaturveränderungweltweit im Szenario B2:
Niederschlagsveränderungweltweit im Szenario A2:
Niederschlagsveränderungweltweit im Szenario B2:
Quelle:http://www.ipcc.ch/present/graphics.htm
Erwartete Klimaszenarien für Europa
Temperaturen
Die Jahrestemperaturen in Europa werden sich mit einer Rate zwischen 0.1°C und 0.4°C pro Dekade erhöhen. Diese Erwärmung der Jahrestemperaturen ist am Grössten im südlichen Europa (Spanien, Italien, Griechenland) und im nordöstlichen Europa (Finnland, westliches Russland) und am Geringsten entlang des atlantischen Küstenstreifens.
Im Winter erwärmen sich die innerkontinentalen Regionen Osteuropa und Westrussland (0.15–0.6°C pro Dekade) stärker. Im Sommer weisen die Modelle einen starken Nord-Süd-Gradienten auf, mir einer Erwärmung im südlichen Europa von 0.2 and 0.6°C pro Jahrzehnt und einer Erwärmung über Nordeuropa zwischen 0.08 and 0.3°C pro Dekade.
Winter, die momentan als kalt eingestuft werden (ein Winter in 10 Jahren während 1961–1990), werden in den 2020ern deutlich seltener und treten in den 2080ern kaum mehr auf. Im Gegenzug dazu werden heisse Sommer viel häufiger. Bis in den 2080ern soll den Modellen zufolge beinahe jeder Sommer als heiss eingestuft werden (einer von 10 Sommern im heutigen Klima)
Die Übereinstimmung der Modelle bezüglich der zukünftigen Temperatur im Winter ist am grösstem für Südeuropa im Winter. Für die Sommer hingegen gehen die Modelle in dieser Region am stärksten auseinander. Alle Modellsimulationen zeigen eine Erwärmung für ganz Europa und in allen Jahreszeiten.
Veränderung der Sommertemperaturen in Europa:
Niederschläge
Der allgemeine Trend der Jahresniederschlägen über Europa zeigt für weite Teile Nordeuropas ein Anstieg zwischen +1 and +2% pro Dekade, eine geringe Abnahme im südlichen Europa (maximal –1% pro Jahrzehnt), und geringe oder unsichere Veränderungen in Zentraleuropa (Frankreich, Deutschland, Ungarn, Weissrussland).
Es besteht ein deutlicher Gegensatz zwischen den berechneten Trend für die Winter- und die Sommerniederschläge. Im grössten Teil Europas wird das Klima im Winter feuchter (zwischen +1 and +4% pro Jahrzehnt); ein Ausnahme bildet der Balkan und die Türkei, wo die Winter trockner werden. Im Sommer besteht wiederum ein Nord-Süd-Gradient. Während es in Nordeuropa nasser wird, (Zunahme der Niederschläge um etwa +2% pro Dekade) nehmen die Niederschläge in Südeuropa deutlich ab (Abnahme von 5% pro Dekade).
Die Regionen, wo diese Änderung grösser sind als die 2-Standardabweichung der natürlich auftretenden Klimavariabilität, welche in der 30-jährigen Zeitreihe aufgezeigt wird, beschränken sich auf spätere Perioden (2050er and 2080er) und auf Szenarios mit einer stärkeren globalen Erwärmung (B2, A1, and A2).
Nur für das hohe A2-Szenario sind Regionen in Europa vorhanden(Fennoskandinavien und NW-Europe), wo die Veränderungen der Niederschläge bis zu den 2020ern grösser sind, als Änderungen, die das Resultat einer natürlichen Klimavariabilität sind. Sogar in diesem Szenario mit einer raschen globalen Erwärmung zeigen die Modelle nicht für alle Regionen Europas klar definierte Niederschlagssignale bis zu den 2080ern.
Die Schwankungsbreite der Änderung der saisonalen Niederschläge ist im Allgemeinen grösser als die Änderung des Mittelwerts, was darauf hindeutet, dass unterschiedlich Signale bei den verschiedenen Modellen vorhanden sind. Die grössten Unterschiede bei der Ausgabe der verschiedenen Modelle treten im nördlichen und südlichen Europa auf. Die Unterschiede sind in Teilen Zentraleuropas am Geringsten.
