Weltenwetter

2008-07-12T00:45:00.006+01:00

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Viel Spaß beim Lesen!

Jens Christian Heuer

Klimawandel

2008-06-08T18:32:00.002+01:00

Klimawandel - natürlich oder menschengemacht?

Ein paar Gedanken zu den Thesen der Klimaskeptiker

In letzter Zeit werden in der Öffentlichkeit immer häufiger Stimmen laut, die den menschengemachten Klimawandel grundsätzlich in Frage stellen. Anlaß genug sich einmal etwas ausführlicher mit den wichtigsten Argumenten dieser Klimaskeptiker zu beschäftigen. Hinzu kommt noch, daß auch auf meinem Blog Weltenwetter immer wieder auch klimaskeptische Gastbeiträge veröffentlicht werden. Obwohl ich mich als Herausgeber des Blogs nicht zu den Klimaskeptikern zähle, sondern im Gegenteil große Gefahren durch den menschengemachten Klimawandel auf uns zu kommen sehe, stehe ich andererseits aber immer auch für einen freien und offenen Gedankenaustausch ein. Nur wer die Möglichkeit geboten bekommt, die Argumente der Klimaskeptiker aus erster Hand kennenzulernen, kann sie abwägen und dann auch kritisieren!

Die Klimaskeptiker in der Öffentlichkeit

Lange Zeit hatten die Klimaskeptiker einen schweren Stand, denn in den Medien wurde fast nie über sie berichtet. Sie waren und sind in einer Außenseiterposition, denn die große Mehrheit der Klimaforscher geht bis heute ganz eindeutig von einem menschengemachten Klimawandel aus. Die Debatte zwischen den Klimaschützern und Klimaskeptikern wurde leider auch nicht immer mit dem gebotenen gegenseitigen persönlichen Respekt geführt. In jüngster Zeit haben die Klimaskeptiker in der öffentlichen Wahrnehmung jedoch deutlich Aufwind bekommen. Dafür gibt es mehrere Gründe: Die Klimaskeptiker, die in Fernsehen, Rundfunk und Presse zunächst nur selten zu Wort kamen, verstehen die faszinierenden Publikationsmöglichkeiten über das Internet für sich zu nutzen. In ihrer Außenseiterrolle als diejenigen, welche gegen den Strom schwimmen, gewinnen sie bei immer mehr Menschen große Sympathien. Das viele Klimaschützer zudem auf mehr staatliche Bevormundung und höhere Besteuerung setzen, tut ein Übriges. Weitere Beschränkungen der sowieso schon vielfach bedrohten persönlichen Freiheiten stossen bei den davon Betroffenen -wie ich meine grundsätzlich zu Recht- auf immer größeren Widerstand.

Doch damit ist noch nicht gesagt, daß die Klimaskeptiker in der Debatte um den Klimawandel auch in der Sache richtig liegen! Es bleibt die für unser aller Zukunft wichtigste Frage, ob denn nun ein menschengemachter Klimawandel unabsehbare Gefahren für das Überleben der Menschheit heraufbeschwört oder eben nicht. Ich will hier versuchen, anhand der wichtigsten Argumente der Klimaskeptiker, einer Antwort darauf nachzugehen.

Wer wissen will, wie die Klimaskeptiker denken, wird an vielen Stellen im Internet fündig. Auf Weltenwetter gibt es dazu einige Links. Eine sehr gute Zusammenfassung der wichtigsten Skeptikerargumente, die gleich im Einzelnen besprochen werden, bietet ein Vortrag des Dipl.-Met. Klaus-Eckart Puls "Unser Klima wird im Weltraum gemacht - Freispruch für CO2 ?" der hier in voller Länge nachzulesen ist (http://weltenwetter.blogspot.com/2007_02_25_archive.html).

Die Argumente der Klimaskeptiker

Die Klimaskeptiker setzen beim Klimawandel, der ihrer Ansicht ausschließlich auf natürlichen Vorgängen beruhen soll,voll und ganz auf die Sonne:

1. Für den Klimawandel ist die unruhige Sonne verantwortlich.
Die veränderliche Sonne steuert das Klima auf der Erde. Eine erhöhte Sonnenaktivität - und damit die verstärkt in die Atmosphäre und bis zum Boden vordringende elektromagnetische Strahlung der Sonne - bewirkt eine Erwärmung. Ausschlaggebend ist aber ein indirekter Effekt: Die mit zunehmender Sonnenaktivität erhöhte aus elektromagnetischen Wellen und geladenen Partikeln bestehende Sonnenstrahlung verstärkt das abschirmende Magnetfeld der Erde. Dadurch gelangt weniger kosmische Partikelstrahlung in die Atmosphäre, die ansonsten viele Kondensationskeime für Wolken erzeugt. Dadurch gibt es weniger Wolken, die das Sonnenlicht reflektieren. Die Wolken, die sich bilden sind zudem dunkler und reflektieren nicht mehr so gut das Sonnenlicht, denn weniger Kondensationskeime bedeuten größere Wolkentröpfchen. Beides zusammen führt letztlich zu einer Erwärmung am Boden und in der Troposphäre (Svensmark, H.; Friis-Christensen,E.: Variation of cosmic ray flux and global cloud coverage, a missing link in solar-terrestrial Physics; J.Atm.Sol.Terr.Phys., 59 (11), 1997, S.1225-1232). Die Treibhausgase haben dagegen so gut wie nichts mit dem Klima zu tun.

Meine Sichtweise: Neben der Sonne als externem Faktor, sind die internen Rückkopplungen im irdischen Klimasystem von entscheidender Bedeutung! Diese Rückkopplungen, an denen die Treibhausgase maßgeblich beteiligt sind, haben es immerhin fertig gebracht, auf der Erde über Jahrmilliarden ein lebensfreundliches Klima aufrechtzuerhalten, obwohl die Strahlungsintensität der Sonne seit Beginn des Lebens auf der Erde um die Hälfte zugenommen hat(http://www.pik-potsdam.de/PLACES/publications/datenfiles/SuW_2004_1.htm). Obwohl die Sonne früher also deutlich schwächer schien, erstarrte die Erde nicht dauerhaft zu einer Eiswüste. Es gibt noch einen weiteren interessanten Hinweis, der die entscheidende Rolle der Treibhausgase gegenüber der Sonne und den Wolken bei der globalen Erwärmung in unserer Zeit recht eindeutig belegt: Nach derzeitigem Erkenntnisstand sind nämlich im Rahmen der globalen Erwärmung die Nachttemperaturen deutlich mehr angestiegen als die Tagestemperaturen (nachzulesen z.B. hier http://www.env.gov.bc.ca/air/climate/indicat/maxmin_id1.html und hier http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?artid=454199).

Wären es die Wolken, so müssten die Temperaturen am Tage mehr ansteigen als die in der Nacht, denn am Tage scheint die Sonne, die dann von weniger und dunkleren Wolken schlechter abgeschirmt würde. In der Nacht hingegen bedeuten weniger Wolken, daß es schneller kälter wird, denn Wolken absorbieren die Infrarotstrahlung des Bodens, erwärmen sich dabei und strahlen ihrerseits wieder im Infraroten, wovon ein Teil als Gegenstrahlung wieder den Boden erreicht. Dadurch wird der Boden zusätzlich erwärmt und so seine Auskühlung und die der bodennahen Luftschichten verzögert.

Sind es aber doch die Treibhausgase, so wirken diese natürlich rund um die Uhr. Am Tage bilden sich aber durch die verstärkte Erwärmung und die damit einhergehende erhöhte Luftfeuchtigkeit auch mehr tiefe Wolken, die das Sonnenlicht abschirmen und damit die zusätzliche Erwärmung durch mehr Treibhausgase etwas abschwächen. Dabei übersteigt die abkühlende Wirkung der Wolken durch Sonnenlichtreflektion die erwärmende Wirkung durch Infrarotabsorption und Rückstrahlung ( s.o.). In der Nacht scheint keine Sonne, aber die Treibhausgase sind nach wie vor wirksam und bekommen nun sogar noch Schützenhilfe durch die Wolken.

Einfluß der Wolken auf das Erdklima Quelle: Wikipedia

Ergebnis: Eine globale Erwärmung durch vermehrte Treibhausgase sollte eigentlich mehr auf die Nachttemperaturen durchschlagen! Genau das wird auch gemessen (s.o.)!

Die Sonne kann also bei der augenblicklichen globalen Erwärmung im Gegensatz zu den Treibhausgasen keine sehr große Rolle spielen.

Von einigen Klimaskeptikern wird sogar behauptet:

2. Der Treibhauseffekt ist nicht bewiesen. Die Atmosphäre hat kein Glasdach wie ein Gewächshaus. Entsprechende Vergleiche sind daher irreführend.

Meine Sichtweise: Der Vergleich mit einem Gewächshaus ist gar nicht so falsch, auch wenn die Atmosphäre natürlich kein Dach besitzt. Die Scheiben des Gewächshauses lassen die kurzwellige Strahlung der Sonne hindurch, welche dann den Boden erwärmen. Der erwärmte Boden des Gewächshauses strahlt entsprechend seiner Temperatur langwelliges Infrarot in Richtung Weltraum zurück, wodurch er abkühlt. Daneben überträgt er auch Wärme durch Konvektion (Luftumwälzung) und Wasserverdunstung an die Atmosphäre. Im Gewächshaus stellt sich ein Gleichgewicht zwischen der durch kurzwellige Einstrahlung der Sonne zugeführten Wärme und der durch Infrarotabstrahlung, Konvektion und Verdunstung vom Erdboden weggeführten Wärme ein. Die Infrarotstrahlung wird nun aber durch die Glasscheiben des Gewächshauses aufgefangen (absorbiert), die sich dabei erwärmen und eine Infrarotstrahlung entwickeln, die dann teilweise als Gegenstrahlung zum Boden zurückkommt. Damit wird der Gewächshausboden durch eine zusätzliche Wärmequelle erwärmt, wodurch sich seine Auskühlung verzögert. Es stellt sich ein neues Gleichgewicht bei höherer Bodentemperatur ein. Der nun wärmere Gewächshausboden erwärmt nun auch die Luft darüber entsprechend mehr. Die Umwälzung der Luft (Konvektion) im Gewächshaus nimmt zu. Das Gewächshausdach hält nun aber die Luft und damit auch die zusätzliche Wärme gefangen. Bei der Erdatmosphäre übernehmen die Treibhausgase die Rolle der Glasscheiben des Gewächshauses. Ein Dach gibt es hier zwar nicht, so daß die erwärmte Luft (zunächst) ungehindert aufsteigen kann und sich die zusätzliche Wärme über die gesamte Atmosphäre weit verteilen kann. Der eigentliche Treibhauseffekt, um den es hier geht, bleibt davon jedoch unberührt.

Anmerkung: Der Treibhauseffekt kommt dadurch zustande, daß der Erdboden die Strahlung der Sonne absorbiert, in Wärme umwandelt, die Atmosphäre von unten erwärmt, aber einiges von der Wärme auch wieder in den Weltraum abstrahlt (Infrarotstrahlung), wovon die Treibhausgase (Kohlendioxid, Wasserdampf, Methan, Lachgas) wiederum einen Anteil zurückhalten. Die Moleküle der Treibhausgase absorbieren bestimmte ausgewählte Wellenlängen der Infrarotstrahlung des Erdbodens - wobei sie in Schwingungen geraten - und geben einen Großteil der empfangenen Energie durch Stöße an die zahlreichen Nachbarmoleküle anderer Atmosphärengase ab. Die Atmosphäre erwärmt sich dabei ein wenig und beginnt im Infraroten zu strahlen. Ein Teil davon gelangt als infrarote Gegenstrahlung wieder zurück zum Erdboden, der dadurch wieder etwas Wärme zurückbekommt und so langsamer auskühlt. Der Rest der aufgenommenen Wärme wird durch die Treibhausgase in den Weltraum abgestrahlt. Aufgrund der verzögerten Auskühlung erwärmt sich der Erdboden durch die Sonnenstrahlung auf höhere Temperaturen, als wenn es keine Treibhausgase gäbe. Die Erdoberfläche strahlt dann dem Temperaturanstieg entsprechend mehr Infrarotstrahlung - mit den zahlreichen Wellenlängen, die die Treibhausgase nicht absorbieren können (Infrarotfenster) - in den Weltraum ab, so daß sich ein Strahlungsgleichgewicht auf diesem höheren Temperaturniveau einstellt. Der durch den Treibhauseffekt erwärmte Erdboden gibt seine zusätzliche Wärme von unten an die unteren Luftschichten der Troposphäre weiter. Die Wirkungen der Treibhausgase addieren sich, können sich aber auch gegenseitig überproportional verstärken. Nimmt beispielsweise die Konzentration von Kohlendioxid (CO2) in der Luft zu, so wird es nur ein wenig wärmer. Die wärmere Luft kann jedoch mehr Feuchtigkeit aufnehmen (s.u.). Wasser (H2O) ist ein wesentlich stärkeres Treibhausgas als Kohlendioxid. Damit verstärkt das H2O in der Atmosphäre den relativ geringen Treibhauseffekt des CO2 (Wasserdampfverstärkung).

Andere Klimaskeptiker erkennen den Treibhauseffekt zwar grundsätzlich an, halten ihn aber für zu gering um das Klima zu beeinflussen:

3. Der Treibhauseffekt reicht nur für einen globalen Temperaturanstieg von 0,5 bis 0,7 ° C. Dann sind die ausgewählten Absorptionswellenlängen endgültig gesättigt. Das gilt insbesondere für das Kohlendioxid (CO2). Mehr wäre nur mit der Wasserdampfverstärkung drin, und die ist nicht beweisbar.

Meine Sichtweise: Die Wasserdampfverstärkung erscheint meines Erachtens plausibel, denn wärmere Luft kann mehr Feuchtigkeit aufnehmen, und Wasserdampf ist ein sehr effektives Treibhausgas. Die gemessene durchschnittliche Luftfeuchtigkeit hat zudem im Gleichschritt mit der globalen Erwärmung zugenommen (http://www.britischebotschaft.de/de/news/items/071011a.htm). Das ist zwar noch kein endgültiger Beweis, aber doch ein sehr deutlicher Hinweis.

Auch für die Vergangenheit der Erde wird ein entscheidender Einfluß der Treibhausgase auf das globale Klima bestritten, wobei die Klimaskeptiker sich auf Eisbohrkernuntersuchungen berufen:

4. Eisbohrkernuntersuchungen zeigen, daß sich immer erst die Temperatur veränderte und dann erst die Menge an Treibhausgasen in der Erdatmosphäre. Das beweist: Die Treibhausgase haben schon in der Vergangenheit keinen Einfluß auf die globale Temperatur und damit das Klima gehabt, damals genauso wenig wie heute.

Der Anstieg der Temperaturen geht der Zunahme des Treibhausgases CO2 jeweils um 500 bis 1500 Jahre voraus und nicht umgekehrt! Ein durchschlagendes Argument der Klimaskeptiker? Quelle: Vortrag Klaus-Eckart Puls Bild durch Anklicken vergrößerbar!

Meine Sichtweise: Die Eisbohrkerne zeigen genau das, was die meisten Klimaforscher vorher schon länger erwartet hatten: In der Vergangenheit waren die Treibhausgase nicht das auslösende Moment des Klimawandels, sondern die Milankovich-Zyklen.

Anmerkungen: Die Eisbohrkerne werden aus Gletschern gewonnen und stellen ein einmaliges Klimaarchiv dar. In Gegenden, wo es kalt und feucht genug für eine Gletscherbildung ist wird der alljährlich fallende Schnee durch die Lagen von in späteren Jahren fallendem Schnee allmählich zusammengepresst und schließlich in Eis verwandelt. Sommerschnee bildet größere Eiskristalle als Winterschnee, so daß Eis-Jahresschichten entstehen, die eine spätere Altersbestimmung des Eises erlauben. Unter günstigen Bedingungen kann man aus Gletschereis kilometertiefe Eisbohrkerne gewinnen, die dann hunderttausende von Jahren in die Vergangenheit zurückreichen. Die Eisbohrkerne enthalten eine Fülle von Informationen über die Klimabedingungen der Vergangenheit. So enthält das Eis Lufteinschlüsse, die die Zusammensetzung der Atmosphäre zum jeweiligen Zeitpunkt verraten. Auch die Temperaturen lassen sich bestimmen, die zum Zeitpunkt herrschten, als der Schnee fiel, der dann später zur jeweiligen Eisschicht zusammengedrückt wurde. Dazu bedient man sich eines besonderen Tricks: Der Sauerstoff im Wassereis kommt in verschiedenen unterschiedlichen Isotopen vor, die zwar chemisch gleich sind, sich im Gewicht aber unterscheiden. Die beiden wichtigsten Varianten sind das leichte O16 - das den Löwenanteil ausmacht - und das schwere O18. Wasser mit der leichteren Form (Isotop O16) verdunstet eher als Wasser mit der schwereren Form (Isotop O18), so daß sich das leichtere Isotop O16 in den als Schnee fallenden Niederschlägen temperaturabhängig anreichern kann. Bei niedrigen Temperaturen verdunstete fast nur Wasser mit O16, bei höheren Temperaturen kam auch immer mehr Wasser mit O18 hinzu. Das O16/O18 – Verhältnis lässt also Rückschlüsse auf die Temperatur zu. Die Stärke der jeweiligen Niederschläge ergibt sich aus dem Dicke der Eisschichten. Auch Staubeinschlüsse lassen Rückschlüsse auf Kalt- oder Warmzeiten zu.In Kaltzeiten ist die Luft staubiger, in Warmzeiten wird der Staub durch die dann häufigeren und stärkeren Niederschläge aus der Luft gewaschen. Die Staubverteilung zeigt dagegen die jeweils vorherrschenden Windrichtungen an. Vulkanausbrüche verraten sich durch eine Ascheschicht in den Eisbohrkernen.

Die Milankovich-Zyklen sind periodische Veränderungen der Erdumlaufbahn um die Sonne, die durch die Schwerkrafteinwirkung anderer Planeten unseres Sonnensystems verursacht werden. Dadurch ändert sich erstens die Bahn der Erde selbst. Sie ist einmal mehr elliptisch und dann wieder beinahe kreisförmig (hohe und niedrige Exzentrizität). Das hat natürlich Auswirkungen auf die Sonneneinstrahlung. Zweitens ändert sich der Neigungswinkel der Rotationsachse zur Senkrechten auf der Bahnebene, d.h. die Erde neigt sich mal mehr und mal weniger zur Sonne hin. Die Jahreszeiten sind dann mal mehr und mal weniger ausgeprägt. Und drittens taumelt die Erde auf ihrer Bahn um die Sonne wie ein sich drehender Kreisel (Präzession). Dadurch herrscht auf der Nordhalbkugel (Südhalbkugel) einmal Sommer (Winter), wenn die Erde den sonnennächsten Punkt ihrer Bahn erreicht und das andere Mal sind die Rollen von Nord- und Südhalbkugel vertauscht. Die Winter und Sommer auf den Erdhalbkugeln fallen dann jeweils wärmer oder kälter aus.

Quelle: http://www.global-greenhouse-warming.com/images/MilankovitchCycles.jpg
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Die Änderungen bei der Sonneneinstrahlung und damit auch die Veränderungen der globalen Temperatur (oder Temperaturverteilung) aufgrund der Milankovich-Zyklen führen zu Veränderungen bei den Treibhausgaskonzentrationen in der Atmosphäre, die dann wiederum die anfangs kleinen Temperaturänderungen verstärken. So wird z.B. bei einer leichten Erwärmung durch Milankovich, aus den Ozeanen Kohlendioxid in die Atmosphäre freigesetzt, wodurch sich der Treibhauseffekt verstärkt. Nur durch die Vermittlung der Treibhausgase lässt sich das tatsächliche Ausmaß der Temperaturschwankungen zwischen Eis- und Warmzeiten erklären (Rahmstorf). Die Milankovich-Zyklen sind der Taktgeber und die Treibhausgase die Verstärker des Klimawandels! Durch die vom Menschen zusätzlich in die Atmosphäre entlassenen Treibhausgase wird der natürliche Klimawandel übersteuert.

5. Die derzeitige Konzentration des Treibhausgases Kohlendioxid (CO2) ist nicht außergewöhnlich in der Erdgeschichte und daher auch nicht besorgniserregend.
In den vergangenen 250 Millionen Jahre der Erdgeschichte bis vor etwa zwei Millionen Jahren lag der CO2-Gehalt der Atmosphäre durchgehend über dem heutigen Wert von 380 ppm(ppm=parts per million; 1 ppm=1 Teil auf 1 Million Teile), die meiste Zeit sogar beim doppelten oder dreifachen Wert - bis hin zu 1400 ppm! Quellen: 1. U.Berner u. H.Streif, Klimafakten, Nägele, Stuttgart, 2001; 2. C.McElwain et al., Nature, 435, 479, 2005).

Meine Sichtweise: Tatsächlich gab es in der Erdgeschichte schon deutlich höhere CO2-Werte als heutzutage. Allerdings war auch die Energieabstrahlung der Sonne umso geringer, je weiter man zeitlich zurückgeht. Im Laufe der Erdgeschichte hat sich die Leuchtkraft der Sonne um knapp 10 % pro eine Milliarde Jahre erhöht. Diese Entwicklung wird sich fortsetzen. Ursache ist eine allmäliche Zunahme der Wasserstoff-Fusion zu Helium im Sonneneinneren. Dabei handelt es sich um einen ganz normalen Vorgang im Rahmen der Entwicklung eines Sterns, wobei die Zunahme der Leuchtkraft massenabhängig ist. Darüber hinaus gab und gibt es auch periodische Aktivitätsschwankungen der Sonne und die schon beschriebenen Milankovich-Zyklen. Das Klimasystem der Erde schaffte es aber trotzdem, die Temperaturen auf der Erde und damit auch das Klima stets im lebensfreundlichen Bereich zu halten. Das funktioniert so: Wird es beispielsweise wärmer, so nimmt auch die durchschnittliche Luftfeuchtigkeit zu. Das führt zu vermehrter Wolkenbildung und damit auch zu mehr Niederschlägen. Dadurch wird CO2 aus der Luft "ausgewaschen". Das im Wasser der Regentropfen als Kohlensäure gelöste CO2 führt zu Gesteinsverwitterung, wobei sich Carbonate bilden, die als Sedimente am Meeresgrund abgelagert werden. Dieser Vorgang wird durch kalkschalenbildende Meeresorganismen unterstützt. Das Treibhausgas CO2 wird damit über längere Zeiträume gebunden und so der Atmosphäre entzogen. Ein verminderter Treibhauseffekt löst eine deutliche Abkühlung und zunehmende Vereisung des Planeten aus. Einerseits geht die Verwitterung zurück, weil die kühlere Luft weniger Feuchtigkeit aufnimmt und es damit auch weniger Niederschläge gibt. Andererseits blockiert das neugebildete Eis die Verwitterung auch direkt. Da durch den Vulkanismus aber ständig CO2 nachgeliefert wird, reichert sich das Treibhausgas in der Atmosphäre an, wodurch es wärmer wird, das Eis wieder schmilzt und eine positive Rückkopplung startet. Als die Sonne schwächer war, profitierte die Erde von einem wesentlich höheren Treibhausgasanteil in der Atmosphäre. Mit zunehmender Leuchtkraft der Sonne wurden die dann überschüssigen Treibhausgase vom Planeten Erde eingelagert. So kamen wir zu unseren fossilen Brennstoffen! Heutztage sind wir dabei, diese Lagerstätten wieder aufzulösen, ohne das eine schwächere Sonne das erfordert. Damit setzen wir einen für das Leben auf der Erde entscheidenden Steuerungsmechanismus des Klimasystems leichtfertig außer Kraft.

6. Es gibt keine eindeutigen Anzeichen einen tiefgreifenden Klimawandel und erst recht nicht für eine drohende Klimakatastrophe. Ein Zusammenhang von Klimawandel und Treibhausgasen ist schon gar nicht nachweisbar.

Meine Sichtweise: Die Anzeichen für einen dramatischen Klimawandel sind inzwischen wirklich unübersehbar. Hier ein paar Beispiele:

1. Abschmelzen des Arktischen Meereises: Beim Abschmelzen des Meereises der Arktis kommt die darunter liegende wesentlich dunklere ozeanische Wasseroberfläche zum Vorschein. Die Sonnenstrahlung wird in wesentlich geringerem Ausmaß reflektiert, als zuvor, so daß sich die Erwärmung verstärkt, denn die dunkle Wasseroberfläche (niedrige Albedo, d.h. geringes Reflektionsvermögen) absorbiert die Sonnenstrahlung deutlich besser als eine helle Eisoberfläche (hohe Albedo, d.h. großes Reflektionsvermögen), erwärmt sich dementsprechend mehr und heizt dann auch die Luftschichten darüber. Es liegt eine sich selbst verstärkende positive Rückkopplung vor – je mehr Eis geschmolzen ist, umso stärker die Erwärmung, wodurch noch mehr Eis schmilzt usw. - die von einem bestimmten Punkt an nicht mehr aufzuhalten ist. Diese so genannte Eis-Albedo-Rückkopplung sorgte in den letzten Jahrzehnten für überproportional zunehmende Temperaturen in der Arktis, verglichen mit den anderen Regionen auf der Nordhalbkugel.

Rückgang des Meereises am Nordpol Quelle: NASA
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2.Eisschmelze in Grönland: Auch das grönländische Festlandeis geht zurück, wenn auch vorerst insgesamt gesehen noch relativ langsam. In Höhenlagen von unter 1500m geht das Eis zwar deutlich zurück, in höher gelegenen Regionen jedoch, nimmt die Dicke des Eisschildes zu. Das erscheint zunächst verwunderlich, aber es gibt eine einfache Erklärung dafür: Durch die globale Erwärmung verdunstet zunächst mehr Wasser. Das Landesinnere von Grönland, wo die Temperaturen in den dort vorherrschenden Höhenlagen von über 1500 m stets unter Null bleiben, wirkt als Kältefalle. Der erhöhte Wasserdampfgehalt der Luft führt zu vermehrten Niederschlägen, die wegen der großen Kälte dort als Schnee fallen. Dadurch nimmt das Inlandeis zu. In den Randzonen von Grönland, in Höhenlagen von unter 1500 m schmelzen die Gletscher aber mit wachsendem Tempo. Das Schmelzwasser auf den Gletschern sickert durch die Eisschicht hindurch und ruft dabei tiefe spiralförmige Löcher hervor, durch die weiteres Wasser, aber auch Gesteinstrümmer leicht eindringen können. Die Gesteinstrümmer geraten dabei in eine kreisförmige Bewegung und sorgen so für eine deutliche Erweiterung der Löcher, wobei sie selbst rund geschliffen werden. Da die Steine ähnlich wie das Mahlwerk einer Mühle das Gletschereis zermahlen, spricht man auch von Gletschermühlen. Durch die stark erweiterten Löcher können nun noch viel größere Mengen an Schmelzwasser vordringen und bis an die Unterseite der Gletscher gelangen, wo sie wie ein Schmiermittel wirken. Die Fließgeschwindigkeiten der Gletscher erhöhen sich dadurch drastisch. Immer mehr Festlandsgletscher rutschen so immer schneller ins Meer (Rahmstorf).

Schmelzwasser gelangt durch Gletschermühlen (moulins), aber auch durch sich erweiterndeGletscherspalten (crevasses) unter den Gletscher und wirkt auf dem felsigen Untergrund wie einSchmiermittel. Quelle: http://www.pnas.org/cgi/reprint/0705414105v1 Bild durch Anklicken vergrößerbar!

Die Eismassen Grönlands werden so nach und nach instabil und geraten ins Rutschen. Dadurch gelangt Eis aus größeren in geringere Höhenlagen und beginnt auch zu schmelzen. Bei einem vollständigen Abschmelzen des grönländischen Eisschildes würde der Meeresspiegel um über 7m ansteigen. Aber auch wenn nur Teile des Eisschildes, etwa in Südgrönland, betroffen wären, kämen noch immer rund 3 m dabei heraus!

