Die AWI-Studie liefert die Grundlage für verlässliche Vorhersagen zu den Auswirkungen des Klimawandels in der Antarktis.
Trotz der globalen Erwärmung und des Rückgangs des Meereises in der Arktis ist die Ausdehnung des antarktischen Meereises (in der Antarktis) seit 1979 praktisch unverändert geblieben. Bestehende Berechnungen auf Basis von Klimamodellen weisen jedoch auf einen erheblichen Meereisverlust hin, was mit tatsächlichen Beobachtungen nicht vereinbar ist.
Wie Experten des Alfred-Wegener-Instituts gezeigt haben, kann der Ozean die Erwärmung rund um die Antarktis dämpfen und den Rückgang des Meereises verzögern. Da viele Modelle diesen Faktor und die Rolle von Ozeanwirbeln nicht genau erfassen können, liefert die in der Zeitschrift Nature Communications (DOI: 10.1038/s41467-022-28259-y) veröffentlichte Studie eine Grundlage für eine verbesserte Modellierung und Prognose der zukünftigen Entwicklung der Antarktis.
Die Erderwärmung schreitet schnell voran und hat Auswirkungen, die weltweit zu spüren sind.
Die Auswirkungen des Klimawandels sind in der Arktis besonders dramatisch, da das Meereis seit Beginn der Satellitenbeobachtungen im Jahr 1979 angesichts steigender globaler Temperaturen erheblich geschrumpft ist. Nach neuesten Berechnungen könnte die sommerliche Arktis bis 2050 eisfrei bleiben, in manchen Jahren sogar bis 2030.
Auf der anderen Seite des Planeten, in der Antarktis, scheint das Meereis jedoch dem Trend der globalen Erwärmung entgangen zu sein.
Seit 2010 gibt es mehr zwischenjährliche Schwankungen als in der Vorperiode. Abgesehen von einer deutlichen negativen Abweichung zwischen 2016 und 2019 ist die langfristige mittlere Eisbedeckung um den antarktischen Kontinent jedoch seit 1979 stabil geblieben. Daher stimmt die beobachtete Realität nicht mit den meisten wissenschaftlichen Modellen überein, die einen signifikanten Meereisverlust im gleichen Zeitraum zeigen.
„Dieses sogenannte antarktische Meereis-Paradoxon beschäftigt die Wissenschaft schon länger“, sagt Erstautor Thomas Rakow vom Alfred-Wegener-Institut, Zentrum für Polar- und Meeresforschung. Helmholtz (AWI).
„Bestehende Modelle können das Verhalten des antarktischen Meereises noch nicht richtig beschreiben; Irgendein Schlüsselelement scheint zu fehlen. Es erklärt auch, warum der Weltklimarat zu dem Schluss kam, dass das Vertrauen in modellbasierte Vorhersagen des zukünftigen Meereises in der Antarktis gering ist.“
In der Arktis hingegen sind die Modelle bereits so robust, dass der IPCC ihren Vorhersagen ein hohes Maß an Vertrauen zuschreibt. „Dank unserer Forschung bieten wir jetzt einen Rahmen, der zukünftige Vorhersagen für die Antarktis viel zuverlässiger machen könnte.“
Während der Studie wandte das Team das AWI-Klimamodell (AWI-CM) an. Im Gegensatz zu anderen Klimamodellen erlaubt AWI-CM, bestimmte Schlüsselregionen, wie etwa den Südpolarmeer, viel detaillierter – oder anders ausgedrückt „hochauflösend“ – zu modellieren. Dadurch ist es möglich, die Vermischungsvorgänge im Ozean, verursacht durch kleinere Ozeanstrudel mit einem Durchmesser von 10 bis 20 Kilometern, direkt zu berücksichtigen.
„Wir haben für unsere Simulationen eine Vielzahl von Konfigurationen verwendet. Dabei wurde deutlich, dass nur hochauflösende Modelle des Südlichen Ozeans rund um die Antarktis zu einer Verzögerung des Meereisverlustes führten, wie wir sie in der Realität sehen“, sagt Thomas Rakow.
„Wenn wir das Modell dann in die Zukunft verlängert haben, bleibt der antarktische Meereisschild auch unter einem sehr ungünstigen THG-Szenario bis Mitte des Jahrhunderts weitgehend stabil. Danach zieht sich das Meereis ziemlich schnell zurück, wie es beim arktischen Meereis seit Jahrzehnten der Fall ist."
Zusammenfassend bietet die AWI-Studie eine mögliche Erklärung dafür, warum das Verhalten des antarktischen Meereises nicht im Einklang mit dem globalen Erwärmungstrend steht.
„Für die paradoxe Stabilität der Meereisbedeckung kann es mehrere Gründe geben. Es wird eine Theorie diskutiert, dass zusätzliches Schmelzwasser aus der Antarktis die Wassersäule und damit das Eis stabilisiert, indem es kaltes Oberflächenwasser von wärmerem Tiefenwasser abschirmt. Einer anderen Theorie zufolge sind die Hauptschuldigen die Westwinde, die um die Antarktis wehen und die durch den Klimawandel stärker werden. Diese Winde könnten das Eis wie dünnen Pizzateig dehnen, um eine große Fläche zu bedecken. In diesem Szenario nimmt das Eisvolumen möglicherweise bereits ab und die mit Eis bedeckten Flächen erwecken den Eindruck von Stabilität“, erklärt Thomas Rakow.
Die Forschungsanstrengungen des AWI konzentrieren sich nun auf Ozeanwirbel. Sie können eine entscheidende Rolle dabei spielen, die Auswirkungen des Klimawandels im Südpolarmeer abzumildern und somit zu verzögern, indem sie es dem Ozean ermöglichen, zusätzliche Wärme aus der Atmosphäre nach Norden zum Äquator zu transportieren.
Diese Wärmeübertragung nach Norden steht in engem Zusammenhang mit der zugrunde liegenden Umwälzzirkulation im oberen Ozean von etwa 1000 Metern, die im Südpolarmeer einerseits vom Wind angetrieben, aber auch von Wirbeln beeinflusst wird. Während die nördliche Komponente der Zirkulation aufgrund stärkerer Westwinde zunimmt, scheinen vereinfachte Wirbel in niedrig aufgelösten Klimamodellen diesen Faktor der Südkomponente in Richtung Antarktis oft überzukompensieren; die simulierten Wirbel im hochauflösenden Modell zeigen ein neutraleres Verhalten.
Insgesamt ist im hochauflösenden Modell eine ausgeprägtere Änderung der Wärmeübertragung zu sehen. Dadurch erwärmt sich der Ozean um die Antarktis langsamer und die Eisdecke bleibt länger stabil.
„Unsere Studie stützt die Hypothese, dass Klimamodelle und Projektionen des antarktischen Meereises viel zuverlässiger sein werden, wenn sie einen Ozean voller Wirbel realistisch und hochauflösend modellieren können“, sagt Thomas Rakow.
"Mit der ständig steigenden Supercomputing-Leistung und neuen, effizienteren Modellen sollte die nächste Generation von Klimamodellen dies zu einer lästigen Pflicht machen."
2022-02-04 18:10:27
Autor: Vitalii Babkin