Mit Radaraugen durchs Arktiseis - wissenschaft.de
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Erde+Klima

Mit Radaraugen durchs Arktiseis

Nordpolarmeer
Veränderungen des Meeresspiegels im arktischen Ozean von 1996 bis 2018. (Bild: DTU/ DGFI-TUM)

Die Arktis spürt die Folgen des Klimawandels besonders deutlich. Dennoch fehlen ausgerechnet für das Nordpolarmeer verlässliche Daten zum Meeresspiegelanstieg. Der Grund: Das aufliegende Meereis macht Messungen per Bojen oder Satelliten schwer. Jetzt ist es Forschern gelungen, durch Auswertung von Radarsatellitendaten die bisher vollständigsten und genauesten Daten zum Meeresspiegelanstieg unter dem Arktiseis zusammenzustellen. Sie zeigen, dass der Pegel des arktischen Ozeans im Schnitt um 2,2 Millimeter pro Jahr ansteigt. Dabei gibt es jedoch starke regionale Unterschiede.

„Die Arktis hat sich schneller erwärmt als jede andere Region der Erde“, erklären Stine Kildegaard Rose von der Technischen Universität Dänemark und ihre Kollegen. „Dementsprechend ist der Meeresspiegel des arktischen Ozeans ein wichtiger Klimaindikator.“ Denn die enormen Süßwassermengen, die von den schmelzenden Gletschern der Arktis freigesetzt werden, lassen nicht nur den Meeresspiegel ansteigen, sondern haben auch das Potenzial, das weltweite System von Meeresströmungen und damit das Klima zu verändern. Das Problem jedoch: „Bisher werden die Polarmeere bei den globalen Meeresspiegelabschätzungen oft nicht berücksichtigt – sie erscheinen als weiße Flecken auf den Meeresspiegel-Weltkarten“, so die Forscher. Denn die Meereseisbedeckung, die geringe Satellitenabdeckung und die Unzugänglichkeit vieler Gebiete machen es schwer, den Pegel des Nordpolarmeeres zu bestimmen. Bisherige Werte stammten meist von Pegelmessstationen entlang der arktischen Küsten.

Daten von 1,5 Milliarden Radarmessungen

Jetzt ist es Rose und ihrem Team erstmals gelungen, die Meeresspiegeländerung in der Arktis über mehr als zwei Jahrzehnte lang flächendeckend zu dokumentieren. Dafür werteten die Forscher Radarmessungen aus dem Zeitraum von 1991 bis 2018 von vier Erderkundungssatelliten aus. „Die Herausforderung lag darin, in den Messdaten die Signale des Wassers zu finden“, erklärt Co-Autor Marcello Passaro vom Deutschen Geodätischen Forschungsinstitut der Technischen Universität München (TUM). „Radarsatelliten messen nur den Abstand zur Oberfläche. Weite Flächen der Arktis sind jedoch mit Eis bedeckt, welches das Meerwasser verdeckt.“ Die Forscher müssen daher gezielt die Radarechos identifizieren und auswerten, die den Wasserspiegel in Rissen und offenen Stellen im Eis widerspiegeln.

Um das zu ermöglichen, hat Passaro spezielle Algorithmen entwickelt, mit denen sich diese Radarsignale gezielt analysieren lassen. Mit Hilfe der Algorithmen gelang es den Forschern, 1,5 Milliarden Radarmessungen der Satelliten ERS-2 und Envisat aufzubereiten und zu homogenisieren. Das Team reprozessierte zusätzlich die Messwerte der aktuellen Radarmission CryoSat. Auf Basis dieser Daten erstellten die Forscher für jeden Monat zwischen 1996 und 2018 eine Landkarte mit Gitterpunkten, die die Höhe des Meeresspiegels anzeigen. Aus der Summe der Monatskarten ließ sich dann der langfristige Trend ablesen. „So haben wir den bisher vollständigsten und genauesten Überblick über die Veränderungen des Meeresspiegels im Arktischen Ozean erhalten“, sagt Rose.

Pegel steigen auch unter dem Meereis

Die neue Kartierung ergab: Auch unter dem arktischen Meereis steigt der Meeresspiegel. Bezogen auf den Zeitraum der letzten 22 Jahre liegt der Anstieg bei durchschnittlich 2,2 Millimeter im Jahr, wie die Forscher berichten. Dieser Trend ist allerdings nicht stabil, sondern hat sich in den letzten Jahren deutlich beschleunigt: Bis etwa 2007 lag der mittlere Anstieg noch bei einem bis zwei Millimetern im Jahr, inzwischen erreicht er bereits Werte von bis zu acht Millimeter pro Jahr – Tendenz weiter steigend, so Rose und ihr Team. Allerdings gibt es dabei erhebliche regionale Unterschiede, wie die Kartierung ergab: Innerhalb des Beaufort-Wirbels, einem Meeresgebiet nördlich von Kanada und Alaska, stieg der Meeresspiegel doppelt so schnell wie im Durchschnitt – um mehr als zehn Zentimeter in 22 Jahren. Der Grund: Hier sammelt sich besonders viel salzarmes Schmelzwasser von den tauenden Gletschern, gleichzeitig erzeugt ein steter Ostwind eine Strömung, die eine Durchmischung mit anderen Wassermassen verhindert.

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Mit drei bis sieben Millimetern pro Jahr ebenfalls über dem Durchschnitt liegen die Pegel in der Barentssee nördlich von Skandinavien und der Framstraße zwischen Skandinavien und Grönland. Anders ist dies dagegen in einem Großteil der russischen Arktis: Hier ist der Meeresspiegel weitgehend gleich geblieben oder sogar leicht gesunken. An der Nordwestküste Grönlands sinkt er sogar um bis zu fünf Millimeter pro Jahr. „Ob das auf den starken Zufluss von Süßwasser durch die großen Küstengletscher zurückgeht oder auf ein Messartefakt ist bislang unklar“, sagen die Forscher. Nach Ansicht von Rose und ihrem Team liefern die neuen Daten wertvolle Informationen für Klimamodelle und Prognosen der künftigen Meeresspiegel-Entwicklung. „Mit Hilfe der homogenisierten und aufbereiteten Messungen können künftig Klimaforscher und Ozeanographen ihre Modelle überprüfen und verbessern“, resümiert Passaro.

Quelle: Stine Kildegaard Rose (Technische Universität Dänemark, Lyngby) et al., Remote Sensing, doi: 10.3390/rs11141672

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