3. Heißere und trockenere Sommer: Durch die globale Erwärmung sind auf der Nordhalbkugel in West- und Mitteleuropa heißere Sommer mit länger anhaltenden Trockenzeiten häufiger geworden. Das hängt mit einer Verlagerung des Polarfrontjetstreams in Richtung Nordpol zusammen, wodurch Mitteleuropa häufiger unter Hochdruckeinfluss gerät. Ursache für diese Verlagerung ist ein „Vordringen“ der tropischen Warmluft und ein „Rückzug“ der Kaltluft in die engere Polarregion.

Anmerkung : Der Polarfrontjetstream, ein starker Höhenwind entsteht durch das Aufeinandertreffen von tropischer Warmluft und polarer Kaltluft in mittleren oder höheren Breiten an der sogenannten Polarfront. Da der Luftdruck in warmer Luft mit zunehmender Höhe langsamer zurückgeht als in kalter Luft, entsteht in der Höhe ein Luftdruckgefälle (Druckgradient). Dieses ruft einen polwärts gerichteten Höhenwind (Jetstream) hervor, der aber von der Erdrotation abgelenkt wird und so zu einem Westwind wird, der sich oft bis zum Boden hin durchsetzt (Westwindzone, Westdrift). Der Druckgradient ist nicht an allen Abschnitten der Polarfront genau gleich groß und damit auch nicht die Windgeschwindigkeiten innerhalb des Jetstreams. Durch diese Unregelmäßigkeiten beginnt der Jetstream zu mäandern (Rossby-Wellen). Die Wellenberge (Hochkeile, Höhenrücken)enthalten tropische Warmluft, die Wellentäler(Höhentröge)dagegen polare Kaltluft.

Polarfrontjetstream mit Höhentrögen und Hochkeilen
L=Low Pressure Systeme (Tief), H=High Pressure Systeme (Hoch) Quelle:http://geography.sierra.cc.ca.us/ Bild durch Anklicken vergrößern!

Innerhalb des Jetstreams bilden sich durch kleine Störungen (Konvergenzen und Divergenzen) Turbulenzen, aus denen sich dynamische Hoch- und Tiefdruckwirbel entwickeln, welche dann eine Durchmischung von polarer Kaltluft und tropischer Warmluft herbeiführen. Hochdruckwirbel sind abwärts gerichtet (Höhenkonvergenz), so daß die Luft sich erwärmt und Wolken sich meistens schnell auflösen (trockenes Wetter). Tiefdruckwirbel sind dagegen aufwärts gerichtet (Höhendivergenz), wodurch die Luft abkühlt, was wiederum die Wolkenbildung begünstigt. Die Hochs scheren in Richtung Äquator aus und bilden zusammen den subtropischen Hochdruckgürtel, während sich die Tiefs eher polwärts orientieren. Die Tiefs werden durch den Jetstream von Westen nach Osten mitgenommen und sorgen in den Gebieten unter ihren Zugbahnen für wechselhaftes Wetter mit Wolken und häufigen Niederschlägen sowie zwischenzeitlicher Aufheiterung (Zwischenhochs) bei relativ milden Temperaturen.

Auch auf der Südhalbkugel hat sich der Polarfrontjetstream polwärts verlagert, wodurch sich z.B. die lang anhaltenden Dürreperioden in Australien oder die Eisschmelze auf der westantarktischen Halbinsel erklären lassen.

4. Häufigere Starkregenfälle: Durch die überproportionale Erwärmung der Arktis wird auf der Nordhalbkugel das Temperaturgefälle an der Polarfront geringer. Dadurch entstehen häufiger blockierende Hochdruckgebiete und Kaltlufttropfen.

Anmerkung: Bei einem abnehmenden Temperaturgefälle geht die Strömungsgeschwindigkeit im Jetstream deutlich zurück. Die Rossby-Wellen innerhalb des Jetstreams werden dann oft so stark, daß die Höhenströmung schließlich ganz und gar zusammenbricht. Die dynamischen Hoch- und Tiefdruckgebiete in der Westwindzone werden dadurch "eingefroren". Die Hochs blockieren dann die Tiefs („blocking action“), welche sich daraufhin von der Westwindzone trennen („cut off“). Polwärts bildet sich eine neuer Jetstream ohne Rossby-Wellen mit hoher Strömungsgeschwindigkeit. Da so kein Temperaturausgleich stattfinden kann, werden die Temperaturgegensätze zwischen tropischer Warmluft und polarer Kaltluft immer größer, bis sich durch Instabilitäten wieder Rossby-Wellen bilden und damit auch wieder neue dynamische Hoch- und Tiefdruckgebiete entstehen können.

Bildung eines Kaltlufttropfen (Cold Outbreak)
L= Low Pressure Systeme (Tief), H=High Pressure Systeme (Hoch)
Quelle: http://geography.sierra.cc.ca.us/ Bild durch Anklicken vergrößern!

Da die von der Westwindzone losgelösten Tiefs ursprünglich auf der Kaltluftseite der Polarfront entstanden sind, handelt es sich bei ihnen um Bereiche kalter Luft, die von der wärmeren Umgebungsluft der Warmluftseite völlig eingeschlossen sind (Kaltlufttropfen). Als kalte Höhentiefs über relativ warmer Luft - eine labile Luftschichtung also - „saugen“ sie die Luft nach oben. Diese kühlt dabei ab, und es entwickeln sich viele Quellwolken (Cumulus, Cumulunimbus). Heftige Niederschläge (Starkregen, Schnee) und oft auch Gewitter (Hagel) sind die Folge.

In den Gegenden unter dem Einfluß der blockierenden Hochs herrscht vor allem in den Sommermonaten sehr heißes und trockenes Wetter. Durch die Kaltlufttropfen kommt es aber dann auch immer wieder zu Starkregen, begünstigt noch durch die mit den steigenden Temperaturen einhergehende erhöhte Luftfeuchtigkeit. Eine derartige zweigeteilte Wetterlage dürfte also bei anhaltender globaler Erwärmung immer öfter vorkommen (IPCC).

5. Verlängerung der Vegetationsperioden: Die durchschnittliche Vegetationsperiode der Pflanzen in den gemäßigten Breiten ist in den letzten Jahrzehnten um ca. 14 Tage länger geworden. Ein Beispiel aus Deutschland:

Links: Laubentfaltung der Hängebirke (Betula pendula) zwischen 1951 und 2000:
Rote Quadrate: Stationen mit Verspätungen (positiver Trend), Kreise: Stationen mit Verfrühungen, wobei gelb = schwach negativer, blau = stark negativer Trend , große Symbole: Stationen mit signifikanten Trends.
Rechts: Laubverfärbung zwischen 1951 und 2000:
Blaue Quadrate: Stationen mit Verspätungen (positiver Trend); Rote Kreise: Stationen mit Verfrühungen, große Symbole: Stationen mit signifikanten Trends.
Das eindeutige Überwiegen der blauen (und der gelben) Kreise und Quadrate zeigt die Verlängerung der Vegetationsperiode innerhalb von 30 Jahren.
Quelle: http://www.waldwissen.net/
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6.Veränderungen in der Tierwelt:
Viele Vogelarten in Europa und Nordamerika brüten im Mittel 6 bis 14 Tage früher als noch vor 30 Jahren. Bei den Zugvögeln in den mittleren Breiten wird in den letzten Jahrzehnten ein zunehmend späterer Wegzug, ein früherer Heimzug, eine Verkürzung der Zugstrecken oder häufigeres Überwintern im Brutgebiet beobachtet. So kommen Zugvögel nun um 1,3 bis 4,4 Tage pro Jahrzehnt früher an (http://www.waldwissen.net/).

Tiere die früher nur in tropischen oder subtropischen Regionen zuhause waren, wandern zunehmend in höhere Breiten ein. Kälteliebende Arten ziehen sich immer mehr in die engere Umgebung der Pole zurück. Das gilt für Land- und Meeresbewohner gleichermaßen (Tim Flannery, Wir Wettermacher http://www.wir-wettermacher.de/home).

7. Gletscherschmelze: Weltweit schrumpfen die Gletscher. Es gibt nur ganz wenige Ausnahmen (ganze 1% aller Gletscher), wie beispielsweise die Gebirgsgletscher in Norwegen. Durch die mit der zunehmenden globalen Erwärmung einhergehende Verlagerung des Polarfrontjetstreams nach Norden (s.o.) verlaufen auch die Zugbahnen der Tiefdruckwirbel weiter nördlich. Die Tiefs bringen Niederschläge, die in den Höhenlagen der norwegischen Gebirge häufig als Schnee fallen und dadurch wiederum die örtlichen Gletscher wachsen lassen. Die wachsenden Gletscher in Norwegen widersprechen also keinesfalls dem Befund einer globalen Erwärmung, sondern sind als eindrucksvolle Bestätigung aufzufassen!

8. Zunahme der Tages- und der Nachttemperaturen: Die Nachttemperaturen sind im Rahmen der globalen Erwärmung eindeutig mehr angestiegen als die Tagestemperaturen. Das ist (möglicherweise) ein indirektes Indiz für einen verstärkten Treibhauseffekt (s.o.).

usw. usf.

7. Klimamodelle können die Wirklichkeit nicht abbilden.

Die Rückkopplungen im irdischen "Klimasystem" mit Atmosphäre, Meer, Eis und Gletschern, Biosphäre, Vulkanismus, Gesteinsoberflächen und anderem mehr sind unendlich kompliziert und lösen ganz unterschiedliche gegenseitige Reaktionen verschiedenster Größenordnungen aus, die rechnerisch nicht zu beherrschen sind. Deshalb sind die aus vereinfachten Annahmen darüber abgeleiteten Computermodelle nicht realistisch und bilden die tatsächlichen Naturprozesse nicht richtig ab.

Meine Sichtweise: Die computergestützten Klimamodelle mögen ja immer noch ihre Schwächen haben, doch mit jeder neuen Erkenntnis über das Klimasystem der Erde (und das anderer Planeten) werden sie besser. Inzwischen sind sie schon in der Lage zumindest das Klima der Vergangenheit sehr gut zu simulieren. So werden Eiszeiten und Warmzeiten genauso abgebildet, wie sie aus Eisbohrkernuntersuchungen rekonstruiert wurden. Grund genug den Klimamodellen ein gewisses Vertrauen entgegenzubringen. Es ist also kein hoffnungsloses Unterfangen, Zukunftsszenarien des Klimawandels zu entwerfen! Irrtümer sind natürlich immer möglich, bringen die Klimaforschung aber letztendlich auch immer ein Stück voran!

Als Beweise fur das Versagen der Klimamodelle werden besonders die folgenden drei Punkte immer wieder gerne angeführt:

8. Die von den Klimamodellen vorausgesagte Zunahme der Stürme und Sturmfluten in den mittleren Breiten ist nicht eingetreten.

Meine Sichtweise: Bis Anfang der neunziger Jahre des 20.Jahrhunderts gab es - wie befürchtet - mehr und stärkere Stürme. Danach kehrte sich der Trend allerdings tatsächlich um.

Eine mögliche Erklärung: Die Stärke und die Anzahl der Stürme wird durch das Temperatur- und Druckgefälle (Gradient) an der Polarfront und die Stärke des Polarwirbels beeinflusst:

Ein hoher Temperaturgradient an der Polarfront führt auch zu einem ausgeprägten Druckunterschied zwischen Islandtief und Azorenhoch (positiver NAO-Index). Beide Druckgebilde verstärken wiederum gemeinsam die Polarfront, indem sie polare Kaltluft (Islandtief) und tropische Warmluft (Azorenhoch) heranführen und in die Polarfront einspeisen. Das verstärkt den Gradienten und damit auch die Polarfront. Das beschleunigt den Polarfrontjetstream, dessen Turbulenz dadurch ansteigt. Anzahl und Stärke der Sturmtiefs nehmen dementsprechend zu. Die Sturmtiefs werden in der Westwindzone nach Osten getragen. In den Gebieten unter ihren Zugbahnen sorgen sie für mildes und feuchtes Wetter.

Anmerkung: Der NAO - Index (NAO = Nordatlantische Oszillation) beschreibt den Druckunterschied zwischen Islandtief und Azorenhoch. Ein positiver Index steht für einen großen (hohe Sturmaktivität), ein negativer Indes für einen geringen Druckunterschied (niedrige Sturmaktivität).

Der Polarwirbel bildet sich in der Stratosphäre, der nächsthöheren Atmosphärenschicht oberhalb der Troposphäre, in der sich die allermeisten Wettervorgänge abspielen. Der Polarwirbel ist ein Tiefdruckwirbel, der bis in die mittlere Troposphäre hinabreicht.

Anmerkung: Die Stratosphäre enthält größere Mengen an Ozon, das die für das Leben gefährlichen Anteile der von der Sonne kommenden Ultraviolettstrahlung absorbiert. Deshalb ist die Stratosphäre deutlich wärmer als die obere Troposphäre.

Die Zunahme von Treibhausgasen wirkt in der Troposphäre erwärmend (Treibhauseffekt), in der Stratosphäre jedoch abkühlend. Der Grund für die stratosphärische Abkühlung: Die Infrarotstrahlung vom Erdboden erreicht kaum noch die Treibhausgase in der Stratosphäre, da die Treibhausgase in der Troposphäre schon fast alles absorbiert haben. Die Treibhausgase in der Stratosphäre werden aber durch Zusammenstöße mit Nachbarmolekülen anderer Atmosphärengase angeregt, und da die Luft in dieser Atmosphärenschicht schon sehr dünn ist, strahlen sie einen erheblichen Teil der Wärme in den Weltraum ab, bevor sie durch erneute Zusammenstöße mit Nachbarmolekülen wieder zurückgegeben werden kann. Diese Wärme geht der Stratosphäre somit unwiderruflich verloren. Deshalb wirkt eine Zunahme von Treibhausgasenin in der Stratosphäre abkühlend! Das macht sich ganz besonders in der Polarnacht bemerkbar, wo es praktisch keine Wärmezufuhr durch die Sonne mehr gibt. Der Polarwirbel wird durch den dann zunehmenden Temperaturgradienten in der Stratosphäre stärker. Der Polarwirbel treibt wiederum den Polarfrontjetstream und damit die Westdrift an. Die Sturmaktivität nimmt zu (positiver NAO-Index).

Die Klimamodelle bewerteten den Einfluß des Polarwirbels auf die Sturmaktivität als entscheidend. Das bedeutet aber durch die Zunahme der Treibhausgase auch in der Stratosphäre, wo sie ja abkühlend wirken, automatisch einen stärkeren Polarwirbel, also auch eine Zunahme der Anzahl und Stärke der Sturmtiefs. Man unterschätzte dabei allerdings die Auswirkungen eines durch die überproportionale Erwärmung der Arktis veringerten Temperaturgradienten an der Polarfront. Der Einfluß des Polarwirbels wurde dadurch allmälich überkompensiert bis die Stürme schließlich nachließen.

Diese teilweise Fehleinschätzung der Sturmtiefentwicklung in den mittleren Breiten spricht nun aber keinesfalls grundsätzlich gegen Klimamodelle, denn diese werden mit jedem erkannten Fehler letztendlich ein Stück besser.

9. Seit einem Jahrzehnt ist die globale Duchschnittstemperatur nicht mehr angestiegen und in den letzten Jahren ist es sogar kühler geworden. Das hat kein einziges der hochgelobten Klimamodell vorausgesehen!

Die Natur macht derzeit das Gegenteil dessen, was die eine zunehmende Erwärmung prognostizierenden Modelle immer rechneten. Trotz einer weitereren Zunahme des Treibhausgases CO2 wird es nicht mehr wärmer und neuerdings sogar kälter. Das Temperatursignal hat sich also von der CO2-Entwicklung abgekoppelt. Der Rekordwinter 2007/2008 mit seinen spektakulären Kälteeinbrüchen bis weit in den Süden, unterstreicht diesen neuen Trend und führt die angebliche globale Erwärmung ad absurdum.

Wintereinbruch in Athen, Griechenland Quelle: Forum der Wetterzentrale
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Meine Sichtweise: Die neuerdings tatsächlich feststellbare, bisher aber noch sehr geringe Abnahme der globalen Durchschnittstemperatur beruht meiner Meinung nach womöglich auf internen Rückkopplungen des Klimasystems, die von der vorausgegangene starke globale Erwärmung ausgelöst wurden. So etwas gab es anscheinend auch schon in den sechziger Jahren und der ersten Hälfte der siebziger Jahre des 20. Jahrhunderts. Damals wie heute war dafür wahrscheinlich eine Abschwächung des Golfstromes verantwortlich.

Globale Durchschnittstemperatur bis 2007
Quelle: Hadley Centre for Climate Change
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Anmerkung: Der Golfstrom, die „Warmwasserheizung“ Europas , ist Teil eines weltweiten Kreislaufs von Meeresströmungen, die gemeinsam mit den Luftströmungen der globalen atmosphärischen Zirkulation, die Wärme von der von der Sonne intensiv beschienenen Äquatorregion, hin zu den Polen der Erde umverteilen, wo die Sonnenstrahlen nur vergleichsweise wenig Kraft entwickeln. Der Golfstrom wird, wie alle anderen Meeresströmungen auch, überwiegend durch Winde angetrieben. Aber es gibt noch einen "Hilfsmotor": Das nach Norden strömende Wasser gibt seine Wärme allmählich an die Luft darüber ab und wird dabei immer kühler, aber auch immer salzhaltiger, denn auf seiner langen Wegstrecke verdunstet viel Wasser. Die Dichte des übrig gebliebenen Wassers nimmt so nach und nach zu, bis es langsam abzusinken beginnt. Dabei bilden sich unter dem Einfluss der Erdrotation abwärts gerichtete Wirbel in denen das relativ kühle und salzhaltige Wasser wie im Auslauf eines Waschbeckens, in die Tiefe verschwindet. Derartige Absinkzonen befinden sich westlich der Südspitze Grönlands, sowie südlich und nördlich von Island. Als kalte Tiefenströmung gelangt das Wasser wieder zurück in den Süden. Die vom Golfstrom an die Luft abgegebene Wärme gelangt mit den über dem Nordatlantik vorherrschenden Westwinden bis nach Europa.

Hinzu kamen noch die Sulfataerosole: In den fünfziger und sechziger Jahren des 20. Jahrhunderts erlebten Europa, die USA und Japan spektakuläre Wirtschaftaufschwünge , die mit einer starken Luftverschmutzung einhergingen. Dadurch stieg die Konzentration der Sulfataerosole in der Atmosphäre. Sulfataerosole reflektieren direkt das Sonnenlicht und unterstützen als Kondensationskeime die Bildung von Wolken, welche ebenfalls das Sonnenlicht reflektieren. Durch eine erhöhte Anzahl an Kondensationskeimen bilden sich zudem besonders kleine Wassertröpfchen, wodurch die Wolken auch besonders hell erscheinen und entsprechend gut das Sonnenlicht reflektieren. Die Sulfataerosole wirken damit abkühlend. In den siebziger Jahren führten Umweltschutzmaßnahmen in den betreffenden Staaten zu einem deutlichen Rückgang der Luftverschmutzung und damit der Sulfataerosole. Die Wirksamkeit der Treibhausgase nahm daraufhin zu und die globale Temperatur kletterte wieder. In den achtzigern, vor allem aber in den neunziger Jahren begann es in den asiatischen Tigerstaaten (China, Taiwan, Südkorea, Malaysia, Singapur, Vietnam und Indien). Es begann eine beispiellos schnelle, nachholende Industrialisierung, die bis heute auf begleitende Umweltschutzmaßnahmen leider weitestgehend verzichtet. Und schon sind sie wieder in großen Mengen da, die abkühlenden Sulfataerosole!

Anmerkung: Eine vorübergehende Abkühlung könnte - neben dem Einfluß der Sulfataerosole - meines Erachtens auf dem folgenden Mechanismus beruhen, den ich mir als "Gegenreaktion" des Klimasystems auf die globale Erwärmung vorstelle:
Die im Verlauf der letzten Jahre überproportionale Erwärmung in der Arktis vermindert den Temperatur- und Druckgradienten an der Polarfront. Der Jetstream wird dadurch langsamer und damit gibt es auch weniger und schwächere Stürme. Die mit der Erwärmung einhergehende Eisschmelze in der Arktis schwächt darüber hinaus die thermohaline Zirkulation des Golfsstroms (genauer: der nordatlantische Arm wird schwächer, der subtropische Arm dagegen stärker). Normalerweise verstärkt das warme Golfstromwasser das Islandtief - durch die erhöhte Wasserverdunstung bekommt es mehr "Treibstoff" in Form von latenter Wärme - und damit auch den Luftdruckgradienten zwischen Islandtief und Azorenhoch. Die beiden Druckgebilde sind ihrerseits die „Antriebsräder“ des Polarfontjetstreams und verstärken die Polarfront durch vermehrtes "Einspeisen" von tropischer Warmluft und polarer Kaltluft. Ein schwach ausgeprägter Golfstrom im Nordatlantik schwächt also Islandtief und Azorenhoch und damit die Polarfront. Der dadurch langsamere Jetstream mäandert deutlich stärker als zuvor, so daß die polare Kaltluft von ihm nicht mehr so gut "eingeschlossen“ wird. Vor allem im Winter kommt es zu gehäuften, extremen Kaltluftausbrüchen nach Süden (Kaltlufttröge und Kaltlufttropfen). Das passiert nicht unbedingt zuerst in direkter Nachbarschaft des geschwächten Golfstroms, sondern dort wo die Kaltluft am besten vorankommt, also über schnelle auskühlenden (kontinentalen) Landmassen wie beispielsweise Zentralasien oder Nordamerika. Die Extremwinterereignisse auf der Nordhalbkugel führen zu einer starken Eisneubildung in der Arktis -und vielleicht auch darüber hinaus- und zu sehr ergiebigen Schneefällen. Dadurch entsteht über eine erhöhte Albedo eine positive Rückkopplung, die zu einer weiteren Abkühlung führt. Der subtropische Arm des Golfstroms wird dagegen wärmer, wodurch wiederum die Entstehung tropischer Wirbelstürme begünstigt wird. Auch Kaltlufttropfen könnten sich zu echten Wirbelstürmen entwickeln, wenn sie denn weit nach Süden gelangen und über ausreichend warme Wasseroberflächen wie etwa das Mittelmeer ziehen. Nach einiger Zeit schwingt das Pendel in Richtung Erwärmung zurück, denn durch die Abkühlung steigt der Temperatur- und Druckgradient an der Polarfront wieder. Dann entstehen mehr Sturmtiefs, die unter ihren Zugbahnen für milde Wetterverhältnisse sorgen. Der schneller strömende Jetstream schließt die polare Kaltluft wieder besser ein, so daß Kaltluftausbrüche seltener vorkommen. Die massive Eisneubildung in der Arktis während der vorübergehenden Abkühlung bringt auch die thermohaline Zirkulation des Golfstroms wieder so richtig in Schwung, wodurch die Polarfront noch zusätzlich verstärkt wird. All diese Faktorenbringen gemeinsam eine deutliche Erwärmung, die wohlmöglich deutlicher ausfällt als die Erwärmungsperiode vor der zwischenzeitlichen Abkühlung. Das Klima pendelt dann zwischen kurzfristiger Abkühlung und zunehmender Erwärmung hin und her bis es irgendwann vielleicht „entgleist“, entweder in Richtung einer kleinen Eiszeit, eher wohl aber in Richtung einer drastischen Erwärmung auf der Nordhalbkugel. Dabei wird sicher das Treibhausgas Methan eine wichtige Rolle spielen. Es wird bei ansteigenden Temperaturen durch Zerfall der Methanhydrate am Meeresgrund und durch das Auftauen des Permafrostbodens in der Arktis freigesetzt und dann wiederum die Erwärmung in einer positiven Rückkopplung verstärken. Dann könnte der grönländische Eisschild schneller abschmelzen, als wir uns das bisher vorzustellen wagten und der Meeresspiegel würde um mehrere Meter ansteigen(s.o.)! Soweit mein kleines Szenario. Die offizielle Klimaforschung sieht das allerdings anders: Meistens wird auch eine nur vorübergehende Abkühlung praktisch ausgeschlossen (z.B. Rahmstorf, Mann). Einige Wissenschaftler halten das aber durchaus für möglich, wenn sich natürliche Schwankungen der Meeresströmungen (Golfstrom)und der allgenmeine Erwärmungstrend so überlagern, daß das eine das andere etwas überwiegt (Keenlyside, Latif). Als Folge einer Reaktion des Klimasystems auf die globale Erwärmung wird eine mögliche vorübergehende Abkühlung aber wohl nicht gesehen.

Die vorübergehende Abkühlung widerspricht also anscheinend nicht der globalen Erwärmung, sondern ist womöglich sogar ihr vorübergehendes Ergebnis!

10. Die Warnungen vor einem Anstieg des Meeresspiegels sind Panikmache.
Anstatt der laut Klima-Modellen parallel zur globalen Erwärmung errechneten Beschleunigung ab etwa 1850 ist eine Verlangsamung des Meeresspiegelanstiegs eingetreten: Von 10cm in der ersten Hälfte auf 7cm in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts. Der Meeresspiegel an der deutschen Nordseeküste ist seit 400 Jahren nicht mehr so langsam gestiegen wie im 20. Jahrhundert (Klaus-Eckart Puls).

Meine Sichtweise: Seit dem Beginn der Industrialisierung bis heute hat sich der Anstieg des Meeresspiegels deutlich beschleunigt. Im gesamten 18. Jahrhundert erhöhte er sich nur um 2 cm, im 19. Jahrhundert bereits um 6 cm, und im 20. Jahrhundert bereits um 19 cm.
Der durchschnittlich gemessene Anstieg des Meeresspiegels betrug im 20. Jahrhundert 1,7 ± 0,5 mm pro Jahr, zwischen 1961 und 2003 jährlich 1,8 ± 0,5 mm. Die Anstiegsraten beschleunigten sich also zuletzt. Zwischen 1993 und 2003 stellten Satelliten dem gegenüber einen durchschnittlichen jährlichen Anstieg um 3,1 ± 0,7 mm fest. Gegenüber den Jahrzehnten zuvor ist dies ein beinahe doppelt so hoher Wert (IPCC).

Anstieg des Meeresspiegels Quelle: Wikipedia, IPCC
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Eine Destabilisierung des grönländischen Eisschildes (s.o.) könnte diesen Anstieg zudem dramatisch beschleunigen. Dioiese Möglichkeit wurde selbst in dem jüngsten IPCC - Bericht aus dem jahre 2007 noch nicht berücksichtigt!

Immer wieder wird von den Klimaskeptikern auch auf eine entscheidende Unzulänglchkeit aller bisherigen Klimamodelle hingewiesen:

11. Die Klimamodelle sind bisher nicht in der Lage die herausragende Rolle der Wolken für das Erdklima darzustellen. Mit zunehmender globaler Erwärmung bilden sich einerseits immer mehr tiefe Wolken, die abkühlend wirken, andererseits aber weniger hohe Wolken, die die Erde erwärmen. Schon von daher können die von (fast) allen der gängigen Klimamodellen gerechneten Szenarien einer fortgesetzten globalen Erwärmung nicht stimmen.

