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Die Veränderungen sind fast überall in der sich rasant erwärmenden Arktis sichtbar und spürbar: Schwund der Gletscher, Eisschelfe und Eiskappen, Rückgang des Meereises, auftauender Permafrostboden, brennende Tundra, Änderung der Artenzusammensetzung, um nur die offensichtlichsten zu nennen. Eine neue umfassende Studie, die in der Fachzeitschrift Nature Climate Change veröffentlicht wurde, über den Status des arktischen Klimas zeigt jetzt, dass die Arktis offenbar dabei ist, von einem überwiegend gefrorenen Zustand in ein völlig anderes Klima überzugehen.
Die Wettermuster in den hohen Breiten variieren seit jeher von Jahr zu Jahr, mit mehr oder weniger Meereis, kälteren oder wärmeren Wintern und längeren oder kürzeren Phasen mit Regen statt Schneefall. Doch neueste Forschung von Wissenschaftlerinnen des National Center for Atmospheric Research (NCAR) stellt fest, dass sich die Arktis jetzt so stark erwärmt hat, dass sich ihre jährliche Variabilität außerhalb der Grenzen früherer Schwankungen bewegt, was den Übergang zu einem „neuen arktischen“ Klimaregime signalisiert.
«Es ist eine Zeit so schneller Veränderungen, dass die Beobachtungen vergangener Wettermuster nicht mehr zeigen, was man im nächsten Jahr erwarten kann. Die Arktis tritt bereits jetzt in ein völlig anderes Klima ein als noch vor wenigen Jahrzehnten.»Laura Landrum, National Center for Atmospheric Research
«Die Veränderungsrate ist bemerkenswert», sagt die NCAR-Wissenschaftlerin Laura Landrum, Hauptautorin der Studie. «Es ist eine Zeit so schneller Veränderungen, dass die Beobachtungen vergangener Wettermuster nicht mehr zeigen, was man im nächsten Jahr erwarten kann. Die Arktis tritt bereits jetzt in ein völlig anderes Klima ein als noch vor wenigen Jahrzehnten», so Landrum.
In der neuen Studie stellen Landrum und ihre Co-Autorin, die NCAR-Wissenschaftlerin Marika Holland, fest, dass das arktische Meereis in den letzten Jahrzehnten so stark geschmolzen ist, dass selbst in einem ungewöhnlich kalten Jahr nicht mehr die Menge an sommerlichem Meereis vorhanden sein wird wie noch Mitte des 20. Jahrhunderts. Auch die Lufttemperaturen im Herbst und Winter werden soweit steigen, dass bis Mitte dieses Jahrhunderts ein statistisch unterscheidbares Klima entsteht, gefolgt von einer jahreszeitlichen Veränderung der Niederschläge, wobei in mehr Monaten Regen statt Schnee fallen wird.
Für die Studie verwendeten Landrum und Holland Hunderte von detaillierten Computersimulationen sowie Beobachtungen der arktischen Klimabedingungen. Die riesige Datenmenge ermöglichte es ihnen, die Klimagrenzen der „alten Arktis“ statistisch zu definieren – oder wieviel Variabilität von Jahr zu Jahr natürlich auftreten kann – und dann zu ermitteln, wann die vom Menschen verursachte Erwärmung die Arktis über diese natürlichen Grenzen hinaus in ein neues Klima drängen wird.
Die Zukunftsprojektionen, die für die Studie verwendet werden, basieren auf dem Worst-Case-Szenario für zukünftige Emissionen von Treibhausgasen, dem RCP 8.5. Die Studie stellt jedoch fest, dass eine Reduzierung der Emissionen das Ausmaß des Klimawandels in der Arktis verringern würde.
Das sich verändernde Klima hat weitreichende und enorme Folgen für Ökosysteme, Wasserressourcenmanagement, Hochwasserplanung und Infrastruktur.
Grundlegender Wandel
Der hohe Norden erwärmt sich schneller als Regionen in niedrigeren Breitengraden, was auf einen Prozess zurückzuführen ist, der als arktische Verstärkung bekannt ist. Dies geschieht, weil helles Meereis, das die Wärme zurück in den Weltraum reflektiert, durch dunkleres Meerwasser ersetzt wird, das die Wärme einfängt. Darüber hinaus wird relativ warmes Meerwasser im Winter nicht mehr so effektiv durch die isolierenden Eigenschaften des dicken Meereises abgeschirmt.