Veränderung der Sommerniederschläge in Europa:
Wetterextreme
Die Szenarios zeigen keine expliziten quantitativen Änderungen von täglichen Wetterextremen auf. Trotzdem ist es sehr wahrscheinlich, dass die Häufigkeit und Intensität von sommerlichen Hitzewellen in ganz Europa zunimmt; es ist wahrscheinlich, dass vor allem im Winter die Häufigkeit von intensiven Niederschlagsereignissen zunimmt und dass im Sommer das Dürrerisiko in Zentral- und Südeuropa zunimmt; möglicherweise nimmt die Häufigkeit von Stürmen zu.
Meeresspiegel
Der Meeresspiegel steigt bis in die 2050er um 13 bis 68 cm.
Übersetzung aus dem IPCC-Report der Working Group II: Impacts, Adaptation and Vulnerability; Kap. 13.1.5: The european region – Climate scenarios for the future
Möglicher Zusammenhang zwischen El Nino und NAO
Dass El Nino einen grossen Einfluss auf das Klima in bestimmten Regionen hat, ist unumstritten. Doch einen direkten Einfluss auf das europäische Wetter scheint diese Klimaanomalie nicht zu haben. Daran zweifle ich doch sehr. Ich bin vor kurzem auf eine Internetseite gestossen, welche Klimaanomalien, die im Zusammenhang mit El Nino stehen. Auf die Temperaturen scheint der El Nino in Mitteleuropa keinen grossen Einfluss zu haben. Auch beim Druck sind keine grossen Abweichungen von der Norm festzustellen. Vor allem im Winter gibt es doch Abweichungen, die sich auch auf unser Wetter auswirken könnten.
Schaut man sich den Einfluss eines Winter-El Nino auf dem Atlantik an, so stellt man fest, dass der Druck über Grönland und Island deutlich höher ist und zwischen Golf von Mexiko und Portugal deutlich tiefer, als gewöhnlich. Das würde bedeuten, dass die Druckunterschiede zwischen Islandtief und Azorenhoch geringer sind als sonst. Gibt es also einen Einfluss des El Nino auf die NAO (North Atlantic Oscillation)?
Die NAO gibt die Abweichung des Druckunterschieds zwischen Island und Lissabon von der Norm an. Vor allem im Winter hat sie einen grossen Einfluss auf die Witterungsverhältnisse in Europa. Ist diese positiv, so sind die Westwinde stärker und der Einfluss des Islandtiefs weitet sich bis nach Mitteleuropa aus. Warme und nasse Winter sind die Folge. Es kommt nur selten zu Vorstössen arktischer Kaltluft. Ist die NAO negativ, sind die Westwinde deutlich schwächer. Das Islandtief zieht sich weit nach Norden zurück, so dass im Winter die Arktikluft beinahe ungehindert nach Mitteleuropa einfliessen kann. Auch Winterstürme über Mitteleuropa treten seltener auf. Hätte also El Nino einen Einfluss auf die NAO, so gäbe es zumindest im Winter einen direkten Einfluss durch diesen.
Ich bin dem einmal nachgegangen und habe mir die NAO-Werte der letzten 50 Jahre angesehen und dabei die El-Nino-Winter etwas genauer unter die Lupe genommen.
Die NAO-Werte lagen in den 50er und 60er-Jahren oft im negativen Bereich. Anfang der 70er gab es eine rasche Umkehr zu positiven Indizes. Nur Ende der 80er gab es nochmals eine Phase mit deutlich zu niedrigen Werten, danach stiegen die Werte wieder rasch in den positiven Bereich und zwar höher als in anderen positiven Phasen zuvor. Erst Ende der 90er sanken die Werte wieder etwas, lagen aber immer noch meist im Plusbereich. Doch es scheint sich wieder eine Wende in diesem Jahrzehnt abzuzeichnen.