Meine Sichtweise: Der Hinweis auf die Rolle der Wolken ist das weitaus interessanteste und beste Argument der Klimaskeptiker! Durch die Wolken erreichen - wie auch schon unter Punkt 1 angesprochen- nicht alle bei der Erde eintreffenden Sonnenstrahlen die Erdoberfläche, denn ein erheblicher Teil (ca. 30%) wird von den hellen Wolken in den Weltraum reflektiert (Albedoeffekt). Gibt es viele und helle Wolken, so hat die Erde ein hohes Albedo, und ein entsprechend hoher Anteil der wärmemden Sonnenstrahlung wird in den Weltraum reflektiert. Ein hohes Albedo wirkt demnach abkühlend. Wolken wirken aber nicht nur abkühlend, sondern haben auch einen Treibhauseffekt. Sie halten die Wärme sogar besser zurück als alle Treibhausgase, denn sie absorbieren im Gegensatz zu diesen in allen infraroten Wellenbereichen! Ein Teil davon gelangt als infrarote Gegenstrahlung wieder zurück zum Erdboden, der Rest wird direkt in den Weltraum abgestrahlt. Diese Abstrahlung in den Weltraum ist umso geringer, je größer die vertikale Ausdehnung der Wolken ist, denn in größeren Höhen ist die Wolkenoberseite deutlich kälter als die Unterseite. Damit ist die Infrarotabstrahlung der Wolkenoberseite in den Weltraum deutlich geringer als die infrarote Gegenstrahlung an der Wolkenunterseite. Je nach Wolkenart überwiegt der abkühlende Effekt oder der Treibhauseffekt. Die in großen Höhen vorkommenden Eiswolken (Cirruswolken)lassen das Sonnenlicht größtenteils hindurch, absorbieren aber sehr effektiv die vom Erdboden kommende Infrarotabstrahlung. Sie wirken daher erwärmend. Tiefe Wolken, die aus kleinen Wassertröpfchen bestehen (Cumuluswolken, Stratuswolken), sind sehr hell und reflektieren daher das meiste Sonnenlicht. Obwohl auch diese Wolken die Infrarotstrahlung vom Erdboden sehr gut absorbieren, überwiegt bei ihnen der abkühlende Effekt. In den Tropen wird der Erdboden durch die steil einfallende Sonnenstrahlung stark aufgeheizt. Dieser erwärmt wiederum die Luft darüber, die zudem viel Feuchtigkeit aus den tropischen Meeren und von den sehr üppigen, viel Wasser verdunstenden Pflanzenbewuchs der tropischen Regenwälder aufnimmt. Die warme und feuchte Luft steigt auf (Konvektion) und kühlt mit zunehmender Höhe immer mehr ab, bis das so genannte Kondensationsniveau erreicht ist. Ab dieser Höhe bilden sich unendlich viele, mikroskopisch kleine Wassertropfen und damit eine Wolke. Dabei wird Kondensationswärme (latente Wärme) frei, die der Energie entspricht, welche nötig war, um das Wasser zu verdunsten und die nun bei dem umgekehrten Vorgang natürlich wieder freigesetzt wird. Die latente Wärme gibt der aufsteigenden Luft neuen Auftrieb, der ja davon abhängt, um wieviel wärmer diese ist als ihre Umgebungsluft. Aufsteigende und abkühlende Luft ermöglicht aber wiederum weitere Wolkenbildung. Die bei der Wolkenbildung freiwerdende latente Wärme treibt also ihrerseits wiederum die Wolkenbildung an. Ein sich selbst verstärkender Prozeß, der solange weiterläuft wie noch ausreichend Luftfeuchtigkeit vorhanden ist. Auf diese Weise bildet sich über den Tropen eine ausgeprägte Quellbewölkung mit mächtigen Wolkentürmen, ergiebigen Niederschlägen und heftigen Gewittern. Wichtig noch zu wissen: Die Luft kann nur innerhalb der Troposphäre aufsteigen, weil nur hier die Lufttemperatur von unten nach oben abnimmt. In der nächsthöheren Schicht, der Stratosphäre, steigt die Lufttemperatur mit zunehmender Höhe aber wieder an. Das liegt an dem dort vorhandenen Ozon, welches sich erwärmt, wenn es die gefährlichen Anteile der von der Sonne kommenden Ultraviolettstrahlung absorbiert. Luft, die in der Troposphäre vielleicht noch gerade wärmer war, als die Umgebungsluft und deshalb weiter aufsteigen konnte, trifft in der Stratosphäre auf deutlich wärmere Luftschichten und verliert ihren Auftrieb. Deshalb flachen die Wolkentürme über der Äquatorregion plötzlich ab, und die Wolkenbildung setzt sich nur noch seitwärts fort. So kommt es zu der typischen Ambossform der großen tropischen Gewitterwolken. Der Amboss besteht wegen der großen Höhe ausschließlich aus Eiswolken (Cirrenschirm).

Anmerkung: Aus dem subtropischen Hochdruckgürtel strömt die Luft in Richtung Äquator, wird dann aber bald durch die Erdrotation zu einem Ostwind abgelenkt (Urpassat). Durch die Bodenreibung dreht er aber wieder etwas in Richtung Äquator (Passatwinde). Die Luft in Bodennähe wird auf ihrem Weg dorthin zunehmend wärmer bis sie schließlich unter starker Quellwolkenbildung aufzusteigen beginnt. Es entwickeln sich bodennahe tropische Wärmetiefs, die in ihrer Gesamtheit die Innertropische Konvergenzzone (ITCZ) bilden. Die aufgestiegenen Luftmassen strömen polwärts, werden durch die Erdrotation zu Westwinden abgelenkt und verstärken in einer großräumigen Absinkbewegung wiederum den subtropischen Hochdruckgürtel (Hadley-Zirkulation zwischen Subtropenhochs und ITCZ).

Die gängigen Klimamodelle gehen nun davon aus, daß mit zunehmender globaler Erwärmung die Gewitterwolken über den Tropen - aber auch woanders- mächtiger werden und dabei einen entsprechend ausgedehnteren Amboss aus hohen Eiswolken (Cirruswolken) ausbilden. Die Cirruswolken wirken wiederum erwärmend, so daß sich ein positiver Rückkopplungsmechanismus ergibt.

Bei den verschiedenen Wolkenarten überwiegt entweder die abkühlende oder die erwärmende Wirkung: Die Quellwolken in der Konvektionszone einer Gewitterwolken reflektieren die Sonnenstrahlen fast vollständig. Sie wirken daher abkühlend. Die Eiswolken des Amboss lassen zwar das meiste Sonnenlicht hindurch, absorbieren aber sehr effektiv die Infrarotstrahlung vom Erdboden. Davon gelangt ein beachtlicher Teil als infrarote Gegenstrahlung wieder zurück zum Erdboden, der Rest wird in den Weltraum abgestrahlt. Sie wirken erwärmend. Die tiefen geschichteten Quellwolken unterhalb des Amboss reflektieren wie die hohen Quellwolken der Konvektionszone das Sonnenlicht sehr gut. Sie absorbieren aber auch die Infrarotstrahlung vom Erdboden. Da diese tiefen Wolken aber wegen ihrer warmen Oberseite davon praktisch genau soviel in den Weltraum abstrahlen, wie sie als Gegenstrahlung zum Erdboden zurückschicken, überwiegt eindeutig ihre abkühlende Wirkung. In den wolkenfreien und trockenen Regionen wird das meiste Sonnenlicht absorbiert, andererseits gelangt die Infrarotabstrahlung des Erdbodens aber auch nahezu ungehindert in den Weltraum. Quelle: http://earthobservatory.nasa.gov/ Bild durch Anklicken vergrößerbar!

Dem widerspricht nun aber der amerikanische Klimaforscher Richard Lindzen (http://www-eaps.mit.edu/faculty/lindzen.htm). Durch die globale Erwärmung soll sich die Wachstumsrate der Regentropfen in den großen Gewitterwolken deutlich erhöhen, so daß die Niederschläge entsprechend zunehmen. Dadurch kommt wiederum weniger Feuchigkeit oben an, so daß sich weniger Cirruswolken bilden können. Damit überwiegen die tiefen Wasserwolken, die abkühlend wirken, indem sie das Sonnenlicht wie eine Iris abschirmen. Eine negative anstatt einer positiven Rückkopplung also. Diese Iris-Hypothese wurde von der mehrheit der Klimaforscher immer wieder kritisiert, durch jüngste Messungen in den Tropen aber entgegen allen Erwartungen eindrucksvoll bestätigt (http://www.uah.edu/News/newsread.php?newsID=875 und http://www.sciencedaily.com/releases/2007/11/071102152636.htm)!

Über den Tropen bilden sich in hochreichenden Konvektionszellen mit aufsteigender feuchter Warmluft, die sich dabei abkühlt, mächtige Gewitterwolken mit einem Cirrenschirm (Amboss). Dabei fallen heftige Niederschläge (Regen und Hagel). Die kalte, aber noch relativ feuchte Luft beginnt aus dem Amboss großräumig abzusinken, wobei sie sich mit zunehmendem Luftdruck wieder deutlich erwärmt und ihre relative Feuchtigkeit abnimmt. Das Wasser der tropischen Meere wird durch die intensive Sonneneinstrahlung stark erwärmt, so daß sich Konvektionszellen mit Quellwolken bilden. Durch die aus dem Amboss herabsinkende und sich dabei erwärmende Luft werden die Quellwolken über dem Meer aber in ihrer Entwicklung gehemmt. Quellwolken können sich ja nur solange weiterentwickeln, wie die aufsteigende Luft in den Wolken wärmer ist als die Umgebungsluft und so weiter aufsteigen kann. Die aus dem Amboss abgesunkenen Luftmassen sind aber deutlich wärmer und verhindern als Sperrschicht die weitere Wolkenentwicklungbildung (Inversion). Es bleibt daher einer tiefen geschichteten Quellbewölkung (Stratocumuluswolken). Quelle:http://earthobservatory.nasa.gov/ Bild durch Anklicken vergrößerbar!

Nach Schätzungen könnte der Iris-Effekt bis zu 75% der globalen Erwärmung durch vermehrte Treibhausgase -wie sie die Zukunftsszenarien der gängigen Klimamodelle voraussagen- rückgängig machen, vor allem dann, wenn auch die Gewiitterwolken in den mittleren Breiten miteingeschlossen sein sollten. Trotz alledem sollte aber nicht vergessen werden, daß schon heute eindeutige Hinweise auf einen Klimawandel durch globale Erwärmung vorliegen (vgl. Punkt 6!). Möglich wäre allerdings eine Atempause oder sogar eine wesentlich weniger drastische globale Erwärmung in der Zukunft wie bisher befürchtet. Allerdings kann sich jeder negative Rückkopplungsmechanismus auch erschöpfen. Der Mensch oder irgendein anderes Säugetier, beispielsweise, kann bei unterschiedlichsten Außentemperaturen seine Körpertemperatur in aufrecht erhalten, aber irgendwann ist er einfach überfordert und kommt zu Schaden. So könnte es auch dem Planeten Erde ergehen.

Fast alle Klimaskeptikerhalten eine Beeinflussung des Weltklimas durch den Menschen schon im Grundsatz für völlig abwegig:

12.Klimaschutz ist unmöglich, ein Widerspruch in sich.

Zum Klima gehören unter anderem Niederschlag, Wind, Temperatur und alles ist auch ohne menschliche Einflüsse immer schon Änderungen unterworfen - heute wie früher. Der Begriff Klimaschutz nährt die Illusion, dass man durch Drehen an irgendwelchen Stellschrauben wie CO2-Minderung sich ein angenehmes und stabiles Klima und Wetter schaffen kann. Aus naturwissenschaftlicher Sicht ist das Unfug (Zitat Klaus-Eckart Puls).

Meine Sichtweise: Wenn man die Funktionsweise und die Stellschrauben des Klimasystems kennt, dann ist es grundsätzlich auch möglich an diesen Stellschrauben zu drehen. Dieses ist ja bereits passiert, wenn auch unabsichtlich. Durch die intensive Nutzung fossiler Brennstoffe und die damit verbundene Emission von Treibhausgasen wurde eine globale Erwärmung ausgelöst, die sich durch einen fortschreitenden Klimawandel bemerkbar macht. Es sind dann aber im Prinzip natürlich auch möglich, die globale Erwärmung durch Verringerung der Treibhausgasemissionen, beispielsweise mit Hilfe der Einführung alternativer Energien, wenn nicht rückgängig zu machen, so doch wenigstens auf ein verträgliches Ausmaß zu begrenzen. Das wäre ein geplanter Eingriffe, mit dem versucht würde, das Klima ganz bewusst zu verändern. Der Vergleich mit einer medizinischen Behandlung liegt da nahe. Hat man unter großem Aufwand erst einmal ausreichende Kenntnisse über die Funktionen des menschlichen Körpers erworben, so kann man Krankheiten erfolgreich behandeln. Eine geplante Beeinflussung des Klimas ist demzufolge also keinnaturwissenschaftlicher Unfug, sondern nichts anderes als angewandte Naturwissenschaft im allerbesten Sinne. Klimaforschung wäre dann also die Voraussetzung für eine Art medizinische Wissenschaft, die sich mit dem Planeten Erde befasst!

Vorläufiges Fazit

Die Debatte um den Klimawandel wird weitergehen. Die Wahrheit, oder zumindest eine allgemein akzeptierte Entscheidung in der Frage, ob der Klimawandel menschengemacht ist oder nicht, kann nur durch weitere Fortschritte in den Klimawissenschaften gefunden werden!

Auch wenn letzte Antworten vielleicht noch nicht möglich sind, insbesondere wegen der noch nicht endgültig geklärten Rolle der Wolken (vgl. Punkt 11), so stellt sich angesichts des katastrophalen Ausmaßes der möglichen Folgen einer fortgesetzten globalen Erwärmung trotzdem auf jeden Fall die Frage nach dem politischen Handeln, zumindest dann, wenn man das Vorsorgeprinzip zugrunde legt. Eine meines Erachtens unbedingt empfehlenswerte Vorgehensweise!

Eines sollte auf jeden Fall klar sein: Eine deutliche Reduktion von Kohlenstoff-Emissionen ist, abgesehen von den möglichen Gefahren eines menschengemachten Klimawandels, allein schon deshalb notwendig, weil fossile Brennstoffe endliche Resourcen sind und eigentlich viel zu wertvoll, um sie durch den Schornstein oder den Auspuff zu jagen! Eine Entwicklung alternativer Energien (Sonne, Wind, Geothermik, Kernfusion (!) usw.) ist daher unbedingt voranzutreiben. Auch die Kernenergie, allerdings nur in Form der Hochtemperatur/Thorium Technologie, die besonders sicher zu sein scheint, könnte zumindest für eine Übergangszeit genutzt werden. Darauf zu verzichten hieße wahrscheinlich, den Weg in ein neues finsteres Mittelalter zu ebnen, weil man dann bei schwindenden Ressourcen einen immer größeren Teil der Menschen vom Wohlstand ausschließen würde; nicht nur in den Industrieländern durch die dann zwangsläufig immer weiter ansteigenden Energiepreise, sondern vor allem in der sogenannten Dritten Welt, wo den Menschen alle Hoffnungen auf eine bessere Zukunft genommen wären!. Fortschritte in der Technologie und die Sicherung einer ausreichenden Energieversorgung -ohne die Erde zu ruiniern- sind die entscheidenden Voraussetzungen, um Freiheit von existenzieller Not zu erreichen, also menschenwürdige Lebensverhältnisse für alle Menschen! Auf dem Weg dahin sehr hilfreich wären Schritte in Richtung einer Gesellschaft, die bei Wahrung der persönlichen Freiheit(!) allzu krasse Unterschiede in der Verteilung der Reichtümer unter den Menschen vermeidet!
Jens Christian Heuer

Weitere interessante Weblinks zum Thema:

Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC)
http://www.ipcc.ch/
Real Climate
http://www.realclimate.org/
Globales Klima
http://globalklima.blogspot.com/
Klaus-Eckart Puls bei EIKE
http://www.eike-klima-energie.eu/?WCMSGroup_4_3=1099&WCMSGroup_1099_3=1256
und auf Weltenwetter:
http://weltenwetter.blogspot.com/2007_02_25_archive.html
http://weltenwetter.blogspot.com/2007_10_28_archive.html
http://weltenwetter.blogspot.com/2007_12_16_archive.html
http://weltenwetter.blogspot.com/2008_04_06_archive.html
Mojib Latif
http://www.ifm-geomar.de/index.php?id=mlatif

Richard Lindzen

http://earthobservatory.nasa.gov/Study/Iris/

http://www.weltwoche.ch/artikel/?AssetID=16206

Stefan Rahmstorf
http://www.pik-potsdam.de/~stefan/

Im Gespräch

2008-06-01T22:35:00.001+01:00

Die Klimakatastrophe schwächelt

Meteorologe aus Bad Bederkesa plädiert für tolerante Diskussion
Interview der Cuxhavener Nachrichten (CN)

Bad Bederkesa (hst). Hiobsbotschaften wie das Waldsterben, die BSE-Seuche, Nematoden im Fisch oder Nitrosamine im Bier haben in der Vergangenheit die Gemüter erregt. Heute ist es die vermeintlich drohende Klimakatastrophe. Für den Diplom-Meteorologen Klaus Puls ist dies "...eine von unbewiesenen Behauptungen genährte, bisweilen fanatisch geführte und Angst erregende Diskussion, die der gängigen Sprachregelung zuwider laufende Meinungen ausgrenzt". CN-Mitarbeiter Hagen Haastert sprach mit Puls, der lange Jahre als Leiter des Wetteramtes in Essen für den Deutschen Wetterdienst tätig war. Seit seiner Pensionierung 2001 lebt Puls, der für rund 150 Veröffentlichungen verantwortlich zeichnet, in Bad Bederkesa und ist nach wie vor ein gefragter Referent.

Klaus-Eckart Puls im Interview
Quelle: Cuxhavener Nachrichten
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CN: Wie beurteilen Sie die laufende Diskussion über eine angeblich drohende Klimakatastrophe?
Puls: Viele Physiker und Meteorologen, die mit wissenschaftlich gestützten Argumenten den Horror-Meldungen einer angeblich bevorstehenden Klimakatastrophe widersprechen, werden nicht gehört, und bekommen auch in den Medien kaum ein Forum. Diese einseitig intolerante, viele Menschen verunsichernde Diskussion erweckt in mir den Eindruck einer volksverdummenden und politisch gesteuerten öffentlichen Indoktrination.

CN: Gibt es einen Klimawandel? Ist Klimaschutz möglich?

Puls: Zum Klima gehören unter anderem Niederschlag, Wind, Temperatur und alles ist auch ohne menschliche Einflüsse immer schon Änderungen unterworfen - heute wie früher. Der Begriff Klimaschutz nährt die Illusion, dass man durch Drehen an irgendwelchen Stellschrauben wie CO2-Minderung sich ein angenehmes und stabiles Klima und Wetter schaffen kann. Aus naturwissenschaftlicher Sicht ist das Unfug.

CN: Wer oder was ist denn nun für die Wetter- und Klimaänderungen verantwortlich?

Puls: Die variable Sonne in Verbindung mit der veränderlichen Erdbahn ist der Motor. Energieumsätze, so auch das Klima in der Atmosphäre werden durch das Auf und Ab der solaren Prozesse wie Sonnenflecken und Energiestrahlung gesteuert. Rückkopplungen im irdischen "Klimasystem" mit Atmosphäre, Meer, Eis und Gletschern, Biosphäre, Vulkanismus, Gesteinsoberfläche und anderes mehr lösen ganz unterschiedliche Reaktionen verschiedener Größenordnungen aus, die rechnerisch in dem "chaotischen System Atmosphäre" nicht zu beherrschen sind. Somit sind die daraus abgeleiteten Computermodelle nicht realistisch und entsprechen nicht den tatsächlichen Naturprozessen.

CN: Der Weltklimarat IPPC und andere Institute behaupten aber, CO2, vor allem das vom Menschen erzeugte, bringe den von Natur aus gegebenen Klimawandel aus dem Takt, weil es wie das Glasdach eines Gewächshauses die Atmosphäre künstlich aufheize.

Puls: Zunächst einmal: Dank der oben erwähnten Rückkoppelungen hat es in Jahrmillionen Klimaschwankungen gegeben, die weit über die heutige Größenordnung hinaus gehen, so auch in jüngerer Zeit. In der Römerzeit gab es Weinanbau in England, in der mittelalterlichen Warmzeit lebten die Wikinger auf Grönland. Jedoch - anthropogenes, also vom Menschen erzeugtes CO2 gab es in den früheren Warmphasen nicht. Außerdem weiß man inzwischen aus den Eisbohrkernen, dass nach den Eiszeiten zunächst die Temperatur und erst 500 bis 1500 Jahre später die natürliche CO2-Konzentration in der Luft anstieg.

CN: Aber das CO2 ist weiterhin doch der Bösewicht, der für den angeblich das Klima verändernden sogenannten Treibhauseffekt verantwortlich gemacht wird?

Puls: Wahrscheinlich zu Unrecht. Denn bisher ist dieser Effekt nicht bewiesen, zumal die mit dem Etikett "Treibhausgas" verteufelten Gase nicht wie das Glasdach eines Gewächshauses wirken können, weil die Atmosphäre nach oben offen ist. Vielmehr sind sich alle Physiker einig, dass eine Verdoppelung von CO2, bezogen auf den vor-industriellen Konzentrations-Wert (1850: 280 ppm; heute 380) lediglich einige Zehntel, maximal 0,7 Grad Celsius Temperaturerhöhung bewirken kann, nach neuesten NASA-Berechnungen nur 0,5°C. Im übrigen sind wir von diesem Verdoppelungs-Wert 560 ppm meilenweit entfernt.

CN: Wieso sprechen dann Klima-Experten von zwei bis sechs Grad in 100 Jahren?

Puls: Um ihre Erwärmungs-Vorhersage zu rechfertigen, bedienen sich die IPPC-Institute eines Zauberstabes, der sogenannten Wasserdampfverstärkung. Wasserdampf ist ja der Hauptabsorber für Infrarot-, also Wärmestrahlung. Demnach soll nun der durch Verdunstung infolge von CO2-Erwärmung zusätzlich erzeugte Wasserdampf die eigentliche Klima-Hitze-Katastrophe auslösen. Das ist eine durch nichts bewiesene Hypothese. Aber die Meteorologen wissen, dass die Wasserverdunstung über den Ozeanen von ganz anderen Faktoren abhängt wie z.B. Wind, Stürmen, Bewölkung, Meeresströmung, Einstrahlung, Wassertemperaturen und -durchmischung. Die Natur macht übrigens derzeit das Gegenteil dessen, was die steigende Erwärmung prognostizierenden Modelle rechnen. So wird es selbst nach den Temperatur-Kurven der IPCC-Klima-Institute (!) vom Gesamttrend her seit zehn Jahren kühler, obwohl die CO2-Kurve beschleunigt ansteigt. Das Temperatursignal hat sich also von der CO2-Entwicklung abgekoppelt. Das wird von den Medien und Politikern nicht zur Kenntnis genommen!

CN: Aber die offizielle Klimapolitik geht nach wie vor davon aus, dass die Erde nicht mehr zu retten sei, wenn wir nicht radikal unsere Treibhausgasemissionen kappen. Sie verläßt sich dabei auf den Weltklimabericht des IPCC von 2007, wonach die globalen Temperaturen immer schneller und mit ihnen der Meeresspiegel und die Anzahl der Naturkatastrophen ansteigen.

Puls: Dem inzwischen eingefahrenen und gegenteilige Meinungen und Fakten unberücksichtigt lassenden Klimakurs insbesondere der europäischen Regierungen muss meines Erachtens entgegengetreten werden, weil offiziell verkündete Behauptungen zum Wetter nicht der Realität entsprechen. Es gibt nämlich keine Signale für eine Klimakatastrophe.

CN: Und wie begründen Sie das?

Puls: Die Global-Temperatur sinkt im Trend seit 1998. Seit 125 Jahren nimmt der Wind an Deutschen Küsten ab, die Zahl der Stürme und Sturmfluten zeigt keinen Trend, weniger schwere Tornados in den USA, keine Zunahme der Hurrikane. Seit 100 Jahren haben laut Deutschem Wetterdienst (DWD) die Niederschläge in Deutschland um zehn Prozent zugenommen. Der Januar 2008 ist global der kälteste Monat seit 1995. In Afghanistan erfroren rund 800 Menschen und 300.000 Tiere. In China mussten zwei Millionen Menschen zum Schutz vor dem Erfrieren evakuiert werden. In Kairo gab es Temperaturstürze bis unter zehn Grad Celsius, die Akropolis und Jerusalem lagen im Schnee.Laut amerikanisch-kanadischer Satellitenauswertungen gab es in diesem Winter (2007/08) auf der Nordhalbkugel die größte Schnee- und Eisbedeckung seit 1966. In der Arktis hat in diesem Winter die Eisfläche um zwei Millionen Quadratkilometer zugenommen, der Schmelzverlust der vergangenen Jahre ist damit nahezu ausgeglichen. Im antarktischen Sommer 2007/08 haben wir in der Antarktis die größte Menge an Pack-und Treibeis seit 1979 gehabt. Bekanntlich hat das Versorgungsschiff für den Bau von Neumayer III wochenlang dort festgelegen.

Und noch ein Wort gegen die Panikmache mit dem Meeresspiegel-Anstieg. Statt der laut Klima-Modellen parallel zur globalen Erwärmung errechneten Beschleunigung ab etwa 1850 ist eine Verlangsamung eingetreten: Von zehn Zentimetern in der ersten Hälfte auf sieben Zentimeter in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts. Der Meeresspiegel an der deutschen Nordseeküste ist seit 400 Jahren nicht mehr so langsam gestiegen wie im 20. Jahrhundert.

CN: Und warum war in Deutschland das Wetter des vergangenen Winters "zu mild, zu warm für diese Jahreszeit" ?

Puls: Die Atmosphäre arbeitet beim Wetter in Wellen. In den "Wellen-Tälern", den sogenannten Trögen, wird polare Kaltluft in die gemäßigten Breiten transportiert. In den "Wellen-Bergen", den Hochkeilen, kommt subtropische Warmluft nach Norden. So erreichte im vergangenen Winter extreme Kälte z.B. China, Afghanistan, den Balkan, Kanada, USA..., wogegen wir in Europa bis hin nach Skandinavien von der warmen Gegenbewegung der Luftströmungen profitierten.

Das oben stehende Interview mit dem Dipl.-Met. Klaus-Eckart Puls wurde von Hagen Haastert geführt, freier Journalist in Bad Bederkesa, und in den Cuxhavener Nachrichten am 24. April 2008 (S.21) veröffentlicht. Mit freundlicher Genehmigung!

Meteorologie Wettergeschehen

2008-05-10T22:19:00.022+01:00

Omega bringt uns den Sommer, oder:
warum wir Pfingsten 2008 so schönes Wetter haben

Seit einigen Tagen scheint bei uns in Deutschland ununterbrochen die Sonne. Der Himmel ist beinahe wolkenfrei. In den Eiscafés und Freibädern herrscht Hochbetrieb. Kurz gesagt: Der Sommer ist da! Dafür ist eine Wetterlage verantwortlich, die nach dem Griechischen Buchstaben Omega benannt ist. Wie diese Omega-Wetterlage zustande kommt und ob wir sie in Zukunft öfter zu erwarten haben, soll nun näher untersucht werden.

Hoch- und Tiefdruckgebiete, Polarfront und Westwindzone
An der Polarfront, wo tropische Warmluft und polare Kaltluft aufeinander treffen, entstehen durch strömungsdynamische Prozesse Hoch- und Tiefdruckgebiete:

Warme Luft dehnt sich mehr in die Höhe aus als kalte Luft, so daß der Luftdruck mit zunehmender Höhe vergleichsweise langsamer abnimmt. Auf der Warmluftseite der Polarfront, über den Tropen, bildet sich demzufolge ein Höhenhoch und auf der Kaltluftseite, über der Polarregion ein Höhentief. Am Boden ist der Luftdruck auf beiden Seiten zunächst noch gleich, denn das Gewicht der beiden Luftmassen ist ja unabhängig von ihrer Ausdehnung in die Höhe. Zwischen dem Höhenhoch der Warmluft und dem Höhentief der Kaltluft wirkt eine Gradientenkraft und löst einen starken Höhenwind (Jetstream) in Richtung Kaltluftseite, also in Richtung Nordpol aus.

Gradientenkraft an der Polarfront Bild durch Anklicken vergrößerbar!

Die Erdrotation lenkt durch die Corioliskraft den Höhenwind aber nach Osten ab, wodurch sich eine Westwindzone (Westdrift) herausbildet, die sich bis zum Boden hin durchsetzt. Durch die Höhenströmung verliert die Warmluftseite an Masse. Der Luftdruck am Boden sinkt, und ein Bodentief entsteht. Die polare Kaltluft am Nordpol, die sich nur wenig in die Höhe ausdehnt, sondern vielmehr in Bodennähe sammelt, bildet ein bodennahes Kältehoch aus. Von diesem Kältehoch strömt die Kaltluft in Richtung Süden und wird ebenfalls durch die Erdrotation abgelenkt, diesmal aber nach Westen. Warm- und Kaltluft begegnen sich an der Polarfront, strömen aber wegen der Ablenkung durch die Erdrotation (Corioliskraft) in entgegen gesetzten Richtungen aneinander vorbei. Die Temperatur- und Druckgegensätze (Gradienten) sind nicht an allen Abschnitten der Polarfront überall genau gleich groß und damit auch nicht die Windgeschwindigkeiten innerhalb des Jetstreams der Westwindzone. Durch diese Unregelmäßigkeiten beginnt der Jetstream zu mäandern. Diese Schwingungen des Jetstreams nennt man Rossby-Wellen.

