Eis- und Schneebedeckung im Klimasystem

Experiment-Beschreibung
Eis- und Schneebedeckung im Klimasystem
Autor: Manuel Linsenmeier
Mitarbeit: Tobias Bayr, Dietmar Dommenget, Anne Felsberg, Dieter Kasang
Motivation
Die Eisbedeckung der Erde erfährt durch den Klimawandel in der Forschung wie in der Öffentlichkeit
eine besondere Beachtung. Nirgends ist der Klimawandel so sichtbar wie bei den schmelzenden
Gletschern der Hochgebirge und dem rapiden Rückgang des arktischen Meereises. Hinzu kommt: Der
Rückgang von Eis- und Schneeflächen beschleunigt erheblich die Erwärmung in den hohen Breiten.
Aktuelle Forschungsstudien führen auch die ungewöhnlichen Wetterlagen der mittleren Breiten in
den letzten Jahren wie einige kalte Winter in Europa und den USA oder Hitzewellen in West- und
Osteuropa auf das Abschmelzen des Meereises in der Arktis zurück.
Offensichtlich spielen Eis und Schnee eine wichtige Rolle im Klimasystem, zeigen dessen
Veränderungen und wirken wieder auf das Klimasystem zurück. Die folgenden Experimente mit dem
Monash Klimamodell können dazu dienen, die vielfältigen Wirkungen und Wechselwirkungen von Eis
und Schnee im Klimasystem verständlicher zu machen.
Modelleinstellungen für die Experimente
Das MSCM kann je nach Nutzer in unterschiedlichen Schwierigkeitsniveaus verwendet werden:
In der Standardversion gibt es 11 Prozesse, die manuell ein- und ausgeschaltet werden können
(siehe nächste Seite). Allerdings sind Prozesse wie Diffusion oder Advektion von Wasserdampf und
Wärme nicht für jeden Nutzer direkt eingängig und verständlich und auch unter Modellkorrektur mag
es dem Laien schwerfallen, sich etwas vorzustellen. Diese Version ist daher eher für fortgeschrittene
Nutzer geeignet (z.B. Universitätsstudenten oder Menschen mit gutem Hintergrundwissen in der
Klimaphysik).
Die Basisversion fasst mehrere Prozesse aus der Standardversion unter einem (Ober-)Begriff
zusammen, sodass sich die Anzahl der ein- und ausschaltbaren Prozesse auf 6 reduziert (siehe
nächste Seite). Die Modellkorrektur ist dabei, obwohl nicht sichtbar, immer eingeschaltet. Insgesamt
ist diese Version für Nutzer ohne Vorwissen bzw. Laien besser geeignet.
Die hier behandelten Experimente führen in der Standard- und Basisversion zu denselben
Ergebnissen, da die in der Basisversion nicht gezeigten Prozesse trotzdem berücksichtigt sind. Die
Experimente sind daher auch nur einmal im Abschnitt „Modellergebnisse und Beobachtungen“
dargestellt und erläutert.
1
Einstellungen
Aktivierte Prozesse in Experiment A:
Aktivierte Prozesse in Experiment B:
alle
alle außer „Eis und Schnee“
Es werden die folgenden Monate verglichen:
Januar (Nord-Winter/Süd-Sommer) und Juli (Nord-Sommer/Süd-Winter)
Standardversion
Basisversion
2
Modellergebnisse und Beobachtungen:
JANUAR
mit Eis und Schnee
ohne Eis und Schnee
Wirkung von Eis und Schnee
globale Abkühlung (1)
Abkühlung auch in
Regionen, in denen Eis
und Schnee fehlen (3)
starke Abkühlung auf
großen Landflächen (2)
punktuell starke
Erwärmung an der
antarktischen Küste (4)
3
JULI
mit Eis und Schnee
ohne Eis und Schnee
Wirkung von Eis und Schnee
Erwärmung im
Nordpolarmeer im
Nordsommer (4)
globale Abkühlung (1)
4
Physikalischer Hintergrund und Erklärung der Beobachtungen
Die Eis- und Schneebedeckung beeinflusst das Klima im Wesentlichen auf zwei Wegen:
·
über den Strahlungshaushalt der Erdoberfläche: Eis- und Schnee führen zu einer Erhöhung der
Albedo, d.h. es wird mehr einfallende Sonnenstrahlung reflektiert,
· über den Wärmehaushalt der Oberfläche: Eis- und Schnee isolieren die darunter liegenden
Schichten; dies hat vor allem auf den Ozean einen deutlichen Effekt und kann je nach Jahreszeit
zur Erwärmung oder Abkühlung führen.