Nun habe ich den NAO-Index aller Jahre vor und nach einem El Nino-Winter gemittelt um zu sehen, ob es bei diesen Jahren ungewöhnliche Abweichung gibt. Der Wert auf den ich gekommen bin ist -0.18. Dazu muss gesagt werden, dass 4 Winter in eine negative NAO-Phase (Minusphase) fallen, die anderen 4 in eine positive (Plusphase). Trotzdem scheint mir, dass die Plusphase wesentlich ausgeprägter war als die Minusphase. Ich möchte damit aber nicht sagen, dass der leicht negative Wert durch einen Einfluss des El Nino herrührt, es könnte auch Zufall sein.
Danach habe ich die NAO-Werte aller 8 El Nino-Wintermonate (Dezember-März) gemittelt und komme auf -0.525, also einen Wert, der fast dreimal grösser ist, als das NAO-Jahresmittel. Also scheinen die Winter dieser Jahre doch tiefere NAO-Indizes aufzuweisen, als die anderen Jahreszeiten. Ausserdem scheint die Abweichung -0.525 doch recht gross zu sein für einen Mittelwert. Die El Nino-Winter weisen tatsächlich tiefere NAO-Werte auf als gewöhnliche Winter. Gibt es also tatsächlich einen Zusammenhang zwischen El Nino und NAO?
Tabelle der NAO-Mittelwerte (Hurrel) der einzelnen El Nino-Winter und NAO-Phase in ():
57/58: -1.3 (-)
65/66: -2.0 (-)
68/69: -2.4 (-)
72/73: 0.1 (+)
82/83: 0.7 (+)
86/87: -1.1 (-)
91/92: 1.5 (+)
97/98: 0.3 (+)
Sieht man diese Tabelle an, so fällt auf, dass negative Werte im Winter auch in eine Minusphase fallen, positive in eine Plusphase. Kann man die These also wieder über den Haufen werfen? Ich denke nicht. Die negativen Abweichung sind wesentlich grösser als die positiven. So ist der Betrag der Positiven Abweichung nur im Winter 91/92 grösser eins, die der negativen Abweichung jedoch immer.
Besonderes Augenmerk verdient der Winter 86/87. Obwohl er in eine mehrjährige Phase mit negativen NAO-Indizes fiel, was er der einzigen Winter, der deutlich zu kalt ausfiel. So wurden im Januar 87 in Sachsen Temperaturen unter -30°C gemessen und auch anderenorts fiel das Thermometer verbreitet unter -20°C. Grund war meiner Meinung nicht nur die negative NAO, sondern auch die Tatsache, dass während eines Winter-El Nino die Temperaturen in Sibirien weit unter dem Durchschnitt liegen. Ist nun die NAO negativ, kann diese extrem kalte Arktikluft bis nach Mitteleuropa vorstossen. Auch die Winter 72/73 und 82/83 waren trotz positiver NAO phasenweise deutlich zu kalt. Nur in den 90ern gab es keine nennenswerten Kältewellen.
Meine These ist, dass Winter mit positiver NAO und El Nino keine deutlichen Anomalien aufweisen und etwas zu warm ausfallen, hingegen Winter mit negativer NAO kalt bis sehr kalt ausfallen. Ausserdem denke ich, dass El Nino einen Einfluss auf die NAO hat. Natürlich wird diese durch andere massgebende Effekte, wie zum Beispiel Wassertemperatur oder Stärke des Golfstroms, überlagert.
Tabelle der NAO (Hurrel) im September vor einem El Nino-Winter:
57: -3.5 (-)
65: -0.4 (-)
68: -1.6 (-)
72: -4.4 (+)
82: 1.7 (+)
86: -4.8 (-)
91: -0.5 (+)
97: -0.8 (+)
02: deutlich negativ (ich habe die Werte aus einer Tabelle, welche auf der NAO von Hurrel basiert, für diesen September habe ich noch keinen Wert gefunden, andere NAO-Indizes deuten jedoch auf eine deutlich negative Abweichung hin)
Es fällt auf, dass die NAO ausser im September 82 immer negativ ist, möglicherweise besteht bereits in diesem Monat ein Zusammenhang zwischen El Nino und NAO. Einen Hinweis, dass ein September mit negativer NAO zwangsläufig zu einem warmen Winter führen muss sehe ich aber nicht. Der Winter 86/87 zeigt das sehr schön. Umgekehrt muss es nicht zu einem kalten Winter führen
Seasonal NAO (Hurrel) der Monate Sept., Okt. und Nov. und Dez., Jan. und Feb.:
SON: DJF:
57/58: -0.7 -1.1 (-)
65/66: -1.7 -3.1 (-)
68/69: -3.6 -4.9 (-)
72/73: -1.3 2.4 (+)
82/83: 2.4 1.9 (+)
86/87: 3.0 -1.4 (-)
91/92: 0.7 0.7 (+)
97/98: -1.9 -0.2 (+)
Hier sieht es schon schwieriger aus, einen Zusammenhang zu El Nino herzustellen. Man sieht jedoch, dass in der negativen Phase die Werte zurückgehen, während in den positiven Phasen kein eindeutiger Trend festzustellen ist. Interessant ist, dass während die September-NAO ausser in einem Jahr immer negativ war, der Mittelwert der Monate Sept., Okt., Nov. in drei El Nino-Jahren zu hoch war.