Ablenkung von bewegten Luftteilchen durch die Erdrotation (Corioliskraft):
Die Erde dreht sich um die eigene Achse (Erdrotation) und die Luftteilchen ihrer Atmosphäre drehen sich mit. Je weiter man nach Norden gelangt, umso langsamer bewegen sich die Luftteilchen in Drehrichtung, denn die Breitenkreise werden ja immer kleiner und somit der zurückzulegende Weg während einer Erdumdrehung immer kürzer. Wenn sich ein Luftteilchen beispielsweise vom Äquator nach Norden bewegt, bekommt es also eine höhere Geschwindigkeit in Drehrichtung der Erde mit, als sie die in den höheren Breitengraden befindlichen Luftteilchen haben. Deshalb eilt es diesen in Richtung der Erdrotation nach Osten voraus, wird also nach rechts abgelenkt. Bewegt sich ein Luftteilchen von Norden in Richtung Äquator, so bekommt es eine niedrigere Geschwindigkeit in Richtung der Erddrehung mit als die sich auf den niedrigeren Breitengraden jeweils schon befindlichen Luftteilchen, und es bleibt diesen gegenüber zurück. Das Luftteilchen wird nach Westen, also ebenfalls nach rechts abgelenkt. Bewegt sich ein Luftteilchen auf einem mittleren Breitenkreis nach Osten in Richtung der Erdrotation, so wird es schneller als die es umgebenden Luftteilchen und bewegt sich zu einem Breitenkreis, der der höheren Geschwindigkeit entspricht, wird also nach rechts in Richtung Süden abgelenkt. Ein Luftteilchen dagegen, das sich auf einem mittleren Breitenkreis nach Westen entgegen der Erdrotation bewegt, verliert gegenüber den Luftteilchen der Umgebung an Geschwindigkeit und sucht sich einen dementsprechenden Breitenkreis. Es wird in Richtung Norden, also ebenfalls nach rechts abgelenkt.
In der Abbildung stehen die blauen Pfeile für die Gradientenkraft (entlang eines Druckgefälles), die die Luftteilchen in Bewegung setzt. Die roten Pfeile stehen für die ablenkende Corioliskraft und die schwarzen Pfeile zeigen die resultierende Bewegung der Luftteilchen. Quelle: Wikipedia Bild durch Anklicken vergrößerbar!

Auf der Rückseite - die Westseite bei einer von West nach Ost gerichteten Höhenströmung - eines Wellentals des Jetstreams (Höhentrog) wird die Luft beschleunigt, denn die Luftteilchen erfahren neben der Gradientenkraft, die vom Höhenhoch zum Höhentief weist, eine Zentrifugalkraft in genau die entgegengesetzte Richtung. Der Höhenströmung wird langsamer und durch die mit noch größerer Geschwindigkeit nachfolgende Luft gibt es einen Luftstau (Konvergenz). Die Luftsäule in diesem Bereich gewinnt an Masse, so daß der Bodenluftdruck steigt. Die Luft weicht ringsherum nach außen aus (Divergenz in Boden) und es bildet sich ein abwärts gerichteter Hochdruckwirbel. Auf diese Weise entstehen die dynamischen Hochdruckgebiete (Anticyclonen). Da die Luft in einem solchen Hochdruckgebiet nach unten sinkt und sich dabei erwärmt lösen sich vorhandene Wolken auf.
Wenn der Erdboden nachts stark auskühlt, werden auch die bodennahen Luftschichten dementsprechend kalt und halten so die absinkende warme Luft auf. Das nennt man Absinkinversion. Enthält die bodennahe Luft genug Feuchtigkeit, so entstehen Bodennebel. Dort wo es besonders kalt wird, kann es stellenweise zu Bodenfrost kommen. Wenn die Nebeltröpfchen bei Bodenkontakt gefrieren besteht Glatteisgefahr. Im Laufe des Tages erwärmt die Sonne den Erdboden und dieser wiederum die Luftschichten darüber. Bodennebel, soweit vorhanden, lösen sich auf. Die vom Boden erwärmte Luft steigt auf, trifft aber bald auf die noch wärmeren absinkenden Luftmassen des Hochdruckgebietes, die sich wie eine Sperrschicht verhalten und den weiteren Aufstieg der Luft von unten verhindern (stabile Luftschichtung). Bei ausreichender Luftfeuchtigkeit bildet sich unterhalb der Sperrschicht eine Schichtbewölkung (Hochnebel, Stratus, Stratocumulus) aus.

Polarfront-Jetstream mit Rossby-Wellen, dynamischen Hoch- und Tiefdruckgebieten
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Auf der Vorderseite eines Troges - die Ostseite bei einer von West nach Ost gerichteten Höhenströmung - nimmt die Geschwindigkeit der Höhenströmung wieder zu, da die abbremsende Zentrifugalkraft wegfällt. Die mit einer noch geringeren Geschwindigkeit nachfolgende Luft kommt nicht mit, die Luftsäule in diesem Bereich verliert an Masse (Divergenz) und der Bodenluftdruck fällt. Die Luft strömt von ringsherum herbei und es bildet sich ein aufwärts gerichteter Tiefdruckwirbel. Auf diese Weise entstehen die dynamischen Tiefdruckgebiete (Cyclonen).

Durch die von ihrem Tiefdruckzentrum ausgehende Drehbewegung stößt warme Luft nach Norden gegen die Kaltluft vor (Warmfront), und im Gegenzug stößt kalte Luft nach Süden gegen die Warmluft (Kaltfront) vor. An der Warmfront, wo die warme Luft langsam über die kältere Luft nach oben gleitet, bilden sich Schichtwolken, und es fängt häufig über längere Zeit an zu regnen (Landregen). In größeren Höhen, wo es kälter ist, bilden sich Eiswolken (Cirrus). Die Kaltfront und die dahinter befindliche Kaltluft bewegen sich wesentlich schneller als die vorauseilende Warmluft, die wegen ihrer Aufstiegstendenz eine schwächer ausgeprägte Vorwärtsbewegung hat. Die Warmluft wird so nach und nach von der herannahenden Kaltluft durchdrungen, erfährt dabei, da sie leichter ist, einen starken Auftrieb (labile Luftschichtung), und es bildet sich eine ausgeprägte Quellbewölkung. Bei kräftigen Winden kommt es zu sehr heftigen Regenschauern, oft auch zu Gewittern mit Hagel. Der Warmluftsektor wird nach und nach zusammengeschoben. Warm- und Kaltfront vereinigen sich dabei zu einer Mischfront (Okklusion) bis der Warmluftsektor völlig verschwunden ist.Später löst sich das Tiefdruckgebiet dann ganz auf. Die durchschnittliche Lebensdauer dynamischer Tiefdruckgebiete liegt nur bei knapp einer Woche. An den Kaltfronten älterer Tiefdruckgebiete können wiederum kleine Wellenstörungen auftreten und die Bildung weiterer dynamischer Tiefdruckgebiete (Randtiefs, Tochtertiefs) auslösen.

Entwicklung und Aufbau eines dynamischen Tiefdruckgebietes nach Vilhelm Bjerknes (1862-1951), der die Polarfronttheorie entwickelte. Bilder durch Anklicken vergrößerbar!

Auch bei einem Wellenberg des Jetstreams (Hochkeil, Rücken) entstehen dynamische Hoch- und Tiefdruckgebiete, Da die Zentrifugalkraft hier aber in gleicher Richtung wie die Gradientenkraft wirkt, ist alles genau umgekehrt wie bei einem Trog. Auf der Rückseite entsteht durch Divergenz ein dynamisches Tief- und auf der Vorderseite durch Konvergenz ein dynamisches Hochdruckgebiet.

Blockierende Hochs, Kaltlufttropfen und die Omega-Wetterlage
Wenn das Temperaturgefälle an der Polarfront zu gering wird, entstehen blockierende Hochdruckgebiete und stationäre Tiefdruckgebiete (Höhentiefs, Kaltlufttropfen).
Die Strömungsgeschwindigkeit im Jetstream geht dann so sehr zurück, und die Schwingungen (Rossby-Wellen) innerhalb des Jetstreams werden so stark, daß die Höhenströmung schließlich ganz und gar zusammenbricht. Die dynamischen Hoch- und Tiefdruckgebiete in der Westwindzone werden dann quasi "eingefroren". Die eingefrorenen Hochdruckgebiete blockieren die Tiefdruckgebiete („blocking action“), die sich daraufhin von der Westwindzone trennen („cut off“). Polwärts bildet sich eine neue Westwindzone ohne Rossby-Wellen aus, mit demzufolge hoher Strömungsgeschwindigkeit. Da so kein Temperaturausgleich stattfinden kann, werden die Temperaturgegensätze zwischen tropischer Warmluft und polarer Kaltluft immer größer, bis sich durch Instabilitäten wieder Rossby-Wellen bilden und damit auch wieder neue dynamische Hoch- und Tiefdruckgebiete entstehen können. Da die von der Westwindzone losgelösten Tiefs ursprünglich auf der Kaltluftseite der Polarfront entstanden sind, handelt es sich bei ihnen um Bereiche kalter Luft, die von der wärmeren Umgebungsluft der Warmluftseite völlig eingeschlossen sind. Aus diesem Grunde werden sie auch Kaltlufttropfen genannt. Als kalte Höhentiefs über relativ warmer Luft - eine labile Luftschichtung also - „saugen“ sie die Luft nach oben. Diese kühlt dabei ab, und es entwickeln sich viele Quellwolken (Cumulus, Cumulunimbus). Heftige Niederschläge (Regen, Schnee) und auch Gewitter (Hagel) sind dann die Folge.

Entstehung von stationären Tiefdruckgebieten (Höhentiefs, Kaltlufttropfen). Hier hat sich eine Omega Wetterlage eingestellt. Drei Druckgebilde, ein Hoch und zwei benachbarte Tiefs bilden eine Struktur die dem griechischen Buchstaben Omega (Ω) ähnelt.
Quelle: Wikiservice.at Bild durch Anklicken vergrößerbar!

Wenn sich nun im Laufe einer „blocking action“ ein Dreifachdruckgebilde herausbildet, welches aus einem blockierendem Hoch (Hochkeil) und zwei flankierenden Tiefdruckgebieten (Höhentröge) besteht, so stellt sich eine besonders stabile Wetterlage ein, die im Einflussbereich des blockierenden Hochs für anhaltendes Schönwetter sorgt. Genau das ist in den letzten Tagen vor Pfingsten passiert, wie die nun folgende Höhenkarte eindrucksvoll belegt.

Wetterlage 8.Mai 18:00 Uhr UTC Quelle: http://www.wetter3.de/
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Sie zeigt die 500 hPa-Fläche und die dort herrschenden Temperaturen. Die 500 hPa-Fläche wird durch die schwarzen Linien sichtbar und aus der Höhe bestimmt, in der der Luftdruck auf 500 hPa gesunken ist (Höhenangaben in Dekametern!).Warme Luft dehnt sich nun aber nach oben hin mehr aus als kalte Luft, so daß der Luftdruck auch erst in entsprechend größerer Höhe auf 500 hPa abgesunken ist. Die 500 hPa-Fläche bildet also eine Art "Landschaft" mit "Bergen" und "Tälern". Die Farben zeigen die Temperaturen (von violett, über blau, grün, gelb nach rot zunehmend) auf der 500 hPa-Fläche und die weißen Linien mit den Zahlen einzelne Temperaturwerte. Linien die Orte miteinander verbinden, wo jeweils der in der gleichen Höhe liegen, nennt man Isohypsen. Die schwarzen Linien der 500 hPa-Fläche sind demzufolge 500 hPa-Isohypsen. Diese lassen wiederum den Verlauf der Höhenströmung der Westwindzone gut erkennen.

Auch auf der Meteosat-Aufnahme, im sichtbaren Bereich fotografiert, zeichnet sich die Omega-Struktur des Druckgebildes aus Hochkeil und zwei flankierenden Höhentrögen sehr schön ab.

Wetterlage 8.Mai 17:00 Uhr UTC Quelle: http://www.metoffice.gov.uk/
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Über der Iberischen Halbinsel und über dem westlichen Nordafrika verursacht ein Höhentief (Kaltlufttropfen) im Höhentrog westlich des Hochkeils heftige Niederschläge und Gewitter. Die Kaltfront eines weiteren, vom Hochdruckgebiet über Mitteleuropa blockierten Tiefdruckgebietes mit Zentrum südlich von Island, erstreckt sich von Nordwesten nach Südosten über Irland bis nach Frankreich und sorgt ebenfalls für starke Regenfälle.
Das zeigt sehr schön die folgende Karte mit den Niederschlagsstärken und den Niederschlagsformen der letzten 6 Stunden vor 18:00 Uhr UTC (Blau = Regen und Eisregen, Rosa = Schnee und Graupel). Auch die Isobaren des Bodenluftdrucks sind eingezeichnet (grün). Isobaren sind Linien die Orte mit gleichem Luftdruck untereinander verbinden.

Wetterlage 8.Mai 18:00 Uhr UTC Quelle: http://www.wetter3.de/
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Die Omega-Wetterlage bleibt auch während der folgenden Tage stabil ...

Wetterlage 9.Mai 18:00 Uhr UTC
Die Infrarotaufnahme (IR) des europäischen Wettersatelliten Meteosat bildet die unsichtbare Wärmestrahlung ab, die vom Land, den Wasserflächen und den Wolken ausgeht. Warme Objekte erscheinen dunkel, kalte Objekte dagegen hell. Aus den Helligkeiten der Objekte ist somit ein direkter Rückschluss auf deren Temperatur möglich. Infrarotbilder gelingen auch in der Dunkelheit der Nacht, denn im Gegensatz zum sichtbaren Licht ist die Wärmestrahlung immer da. Quellwolken (Cumulus), die sich bis in große Höhen auftürmen wie ganz besonders die Gewitterwolken (Cumulunimbus), sind wegen der mit der Höhe abnehmenden Lufttemperatur an ihrer Oberseite relativ kalt und erscheinen daher hell. Dasselbe gilt für die nur in großer Höhe entstehenden Eiswolken (Cirrus). Wolken in niedrigen Höhen sind dagegen schon fast genauso warm, wie die Erdoberfläche darunter und erscheinen somit ähnlich dunkel. Quelle: http://www.metoffice.gov.uk/ Bild durch Anklicken vergrößerbar!

Wetterlagen am 9.Mai und am 10.Mai 2008 jeweils um 18:00 Uhr UTC
Quelle: http://www.wetter3.de/ Bilder durch Anklicken vergrößerbar!

Der „Cut-Off“-Prozeß setzt sich weiter fort und auch über der Türkei kommt es jetzt durch ein Höhentief (Kaltlufttropfen) zu heftigen Unwettern. Das Höhentief über der Iberischen Halbinsel hat sich inzwischen sogar vollkommen verselbstständigt und den Höhentrog verlassen.

Wetterlage 10.Mai 18:00 Uhr UTC Quelle: http://www.wetter3.de/
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Omega-Wetterlage und Klimawandel
Durch die globale Erwärmung, insbesondere die Zunahme der Temperaturen auf der Nordhalbkugel sind Omega-Wetterlagen immer häufiger zu erwarten. Das hängt einerseits mit einer Verlagerung der Polarfront in Richtung Nordpol zusammen, wodurch Mitteleuropa häufiger unter Hochdruckeinfluss gerät. Ursache für diese Verlagerung ist ein „Vordringen“ der tropischen Warmluft und ein „Rückzug“ der Kaltluft in die engere Polregion. Die im Verlauf der letzten Jahre überproportionale Erwärmung in der Arktis vermindert andererseits den Temperatur- und Druckgradienten an der Polarfront. Der Jetstream wird so im Durchschnitt langsamer. Die mit der Erwärmung einhergehende Eisschmelze in der Arktis schwächt darüber hinaus die thermohaline Zirkulation des Golfsstroms (genauer: der nordatlantische Arm wird schwächer, der subtropische Arm dagegen stärker). Normalerweise verstärkt das warme Golfstromwasser das Islandtief -es versorgt dieses mit "Treibstoff" in Form von latenter Wärme- und damit auch den Luftdruckgradienten zwischen Islandtief und Azorenhoch. Die beiden Druckgebilde "treiben" ihrerseits den Jetstream an und verstärken so die Polarfront durch vermehrtes "Einspeisen" von tropischer Warmluft und polarer Kaltluft.

Ein schwach ausgeprägter Golfstrom im Nordatlantik schwächt also ebenfalls die Polarfront und verlangsamt damit den Jetstream. Der langsamere Jetstream ändert über seine ganze Länge seinen "Schwingungszustand" und mäandert deutlich stärker, so daß blockierende Hochdrucklagen begünstigt werden. Omega-Wetterlagen werden damit ebenfalls wahrscheinlicher. Da aber die polare Kaltluft vom Jetstream nicht mehr so gut "eingeschlossen“ wird, kommt es im Winter zu gehäuften, massiven Kaltluftausbrüchen nach Süden (Kaltlufttröge und Kaltlufttropfen), wodurch es stellenweise sehr kalt wird und zu ergiebigen Schneefällen kommt. Das passiert nicht unbedingt zuerst in direkter Nachbarschaft des geschwächten Golfstroms, sondern dort wo die Kaltluft am besten vorankommt, also über relativ schnell auskühlenden (kontinentalen) Landmassen wie beispielsweise Zentralasien.

Ruhige Wellenbewegungen des Jetstreams (positive Phase der Arktischen Oszillation AO+) begünstigen milde, verregnete Sommer durch eine ausgeprägte Westdrift der Tiefdruckgebiete. Im Winter wird die polare Kaltluft gut eingeschlossen (links). Wenn der Jetstream stärker mäandert, werden hingegen blockierende Hochdrucklagen wahrscheinlicher, und die Sommer werden heiß und trocken. Im Winter kommt es immer wieder zu Kaltluftausbrüchen nach Süden (negative Phase der Arktischen Oszillation, rechts). Quelle: [http://www.washington.edu/] Bilder durch Anklicken vergrößerbar!

Jens Christian Heuer

Klimawandel

2008-04-15T00:05:00.003+01:00

Die Kreidezeit, die Dinosaurier und die Macht der Wolken

Zu Zeiten der Dinosaurier war es wesentlich wärmer als heute. Fast überall herrschte ein feuchtwarmes Klima. Die entscheidende Ursache war nicht eine Zunahme von Treibhausgasen in der Erdatmosphäre, sondern es waren dafür wahrscheinlich Veränderungen in der Wolkenbedeckung der Erde verantwortlich. Das haben die amerikanischenn Klimaforscher Lee Kump und David Pollard an der Penn State University herausgefunden.

Die Kreidezeit I
In der Kreidezeit, die vor 145 Millionen Jahren begann und vor 65 Millionen Jahren endete, erlebten die Dinosaurier ihre Blütezeit. In den Tropen erreichten die Durchschnittstemperaturen 38 ° C und am Nordpol immerhin noch 10 ° C. Immergrüne Nadelwälder (und z.T. auch Laubwälder) bedeckten die Polarregionen. Am Rande der Arktis, im heutigen Kanada wuchsen sogar Palmen. Im Winter fiel zwar gelegentlich auch einmal Schnee, aber Meereis konnte sich nicht bilden. Auch an Land wurde es in der Arktis spätestens im Frühling so warm, daß der Schnee komplett wegschmolz. Nur am Südpol, wo sich auch damals in der Kreidezeit schon die Antarktis befand, war es kalt genug, daß sich auf dem Festland noch Eis bilden konnte. Der Meeresspiegel war mindestens 4o m höher als heute!

Die Erde in der Kreidezeit. Quelle: http://jan.ucc.nau.edu/~rcb7/Late_Cret.jpg
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Zwar war die Konzentration des Treibhausgases Kohlendioxid (CO2) damals mindestens 4-mal so hoch wie heute, doch trotzdem reicht das nicht aus, um die enorme Erwärmung in der Kreidezeit mit Hilfe von Klimamodellen zu erklären. Der Treibhauseffekt des CO2 ist einfach zu gering.

Tyrannosaurus-Rex Paar (links) und verschiedene Sauropoden in einem immergrünen Nadelwald
Quelle: http://prehistoricsillustrated.com/paleogallery_gerhard_boeggemann.html
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Der Treibhauseffekt
Der Treibhauseffekt kommt dadurch zustande, daß der Erdboden die Strahlung der Sonne absorbiert, in Wärme umwandelt, die Atmosphäre von unten erwärmt, aber einiges von der Wärme auch wieder in den Weltraum abstrahlt (Infrarotstrahlung), wovon die Treibhausgase (Kohlendioxid, Wasserdampf, Methan, Lachgas) wiederum einen Anteil zurückhalten. Die Moleküle der Treibhausgase absorbieren bestimmte ausgewählte Wellenlängen der Infrarotstrahlung des Erdbodens und geben einen Großteil davon durch Stöße an die zahlreichen Nachbarmoleküle anderer Atmosphärengase (Stickstoff, Sauerstoff, Argon)ab. Die Atmosphäre erwärmt sich dabei ein wenig. Ein kleiner Teil gelangt jedoch als infrarote Gegenstrahlung - mit derselben Wellenlänge in der zuvor absorbiert wurde - wieder zurück zum Erdboden, der dadurch wieder etwas Wärme zurückbekommt und so langsamer auskühlt. Der Rest der aufgenommenen Wärme wird durch die Treibhausgase in den Weltraum abgestrahlt. Aufgrund der verzögerten Auskühlung erwärmt sich der Erdboden durch die Sonnenstrahlung auf höhere Temperaturen, als wenn es keine Treibhausgase gäbe. Die Erdoberfläche strahlt dann dem Temperaturanstieg entsprechend mehr Infrarotstrahlung - mit den zahlreichen Wellenlängen, die die Treibhausgase nicht absorbieren können (Infrarotfenster) - in den Weltraum ab, so daß sich ein Strahlungsgleichgewicht auf diesem höheren Temperaturniveau einstellt. Der durch den Treibhauseffekt erwärmte Erdboden gibt seine zusätzliche Wärme von unten an die unteren Luftschichten der Troposphäre weiter. Die Wirkungen der Treibhausgase addieren sich, können sich aber auch gegenseitig überproportional verstärken. Nimmt beispielsweise die Konzentration von Kohlendioxid (CO2) in der Luft zu, so wird es nur ein wenig wärmer. Die wärmere Luft kann jedoch mehr Feuchtigkeit aufnehmen (s.u.). Wasser (H2O) ist ein wesentlich stärkeres Treibhausgas als Kohlendioxid. Damit verstärkt das H2O in der Atmosphäre den relativ geringen Treibhauseffekt des CO2 (Wasserdampfverstärkung).

Die Wolken
Aber nicht alle bei der Erde eintreffenden Sonnenstrahlen gelangen bis zur Erdoberfläche und erwärmen sie, denn ein Teil der Strahlung wird von den hellen Wolken in den Weltraum zurückgeworfen (reflektiert), und auch die Erdoberfläche selbst reflektiert in Abhängigkeit von ihrer Beschaffenheit einen gewissen Anteil der Sonnenstrahlung (Albedoeffekt). Ist die Erdoberfläche beispielsweise vereist oder gar von Schnee bedeckt, oder gibt es viele Wolken, so hat die Erde ein hohes Albedo, und die Sonnenstrahlung wird zu einem großen Teil in den Weltraum reflektiert. Ein hohes Albedo wirkt also abkühlend. Ein weiterer eher kleiner Anteil der Sonnenstrahlen wird von der Atmosphäre direkt aufgenommen (absorbiert).

Wolken wirken nicht nur durch ihre hohe Albedo abkühlend, sondern haben auch einen Treibhauseffekt. Sie halten die Wärme sogar besser als alle Treibhausgase, denn sie absorbieren die Infrarotstrahlung in allen infraroten Wellenbereichen! Davon gelangt der eine Teil als infrarote Gegenstrahlung wieder zurück zum Erdboden, der andere wird direkt in den Weltraum abgestrahlt. Diese Abstrahlung in den Weltraum wird umso geringer, je größer die vertikale Ausdehnung der Wolken ist, denn in größeren Höhen ist die Wolkenoberseite deutlich kälter als die Unterseite. Die Infrarotabstrahlung der Wolkenoberseite in den Weltraum ist damit deutlich geringer als die infrarote Gegenstrahlung an der Wolkenunterseite.

Je nach Wolkenart überwiegt ihr abkühlender Effekt oder ihr Treibhauseffekt. Eiswolken (Cirrus) in großen Höhen lassen das Sonnenlicht größtenteils durch, absorbieren aber sehr gut die vom Erdboden kommende Infrarotstrahlung und wirken daher erwärmend. Wolken, die aus kleinen Wassertröpfchen bestehen (Cumulus, Stratus), sind sehr hell und reflektieren daher das meiste Sonnenlicht. Obwohl auch diese Wolken die Infrarotstrahlung vom Erdboden sehr gut absorbieren, überwiegt hier der abkühlende Effekt.

Quelle: Wikipedia
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Die Klimaforscher Lee Kump und David Pollard von der Penn State University (http://www.psu.edu/) machen nun eine geringere Wolkenbildung für die Erwärmung während der Kreidezeit verantwortlich. Wie kam es dazu?

Die Wolken und die Meeresalgen
Wolken bilden sich, wenn durch Wasserverdunstung feuchte Luft aufsteigt und abkühlt und schließlich das Kondensationsniveau erreicht wird. Warme Luft kann wesentlich mehr Wasser aufnehmen als kalte Luft. Der Grund: In der kalten Luft bewegen sich die Luftteilchen deutlich langsamer und stoßen weniger heftig untereinander und mit den Wassermolekülen zusammen. Daher können die Wassermoleküle leichter über ihre gegenseitigen elektrischen Anziehungskräfte miteinander Verbindung bekommen und zusammenfinden, d.h. das Wasser kann in kalter Luft leichter kondensieren. Das Kondensationsniveau ist die Höhe in der die Luft gerade kalt genug ist, daß der in ihr enthaltene Wasserdampf auskondensieren kann. Es bilden sich dann unendlich viele, mikroskopisch kleine Wassertropfen und es entsteht eine Wolke. Dabei wird Kondensationswärme frei, auch latente Wärme genannt. Sie entspricht der Energie, die nötig war, um das Wasser zu verdunsten und die nun bei dem umgekehrten Vorgang natürlich wieder freigesetzt wird. Wasser verdunstet nur, wenn genügend Energie vorhanden ist, um die Moleküle des flüssigen Wassers, die sich elektrisch stark anziehen, voneinander zu trennen, damit sie sich dann in der umgebenden Luft verlieren. Die bei der Wolkenbildung freigesetzte Kondensationswärme (latente Wärme) gibt der aufsteigenden Luft neuen Auftrieb, denn solange diese wärmer ist als die Umgebungsluft, kann sie weiter aufsteigen. Dabei kondensiert der noch vorhandene Wasserdampf weiter aus. Die bei der Wolkenbildung freiwerdende latente Wärme fördert also ihrerseits die Wolkenbildung.

Die Wolkenbildung funktioniert aber nur dann richtig, wenn kleine Partikel als Kondensationskeime vorhanden sind, an denen sich die Wassermoleküle anlagern können, wodurch viele kleine Wassertröpfchen entstehen können. Je meht Kondensationskeime vorhanden sind, umso kleiner sind die Wassertröpchen und umso heller wird die Wolke. Bei den Kondensationskeimen handelt es sich um Staub- , Rußteilchen und um Sulfataerosole. Letztere stammen heutzutage oft aus industriellen Abgasen, werden aber auch von Pflanzen, vor allem Meeresalgen in beachtlichem Umfang erzeugt.