Beide Prozesse werden vom MSCM erfasst und werden im Folgenden für die Erklärung der
Beobachtungen herangezogen.
Globale Betrachtung
Beobachtung
Erklärung
(1) Die Eis- und Schneebedeckung bewirkt im
globalen Mittel eine Abkühlung (Vorzeichen
negativ).
Durch die hohe Albedo von Eis- und
Schneeflächen wird mehr Sonnenstrahlung ins
Weltall zurück reflektiert (Abb. 2) und führt zur
Abkühlung.
(1) Die globale Abkühlung ist im Nordwinter
Auf der Nordhalbkugel gibt es größere Land(Januar) stärker ausgeprägt als im Nordsommer massen, besonders in mittleren bis hohen
(Juli).
Breiten (z.B. Sibirien), die von der Schneebedeckung betroffen sind (s. 2 u. Abb. 1).
Regionale Betrachtung
Beobachtung
Erklärung
(2) Starke Abkühlung auf den großen Landflächen
Asiens und Nordamerikas
Vorkommen großer Landmassen, auf denen
Schneebedeckung durch den Albedo-Effekt zu
starker Abkühlung führt.
(3) Mit aktivierter Eis- und Schneebedeckung
zeigen sogar Regionen, in denen es weder Eis
noch Schnee gibt, eine Abkühlung, z.B. im
Nordatlantik und im Südpazifik.
Der Transport kalter Luftmassen in der
Atmosphäre (Abb. 3) bewirkt, dass sich die
lokale Abkühlung auch an Orten, die nicht
direkt von Eis und Schnee bedeckt sind, auf die
Temperatur auswirkt.
(4) Eis- und Schnee führen zu einer Erwärmung des
Nordpolarmeers im Nordsommer und kleiner
Teile der antarktischen Küstengewässer im
Südsommer
Durch die Eisschicht ist der (relativ warme)
Ozean im Nordwinter von der Atmosphäre
isoliert und gibt nur wenig Wärme ab (Abb. 4).
Daher ist der Ozean im Nordsommer wärmer,
als er es ohne winterliche Eisbedeckung wäre.
Das Ergebnis ist ein kontinentaleres Klima mit
größeren jahreszeitlichen Schwankungen.
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Ergänzende Abbildungen
Abb. 1: Eis- und Schneebedeckung der Erde im NordWinter; Quelle: NASA
Abb. 3: Abkühlung durch Luftmassentransport;
Quelle: D.K.
Abb. 2: Eis-Albedo-Effekt;
Quelle: Dirk Notz, MPI-M
Abb. 4: Wärmespeicherung durch Isolation
des Ozeans im Winter; Quelle: D.K.
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des Meereises) durch den Albedo-Effekt
Meereis
Prozesse der Meereisbildung und -schmelze, Auswirkungen von
Meereis auf die Ozean-Atmosphäre Wechselwirkungen,
isolierende Wirkung des Meereises
Arktisches Meereis
Beobachtete Abnahme des arktischen Meereises, Ursachen der
Eisschmelze, klimatische Folgen der Meereisschmelze (z.B.
kalte Winter in Europa), Projektionen des arktischen Meereises
in der Zukunft
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