Die Veränderungen des arktischen Klimas sind so tiefgreifend, dass die durchschnittliche Ausdehnung des Meereises im September, wenn es sein jährliches Minimum erreicht, seit dem ersten Jahrzehnt des Satellitenzeitalters (1979-88) um 31% zurückgegangen ist.
Landrum und Holland wollten feststellen, ob dieser Rückgang zeigt, dass sich das arktische Klima grundlegend verändert hat. Sie wollten auch die Veränderungen bei zwei weiteren Schlüsselaspekten untersuchen, die auf den gefrorenen Zustand des arktischen Klimas hindeuten: die Lufttemperaturen im Herbst und Winter und den jahreszeitlichen Übergang der Niederschläge von überwiegend Schnee zu überwiegend Regen.
Um diese Fragen zu beantworten, wandten sie sich mehreren Simulationen von fünf der weltweit führenden Klimamodelle zu, die für ein internationales Forschungsprojekt mit der Bezeichnung „Coupled Model Intercomparison Project 5“ (CMIP5) verwendet wurden. Die große Anzahl von Simulationen ermöglichte es ihnen, ein statistisch signifikantes Bild des arktischen Klimas zu erstellen, das es ihnen erlaubt, die natürliche Klimavariabilität von Jahr zu Jahr von einem Übergang zu einem neuen arktischen Klima zu unterscheiden.
Die Wissenschaftlerinnen verglichen die Ergebnisse der Modelle mit Beobachtungen und bestätigten, dass die Modelle das vergangene Klima genau erfassen und daher das zukünftige Klima zuverlässig simulieren konnten.
Landrum und Holland wandten dann statistische Techniken an, um zu bestimmen, wann die Klimaveränderungen die Grenzen der natürlichen Variabilität überschritten. Für die letzte Frage stellten sie fest, dass ein anderes Klima entsteht, wenn der Zehnjahresdurchschnitt mindestens zwei Standardabweichungen vom Mittelwert des Klimas im Jahrzehnt 1950-59 entfernt ist.
Mit anderen Worten, wenn sich die Meereisausdehnung so stark verändert hat, dass der Mittelwert beispielsweise in den 1990er Jahren in 97,7% aller Fälle niedriger war als die Meereisausdehnung für ein beliebiges Jahr in den 1950er Jahren, dann wurden die 1990er Jahre als ein neues Klima definiert.
Als sie diese Techniken auf die Meereisausdehnung anwandten, stellten sie fest, dass die Arktis bereits in ein neues Klima eingetreten ist. Jedes der fünf Modelle zeigte einen so dramatischen Rückgang des Meereises, dass Ende des 20. und Anfang des 21. Jahrhunderts ein neues Klima für das Meereis entstanden war.
Mit Blick auf die Zukunft stellten sie auch fest, dass in der Arktis in den nächsten Jahrzehnten weitgehend eisfreie Bedingungen herrschen könnten. Mehrere der Modelle wiesen darauf hin, dass die Arktis bis zum Ende des Jahrhunderts für 3-10 Monate jährlich weitgehend eisfrei werden könnte, basierend auf einem Szenario mit hohen Treibhausgasemissionen.
In Bezug auf die Lufttemperaturen konzentrierten sich Landrum und Holland auf Herbst und Winter, die stark von der sommerlichen Abnahme des Meereises und dem darauf folgenden Zeitpunkt der neuen Eisbildung beeinflusst werden. Sie stellten fest, dass die Lufttemperaturen über dem Ozean in der ersten Hälfte oder Mitte dieses Jahrhunderts in ein neues Klima eintreten werden, während sich die Lufttemperaturen über dem Land wesentlich später in diesem Jahrhundert erhöhen werden.
Der jahreszeitliche Zyklus der Niederschläge wird sich bis zur Mitte des Jahrhunderts dramatisch verändern. Wenn die Emissionen auf einem hohen Niveau verharren, wird es in den meisten kontinentalen Regionen zu einer Zunahme der Regenzeit um 20-60 Tage bis Mitte des Jahrhunderts und um 60-90 Tage bis zum Ende des Jahrhunderts kommen. In einigen arktischen Regionen kann es bis zum Ende des Jahrhunderts in jedem Monat des Jahres regnen.
«Die Arktis wird wahrscheinlich Extreme bei Meereis, Temperatur und Niederschlag erleben, die weit außerhalb dessen liegen, was wir bisher erlebt haben», sagt Landrum. «Wir müssen unsere Definition des arktischen Klimas ändern.»
Quelle: National Center for Atmospheric Research