Meeresalgen wachsen am besten bei Wassertemperaturen von unter 10 ° C, obwohl ihre biologische Aktivität eigentlich bei 25-30 °C am größten ist. Bei so hohen Wassertemperaturen bildet sich im Meer aber eine stabile Schichtung aus, denn das warme, zwischen 30 und 100m tiefe Oberflächenwasser dehnt sich aus und wird dadurch "leichter" als das kühlere Wasser darunter. Eine Durchmischung des Oberflächenwassers mit tieferen nährstoffreichen Wasserschichten findet dann nicht mehr statt. Die Meeresalgen können aber nur im oberflächennahen Wasser leben, da es nur hier hell genug für die Photosynthese ist. Bei einer stabilen Schichtung des Meereswassers gehen in diesem Lebensraum aber wegen der fehlenden Durchmischung bald die Nährstoffe aus, und die Meeresalgen müssen verhungern. Die klaren und warmen tropischen Meere sind also arm an Leben, sie sind sozusagen "nasse Wüsten". Nur in Küstennähe, etwa in der Nähe von Flußmündungen, wo Nährstoffe eingetragen werden, sieht es anders aus. Bei einer Wassertemperatur von unter 10 ° C ist eine ausreichende Durchmischung oberer und unterer Wasserschichten aber kein Problem, die Meeresalgen bekommen ausreichend Nährstoffe und gedeihen prächtig. Genau deshalb ist das Wasser in kalten Meeren so trübe.

Meeresalgen haben es schwer in ihrer salzhaltigen Umgebung, denn zuviel Salz ist ein Gift für sie. Schon ein Salzgehalt von 8% würde sie töten, und Meereswasser enthält bereits 6% ! Doch die Meeresalgen wissen sich zu helfen. Sie bilden DMSP (Dimethylsulfonpropionat), eine ionische Verbindung, dessen Molekül eine positive und eine negative Ladung enthält, die sich aber nach außen hin neutralisieren und so für die Algen nicht giftig ist. Die Meeresalgen halten ihren Salzgehalt niedrig, indem sie Salze durch DMSP ersetzen, welches den osmotischen Gradienten zwischen Meerwasser und Zellinnerem verringert. Sterben die Meeresalgen ab, so wird DMSP freigesetzt und durch Bakterien im Wasser abgebaut. Dabei entsteht das gasförmige DMS (Dimethylsulfid). DMS wird durch den Sauerstoff in der Luft zu Sulfaten oxidiert, die Wasser anziehen und dadurch wiederum als Kondensationskeime für die Wolkenbildung wirken. Diese zusätzlichen Wolken wirken abkühlend. Mit diesem Mechanismus können die Meeresalgen in begrenztem Ausmaß ihre Lebensbedingungen steuern. Steigen die Temperaturen des Oberflächenwassers, so vermehren sich die Meeresalgen entsprechend stärker. Da die Schichtung des Meereswassers bei ansteigenden Temperaturen stabiler wird, würden ihnen aber bald die Nährstoffe ausgehen. Mehr Meeresalgen setzen aber auch mehr Sulfataerosole frei und diese erleichtern ja die Wolkenbildung und sorgen außerdem auch noch für hellere Wolken. Dieses ist eine negative Rückkopplung, die für eine Abkühlung des Oberflächenwassers sorgt. Eine erleichterte Wolkenbildung begünstigt darüber hinaus auch die Entstehung von Tiefdruckwirbeln, wodurch die oberen und mittleren Wasserschichten durchmischt werden, was dann wiederum die Nährstoffzufuhr für die Meeresalgen verbessert.

Der Einfluss von Meeresalgen (Phytoplankton)auf die Wolkenbildung.
Quelle: http://www.icm.csic.es/bio/projects/basics/Project_objectives/Fig2.jpg
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Ein ähnlicher Mechanismus wie bei den Meeresalgen existiert auch bei Landpflanzen. So setzten Bäume flüchtige, teilweise ungesättigte Kohlenwasserstoffe, die wohlriechenden Terpene frei. Diese chemischen Verbindungen verbreiten den angenehmen Duft des Waldes und reagieren bald mit dem Sauerstoff der Luft, um dann ebenfalls als Kondensationskeime für die Wolkenbildung zu wirken.

Die Kreidezeit II
In der Kreidezeit könnte nun folgendes passiert sein: Durch eine vermehrte Freisetzung der Treibhausgase Kohlendioxid (CO2) und Methan (CH4) durch verstärkten Vulkanismus und die Ausdehnung von Sumpflandschaften wurde es zunächst etwas wärmer. Nach einiger Zeit waren auch die Wassertemperaturen in den Meeren derart angestiegen, daß sich eine stabile Schichtung des Meereswassers herausbildete und das Wachstum der Meeresalgen deutlich zurück ging. Das wiederum reduzierte die Anzahl der Kondensationskeime in der Luft und damit auch die Wolkenbildung. Die Wolkenbedeckung sank von 64 auf nur noch 55% ! Die Wolken wurden darüber hinaus auch dunkler, da weniger Kondensationskeime auch zu größeren Wolkentröpfchen führten. Weniger Sonnenlicht wurde durch Wolken reflektiert und die Erwärmung der Erde verstärkte sich. Eine positive Rückkopplung kam in Gang, welche die anfangs nur leichte Erwärmung durch die vermehrten Treibhausgase enorm verstärkte! Die oben beschriebene negative Rückkopplung durch vermehrtes Algenwachstum und dadurch verbesserte Wolkenbildung konnte hier nicht greifen, weil der alles auslösende Anstieg der Wassertemperaturen dafür einfach zu hoch war. Eine stabile Schichtung des Meereswassers war nicht zu verhindern und somit starben die Meeresalgen größtenteils ab. Das warmfeuchte Klima gefiel den Dinosauriern außerordentlich gut. Einige Arten waren aber auch an die kühleren polnahen Regionen angepasst.

Die Hitzewelle im Eozän
Derselbe Mechanismus wie in der Kreidezeit verursachte auch im Eozän vor 55 Millionen Jahren, als sich die Säugetiere enorm entwickelten, eine drastische Erwärmung. Für 200000 Jahre stieg die globale Durchschnittstemperatur auf über 24 ° C (!) Das Eis an den Polen schmolz dahin, und der Meeresspiegel stieg um ca. 70 m ! Einen Unterschied zur Kreidezeit gab es aber. Das Treibhausgas Methan wurde nicht so sehr aus Sümpfen, sondern vor allem aus Methanhydraten am Meeresgrund freigesetzt. Bei Methanhydraten handelt es sich um Wassereis in das gasförmiges Methan eingeschossen ist. Es entsteht in der Kälte und unter hohem Druck durch methanproduzierende Mikroben unter Luftabschluß. Methanhydrate sind auch nur bei hohen Drücken und/oder niedrigen Temperaturen stabil. Durch eine Erwärmung des Meerwassers wurde ein Teil der Methanhydratvorkommen am Meeresgrund instabil.

Foraminiferen ("Lochträger"), Amöben mit einer Kalkschale aus der man Rückschlüsse auf die bei der Kalkbildung herrschende Wassertemperatur ziehen kann: Im Kalk der Foraminiferen-Schalen ist Sauerstoff (O2) aus dem Meer enthalten. Sauerstoff tritt in verschiedenen Isotopen auf, die sich bei gleicher Protonenanzahl nur in der Anzahl ihrer Neutronen im Atomkern unterscheiden und daher chemisch gleich sind. In der Natur kommt Sauerstoff überwiegend als Isotop O16 vor; ein kleiner Anteil liegt aber als O18 vor, welches etwas schwerer ist. Wird dem Meer durch Verdunstung Wasser entzogen, dann geht zuerst der leichtere Isotop O16 verloren. Das schwerere Isotop O18 reichert sich dadurch im Meereswasser an und wird von den Foraminiferen vermehrt in ihre Kalkschalen eingebaut. Je höher die Wassertemperaturen sind, umso größer ist dieser Effekt! Quellen: http://www.klima-aktiv.com/ und http://nisters.tirolkultur.at/ Bilder durch Anklicken vergrößerbar!

Fazit
Der relativ plötzliche Temperaturanstieg im Eozän wird immer wieder mit der heutigen globalen Erwärmung verglichen. Der positive Rückkopplungsmechanismus über die Wolken, der im Eozän und in der Kreidezeit den globalen Temperaturanstieg so drastisch ausfallen ließ, könnte natürlich auch heute bei zunehmender Erwärmung des Oberflächenwassers der Ozeane in absehbarer Zeit greifen.

Die globale Erwärmung wird also nicht nur durch den Treibhauseffekt des durch Verbrennungsprozesse in die Atmosphäre entlassenen Kohlendioxids und die davon ausgelöste Wasserdampfverstärkung angetrieben, sondern ganz besonders auch ausgehend von einem zurückgehendem Pflanzenwachstum durch eine verringerte Wolkenbildung und immer dunkler werdende Wolken !

Jens Christian Heuer

Quellen:
http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/320/5873/195
http://news.nationalgeographic.com/news/2008/04/080410-ancient-warming.html http://www.atmosphere.mpg.de/
Spektrum der Wissenschaft: Dossier Klimawandel und Dossier Treibhaus Erde
Wikipedia (Stichworte Gaia-Hypothese, CLAW-Hypothesis, Kreidezeit und Eozän)

Klimawandel Sonne

2008-04-08T11:50:00.011+01:00

Die unruhige Sonne - Klima-Macher Nummer Eins !

Historisches

Unser Sonnensystem - bestehend aus Sonne, Planeten, deren Monden, Asteroiden, "Trümmern", Gas, Staub ... - entstand vor rund 4,5 Milliarden Jahren aus einer rotierenden Gas-Staub-Scheibe, einer sogenannten "Akkretions-Scheibe".
Unsere Sonne ist ein Stern wie Milliarden andere im Weltraum auch. Die Menschheit hat mit der Entwicklung ihres Verstandes ("Bewußtseins") frühzeitig begriffen, daß alles Leben auf der Erde von der Sonnen-Wärme abhängt. Was Wunder, daß in fast allen antiken Kulturen die Sonne der "höchste Gott" war.
Die Sonne galt als kultisches Ideal einer himmlischen Erscheinung und war "makellos". Was für ein "Schreck", als nach der Erfindung des Linsenfernrohrs (1608, Holland) mehrere Himmelsforscher zeitgleich in den Jahren 1610-1612 auf der Sonne dunkle Flecken entdeckten:
Der Engländer Thomas Harriot, der Ostfriese Johannes Fabricius, der Mathematik-Professor Christoph Scheiner in Ingolstadt und Galileo Galilei in Florenz. Insbesondere Galilei und Scheiner haben den Rest ihres Lebens erbittert darum gestritten, wer der "Erstentdecker" sei, und sich gegenseitig des Plagiats beschuldigt. Ein sinnloser und überflüssiger Streit, wie wir heute wissen, denn wahrscheinlich gelang die erste Flecken-Beobachtung schon weit vorher, zumindest den Chinesen schon einige Jahrzehnte v.Chr.!
Daß die Sonne nun "befleckt" sein sollte, veranlaßte die Katholische Inquisition dazu, Galilei 1615 der Ketzerei anzuklagen - zusätzlich zu seinem Eintreten für das heliozentrische Weltbild.

Die heiße Sonne
Warum war und ist die Sonne grell und heiß? Brannte dort ständig irgend etwas, zum Beispiel Kohle? Davon war man bis Anfang des 19. Jahrhunderts(!) überzeugt. Die Sonnenflecken wurden folglich als Schlacke oder Rauchfahnen gedeutet. Erst die moderne Chemie zeigte auf, daß eine aus Kohle und Sauerstoff bestehende Sonne schon nach wenigen Jahrtausenden ausgebrannt sein muß. Nach den physikalische Entdeckungen von Fraunhofer, Bunsen und Kirchhoff begriff man dann schon, daß die Sonne außen eine heiße Gaskugel ist, in der einzelne chemische Elemente spezifische Wellenlängen ("Fraunhofer'sche Linien") des Sonnen-Lichtes absorbieren.

Hermann von Helmholtz stellte dann 1884 die These auf, daß die Sonne ihre Energie durch kontinuierliche Kontraktion ("Wärme-Zunahme durch Druck-Erhöhung") erzeuge. Jedoch - auch hier ergab sich bald ein rechnerischer Widerspruch zwischen theoretischer Kontraktions-Dauer und Erdzeitalter.

Nachdem 1938 Hans Bethe und Carl-Friedrich von Weizäcker die Kernfusion von Wasserstoffkernen und die dabei gewaltige Energie-Freisetzung entdeckt hatten, übertrug man diese Erkenntnis rasch auch auf die Sonne: Dort verschmelzen in einem komplizierten Prozeß mit vielen Zwischenschritten vier Wasserstoff-Atome zu einem Helium-Atom. Das heizt die innere Sonne auf Millionen Grad auf, und noch an der Oberfläche sind es rund 5.500°C. Dabei wird pro Sekunde eine Leistung von 4x1026 Watt erbracht, womit man Europa vier Millionen Jahre mit Energie versorgen könnte. Aber leider - wir beherschen diese Technik der Sonne auf der Erde noch nicht. Immerhin - die Physiker arbeiten intensiv daran, z.B. mit den Projekten JET, TOKAMAK, ITER (è web). Es wäre die Lösung all unserer Energie-Probleme und der "menschgemachten Klima-Ängste" zugleich - weder Radioaktivität noch CO2 werden freigesetzt!

Die unruhige Sonne
Der "Fusions-Reaktor" Sonne arbeitet sehr ungleichmäßig. Die Sonnen-Oberfläche verändert sich ständig, sowohl in der variablen Zahl der Flecken, als auch durch allerlei Explosionen und Eruptionen - die sgn. Fackeln, Flares, Protuberanzen, Filamente...

Im Mantel der Sonne laufen ständig vertikale (konvektive) und horizontale (advektive) Transport-Prozesse ab (siehe Abbildung 2), deren Intensität sich infolge von Umpolungen, Bündelungen und Entbündelungen solarer Magnetfelder verändert.

Dabei entstehen auch die sgn "Sonnenflecken", sowie deren Veränderungen in Zahl, Größe und Kombination. Infolge der Magnetfeld-Änderungen wird in einigen Bereichen die Konvektion verlangsamt, beendet oder sogar umgekehrt ("Absinken"?). Nun fehlt an solchen Stellen der "Nachschub" an heißem Plasma, und die Oberfläche wird kühler - für das Auge entsteht ein "dunkler Fleck". Aufgrund der Strahlungs-Gesetze (Wien und Stefan-Boltzmann) erscheinen für das menschliche Auge wärmere Flächen heller und intensiver als kühlere. Der Kernbereich eines Sonnenflecks, die so genannte Umbra ("Kernschatten“) hat "nur" eine Temperatur von rund 4000 °C, der Randbereich (Penumbra, Hof, Halbschatten) eine solche von 5000-5500 °C..
Durch Aufzeichnungen seit Galilei, Scheiner et al. sowie aus sgn. "Proxi-Daten" wissen wir heute, daß es bei der Auf-und-Ab-Entwicklung der Sonnen-Flecken Perioden/Rhythmen gibt. Die bekannteste Periode ist - über die Jahrhunderte gemittelt - der rund 11-jährige "Schwabe-Zyklus" (genau: 11,04, im 20.Jh. 10,02, bei einer Streuung von 9-13 Jahren) ". Dieser wurde in der Schweiz von dem Apotheker S.H.Schwabe entdeckt (um 1840) und von dem Astronomen J.R.Wolf bearbeitet, zurück verfolgt und numeriert - beginnend mit "Nr.0" im Jahre 1749. Ein jeweils neuer Zyklus wird ab dem Flecken-Minimum gezählt, derzeit (Frühjahr 2008) beginnt der Zyklus Nr.24.

Länger-periodisch über den Schwabe-Zyklus übergreifend werden in der Literatur immer wieder zwei weiter Zyklen genannt:
Der 80-jährige Gleißberg-Zyklus[1] und der ca. 200jährige De-Vries-Zyklus[2]. Beide Zyklen sind jedoch nicht unumstritten (è Abb.3).

Dunkle Flecken - kühle Sonne ?
Frühzeitig war es eine naturwissenschaftlich logische Schlußfolgerung, daß sich mit den Flecken-Zyklen auch die Sonnen-Strahlung zur Erde hin verändern müsse. So war es naheliegend, daß die Meteorologen seit mehr als 150 Jahren versuchten, den 11-Jahres-Rhythmus im Witterungsverlauf wieder zu finden, um ihn dann für Prognosen zu nutzen. Aber leider - bis heute blieb das ohne überzeugenden Erfolg! Die Rückkoppelungen im gesamten Klima-System, wozu man Atmosphäre, Hydrosphäre(Meere), Kryosphäre(Eis), Lithosphäre(Gesteine+Erdboden) und Biosphäre rechnet, sind offensichtlich zu kompliziert - das innerhalb von 11 Jahren zu- und wieder abnehmende Sonnen-Signal verschwindet im "Rauschen".

Anders beim Klima: Veränderungen der Sonnenstrahlung über Jahrhunderttausende bis herunter zu Jahrhunderten finden sich in den sgn. Poxi-Daten der Meeres-Sedimente und Eisbohrkerne (siehe Abb.4).
Bis weit in das 20. Jh. hinein mußten die meisten Solarforscher aufgrund der Strahlungsgesetze (s.w.o.) davon ausgehen, daß bei hoher Fleckenzahl und damit insgesamt etwas dunklerer Sonnen-Oberfläche sich die Energie-Abstrahlung der Sonne vermindert, und damit auch der Energiefluß auf die Erde.
Das ergab allerdings keinen rechten Zusammenhang mit dem Erdklima. Eher im Gegenteil: In Phasen geringer Sonnenaktivität war es kühler, in Phasen hoher Fleckenzahl war es wärmer (vgl. Abbildungen 3 und 5).

Seit etwa 30 Jahren wissen wir warum, denn Satelliten messen u.a. auch die Strahlungs-Energie der Sonne oberhalb der Atmosphäre. Wenn die solare Aktivität und damit die Zahl der Sonnenflecken steigt, dann kommt auch mehr Strahlungs-Energie an der Obergrenze der Atmosphäre an, und umgekehrt (è Abb.6). Die verminderte Abstrahlung der Umbra wird offensichtlich überkompensiert durch erhöhte Strahlung der Penumbra und der anderen Bereiche während der allgemeinen Aktivitäts-Steigerung der Sonne ("Flecken-Maxima").

An der Obergrenze der Atmosphäre kommen im Mittel 1.367 W/m2 an (Festlegung WMO, Genf, 1982). Die Schwankungsbreite in der Klimageschichte der Erde durch die Überlagerungen (Milankovic'-Zyklen) der veränderlichen Erdbahn-Elemente betrugen/betragen[3] <> W/m2 .

Im Vergleich dazu sind die (heutigen) Schwankungen[4] innerhalb der Schwabe- und Gleißberg-Zyklen mit Variationen an der Erdoberfläche von ± 0.10 bzw. ± 0,24-0,30 % entsprechend 0,15 bzw. 0,50-0,75 W/m2 gering, aber trotzdem Klima-wirksam (s.w.u.).

Dazu U.Cubasch4: "Die Sonnenstrahlungsvariationen des 80-jährigen Gleissberg-Zyklus führen zu einer Variabilität der an der Erdoberfläche absorbierten Sonneneinstrahlung von 0,50 bis 0,75 Watt/m². Diese Zahl muss man im Vergleich zu der Abschätzung des Strahlungsantriebs durch das Anwachsen der anthropogenen Treibhausgase von der vorindustriellen Zeit (1850) bis heute sehen - der ungefähr 2,4 Watt/m² ausmacht."

Die hoch-aktive Sonne
Zwischen den Vertretern der anthropogenen Treibhaus-Effekt-These ("CO2-Debatte") auf der einen und den sgn. "Skeptiker" auf der anderen Seite wird nun seit Jahrzehnten darüber diskutiert und gestritten, welche Anteile CO2 bzw. die Sonne an der globalen Temperaturerhöhung von etwa 0,7°C während der vergangenen 150 Jahre haben.
Dabei ist zunächst unstrittig, daß die Sonnen-Aktivität in der ersten Hälfte des 20. Jh. erheblich angestiegen ist, um rund 1 W/m2 , und dann in der 2. Hälfte des 20. Jh. auf hohem Niveau verblieb (siehe Abbildungen 3 + 6). Nach neueren Untersuchungen[5] ist das Sonnenaktivitätsmaximum der letzten Jahrzehnte sogar das ausgeprägteste seit mindestens 11.400 Jahren.

Im Vergleich zu den o.a. 1 W/m2 Energie-Zunahme: Die Klima-Modelle (IPCC-Basis) rechnen mit einem athropogenen Treibhaus-Effekt (Abk. THE, engl. AGW) von etwa 2 W/m2 )[6].
Die Energie-Mengen liegen also in gleicher Größenordnung!

F a z i t : Die sich verändernde Sonnenstrahlung ist ein hochwirksamer Klimafaktor !

Dabei ändert sich die an der Obergrenze der Atmosphäre und letztlich dann an der Erdoberfläche ankommende Sonnenstrahlung sowohl durch die langzeit-periodischen Veränderungen der Erdbahn-Elemente (Milankovi'c-Zyklen) als auch die kurzzeit-periodischen Sonnenflecken-Zyklen (11er, 80er, 200er - Perioden).

Seit ca. 10 Jahren wird ein weiterer Effekt diskutiert, den die Dänischen Forscher Friis-Christensen und Svensmarck[7] wie folgt begründen:
Bekanntlich bewirkt bei erhöhter Sonnenaktivität die direkt in die Atmosphäre und z.T. bis zum Boden vordringende kurzwellige elektromagnetische Energie-Strahlung der Sonne eine zusätzliche Erwärmung. Dieser direkte Erwärmungs-Effekt wird begleitet/verstärkt durch einen indirekten Effekt: Zunehmende Sonnenstrahlung (elektro-magnetisch und Partikeln) verstärkt das abschirmende Magnetfeld der Erde, vermindert folglich das Eindringen der kosmischen Partikeln-Strahlung in die Atmosphäre, vermindert in der Folge auch die Entstehung von Kondensationskernen für Wolken, mindert damit die globale Bewölkung. Das führt letztlich ebenfalls zu einer Erwärmung am Boden und in der Troposphäre.

Dazu sagt der Klimaforscher Ulrich Cubasch [4]:
"Ein heftig diskutiertes Problem stellt der Einfluss von interstellaren Teilchenströmen dar, die von der Sonnenaktivität abhängen . Einige Veröffentlichungen zeigen, dass diese Teilchenströme auf die Bewölkung wirken könnten und damit das Klima beträchtlich – mit etwa 1,5 Watt/m2 – beeinflussen. Andere Publikationen stellen diese Hypothese in Frage, denn der dahinter vermutete physikalische Mechanismus konnte bisher nicht nachgewiesen werden... Der Teilcheneffekt wird zurzeit nicht in Modellen berücksichtigt, da dafür noch keine gesicherte wissenschaftliche Grundlage besteht. Es gibt jedoch Pläne, diese Hypothese bei CERN im Strahlenlabor zu überprüfen (Projekt CLOUD -http://xxx.lanl.gov/abs/physics/0104048)."

In der Debatte über die Klima-Wirksamkeit von Sonne und CO2 gibt es zwei wesentliche Diskrepanzen:
1.) Die Global-Temperatur ist zwischen 1970 und 1998 weiter angestiegen ist, ohne daß es in dieser Zeit einen über die 11-Jahres-Zyklen hinaus gehenden signifikanten Trend der Sonnen-Einstrahlung gegeben hat.
2.) Nach 1998 ist der atmosphärische CO2-Gehalt weiter angestiegen, ohne daß die Temperatur dem weiter gefolgt ist (è Abb.7); das Temperatur-Signal hat sich abgekoppelt. Nach 1998 - also seit 10 Jahren - hat es keinen weiteren Temperaturanstieg mehr gegeben, sondern der Trend hat sich insgesamt umgekehrt. Gerät die anthropogene Treibhaus-Hypothese ins Wanken ?

Die Kontroverse
Gestritten wird folglich über den Anteil, den neuzeitliche Veränderungen der Solar(un)konstanten und ggf. verzögerte Rückkoppelungen (steiler Anstieg der Solaraktivität bis 1960) im Klima-System auf die derzeitige Erwärmung haben. Dazu gibt es in der wissenschaftlichen Literatur sehr gegensätzliche Meinungen :
IPCC (2007) sagt dazu: "Änderungen in der Sonnenaktivität seit 1750 bringen, so wird geschätzt (!??), einen Strahlungsantrieb von 0,12 W/m2. Dies ist deutlich geringer gegenüber dem 2001-Bericht von ursprünglich 0,3 W/m2."
Dagegen[8]: "Seit dem vorherigen Bericht der UN schlagen Solarphysiker in ihren veröffentlichten Berichten vor, daß die Sonne einen viel größeren Einfluss gehabt haben könnte, als oben verkündet. Diese könnte mehr als zwei Drittel der beobachteten Erwärmung verursacht haben. Man erwartet auch, daß sich die Sonnenaktivität in den nächsten 50 Jahren verringern wird."

Eine Literatur-Übersicht[9] kommt zu dem Ergebnis: "Zusammenfassend ist festzuhalten, daß die Sonne einen erheblichen Einfluß auf unser Klima hat. Für das 20. Jahrhundert geht das IPCC (2001) von einem Anteil an der globalen Erwärmung von ca. 20% aus; Clausen (2003) nimmt einen Anteil von 25 bis max. 40% an." Und weiter a.a.O. (S.40): daß "...die Solarstrahlung in den vergangenen 60 Jahren ... auf hohem Niveau mehr oder minder konstant geblieben ist..."
Es gibt aber offensichtlich auch andere Meßergebnisse[10]: "Das koronale Magnetfeld der Sonne hat im vergangenen Jahrhundert um den Faktor 2.3, und seit 1964 um den Faktor 1.4 zugenommen – im Gegensatz zu Rahmstorfs Behauptung, es hätte in den letzen 60 Jahren nicht zugenommen. Effekte des solaren Magnetfeldes haben die IPCC-Szenarien bisher außer Acht gelassen."

Eine 2007 erschienene Studie[11] geht noch weiter: "Die gesteigerte solare Aktivität in den letzten 150 Jahren vermag zwei Drittel des globalen Temperaturverhaltens seit 1850 zu erklären. Dieser dominante solare Einfluss auf die globale Erwärmung der letzten 150 Jahre ist durch eine statistische Wahrscheinlichkeit von 99% abgesichert".

Ganz grundsätzlich heißt es in einer astronomischen Übersicht[12] zur Sonnen-Aktivität: "Es werden jedoch auch kurzzeitigere Klimaveränderungen durch die Sonne ausgelöst", und weiter a.a.O. "Es wäre daher kein Fehler, der leicht variablen Sonne etwas mehr Raum in den Klimamodellen einzuräumen".

Aus alledem folgt, daß ein erheblicher Anteil der beobachteten globalen Erwärmung solare Ursachen hat.

Sind die derzeit "gehandelten" Zahlen schon "das letzte Wort", oder kommt CO2 bei weiteren Untersuchungen noch mehr runter von der "Anklage-Bank" ?

Neue "Kleine Eiszeit" ?
Jedenfalls - seit einigen Monaten haben die Sonnen-Forscher Spannendes zu berichten. Nach den Ergebnissen der Zyklen-Forschung müßte etwa seit der Jahreswende 2007/2008 der Schwabe-Zyklus Nr.24 beginnen, etwa auf dem Flecken- und Energie-Niveau der 3-4 letzten Zyklen (è Abb.3), um dann etwa ab 2018 von einem deutlich schwächeren Zyklus im Rahmen des 200-jährigen De-Vries-Zyklus" (s.w.o.) abgelöst zu werden.
Für die Prognosen dieser Art haben Sonnen-Forscher aufgrund neuer Erkenntnisse ein verbessertes Verfahren entwickelt[13]. Damit ist es möglich, z.B. den nächsten und übernächsten Zyklus abzuschätzen, wie es die Abb.8 zeigt.