Daraus kann man schliessen, dass in Jahren mit deutlich negativen NAO-Werten im Herbst und El Nino ein strenger Winter wahrscheinlicher wird. Aber auch bei deutlich positiver NAO im Herbst, kann ein strenger Winter folgen, wie der Winter 86/87 beweist.
Aufgrund der Erkenntnisse, die ich aus dieser Analyse gewonnen habe, halte ich einen zu kalten Winter für immer wahrscheinlicher. Da die NAO in den letzten Tagen ungewöhnlich schwach war und sich auch beinahe den ganzen September über im negativen Bereich befand, verdeutlichen sich die Anzeichen hierfür. Natürlich gibt es viele andere Faktoren, die ich hier nicht eingebracht habe und für den die Wetterentwicklung im Winter relevant sind. Ausserdem sind 8 El Nino-Winter wahrscheinlich zu wenig, um eine Analyse zu machen, darüber bin ich mir schon im Klaren. Auch bleibt die Frage offen, ob wir uns nun in einer negativen NAO-Phase befinden, auf welcher Annahme meine Trendprognose für den Winter basiert. Sicher ist nur, dass dieser Winter wieder mehr Klarheit schaffen wird, bezüglich meiner These und einiger Langfristprognosen.
Arctic Oscillation
Der Begriff NAO fällt in letzter Zeit recht häufig, wenn es um Langfristprognosen geht. Doch v. a. bei der Wintervorhersage darf man die AO (Arctic Oscillation) nicht vergessen. Ich habe mal versucht, genaueres über diese im Internet ausfindig zu machen, bin aber kläglich gescheitert.
Die AO gibt die gemittelte Druckanomalie auf dem 1000hPa-Niveau nördlich des 20. Breitengrads an.
Interessanterweise scheint die AO mit der NAO zu korrelieren. So ist der deutliche Einbruch Mitte Oktober bei beiden vorhanden. Doch bei genauem hinsehen gibt es doch kleine, aber feine Unterschiede. So beispielsweise Mitte September. Während die NAO Mitte zu diesem Zeitpunkt deutlich negativ war, wies die AO kurzzeitig (16.9. bis 20.9.) leicht positive Werte auf. Was das genau für Auswirkungen auf das Wetter hatte, kann ich leider nicht sagen.
http://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/precip/CWlink/all_index.html
Interessant ist, dass wenn man Monatmittel der NAO und AO ansieht, die Ähnlichkeit der beiden wesentlich geringer ist. So ist die NAO in den 80er Jahren deutlich positiv, die AO aber erst ab dem Winter 88/89, dafür ist dann die positive Abweichung wesentlich grösser als bei der NAO. Deutliche Einbrüche gibt es danach wie bei der NAO nur noch im Winter 95/96 und 00/01. Frühere deutliche Einbrüche bei der AO sind im Winter 68/69 und 76/77 zu verzeichnen. Auch diesen Winter zeichnet sich eine deutlich negative Abweichungen der AO ab. Über die Folgen auf unser Winterwetter kann man nur mutmassen. Ich halte es jedoch auch für ein Indiz auf einen zu kalten Winter.
Daily AO
http://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/precip/CWlink/daily_ao_index/ao_index.html
Weitere interessante Links zur AO
http://www.proclim.unibe.ch/Press/PDF/ClimatePress10D.pdf