Jedoch[14] - dieser 24. Zyklus "will nicht anspringen", die Sonne ist derzeit (11.03.08)[15] fleckenfrei. Damit ergeben sich Anhaltspunkte, daß schon dieser 24. Zyklus das erst ab 2018 zu erwartende schwache Aktivitäts-Minimum einleiten könnte, mit der möglichen (wahrscheinlichen?) Folge einer raschen globalen Abkühlung für die nächsten Jahrzehnte; z.B.14: "No wonder there is so much talk recently about global cooling. I certainly hope that’s wrong, because a Dalton type solar minimum would be very bad for our world economy and agriculture".

Dipl.-Met. Klaus-Eckart Puls
Jahrgang 1939,Schule und Abitur in Mecklenburg ;Ab 1960 Studium der Naturwissenschaften in Rostock und Westberlin.1968 Diplom in Meteorologie an der FU Berlin, dort 1969/70 Wissenschaftlicher Angestellter mit dem Forschungs-Schwerpunkt Atmosphärisches Ozon.Ab 1970 Deutschen Wetterdienst:1971-1978 Seewetteramt Hamburg (Arbeitsschwerpunkte: Seewetterdienst, Schiffsrouten-Beratungsdienst, ab 1975 Leiter der Gruppe Laderaum-/Schiffsraum-Meteorologie.10 Seereisen als Bordmeteorologe auf Fischereischutzbooten, Forschungsschiffen und Handelsschiffen.1976-1978 Mitarbeit im Normen-Ausschuß "Technoklimate" (DIN 50 019).1978-1984 Leiter der Agrarmeteorlogischen Beratungs- und Forschungsstelle Bonn.Aufbau eines zeitkritischen Beratungssystems mit den Landwirtschaftskammern: Regionale Telefonansagen, Bildschirmtext, Wochenberichte;Lehrauftrag im Fach "Agrarmeteorologie" an der Universität Bonn.1983 Mitbegründer der Stiftung Deutscher Pollen-Informationsdienst, 10 Jahre Vorstands-Mitglied.1984-2000: Leiter des Wetteramtes Essen.Nach der deutschen Wiedervereinigung zusätzlich (1990/91) Aufbau und Leitung des Wetteramtes Leipzig.Seit 1966 über 150 wissenschaftliche und populär-wissenschaftliche Veröffentlichungen zu: Wetter, Klima, Ozon, Schiffsraummeteorologie, Agrarmeteorologie, Pollenflug/Allergologie, Wissenschaftsgeschichte, Kalendergeschichte...

Quellen:
[1] Cubasch, U.:Variabilität der Sonne und Klimaschwankungen, Wissenschaftsmagazin der Max-Planck-Gesellschaft, 4/2001, S.78-83
[2] Malberg, Berl.W-Karte, SO v.06.11.07, S.8
[3] http://de.wikipedia.org/wiki/Solarkonstante
[4] Cubasch, U.:Variabilität der Sonne und Klimaschwankungen, Wissenschaftsmagazin der Max-Planck-Gesellschaft, 4/2001, S.78-83
[5] Solanki, S. K., Usoskin, I. G., Kromer, B., Schüssler, M. & Beer, J., Unusual activity of the Sun during recent decades compared to the previous 11,000 years, doi:10.1038/nature02995, 2004
[6] http://www.oism.org/pproject/s33p36.htm
[7] Svensmark, H.; Friis-Christensen, E.: Variation of cosmic ray flux and global cloud coverage, a missing link in solar-terrestrial Physics; J.Atm.Sol.Terr.Phys., 59 (11), 1997, S.1225-1232.

[8] www.scienceandpolicy.org, Deutsche Übers.: M. Limburg, 8.2.07, http://www.oekologismus.de/

[9] Beising, R.: Klimawandel und Energiewirtschaft, VGB PowerTech Service GmbH, Essen, 2006, S.41
[10] A.v.Alvensleben, http://www.schulphysik.de/klima/alvens/antwort.html; Daten aus: M. Lockwood, R. Stamper & M. N. Wild, A Doubling of the Sun’s coronal magnetic field during the past 100 years, by, Nature Vol 399, 3.June 1999, 437 - 439
[11] H.Malberg, Klimawandel unter der Lupe, Z.f.Nachhaltigkeit, H.5, S.4-21, 2007
[12] Th.Günter, Die Sonne, SuW 8/2007, S.80
[13] www.spaceandscience.net/sitebuildercontent/sitebuilderfiles/PressReleaseSSRC1-2008.doc
[14] http://wattsupwiththat.wordpress.com/2008/02/13/where-have-all-the-sunspots-gone/
[15] http://sohowww.nascom.nasa.gov/data/realtime/mdi_igr/512/

Gastbeiträge geben nur die persönliche Ansichten des Autors wieder und stehen keinesfalls für die Positionen des Blogs Weltenwetter !

Klimawandel Kontrovers

2008-03-28T21:27:00.021+01:00

Der Zerfall des Schelfeises in der Westantarktis:
Alles nur Panikmache oder doch ein Warnsignal für den Klimawandel?

Im Februar löste sich in der Westantarktis ein riesiger Eisberg (41 x 2,5 km!) vom Wilkins-Schelfeis in der Westantarktis. Anschließend brach noch eine Eisfläche von 405 Quadratkilometern auseinander. Dieses spektakuläre Ereignis ist kein Einzelfall. Schon einige Jahre lang beobachtet man in der Westantarktis einen beschleunigten Zerfall des Schelfeises, wodurch auch die Stabilität des Festlandeises geringer wird. Ist das ein Warnsignal für den Klimawandel? Abschmelzendes Schelfeis führt nicht zu einem ansteigenden Meeresspiegel, weil es schon auf dem Wasser schwimmt. Doch droht uns ein drastischer Anstieg des Meeresspiegels, wenn auch das Festlandeis abzuschmelzen beginnt? Oder ist alles wieder nur einmal eine maßlose Übertreibung? Dazu zwei Einschätzungen...

Eisberg voraus - Weltuntergang auch ?

Die unermüdlichen Propheten der Klima-Katastrophe haben eines erreicht:
Mit einem seit Jahrtausenden normalen Ereignis wie dem Abbrechen eines Eisberges vom polaren Eisschelf versetzen sie mit Hilfe der Medien eine mittlerweile hoch-sensibilisierte und hysterieformte Weltbevölkerung jederzeit mühelos in Panik.

Kollaps des Wilkins Schelfeises

Quellen: http://news.nationalgeographic.com/ und Jim Elliott, British Antarctic Survey/AP Photo

Welche üblichen physikalischen Prozesse ständig in den 1-2 km dick gepackten Eisschilden über Antarktika und Grönland ablaufen, das hat soeben wieder der Leiter der Deutschen Kommission des Internationalen Polarjahres 2007/08 folgendermaßen erklärt: "Dort (in Grönland) wurde festgestellt, daß einer der größten Gletscher derzeit in einer unglaublichen Geschwindigkeit abschmilzt. Er bewegt sich gut 40 m pro Tag in Richtung Meer... Ob dies ein Indiz für den Klimawandel ist, ist jedoch nicht sicher... Es ist auch durchaus denkbar, daß der Gletscher durch die entstandene Eismenge und das Gewicht am Untergrund den Druckschmelzpunkt erreicht hat. Dann würde sich bildlich gesehen unter dem Eis eine Flüssigkeitsschicht bilden, auf der der Gletscher praktisch ausrutscht und sich schneller vorwärts bewegt. Wir sprechen in dem Zusammenhang auch von Ausflußzyklen. Nur weil ein Gletscher abschmilzt, muß das nicht gleich etwas mit höheren Temperaturen zu tun haben." (Dr. Reinhard Dietrich, in: Sonntags-Journal, Bremerhaven, 16.03.2008, S.2).

Dem müßte man eigentlich nichts hinzufügen, aber einige meteorologische Überlegungen, Fakten und Zusammenhänge darüber hinaus erscheinen in der derzeit wieder einmal bis in die Nähe der Hysterie angeheizten Klima-Debatte sinnvoll.

Zunächst ist festzustellen: In allen Zeiten historischen Klimawandels gab es weder eine
gleichmäßige globale Erwärmung noch eine entsprechende gleichmäßige Abkühlung. So ist das auch heute - global wie auch in der Antarktis, wie eine zusammenfassende Übersicht feststellt: "Die Sommertemperaturen sind in Teilbereichen angestiegen, in anderen Südpolarregionen ist die Temperatur in den letzten 50 Jahren konstant geblieben bzw. leicht gefallen. Der teilweise Temperaturrückgang in der Antarktis, der von den Modellen her nicht erwartet war, wird auf verschiedene Ursachen zurückgeführt." (Quelle: Beising, R.: Klimawandel und Energiewirtschaft, VGB PowerTech Service GmbH, Essen, 2006, S.127).

Die einzige größere antarktische Region, in der es in den letzten Jahrzehnten wärmer geworden ist, ist genau das Gebiet, in dem der jüngste Eisberg abgebrochen ist - die Region des Ross-Meeres. Diese Region liegt rund 1000 km südlich von Feuerland, und somit voll im Einflußgebiet einer der stärksten Windströmungen der Erde, der südhemisphärischen Westwinddrift - bei den früheren Kap-Horn-Umseglern waren diese geographischen Breiten als "Brüllende Vierziger und Fünfziger" und als "Schreckliche Sechziger" berüchtigt und gefürchtet. Daher spielen bei Eisabbrüchen in der West-Antarktis nicht nur Dicke, Temperatur und Konfiguration des aktuellen Eises eine Rolle, sondern auch Intensitäts-Schwankungen dieser Westwinde, analog zu den Zirkulations-Schwankungen in den gemäßigten Breiten der Nordhalbkugel (z.B. NAO).
Meteorologisch wird damit klar: Intensivieren sich die Westwinde, so wird es in der Westantarktis einerseits wärmer, andererseits im Eisschelf "unruhiger" - beides beschleunigt Eisabbrüche.

Folglich hat es auch deshalb in früheren Jahrzehnten immer wieder Abbrüche riesiger und noch bedeutend größerer Eisberge gegeben. Dabei wurde z.B. in den siebziger Jahren des 20. Jahrhunderts diskutiert, solche Eisberge nach Südafrika und vor allem Richtung Namibia zu schleppen - für die dortige Trinkwasser-Versorgung oder sogar zur Bewässerung von Trockengebieten. Solche Debatten waren möglich, denn : Der Treibstoff für Hochsee-Schlepper war billig, vor allem aber - es gab keine IPCC-Institute mit wöchentlichen Klima-Horror-Meldungen.

Bei den Eisabbrüchen am Schelf von z.B. Antarktika oder Grönland spielt immer auch die angewachsenen Eismasse eine Rolle, und da ist für den Südpolbereich zu vermelden: "In den letzten 30 Jahren hat die Masse der antarktischen Eiskappe zugenommen, einen 6000-jährigen langen Trend umgekehrt. Die Antarktis enthält 90 % des Eises in der Welt und wächst." (Quelle: www.scienceandpolicy.org, Deutsche Übers.: M. Limburg, 8.2.07, http://www.oekologismus.de/).

Und schließlich seien Aussagen von den Direktoren des für Polarforschung hoch-kompetenten Alfred-Wegener-Instituts zum Eisverhalten zitiert:

Zunächst Vizedirektor Prof. Miller zum Gletscher-Verhalten: "Das Abschmelzen des Grönland-Eises taugt nicht für Endzeit-Szenarien" (Handelsblatt, 08.08.2007, "Wenn der Gletscher ruft - Politiker pilgern nach Grönland"), und weiter am a.O. '...auch für den Sermeq Kujalleq sieht Miller nicht schwarz: "... der Rückgang der Gletscherzunge werde in den nächsten Jahren zum Stillstand kommen".

Mit gleicher Sachlichkeit bemerkt die neue AWI-Direktorin Dr. Karin Lochte in einem FAZ-Interview (FAZ 16.11.2007, S.46) auf die Frage, ob die starken Meereisverluste im Sommer 2007 ein Indiz für die künstliche Erwärmung sei: "Das müssen wir erst noch sehen. Wir wissen heute noch nicht, ob das Teil eines Zyklus ist, ob wir in vielleicht fünf Jahren wieder mehr Eis haben...".

Beide Aussagen beziehen sich zwar zunächst auf die Arktis, haben jedoch hinsichtlich des wissenschaftlichen Gehaltes gleichermaßen Gültigkeit für die Antarktis.

Also - Entwarnung für die Eisberg-Katastrophe? Bei genauem sachlichen Hinsehen - ja!

Jedoch - die nächste Horror-Meldung (...oder müßte man besser sagen: 'Horror-Meinung') der Katastrophiker kommt bestimmt - vielleicht schon morgen!?

Dipl.-Met. Klaus-Eckart Puls

Jahrgang 1939,Schule und Abitur in Mecklenburg ;Ab 1960 Studium der Naturwissenschaften in Rostock und Westberlin.1968 Diplom in Meteorologie an der FU Berlin, dort 1969/70 Wissenschaftlicher Angestellter mit dem Forschungs-Schwerpunkt Atmosphärisches Ozon.Ab 1970 Deutschen Wetterdienst:1971-1978 Seewetteramt Hamburg (Arbeitsschwerpunkte: Seewetterdienst, Schiffsrouten-Beratungsdienst, ab 1975 Leiter der Gruppe Laderaum-/Schiffsraum-Meteorologie.10 Seereisen als Bordmeteorologe auf Fischereischutzbooten, Forschungsschiffen und Handelsschiffen.1976-1978 Mitarbeit im Normen-Ausschuß "Technoklimate" (DIN 50 019).1978-1984 Leiter der Agrarmeteorlogischen Beratungs- und Forschungsstelle Bonn.Aufbau eines zeitkritischen Beratungssystems mit den Landwirtschaftskammern: Regionale Telefonansagen, Bildschirmtext, Wochenberichte;Lehrauftrag im Fach "Agrarmeteorologie" an der Universität Bonn.1983 Mitbegründer der Stiftung Deutscher Pollen-Informationsdienst, 10 Jahre Vorstands-Mitglied.1984-2000: Leiter des Wetteramtes Essen.Nach der deutschen Wiedervereinigung zusätzlich (1990/91) Aufbau und Leitung des Wetteramtes Leipzig.Seit 1966 über 150 wissenschaftliche und populär-wissenschaftliche Veröffentlichungen zu: Wetter, Klima, Ozon, Schiffsraummeteorologie, Agrarmeteorologie, Pollenflug/Allergologie, Wissenschaftsgeschichte, Kalendergeschichte...

Der zunehmende Schelfeiszerfall in der Westantarktis ist

womöglich doch ein Anzeichen für den Klimawandel !

Blicken wir zurück. Vor genau 6 Jahren, im März 2002 zerfiel das Larsen B Eisschelf innerhalb eines Monats im Rekordtempo. Und nun im März 2008 wiederholt sich das spektakuläre Schauspiel beim Wilkins Eisschelf. Beide Schelfeisplatten befinden sich in der Westantarktis, die in den letzten Jahren -im Gegensatz zur Ostantarktis- deutlich wärmer geworden ist.

Wie sich die Bilder gleichen!

Zerfall des Larsen B Schelfeises im März 2002 (links) und des Wilkins Schelfeises im März 2008 (rechts).

Schelfeis ist eine große Eisplatte, die auf dem Wasser schwimmt, aber mit einem Gletscher an Land fest verbunden ist. Am äußeren Rand des Schelfeises brechen immer wieder Eisberge ab. Man spricht vom „Kalben“ des Schelfeises. Wenn das Schelfeis verschwindet, wandern die Festlandgletscher schneller in Richtung Meer. Die Stabilität des antarktischen Festlandeisschildes wird also geringer. Quellen:University of Colorado und http://news.nationalgeographic.com/

Wenn man nach möglichen Ursachen für die Erwärmung der Westantarktis sucht, so ist naheliegend sich die Westwindzone (Westdrift) der Südhalbkugel näher anzusehen. Diese besonders stark ausgeprägten Westwinde entstehen an der Polarfront, wo tropische Warmluft aus dem Norden und polare Kaltluft aus der Antarktis aufeinander treffen. Dort bilden sich dynamische Hoch- und Tiefdruckgebiete. Das funktioniert so: Warme Luft dehnt sich mehr in die Höhe aus als kalte Luft, so daß der Luftdruck auf der Warmluftseite der Polarfront mit zunehmender Höhe auch dementsprechend langsamer fällt. Auf der Warmluftseite bildet sich demzufolge ein Höhenhoch und auf der Kaltluftseite ein Höhentief. Am Boden ist der Luftdruck auf beiden Seiten zunächst noch gleich, denn das Gewicht der beiden Luftmassen ist ja unabhängig von ihrer Ausdehnung in die Höhe. Zwischen dem Höhenhoch der Warmluft und dem Höhentief der Kaltluft wirkt eine Gradientenkraft und löst einen starken Höhenwind (Jetstream) in Richtung Kaltluftseite, also in Richtung Südpol aus. Die Erdrotation lenkt diesen Wind nach Osten ab, wodurch sich eine Westwindzone (Westdrift) herausbildet, die sich bis zum Boden hin durchsetzt. Durch den Höhenwind verliert die Warmluftseite an Masse, so daß dort der auf dem Boden lastende Luftdruck sinkt. Es entsteht ein Bodentief. Die polare Kaltluft am Südpol, die sich kaum in die Höhe ausdehnt sondern vielmehr in Bodennähe ansammelt, bildet ein bodennahes Kältehoch aus. Von diesem Kältehoch strömt die Kaltluft in Richtung Norden und wird ebenfalls durch die Erdrotation abgelenkt, diesmal aber nach Westen. Warm- und Kaltluft begegnen sich an der Polarfront, strömen aber wegen der Ablenkung durch die Erdrotation in entgegengesetzten Richtungen aneinander vorbei. Die Temperatur- und Druckunterschiede (Gradienten) sind nicht an allen Abschnitten der Polarfront überall genau gleich groß und damit auch nicht die Windgeschwindigkeiten innerhalb des Jetstreams der Westwindzone. Durch diese Unregelmäßigkeiten beginnt der Jetstream zu mäandern und es bilden sich Rossby-Wellen.

Durch kleine Wellenstörungen wird die Höhenströmung des Jetstreams zunehmend turbulent, und es entstehen dynamische Hoch- und Tiefdruckwirbel. Diese sorgen zusammen mit den Rossby-Wellen für eine Durchmischung von Warm- und Kaltluft und damit für einen gewissen Abbau des Temperaturgegensatzes zwischen Tropen und Südpol. Die Hochdruckwirbel scheren äquatorwärts aus und bilden den subtropischen Hochdruckgürtel. Die Tiefdruckwirbel hingegen scheren polwärts aus und bewegen sich in der Westwindzone nach Osten und sorgen in den Gebieten unter ihren Zugbahnen für eine eher milde und feuchte Witterung. Die Intensität dieser Westdrift und die Stärke der dynamischen Hoch- und Tiefs hängt natürlich einmal vom Temperaturgegensatz zwischen tropischer Warmluft und polarer Kaltluft ab. Dieser ist auf der Südhalbkugel immer deutlich größer als auf der Nordhalbkugel, da die Antarktis insgesamt deutlich kälter ist als die Arktis. Deshalb sind die Sturmtiefs der Westwindzone auf der Südhalbkugel im Durchschnitt auch stärker als auf der Nordhalbkugel.

Was wäre nun bei einer globalen Erwärmung auf der Südhalbkugel zu erwarten?

Grundsätzlich sollte sich die Polarfront, also auch die Westwindzone polwärts verlagern. Ursache wäre ein „Vordringen“ der tropischen Warmluft und ein „Rückzug“ der Kaltluft in die engere Polregion. Hinzu käme aber auch noch eine Intensivierung des antarktischen Polarwirbels, wodurch wiederum die Westwinddrift verstärkt würde.
Der Polarwirbel bildet sich in der Stratosphäre, der nächsthöheren Atmosphärenschicht oberhalb der Troposphäre, in der sich die allermeisten Wettervorgänge abspielen. Der Polarwirbel ist ein Tiefdruckwirbel, der bis in die mittlere Troposphäre hinabreicht. Die Stratosphäre enthält größere Mengen an Ozon, das die für das Leben gefährlichen Anteile der von der Sonne kommenden Ultraviolettstrahlung absorbiert. Deshalb ist die Stratosphäre deutlich wärmer als die obere Troposphäre. Ein Polarwirbel bildet sich nur, wenn die Stratosphäre über dem Pol sehr kalt wird. Das passiert immer während der Polarnacht, wenn keine Sonnenstrahlen das vorhandene Ozon erwärmen können. Ein kräftiger Polarwirbel treibt den Jetstream an und verstärkt damit die Westdrift. Darüber hinaus "zieht" der stärkere Polarwirbel die Westdrift auch noch in Richtung Südpol.

Und nun aber der springende Punkt: Die gleichen Treibhausgase, welche die Temperatur am Erdboden und in der unteren Troposphäre erhöhen und deshalb auch für die globale Erwärmung verantwortlich gemacht werden, sorgen in der Stratosphäre für eine zusätzliche Abkühlung!

Die gegensätzlichen Wirkungen der Treibhausgase sollen nun kurz erklärt werden...

Der Treibhauseffekt: In der Nacht, wenn sie nicht mehr von der Sonne beschienen wird kühlt die Erdoberfläche vor allem durch Abgabe von Wärmestrahlung (Infrarot) sehr schnell ab. Die Moleküle der Treibhausgase in der Troposphäre absorbieren aber nun bestimmte ausgewählte Wellenlängen der Infrarotstrahlung des Erdbodens und geben einen Großteil davon durch Stöße an die zahlreichen Nachbarmoleküle anderer Atmosphärengase ab. Die Troposphäre erwärmt sich dabei ein wenig. Ein kleiner Teil der Wärme gelangt jedoch als infrarote Gegenstrahlung - mit derselben Wellenlänge in der zuvor absorbiert wurde - wieder zurück zum Erdboden, der dadurch langsamer auskühlt. Der Rest der Wärme wird in den Weltraum abgestrahlt. Aufgrund der verzögerten nächtlichen Auskühlung erwärmt sich der Erdboden dann später am Tage durch die Sonnenstrahlung auf höhere Temperaturen, als wenn es keine Treibhausgase gäbe. Die Erdoberfläche strahlt dann dem Temperaturanstieg entsprechend mehr Infrarotstrahlung - mit den zahlreichen Wellenlängen, die die Treibhausgase nicht absorbieren können (Infrarotfenster) - in den Weltraum ab, so daß sich ein Strahlungsgleichgewicht auf diesem höheren Temperaturniveau einstellt. Der durch den Treibhauseffekt erwärmte Erdboden gibt seine zusätzliche Wärme dann von unten an die unteren Luftschichten der Troposphäre weiter.

Die Abkühlung der Stratosphäre: In der Stratosphäre erreicht kaum noch Infrarotstrahlung vom Erdboden die Treibhausgase, da die Treibhausgase in der Troposphäre schon fast alles absorbiert haben. Die Treibhausgase in der Stratosphäre werden aber durch Zusammenstöße mit Nachbarmolekülen anderer Atmosphärengase erwärmt. Da die Luft hier schon recht dünn ist, können sie einen erheblichen Teil der Wärme in den Weltraum abstrahlen, bevor sie durch erneute Zusammenstöße mit Nachbarmolekülen wieder zurückgegeben werden kann. Diese Wärme geht der Stratosphäre damit unwiderruflich verloren. Eine Zunahme von Treibhausgasen wirkt in der Stratosphäre also abkühlend, was sich ganz besonders in der Polarnacht bemerkbar macht, wo es praktisch keine Wärmezufuhr durch die Sonne mehr gibt. Und dadurch wird auch der Polarwirbel stärker!

Fazit:
Eine Zunahme von Treibhausgasen in der Troposphäre führt zu einer globalen Erwärmung und diese führt zu einem "Rückzug" der polaren Kaltluft. Die Polarfront und die Westdrift verlagern sich demzufolge polwärts.

Eine Zunahme von Treibhausgasen in der Stratosphäre führt dort zu einer Abkühlung, so daß der Polarwirbel stärker wird. Dieser sorgt wiederum für eine stärkere Westdrift und für kräftigere Sturmtiefs.

Soweit die Theorie. Und nun zur Wirklichkeit:

Temperaturtrends in der Antarktis (1982-2004). Die Ostantarktis wird kälter, die Westantarktis aber wärmer.
Quelle: http://earthobservatory.nasa.gov/Newsroom/NewImages/images.php3?img_id=17257

Die Ostantarktis, insbesondere das innere Festland wird zwar kälter, die Westantarktis aber deutlich wärmer. Auch die Küstenregionen der Ostantarktis zeigen schon andeutungsweise ansteigende Temperaturen. Die Erwärmung beginnt also zunächst an den Küsten, was auch zu erwarten ist, wenn sich die Westdrift polwärts verlagert und dazu auch noch stärker wird.

Das bestätigt auch die nächste Grafik, die die Kurve der Antarktischen Oszillation (AAO) zeigt...

Die Antarktische Oszillation wird stärker, was auf eine stärkere Westdrift und kräftigere Sturmtiefs hindeutet.
Quelle: http://www.lasg.ac.cn/staff/ljp/data-NAM-SAM-NAO/SAM(AAO).htm

Die Antarktische Oszillation (AAO) ist ein Maß für die Stärke der Westdrift auf der Südhalbkugel und für die Stärke ihrer Sturmtiefs. In der positiven Phase der AAO wird die polare Kaltluft von einem Jetstream mit hohen Windgeschwindigkeiten weitestgehend eingeschlossen. Die Westdrift ist stark, und es bilden sich zahlreiche, kräftige Sturmtiefs (zonale, also breitenkreisparallele Luftströmung). Sie vermischen tropische Warmluft und polare Kaltluft. Im Bereich der Zugbahnen dieser Sturmtiefs wird die Antarktis wärmer, ansonsten aber eher kälter (eingeschlossene polare Kaltluft). In der negativen Phase sind die Windgeschwindigkeiten der Westdrift eher gering, so daß der Jetstream überaus stark mäandert. Häufig bricht die Höhenströmung des Jetstreams ganz zusammen, und die polare Kaltluft kann dann weit nach Norden vordringen. Im Gegenzug stößt natürlich auch warme Luft polwärts vor. An der Polarfront bilden sich nur wenige und schwächere Sturmtiefs, so daß der Temperaturgegensatz zwischen Tropen und Südpol zunimmt. Die Antarktis wird da kälter, wo sie vorher relativ warm war und umgekehrt.

Da der Polarwirbel über der im Vergleich zur Arktis kälteren Antarktis durchschnittlich deutlich stärker ausfällt, wird die polare Kaltluft über der Antarktis auch im Durchschnitt besser eingeschlossen. Dadurch ist es in der Antarktis kälter als die Arktis, und damit wird dann auch wieder der Polarwirbel über der Antarktis entsprechend stärker. Ein sich selbst verstärkender Prozeß, eine positive Rückkopplung also.

Die polwärts verlagerte Westdrift mit ihren stärkeren Sturmtiefs sorgt anscheinend für die deutliche Erwärmung in der Westantarktis. Diese Region liegt den Zugbahnen der Sturmtiefs in der Westdrift am nächsten. Die in Süd-Nord Richtung, also meridional (dem Längengrad entlang) ausgerichtete westantarktische Halbinsel begünstigt zudem ein Vordringen relativ warmer Luft in Richtung Südpol (meridionale Luftzirkulation). Daher die deutliche Erwärmung an der Westküste dieser Halbinsel! Die Küsten der Ostantarktis verlaufen hingegegen weitgehend breitenkreisparallel, begünstigen also auch eher eine zonale (breitenkreisparallele) Luftströmung. Trotzdem ist das Wasser aber auch hier schon etwas wärmer geworden, was wohl auf die südpolwärtige Verlagerung der Westdrift zurückzuführen ist. Setzt sich die globale Erwärmung weiter fort, so dürften sich die Zugbahnen der Sturmtiefs in der Westdrift noch weiter polwärts verlagern. Dann würde auch das Schelfeis der Ostantarktis zunehmend schneller zerfallen mit allen möglichen Folgen für den Meeresspiegel!

Die veränderte Westwinddrift ist also anscheinend eine wichtige Ursache der Erwärmung in der Westantarktis und damit auch die Ursache für das verstärkte Wegbrechen des Schelfeises. Und es sieht ganz so aus, als ob auch hier die Treibhausgase und der durch sie verursachte Klimawandel dahinter stecken!

Zu berücksichtigen ist in diesem Zusammenhang natürlich auch die Rolle der Meeresströmungen. Sie laufen um die Antarktis herum und werden durch die Westdrift angetrieben. Die Meeresströmungen sind mit der Westdrift an die Antarktis herangerückt, und die Wassertemperaturen im antarktischen Meer haben durch die globale Erwärmung eindeutig zugenommen, und das Wasser erwärmt die Luft darüber. All dies zusammen erklärt sehr schön die deutlich steigenden Temperaturen in der Westantarktis und die nur leicht zunehmenden Temperaturen an den Küsten der Ostantarktis.

Doch warum ist es in der Antarktis insgesamt in den letzten 20 Jahren kälter geworden?
Eine Erklärung ist der im Durchschnitt stärker gewordene Polarwirbel, der die polare Kaltluft so gut einschließt. Eine weitere Erklärung ist das Ozonloch über dem Südpol. Ozon ist nicht nur ein guter Schutz vor tödlichen Ultraviolettstrahlen der Sonne, sondern auch ein starkes Treibhausgas. Ein Rückgang des Ozons über dem Südpol verringert dort also den Treibhauseffekt, und die Antarktis wird im Durchschnitt kälter.

Jens Christian Heuer

Meteorologie Wettergeschehen

2008-03-16T13:00:00.003+01:00

Das Sturmtief Inge und ihre Schwestern

Die Saison der Frühjahrsstürme ist in vollem Gange. Ein dynamisches Tief nach dem anderen zieht vom Nordatlantik aus Westen in Richtung Europa und beschert uns dort wechselhaftes und mildes Wetter. Diese Wetterlage wird Westlage genannt und zeichnet sich, wie im Namen schon ersichtlich, durch vorherrschende Westwinde aus, die die an der Polarfront über dem Nordatlantik entstandenen dynamischen Tiefdruckgebiete nach Europa tragen.

Der Golfstrom
Die dynamischen Tiefdruckgebiete aus dem Westen bringen uns milde Meeresluft, die wir wiederum dem Golfstrom verdanken. Der Golfstrom, die „Warmwasserheizung“ Europas , ist Teil eines weltweiten Kreislaufs von Meeresströmungen, die gemeinsam mit den Luftströmungen der globalen atmosphärischen Zirkulation, die Wärme von der von der Sonne intensiv beschienenen Äquatorregion, hin zu den Polen der Erde umverteilen, wo die Sonnenstrahlen nur vergleichsweise wenig Kraft entwickeln. Der Golfstrom wird, wie alle anderen Meeresströmungen auch, überwiegend durch Winde angetrieben. Aber es gibt noch einen "Hilfsmotor": Das nach Norden strömende Wasser gibt seine Wärme allmählich an die Luft darüber ab und wird dabei immer kühler, aber auch immer salzhaltiger, denn auf seiner langen Wegstrecke verdunstet viel Wasser. Die Dichte des übrig gebliebenen Wassers nimmt so nach und nach zu, bis es langsam abzusinken beginnt. Dabei bilden sich unter dem Einfluss der Erdrotation abwärts gerichtete Wirbel in denen das relativ kühle und salzhaltige Wasser wie im Auslauf eines Waschbeckens, in die Tiefe verschwindet. Derartige Absinkzonen befinden sich westlich der Südspitze Grönlands, sowie südlich und nördlich von Island. Als kalte Tiefenströmung gelangt das Wasser wieder zurück in den Süden. Die vom Golfstrom an die Luft abgegebene Wärme gelangt mit den über dem Nordatlantik an der Polarfront entstandenen dynamischen Tiefdruckgebieten in der Westwindzone bis nach Europa. Unter ihren Zugbahnen sorgen sie für eine milde Witterung.

Wetterlage am 7.März 2008 um 12:00 Uhr UTC
Links: Das Tiefdruckgebiet Helga mit Zentrum bei Island besitzt eine ausgedehnte Kaltfront, die sich im Bogen über Nord- und Westeuropa, die Biskaya und bis über den Nordatlantik erstreckt An der zellularen Bewölkung schön zu erkennen ist die hinter der Kaltfront nachströmende polare Kaltluft. Dahinter nähert sich schon das dynamische Tiefdruckgebiet Inge. Die relativ wolkenarmen Zonen über den Britischen Inseln und über der Ostsee sind Zwischenhochs. Über dem Baltikum und über dem westlichen Russland erkennt man das nach Osten abziehende dynamische Tiefdruckgebiet Gabi. Der Wolkenwirbel über Italien und Griechenland gehört zu einem Höhentief (Kaltlufttropfen), das sich von der Westwindzone gelöst hat „Cut-Off“ – Prozess). Das im sichtbaren Licht aufgenommene Bild (VIS) stammt von Meteosat, einem Wettersatelliten, der die Erde auf einer geostationären Bahn umläuft. Der Satellit fliegt auf einer so hohen Bahn, daß er für eine Erdumrundung genau einen Tag braucht, also genau die Zeit für eine Drehung der Erde um die eigene Achse. Daher dreht sich der Satellit genau mit der Erde und bleibt so immer über demselben Ort auf der Erdoberfläche.
Rechts: Die Infrarotaufnahme (IR) des europäischen Wettersatelliten Meteosat bildet die unsichtbare Wärmestrahlung ab, die vom Land, den Wasserflächen und den Wolken ausgeht. Warme Objekte erscheinen dunkel, kalte Objekte dagegen hell. Aus den Helligkeiten der Objekte ist somit ein direkter Rückschluss auf deren Temperatur möglich. Infrarotbilder gelingen auch in der Dunkelheit der Nacht, denn im Gegensatz zum sichtbaren Licht ist die Wärmestrahlung immer da. Quellwolken (Cumulus), die sich bis in große Höhen auftürmen wie ganz besonders die Gewitterwolken (Cumulunimbus), sind wegen der mit der Höhe abnehmenden Lufttemperatur an ihrer Oberseite relativ kalt und erscheinen daher hell. Dasselbe gilt für die nur in großer Höhe entstehenden Eiswolken (Cirrus). Wolken in niedrigen Höhen sind dagegen schon fast genauso warm, wie die Erdoberfläche darunter und erscheinen somit ähnlich dunkel. Dieser Gegensatz ist auch auf diesem Bild sehr deutlich zu erkennen, wenn man etwa die hohen, hell erscheinenden Quell- und Cirruswolken (Cumulus und Cirrus) des Tiefdruckgebietes Helga mit den sehr dunklen Schichtwolken (Stratus, Stratocumulus) )des Hochdruckgebietes über der Iberischen Halbinsel vergleicht, die dort wegen der herabsinkenden Warmluft nur in geringe Höhen heraufreichen und deshalb nur bei genauem Hinsehen auszumachen sind. Quelle: http://www.metoffice.gov.uk/
Bilder durch Anklicken vergrößerbar!

Die Polarfront und die Westwindzone
An der Polarfront treffen die tropische Warmluft aus der Äquatorregion und die polare Kaltluft aufeinander, wodurch es zur Bildung dynamischer Hoch- und Tiefdruckgebiete kommt. Und das funktioniert so: Warme Luft dehnt sich mehr in die Höhe aus als kalte Luft, so daß der Luftdruck auf der Warmluftseite der Polarfront mit zunehmender Höhe auch dementsprechend langsamer abnimmt. Auf der Warmluftseite bildet sich demzufolge ein Höhenhoch und auf der Kaltluftseite ein Höhentief. Am Boden ist der Luftdruck auf beiden Seiten zunächst noch gleich, denn das Gewicht der beiden Luftmassen ist ja unabhängig von ihrer Ausdehnung in die Höhe. Zwischen dem Höhenhoch der Warmluft und dem Höhentief der Kaltluft wirkt aber eine Gradientenkraft und löst einen starken Höhenwind (Jetstream) in Richtung Kaltluftseite, also in Richtung Nordpol aus. Die Erddrehung um die eigene Achse (Erdrotation) lenkt diesen Wind nach Osten ab, wodurch sich eine Westwindzone herausbildet, die sich bis zum Boden hin durchsetzt. Durch den Höhenwind verliert die Warmluftseite an Masse, so daß dort der auf dem Boden lastende Luftdruck sinkt. Es entsteht ein Bodentief. Die polare Kaltluft am Nordpol, die sich kaum in die Höhe ausdehnt sondern vielmehr in Bodennähe ansammelt, bildet ein bodennahes Kältehoch aus. Von diesem Kältehoch strömt die Kaltluft in Richtung Süden und wird ebenfalls durch die Erdrotation abgelenkt, diesmal aber nach Westen. Warm- und Kaltluft begegnen sich an der Polarfront, strömen aber wegen der Ablenkung durch die Erdrotation in entgegen gesetzten Richtungen aneinander vorbei.Die Temperatur- und Druckgegensätze (Gradienten) sind nicht an allen Abschnitten der Polarfront überall genau gleich groß und damit auch nicht die Windgeschwindigkeiten innerhalb des Jetstreams der Westwindzone. Durch diese Unregelmäßigkeiten beginnt der Jetstream zu mäandern und es bilden sich Rossby-Wellen. Diese weisen auf der Warmluftseite Ausbuchtungen polwärts auf, die Höhenrücken (Hochkeile) und auf der Kaltluftseite Ausbuchtungen äquatorwärts, die Höhentröge.

Die dynamischen Hoch-und Tiefdruckgebiete und die Vorticity
Um nun zu verstehen, wie sich dynamische Hoch - und Tiefdruckgebiete bilden, werden wir den Begriff der Vorticity einführen. Vorticity steht für Wirbelhaftigkeit oder Wirbelstärke, also für die Eigenschaft des Luftströmungsfeldes zu rotieren. Man unterscheidet dabei entsprechend der Art ihrer Entstehung Scherungs- und Krümmungsvorticity.

Links: Krümmungsvorticity (oben) und Scherungsvorticity (unten)
Rot = positive (cyclonale) ; Blau= negative (anticyclonale) Vorticity
Rechts: Wenn man alle Ablenkungsmöglichkeiten eines Luftteilchens (hier auf der Nordhalbkugel) zusammenfasst, dann erhält man einen cyclonalen Wirbel (hier gegen den Uhrzeigersinn), also positive Vorticity. Die blauen Pfeile stehen für die Gradientenkraft entlang eines Druckgefälles, die die Luftteilchen in Bewegung setzt. Die roten Pfeile stehen für die ablenkende Corioliskraft und die schwarzen Pfeile zeigen die resultierende Bewegung der Luftteilchen. Mit zunehmendem Breitengrad nimmt die Erdvorticity zu und erreicht an den Polen ihr Maximum. Am Äquator wirkt keine Corioliskraft mehr und damit verschwindet auch die Erdvorticity. Quellen: http://www.wetter3.de/ und Wikipedia

Eine Windscherung (Scherungsvorticity) tritt immer dann auf, wenn eine Luftströmung sich aus verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten zusammensetzt. Die Krümmungsvorticity beruht hingegen auf einer Richtungsänderung der Strömung. Weiterhin ist zu berücksichtigen, daß wegen der Erdrotation, wo sich die Atmosphäre ja mitbewegt, bei jeder Wirbelbildung in der Luft, die (positive) Planetare Vorticity (Erdvorticity) hinzukommt. In Richtung der Pole nimmt die Erdvorticity zu, in Richtung Äquator nimmt sie dagegen ab. Die Erdvorticity wird durch die Corioliskraft verursacht, welche sich gut veranschaulichen lässt. Wir betrachten dazu beispielsweise ein Luftteilchen das sich vom Äquator nach Norden bewegt. Da die Erde sich um die eigene Achse dreht (Erdrotation), drehen sich auch die Luftteilchen ihrer Atmosphäre mit. Je weiter man nach Norden gelangt, umso langsamer bewegen sich die Luftteilchen in Drehrichtung, denn die Breitenkreise werden ja immer kleiner und somit der zurückzulegende Weg während einer Erdumdrehung immer kürzer. Das sich nach Norden bewegende Luftteilchen bekommt also eine höhere Geschwindigkeit in Drehrichtung der Erde mit, als sie die dort schon vorhandenen Luftteilchen haben. Deshalb eilt es diesen in Richtung der Erdrotation voraus, wird also nach rechts abgelenkt. Bewegt sich ein Luftteilchen von Norden in Richtung Äquator, so bekommt es eine niedrigere Geschwindigkeit in Richtung der Erddrehung mit als die jeweils schon vorhandenen Luftteilchen, und es bleibt diesen gegenüber zurück. Das Luftteilchen wird also, in Richtung seiner Bewegung, von Norden zum Äquator gesehen, ebenfalls nach rechts abgelenkt. Bewegt sich ein Luftteilchen auf einem mittleren Breitenkreis in Richtung der Erdrotation, so wird es schneller als die es umgebenden Luftteilchen und bewegt sich zu einem Breitenkreis, der der höheren Geschwindigkeit entspricht. Das Luftteilchen wird also nach rechts in Richtung Süden abgelenkt. Ein Luftteilchen, das sich auf einem mittleren Breitenkreis entgegen der Erdrotation bewegt, verliert gegenüber den Luftteilchen der Umgebung an Geschwindigkeit und sucht sich einen dementsprechenden Breitenkreis. Also wird es ebenfalls nach rechts, diesmal aber in Richtung Norden abgelenkt. Fassen wir die eben beschrieben Ablenkungen durch die Corioliskraft zusammen, so erhalten wir einen cyclonalen Wirbel, einen Wirbel gegen den Uhrzeigersinn und das bedeutet positive Vorticity. Die Erdvorticity ist also immer positiv!

Man unterscheidet die Relative Vorticity, also die Wirbelstärke relativ zu der von uns als ruhend empfundenen Erde, von der Absoluten Vorticity, die sich aus Relativer Vorticity und Planetarer Vorticity zusammensetzt. Alle Luftwirbel haben einen Drehimpuls (Drall) der erhalten bleibt, wenn sie nicht an Energie hinzugewinnen oder Energie verlieren. Diese Eigenschaft wird Potentielle Vorticity genannt. Sie ist definiert als der Quotient der Absoluten Vorticity einer rotierenden Luftsäule und der Höhe dieser Luftsäule.

Wie bei einem Eiskunstläufer, der während der Drehung seine Arme zum Körper anzieht und sich dadurch schneller dreht, so erhöht die vertikale Streckung einer rotierenden Luftsäule, deren Durchmesser dabei abnimmt, ihre Vorticity und umgekehrt (Pirouetteneffekt).
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Im Bereich der maximalen Krümmung und Scherung eines Höhentroges, auf der Trogachse, erreicht die Höhenströmung (Jetstream)eine maximale positive Relative Vorticity, die dann aber auf der Vorderseite des Troges im Osten, wo Krümmung und Windscherung abnehmen, die Erdvorticity aber zunimmt wieder abgebaut wird, denn die Potentielle Vorticity bleibt ja konstant. Man kann es auch so ausdrücken: Positive Absolute Vorticity wird von einem Bereich starker Krümmung in einen Bereich schwacher Krümmung transportiert. Dieser Vorgang wird Positive Vorticity Advektion (PVA) genannt. Advektion leitet sich von dem lateinischen Verb advehere (heranführen, heranbringen, heranfahren, transportieren) ab. Die schwache Krümmung der Luftströmung zeigt einen Abbau positiver Relativer Vorticity zugunsten einer zunehmenden positiven Erdvorticity. Der Abbau von Relativer Vorticity auf der Trogvorderseite geschieht durch horizontale Divergenz, vor allem in der Höhe, wo die Windgeschwindigkeiten des Jetstreams am größten sind. Dabei nimmt der Durchmesser der Luftsäule zu und die Wirbelstärke, also die Relative Vorticity nimmt dementsprechend ab. Die Potentielle Vorticity bleibt ja, wie gesagt, erhalten. Durch die Divergenz in der Höhe verliert die Luftsäule an Masse, so daß bis zum Boden hin der Luftdruck fällt. Durch diese Störung wird von ringsherum Luft angesaugt (Konvergenz in Bodennähe) und es bildet sich ein aufwärts gerichteter Luftwirbel.

Auf der Vorderseite eines Höhentroges hat sich ein dynamisches Tiefdruckgebiet gebildet.
Die rote Linie markiert die Trogachse, wo Relative Krümmungs- und Scherungsvorticity ein Maximum erreichen. Der blaue Kreis zeigt die Zone maximaler Divergenz auf der Trogvorderseite, wo Relative Vorticity abgebaut wird. Die Erdvorticity nimmt hier hingegen zu. Westlich und östlich des Azorenhochs sind zwei Kaltlufttropfen (Höhentiefs) Einer hat sich bereits von der Westwindzone getrennt, der Andere befindet sich noch im „Cut Off“ – Prozeß. Kaltlufttropfen entstehen immer dann, wenn die Rossby-Wellen in der Höhenströmung der Westwindzone sehr ausgeprägt sind, der Jetstream also sehr stark mäandert. Das geschieht beispielsweise bei einem abnehmenden Temperatur- und Druckgefälle (Gradient) an der Polarfront, wodurch die Höhenströmung immer langsamer wird bis sie am Ende ganz zusammenbricht. Dadurch frieren „ihre“ dynamischen Tiefdruckgebiete ein und bewegen sich kaum noch weiter. Die Tiefs werden also stationär. Weiter polwärts bildet sich eine neue Westwindzone zunächst ohne Rossby-Wellen und demzufolge sehr hoher Strömungsgeschwindigkeit. Da so kein effektiver Wärmeaustausch stattfinden kann, steigen der Temperaturgegensatz und das Druckgefälle an der Polarfront wieder an und es bilden sich wieder Rossby-Wellen und damit entwickeln sich auch wieder dynamische Hoch- und Tiefdruckgebiete in der „neuen“ Westwindzone.Auf diesem Wege trennt sich also das "eingefrorene", stationäre Tiefdruckgebiet von der Westwindzone („Cut Off“ - Prozess). Dieses stationäre Tiefdruckgebiet ist ein Höhentief und besteht aus kalter Luft, die von der wärmeren Umgebungsluft völlig eingeschlossen ist. Als Kaltlufttropfen kann es durchaus einige Tage oder sogar Wochen überleben. Da die Luft unter ihm wärmer ist (labile Schichtung) können sich bei ausreichender Luftfeuchtigkeit Quellwolken (Cumulus und Cumulunimbus) bilden. Das wiederum bedeutet meist länger anhaltendes Schlechtwetter. Das Höhentief (Kaltlufttropfen) bewegt sich nur noch langsam voran, angetrieben nicht mehr von den Höhenwinden der Westwindzone, sondern von den jeweils vorherrschenden bodennahen Winden.
Die abgebildete Höhenkarte zeigt die 500 hPa-Fläche (Geopotential) und indirekt auch die Temperaturen mit der so genannten Relativen Topographie (RETOP). Die 500 hPa-Fläche wird durch die schwarzen Linien sichtbar und ergibt sich aus den jeweiligen Höhe über dem Boden in denen der Luftdruck auf 500 hPa gesunken ist (Höhenangaben in Dekametern!). Warme Luft dehnt sich in der Vertikalen mehr aus als kalte Luft, so daß der Luftdruck auch erst in entsprechend größerer Höhe auf 500 hPa gefallen ist. Die 500 hPa-Fläche bildet so eine Art "Landschaft" mit "Bergen" (Warmluft)und "Tälern"(Kaltluft). Die schwarzen Linien der 500 hPa-Fläche verbinden Orte miteinander, die jeweils in der gleichen Höhe liegen. Diese auch Isohypsen genannten Linien lassen den Verlauf der Höhenwinde in der Westwindzone und damit auch die Polarfront gut erkennen. Die Farben zeigen die Relative Topographie. Darunter versteht man die Darstellung des Höhenunterschiedes oder der Schichtdicke zwischen zwei isobaren Flächen, also Flächen in denen jeweils der gleiche Luftdruck herrscht. Hier sind es die 500 hPa (in etwa 5 km Höhe) und die bodennahe 1000 hPa Isobarenfläche. Dieser Höhenabstand ist wieder in Form von Isohypsen dargestellt. Gebiete mit relativ geringen Schichtdicken entsprechen einer relativ niedrigen Lufttemperatur der betreffenden Schicht. Die Gebiete mit hoher Schichtdicke, also einem großen Abstand zwischen den Isobarenflächen entsprechen dagegen einer relativ hohen Lufttemperatur der betreffenden Schicht. Die Temperaturen der Schichten nehmen von violett, über blau, grün, gelb nach rot immer mehr zu. Darüber hinaus ist auf der Karte auch noch der jeweils herrschende Bodenluftdruck eingezeichnet. Man erkennt ihn an den weißen geschlossenen Linien, den Isobaren, die Orte gleichen Luftdrucks miteinander verbinden. Ein geringer Abstand zwischen den Isobaren zeigt eine großes Luftdruckgefälle an und umgekehrt. Der jeweilige Luftdruckwert ist auf den Isobaren eingetragen. Die Hoch- und Tiefdruckgebiete sind so auf einen Blick auszumachen. Quelle: http://www.wetter3.de/
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Man kann sich das Ganze auch so vorstellen: Die Luftsäule denke man sich aus (unendlich) vielen kleinen Luftsäulen übereinander zusammengesetzt. Durch die mit wachsender Höhe zunehmende Divergenz wird der Durchmesser der kleinen Luftsäulen entsprechend immer größer. Gleichzeitig werden die kleinen Luftsäulen, wegen der Erhaltung der Potentiellen Vorticity aber auch immer kürzer. Die Gesamtlänge der kleinen Luftsäulen reicht dann nicht mehr bis zum Boden herab. Die dadurch entstehende „Leerstelle“ in der großen, aus den vielen kleinen zusammengesetzten Luftsäule wird dann mit Luft aus der bodennahen Umgebung aufgefüllt (bodennahe Konvergenz). Auf diese Weise entstehen die dynamischen Tiefdruckgebiete (Cyclonen).

Durch die von ihrem Tiefdruckzentrum ausgehende Drehbewegung stößt warme Luft nach Norden gegen die Kaltluft vor (Warmfront), und im Gegenzug stößt kalte Luft nach Süden gegen die Warmluft (Kaltfront) vor. An der Warmfront, wo die warme Luft langsam über die kältere Luft nach oben gleitet, bilden sich Schichtwolken, und es fängt häufig über längere Zeit an zu regnen (Landregen). In größeren Höhen, wo es kälter ist, bilden sich Eiswolken (Cirrus). Die Kaltfront und die dahinter befindliche Kaltluft bewegen sich wesentlich schneller als die vorauseilende Warmluft, die wegen ihrer Aufstiegstendenz eine schwächer ausgeprägte Vorwärtsbewegung hat. Die Warmluft wird so nach und nach von der herannahenden Kaltluft durchdrungen, erfährt dabei, da sie leichter ist, einen starken Auftrieb (labile Luftschichtung), und es bildet sich eine ausgeprägte Quellbewölkung. Bei kräftigen Winden kommt es zu sehr heftigen Regenschauern, oft auch zu Gewittern mit Hagel. Der Warmluftsektor wird nach und nach zusammengeschoben. Warm- und Kaltfront vereinigen sich dabei zu einer Mischfront (Okklusion) bis der Warmluftsektor völlig verschwunden ist.

Entwicklung und Aufbau eines dynamischen Tiefdruckgebietesnach
Vilhelm Bjerknes (1862-1951), der die Polarfronttheorie entwickelte.

Später löst sich das Tiefdruckgebiet dann ganz auf. Die durchschnittliche Lebensdauer dynamischer Tiefdruckgebiete liegt nur bei knapp einer Woche. An den Kaltfronten älterer Tiefdruckgebiete können wiederum kleine Wellenstörungen auftreten und die Bildung weiterer dynamischer Tiefdruckgebiete (Randtiefs, Tochtertiefs) auslösen.

Im Bereich der Achse eines Höhenrückens (Hochkeil) erreicht die Höhenströmung (Jetstream) dagegen eine maximale negative Vorticity, da wegen der in Richtung Pol zunehmenden Erdvorticity im Gegenzug positive Relative Vorticity abgebaut werden muß, um wiederum die Potentielle Vorticity konstant zu halten. Auf der Vorderseite des Höhenrückens im Osten, nehmen Krümmung, Windscherung und Erdvorticity wieder ab. Im Gegenzug wird negative Vorticity abgebaut und positive Vorticity aufgebaut. Hier spricht man von Negativer Vorticity Advektion (NVA). Der Aufbau positiver Relativer Vorticity (Abbau negativer Relativer Vorticity) geschieht durch horizontale Konvergenz in der Höhe, wobei der Durchmesser der Luftsäule abnimmt und die Wirbelstärke dementsprechend zunimmt. Dieses geschieht durch horizontale Konvergenz in der Höhe, wobei der Durchmesser der Luftsäule abnimmt und die Wirbelstärke, also die Relative Vorticity dementsprechend zunimmt. Die Potentielle Vorticity bleibt dabei natürlich wieder erhalten. Durch die Konvergenz in der Höhe gewinnt die Luftsäule an Masse, so daß bis zum Boden hin der Luftdruck ansteigt.

Die Luft weicht ringsherum nach außen aus (Divergenz in Boden) und es bildet sich ein abwärts gerichteter Wirbel. Auf diese Weise entstehen die dynamischen Hochdruckgebiete (Anticyclonen). Da die Luft in einem solchen Hochdruckgebiet nach unten sinkt und sich dabei erwärmt lösen sich vorhandene Wolken auf.

Wir fassen noch einmal zusammen: Durch kleine Wellenstörungen wird die Höhenströmung des Jetstreams zunehmend turbulent, und es entstehen dynamische Hoch- und Tiefdruckwirbel, die dann für eine Durchmischung von Warm- und Kaltluft und damit für einen erheblichen Abbau des Temperaturgegensatzes zwischen Tropen- und der Polarregion sorgen. Die Tiefdruckwirbel bewegen sich in der Westwindzone in Richtung Osten nach Europa und sorgen in den Gebieten unter ihren Zugbahnen für eine milde und feuchte Witterung.

Das Sturmtief Inge
Am 8.März 2008 erreicht das Sturmtief Inge Westeuropa und sorgt dort für eine zunehmende Schichtbewölkung im Bereich der Warmfront und für teilweise schauerartige Niederschläge und Windböen im Bereich der Kaltfront. Dahinter folgt polare Kaltluft, und es wird deutlich kälter, so daß auch Schneefälle möglich erscheinen.

Wetterlage am 8.März 2008 um 12:00 Uhr UTC
Links: Die Warmfront des dynamischen Tiefdruckgebietes Inge hat die Nordsee erreicht, während die Kaltfront sich von den Britischen Inseln im Bogen über den Nordatlantik erstreckt und dabei die Vorderseite des Höhentroges nachzeichnet. Dahinter strömt auf breiter Front polare Kaltluft nach, gut an der zellularen Bewölkung zu erkennen, die entsteht, wenn die kalte Luft über das noch relativ warme Meer strömt, wobei durch die labile Luftschichtung – die vom Wasser erwärmte Luft steigt wegen ihrer dann geringeren Dichte in der umgebenden kalten Luft auf - zahlreiche Konvektionszellen entstehen, in denen sich Quellwolken (Cumulus), darunter auch zahlreiche Gewitterzellen (Cumulunimbus)bilden können. Über der Nordseeküstenregion liegt ein Zwischenhoch und sorgt für eine vorübergehende Aufheiterung (Infrarotaufnahme (IR) von Meteosat)
Rechts: Das dynamische Tiefdruckgebiet Inge hat die Britischen Inseln erreicht, während sich ihre Ausläufer schon dem europäischen Festland nähern. Über dem Mittelmeer befindet sich noch immer ein Kaltlufttropfen, wodurch es in Höhenlagen sogar zu Schneefällen kommt.
Die abgebildete Höhenkarte zeigt die 500 hPa-Fläche (Geopotential) und indirekt auch die Temperaturen mit der so genannten Relativen Topographie (RETOP). Die 500 hPa-Fläche wird durch die schwarzen Linien sichtbar und ergibt sich aus den jeweiligen Höhe über dem Boden in denen der Luftdruck auf 500 hPa gesunken ist (Höhenangaben in Dekametern!). Warme Luft dehnt sich in der Vertikalen mehr aus als kalte Luft, so daß der Luftdruck auch erst in entsprechend größerer Höhe auf 500 hPa gefallen ist. Die 500 hPa-Fläche bildet so eine Art "Landschaft" mit "Bergen" (Warmluft)und "Tälern"(Kaltluft). Die schwarzen Linien der 500 hPa-Fläche verbinden Orte miteinander, die jeweils in der gleichen Höhe liegen. Diese auch Isohypsen genannten Linien lassen den Verlauf der Höhenwinde in der Westwindzone und damit auch die Polarfront gut erkennen. Die Farben zeigen die Relative Topographie. Darunter versteht man die Darstellung des Höhenunterschiedes oder der Schichtdicke zwischen zwei isobaren Flächen, also Flächen in denen jeweils der gleiche Luftdruck herrscht. Hier sind es die 500 hPa (in etwa 5 km Höhe) und die bodennahe 1000 hPa Isobarenfläche. Dieser Höhenabstand ist wieder in Form von Isohypsen dargestellt. Gebiete mit relativ geringen Schichtdicken entsprechen einer relativ niedrigen Lufttemperatur der betreffenden Schicht. Die Gebiete mit hoher Schichtdicke, also einem großen Abstand zwischen den Isobarenflächen entsprechen dagegen einer relativ hohen Lufttemperatur der betreffenden Schicht. Die Temperaturen der Schichten nehmen von violett, über blau, grün, gelb nach rot immer mehr zu. Darüber hinaus ist auf der Karte auch noch der jeweils herrschende Bodenluftdruck eingezeichnet. Man erkennt ihn an den weißen geschlossenen Linien, den Isobaren, die Orte gleichen Luftdrucks miteinander verbinden. Ein geringer Abstand zwischen den Isobaren zeigt eine großes Luftdruckgefälle an und umgekehrt. Der jeweilige Luftdruckwert ist auf den Isobaren eingetragen. Die Hoch- und Tiefdruckgebiete sind so auf einen Blick auszumachen. Im Kern des Sturmtiefs Inge, beispielsweise, liegt der Luftdruck nur bei 970 hPa!
Quellen: http://www.metoffice.gov.uk/ http://www.wetter3.de/
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Wetterlage am 8.März 2008 um 20:00 Uhr UTC
Die Warmfront von Inge hat die Nordseeküste erreicht, und auch die Kaltfront ist nicht mehr weit. Es wird stürmisch bei Winden aus westlichen Richtungen. Durch die nachströmende polare Kaltluft wird es auch deutlich kälter. Infrarotaufnahme (IR) von Meteosat Quelle: http://www.metoffice.gov.uk/
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Die stürmische Johanna
Westlich von Island ist das neue Sturmtief Johanna am 9.März 2008 dabei sich zu einem echten Orkantief zu entwickeln.

Wetterlage am 9.März 2008 um 06:00 UTC
Die rote Linie markiert einen Bereich maximaler Windgeschwindigkeit im Jetstream (Jetstreak, hier ist der Temperatur- und damit auch Druckgradient an der Polarfront besonders hoch!), erkennbar an den eng gedrängten Isohypsen. Dort herrscht maximale positive Relative Vorticity aufgrund der Windscherung innerhalb des Jetstreams. Stromabwärts, im Bereich des blauen Kreises wird positive Relative Vorticity abgebaut, und es kommt zu einer Divergenz in der Höhenströmung. Das dynamische Sturmtief Johanna ist geboren.
Die abgebildete Höhenkarte zeigt die 500 hPa-Fläche und die dort herrschenden Temperaturen.Die 500 hPa-Fläche wird durch die schwarzen Linien sichtbar und wird aus der Höhebestimmt, in der der Luftdruck auf 500 hPa gesunken ist (Höhenangaben in Dekametern!).Warme Luft ist nun aber nach oben hin ausgedehnter als kalte Luft, so daß der Luftdruckauch erst in entsprechend größerer Höhe auf 500 hPa abgesunken ist. Die 500 hPa-Flächebildet also eine Art "Landschaft" mit "Bergen" und "Tälern". Die Farben zeigen dieTemperaturen (von violett, über blau, grün, gelb nach rot zunehmend) auf der 500 hPa-Flächeund die weißen Linien mit den Zahlen einzelne Temperaturwerte. Linien die Orte miteinanderverbinden, wo jeweils der in der gleichen Höhe liegen, nennt man Isohypsen. Die schwarzen Liniender 500 hPa-Fläche sind demzufolge 500 hPa-Isohypsen. Diese lassen wiederum den Verlauf der Höhenströmung der Westwindzone gut erkennen. Quelle: http://www.wetter3.de/
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Das Orkantief entwickelt sich rasant im Laufe des Tages und nähert sich auf Ostkurs den Britischen Inseln, wie die folgenden Bilder sehr eindrucksvoll zeigen ...

Die Wetterlage am 9.März um 12:00 UTC und um 18:00 Uhr UTC
Ein gewaltiger Kaltluftstrom bewegt sich nach Westeuropa, erkennbar an der zellularen Bewölkung, die entsteht, weil die polare Kaltluft über die relativ warme Wasseroberfläche des Nordatlantik strömt. Dabei bilden sich zahlreiche Konvektionszellen, in denen sich Quellwolken bilden (links VIS-, rechts IR-Aufnahme von Meteosat).
Quelle: http://www.metoffice.gov.uk/

Die zu den beiden Bildern oben dazugehörigen Höhenkarten zeigen die 500 hPa-Fläche (Geopotential) und indirekt auch die Temperaturen mit der so genannten Relativen Topographie (RETOP). Die 500 hPa-Fläche wird durch die schwarzen Linien sichtbar und ergibt sich aus den jeweiligen Höhe über dem Boden in denen der Luftdruck auf 500 hPa gesunken ist (Höhenangaben in Dekametern!). Warme Luft dehnt sich in der Vertikalen mehr aus als kalte Luft, so daß der Luftdruck auch erst in entsprechend größerer Höhe auf 500 hPa gefallen ist. Die 500 hPa-Fläche bildet so eine Art "Landschaft" mit "Bergen" (Warmluft)und "Tälern"(Kaltluft). Die schwarzen Linien der 500 hPa-Fläche verbinden Orte miteinander, die jeweils in der gleichen Höhe liegen. Diese auch Isohypsen genannten Linien lassen den Verlauf der Höhenwinde in der Westwindzone und damit auch die Polarfront gut erkennen. Die Farben zeigen die Relative Topographie. Darunter versteht man die Darstellung des Höhenunterschiedes oder der Schichtdicke zwischen zwei isobaren Flächen, also Flächen in denen jeweils der gleiche Luftdruck herrscht. Hier sind es die 500 hPa (in etwa 5 km Höhe) und die bodennahe 1000 hPa Isobarenfläche. Dieser Höhenabstand ist wieder in Form von Isohypsen dargestellt. Gebiete mit relativ geringen Schichtdicken entsprechen einer relativ niedrigen Lufttemperatur der betreffenden Schicht. Die Gebiete mit hoher Schichtdicke, also einem großen Abstand zwischen den Isobarenflächen entsprechen dagegen einer relativ hohen Lufttemperatur der betreffenden Schicht. Die Temperaturen der Schichten nehmen von violett, über blau, grün, gelb nach rot immer mehr zu. Darüber hinaus ist auf der Karte auch noch der jeweils herrschende Bodenluftdruck eingezeichnet. Man erkennt ihn an den weißen geschlossenen Linien, den Isobaren, die Orte gleichen Luftdrucks miteinander verbinden. Ein geringer Abstand zwischen den Isobaren zeigt eine großes Luftdruckgefälle an und umgekehrt. Der jeweilige Luftdruckwert ist auf den Isobaren eingetragen. Die Hoch- und Tiefdruckgebiete sind so auf einen Blick auszumachen. Quelle: http://www.wetter3.de/
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Johanna hat zwischen 12:00 und 18:00 Uhr UTC einen zweiten Tiefdruckkern ausgebildet, was auf den nächsten beiden Höhenkarten besonders gut auszumachen ist ...

Wetterlage am 9.März 2008 um 12:00 Uhr UTC und um 18:00 Uhr UTC
Die rote Linie im rechten Bild markiert einen Bereich maximaler Windgeschwindigkeit im Jetstream (Jetstreak, hier ist der Temperatur- und damit auch Druckgradient an der Polarfront besonders hoch!), erkennbar an den eng gedrängten Isohypsen. Dort herrscht maximale positive Relative Vorticity aufgrund der Windscherung innerhalb des Jetstreams. Stromabwärts, im Bereich des blauen Kreises wird positive Relative Vorticity abgebaut, und es kommt zu einer Divergenz in der Höhenströmung. So konnte sich ein zweites Tiefdruckzentrum ausbilden.

Die beiden Höhenkarten zeigen die 500 hPa-Fläche und die dort herrschenden Temperaturen.Die 500 hPa-Fläche wird durch die schwarzen Linien sichtbar und wird aus der Höhebestimmt, in der der Luftdruck auf 500 hPa gesunken ist (Höhenangaben in Dekametern!).Warme Luft ist nun aber nach oben hin ausgedehnter als kalte Luft, so daß der Luftdruckauch erst in entsprechend größerer Höhe auf 500 hPa abgesunken ist. Die 500 hPa-Flächebildet also eine Art "Landschaft" mit "Bergen" und "Tälern". Die Farben zeigen dieTemperaturen (von violett, über blau, grün, gelb nach rot zunehmend) auf der 500 hPa-Flächeund die weißen Linien mit den Zahlen einzelne Temperaturwerte. Linien die Orte miteinanderverbinden, wo jeweils der in der gleichen Höhe liegen, nennt man Isohypsen. Die schwarzen Liniender 500 hPa-Fläche sind demzufolge 500 hPa-Isohypsen. Diese lassen wiederum den Verlauf der Höhenströmung der Westwindzone gut erkennen. Quelle: http://www.wetter3.de/
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Im Laufe des Vormittags des 10.März 2008 entfaltet das Orkantief seine ganze Schönheit.

Es bildet eine Wirbelstruktur aus, wie man sie nicht alle Tage sieht. Dies zeigen sehr eindrucksvoll diese beiden Satellitenbilder...

Die Wetterlage am 10.März 2008 um 10:00 Uhr UTC und um 12:00 Uhr UTC
Im Rücken der Kaltfront gelangt polare Kaltluft bis in die Biskaya. Die zellulare Bewölkung, die eine richtige "Wolkenstraße" ausbildet entsteht, weil die polare Kaltluft über das noch relativ warme Meer strömt. Durch die labile Luftschichtung – die vom Wasser erwärmte Luft steigt wegen ihrer dann geringeren Dichte in der umgebenden kalten Luft auf - entstehen zahlreiche Konvektionszellen, in denen sich Quellwolken (Cumulus), darunter auch zahlreiche Gewitterzellen (Cumulunimbus)bilden. Das sich das Orkantief im Gegenuhrzeigersinn dreht, wehen stürmische Winde aus südwestlichen Richtungen. Quelle: http://www.metoffice.gov.uk/

Johanna ist für Grossbritannien und Frankreich der bisher stärkste Sturm dieses Jahres:

Im Südwesten Englands und in Wales bricht die Stromversorgung für tausende Haushalte zusammen. Bei Windstärken von bis zu 130 km/h werden zahlreiche Bäume umgerissen, so daß es zu erheblichen Verkehrsbehinderungen kommt.Vielerorts kommt es zu Starkregen. Die Behörden warnen vor Reisen in die Küstengebiete und vor einer schweren Sturmflut. Der Fährverkehr zwischen Südengland und Frankreich sowie Spanien ist schon weitgehend eingestellt. Auch der Flugverkehr von London wird durch den Sturm beeinträchtigt. 50 Flüge mussten schon gestrichen werden. In den Hochlandgebieten von Schottland rechnet der britische Wetterdienst sogar mit Schneestürmen! In der Irischen See erreichen die Wellen zeitweise eine Höhe von bis zu 25m, wodurch mehrere Schiffe in Schwierigkeiten geraten.

An der französischen Westküste erreichte der schwere Sturm Windgeschwindigkeiten von bis zu 110 km/h . Vielerorts kam es zu Überschwemmungen. Die Fährverbindungen zu den größeren Inseln westlich der Bretagne wurden unterbrochen. Wie in Großbritannien kam es auch in Frankreich zu heftigen Regenschauern und durch umgestürzte Bäume vielerorts zu starken Verkehrsbehinderungen.

Links: Die Niederschlagssummen am 10. März 2008 von 12:00 bis 18:00 Uhr UTC zeigen, daß im Einflussbereich des Orkantiefs Johanna vielerorts große Regenmengen fielen.
Rechts:Die Karte zeigt die Niederschlagsstärken - also die Heftigkeit der Niederschläge - und die Niederschlagsformen der letzten 6 Stunden vor 18:00 Uhr UTC (Blau = Regen und Eisregen, Rosa = Schnee und Graupel). Auch die Isobaren des Bodenluftdrucks sind eingezeichnet (grün). Isobaren sind Linien die Orte mit gleichem Luftdruck untereinander verbinden.
Quelle: http://www.wetter3.de/
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Das stürmische Wetter soll nach Meinung der Meteorologen noch mindestens bis Mittwoch anhalten und sich bis dahin sogar weiter verstärken, denn ein weiteres Tiefdruckgebietist im Anmarsch, das Sturmtief Kirsten. In Deutschland kommt es am Abend und in der Nacht ebenfalls zu schwereren Sturmböen und Regenfällen. Allerdings hat das Orkantief Johanna hier schon deutlich an Stärke verloren. Am 11.März 2008 lassen die Sturmböen deutlich nach, denn ein Zwischenhoch zieht durch.

Kirsten
Am frühen Morgen des 12.März 2008 erreicht das Sturmtief Kirsten die Britischen Inseln und am Mittag zieht es bereits über Südnorwegen hinweg. Es weht ein zunehmend stürmischer werdender Wind aus westlichen, später südwestlichen Richtungen, und beim Durchzug der Kaltfront kommt zu heftigen Regenschauern. Der Kaltfront folgt polare Kaltluft nach, die zahlreiche Konvektionszellen mit zellularer Quellbewölkung enthält. Dadurch kommt es immer wieder zu Regenschauern und auch zu einzelnen Gewittern mit Graupel und Starkregen. In Hochlagen fällt auch Schnee.

Wetterlage am 12.März 2008 um 0:00 Uhr UTC und um 12:00 Uhr UTC
Hinter der Kaltfront des Sturmtiefs Kirsten strömt polare kaltluft nach, gut erkennbar an der zellularen Bewölkung, die entsteht, weil die kalte Luft über die relativ warme Wasseroberfläche des Nordatlantik strömt. Dabei bilden sich zahlreiche Konvektionszellen, in denen sich Quellwolken bilden (links IR-, rechts VIS-Aufnahme von Meteosat).
Quelle: http://www.metoffice.gov.uk/

Links: Der Kern des Sturmtiefs Kirsten hat Südskandinavien erreicht. Es wehen stürmische Winde aus westlichen und teilweise auch aus südwestlichen Richtungen.
Die abgebildete Höhenkarte zeigt die 500 hPa-Fläche (Geopotential) und indirekt auch die Temperaturen mit der so genannten Relativen Topographie (RETOP). Die 500 hPa-Fläche wird durch die schwarzen Linien sichtbar und ergibt sich aus den jeweiligen Höhe über dem Boden in denen der Luftdruck auf 500 hPa gesunken ist (Höhenangaben in Dekametern!). Warme Luft dehnt sich in der Vertikalen mehr aus als kalte Luft, so daß der Luftdruck auch erst in entsprechend größerer Höhe auf 500 hPa gefallen ist. Die 500 hPa-Fläche bildet so eine Art "Landschaft" mit "Bergen" (Warmluft)und "Tälern"(Kaltluft). Die schwarzen Linien der 500 hPa-Fläche verbinden Orte miteinander, die jeweils in der gleichen Höhe liegen. Diese auch Isohypsen genannten Linien lassen den Verlauf der Höhenwinde in der Westwindzone und damit auch die Polarfront gut erkennen. Die Farben zeigen die Relative Topographie. Darunter versteht man die Darstellung des Höhenunterschiedes oder der Schichtdicke zwischen zwei isobaren Flächen, also Flächen in denen jeweils der gleiche Luftdruck herrscht. Hier sind es die 500 hPa (in etwa 5 km Höhe) und die bodennahe 1000 hPa Isobarenfläche. Dieser Höhenabstand ist wieder in Form von Isohypsen dargestellt. Gebiete mit relativ geringen Schichtdicken entsprechen einer relativ niedrigen Lufttemperatur der betreffenden Schicht. Die Gebiete mit hoher Schichtdicke, also einem großen Abstand zwischen den Isobarenflächen entsprechen dagegen einer relativ hohen Lufttemperatur der betreffenden Schicht. Die Temperaturen der Schichten nehmen von violett, über blau, grün, gelb nach rot immer mehr zu. Darüber hinaus ist auf der Karte auch noch der jeweils herrschende Bodenluftdruck eingezeichnet. Man erkennt ihn an den weißen geschlossenen Linien, den Isobaren, die Orte gleichen Luftdrucks miteinander verbinden. Ein geringer Abstand zwischen den Isobaren zeigt eine großes Luftdruckgefälle an und umgekehrt. Der jeweilige Luftdruckwert ist auf den Isobaren eingetragen. Die Hoch- und Tiefdruckgebiete sind so auf einen Blick auszumachen.

Rechts: Die Karte zeigt die Niederschlagsstärken und Niederschlagsformen der letzten 6 Stunden von 18:00 Uhr UTC am12.März.2008 bis 0:00 Uhr UTC am 13.März 2008. Das Sturmtief Kirsten brachte Starkregen und In den Hochlagen teilweise sogar Schneefall.(Blau = Regen und Eisregen, Rosa = Schnee und Graupel). Auch die Isobaren des Bodenluftdrucks sind eingezeichneet (grün). Isobaren sind Linien, die Orte mit gleichem Luftdruck untereinander verbinden.
Quelle: http://www.wetter3.de/
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Bei Windgeschwindigkeiten von über 110 km/h, in höheren Lagen auch von bis zu 160 km/h kommt es zu erheblichen Verkehrsbehinderungen und Schäden durch umgestürzte Bäume.

Lara

Am 15.März 2008 erreicht das Sturmtief Lara Europa, aber so richtig stürmisch wird es nicht.

Wetterlage am 15.März 2008 um 06:00 Uhr UTC
Infrarotaufnahme (IR) des europäischen Wettersatelliten Meteosat
Quelle: http://www.metoffice.gov.uk/
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Auf dem Satellitenbild gut zu erkennen ist die zum Tiefdruckgebiet mit Zentrum über den Britischen Inseln gehörende Kaltfront, die sich von Irland, über die Biskaya und durch die Iberische Halbinsel erstreckt. Sie zeichnet den Verlauf der Polarfront nach. Das Tief lenkt polare Kaltluft an seiner Westflanke vorbei bis zur portugiesischen Atlantikküste, gut erkennbar an der zellularen Bewölkung, die immer dann entsteht, wenn kalte Luft über die noch relativ warme Meeresoberfläche strömt, wodurch zahlreiche Konvektionszellen entstehen, in denen sich Quellwolken (Cumulus) bilden. Da sich das Tief im Gegenuhrzeigersinn dreht, kommen die Winde in Westeuropa aus nordwestlichen Richtungen, in Mitteleuropa dagegen aus südwestlichen Richtungen.

Gegenüber im Süden liegt das Azorenhoch. Es lenkt tropische Warmluft ebenfalls an seiner Westflanke vorbei im Uhrzeigersinn nach Westen

Wetterlage am 15.März 2008 um 06:00 Uhr UTC
Links: Die Höhenkarte zeigt die 500 hPa-Fläche (Geopotential) und die dort herrschenden Temperaturen. Die 500 hPa-Fläche wird durch die schwarzen Linien sichtbar und ergibt sich aus den jeweiligen Höhe über dem Boden in denen der Luftdruck auf 500 hPa gesunken ist (Höhenangaben in Dekametern!). Warme Luft dehnt sich nun aber nach oben hin mehr aus als kalte Luft, so daß der Luftdruck auch erst in entsprechend größerer Höhe auf 500 hPa gefallen ist. Die 500 hPa-Fläche bildet so eine Art "Landschaft" mit "Bergen" (Warmluft)und "Tälern"(Kaltluft). Die schwarzen Linien der 500 hPa-Fläche verbinden Orte miteinander, die jeweils in der gleichen Höhe liegen. Diese auch Isohypsen genannten Linien lassen den Verlauf der Höhenwinde in der Westwindzone und damit auch die Polarfront gut erkennen. Die Farben zeigen die Temperaturen (von violett, über blau, grün, gelb nach rot zunehmend) auf der 500 hPa-Fläche und die weißen Linien mit den Zahlen einzelne Temperaturwerte an.

Rechts: Die Karte zeigt die Niederschlagsstärken - also die Heftigkeit der Niederschläge - und die Niederschlagsformen der letzten 6 Stunden vor 06:00 Uhr UTC (Blau = Regen und Eisregen, Rosa = Schnee und Graupel). Auch die Isobaren des Bodenluftdrucks sind eingezeichnet (grün). Isobaren sind Linien die Orte mit gleichem Luftdruck untereinander verbinden. Die Niederschlagsorte in ihrer Gesamtheit zeigen recht gut die Lage der Frontensysteme der heranziehenden Tiefdruckgebiete an.
Quelle: http://www.wetter3.de/

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Der Wolkenwirbel über dem nördlichen Balkan gehört zu einem Kaltlufttropfen, der sich aus der Westwindzone gelöst hat. Kaltlufttropfen entstehen dann, wenn das Temperaturgefälle an der Polarfront zu gering wird. Die Strömungsgeschwindigkeit im Jetstream nimmt dann sehr ab, und die Rossby-Wellen innerhalb des Jetstreams werden so stark, daß die Höhenströmung schließlich ganz und gar zusammenbricht. Die dynamische Hoch- und Tiefdruckgebiete in der Westwindzone werden dann quasi "eingefroren" und bewegen sich nicht mehr weiter nach Osten, denn die sie antreibende Höhenströmung ist ja nicht mehr vorhanden. Polwärts bildet sich eine neue Westwindzone ohne Rossby-Wellen aus, mit demzufolge hoher Strömungsgeschwindigkeit. Da so kein Temperaturausgleich stattfinden kann, werden die Temperaturgegensätze zwischen tropischer Warmluft und polarer Kaltluft immer größer, bis sich durch Instabilitäten wieder Rossby-Wellen bilden und damit auch wieder neue dynamische Hoch- und Tiefdruckgebiete entstehen können. Durch diesen Vorgang haben sich die "eingefrorenen", stationären Tiefdruckgebiete von der Westwindzone getrennt (Cut Off). Es handelt sich bei ihnen um Bereiche kalter Luft, die von wärmerer Umgebungsluft völlig eingeschlossen sind. Sie heißen deshalb Kaltlufttropfen. Als kalte Höhentiefs über relativ warmer Luft - eine labile Luftschichtung also - „saugen“ sie die Luft nach oben. Diese kühlt dabei ab, und es entwickeln sich viele Quellwolken. Heftige Niederschläge (Regen, Schnee) und auch Gewitter (Hagel) sind dann die Regel. Die stationären Hochdruckgebiete blockieren in ihrem Einflussbereich die Westwindzone und fördern so ihrerseits wieder die Abschnürung weiterer Kaltlufttropfen aus der Westwindzone (Cut Off). Besonders dann, wenn ein solcher Kaltlufttropfen sich über noch relativ warmes Wasser bewegt, wo entsprechend viel Wasser verdunstet, kann er neue Energie (latente Wärme) aufnehmen, die als Kondensationswärme bei der Wolkenbildung wieder frei wird, was dann wiederum die Wolkenbildung verstärkt. Dabei gewinnen die Kaltlufttropfen als Höhentiefs gewaltig an Stärke und können sich zu beachtlichen Stürmen entwickeln.

Wetterlage am 15.März um 10:00 Uhr UTC
Auf der Meteosat -Aufnahme im sichtbaren Licht (VIS) lässt sich der Einstrom der polaren Kaltluft mit der dazugehörigen zellularen Bewölkung besonders gut erkennen.
Quelle: http://www.metoffice.gov.uk/

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Vorhersage für den 15.03.2008 nachmittags und tatsächliche Wetterlage um 18:00 Uhr UTC

Links:Die Wetterkarte stellt mit Hilfe von Isobaren, also Linien die Orte mit gleichem Luftdruck
untereinander verbinden, die Luftdruckverhältnisse in Bodennähe dar. Die schwarzen Halbkreise markieren die Warmfront und die schwarzen Dreiecke die Kaltfront der Tiefdruckgebiete. Außerdem werden die Temperatur und Bewölkungsverhältnisse dargestellt. Quelle: Deutscher Wetterdienst (DWD)

Rechts: Nur in Höhenlagen (hier in den Alpen) kommt es zu Schneefällen. Quelle: http://www.wetter3.de/
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Vorhersagen für den 16. und 17.März 2008 nachmittags
Durch die hinter der Kaltfront nachströmende nur leicht angewärmte polare Kaltluft wird es in Mitteleuropa zunehmend kälter. Quelle:DWD
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Jens Christian Heuer

Quellen:
http://www.metoffice.gov.uk/
http://www.wetter3.de/
Was ist Vorticity? Autor: Felix Welzenbach
unter: http://www.wetteran.de/knowledge/was_ist_vorticity.htm
Die beste Darstellung dieses schwierigen Themas im ganzen deutschsprachigen Raum !!!
http://www.wzforum.de/forum2/read.php?2,1306778
Eine schöne Analyse des Orkantiefs Johanna wiederum von Felix Welzenbach!
http://www.spiegel.de/

Meteorologie Wettergeschehen

2008-03-02T09:15:00.006+01:00

Das Sturmtief Emma

Die Herbststurmsaison des Jahres 2007 blieb sehr bescheiden. Die Stürme machten sich rar. Doch nun in den Monaten Februar und März des Jahres 2008 sieht das ganz anders aus. Die Stürme sind wieder da. Mit dem Sturmtief Emma erreicht die Frühjahrssturmsaison nun schon am 1. März einen ersten, vielleicht nur vorläufigen Höhepunkt. Vergleiche mit dem Sturmtief Kyrill, das im Januar letzten Jahres große Teile Europas verwüstete, werden bereits laut. Warum dieser Unterschied zwischen dem eher ruhigen Herbst 2007 und dem wohl recht stürmischen Frühjahr 2008? Spielt der Klimawandel dabei eine Rolle?

Die Wetterlage im Frühjahr 2008
Der Winter 2007/2008 auf der Nordhalbkugel bietet ein sehr uneinheitliches Bild. Während es in Westeuropa wieder einmal für die Jahreszeit viel zu warm geblieben ist, schlug der Winter andernorts alle Rekorde. Massive Kaltlufteinbrüche sorgten in Nordamerika, Zentralasien, Indien, China, im Nahen Osten und im östlichen Mittelmeerraum für Temperaturstürze, ausgiebige Schneefälle, ja teilweise sogar für heftige Schneestürme. In der Arktis erlebte Grönland den kältesten Winter seit vielen Jahren, und die Rekordschmelze des arktischen Meereises vom Sommer 2007 wurde, zumindest was die Fläche angeht, weitestgehend wettgemacht.

In Westeuropa bleibt es aber auch Ende Februar/Anfang März 2008 weiterhin milde, denn es herrscht schon länger eine Westlage, eine Wetterlage, die für diese Gegend recht typisch ist. Diese Wetterlage zeichnet sich, wie im Namen schon ersichtlich, durch vorherrschende Westwinde aus, die die an der Polarfront über dem Nordatlantik entstandenen dynamischen Tiefdruckgebiete nach Europa tragen. Diese Tiefdruckgebiete bringen uns milde Meeresluft, die wir wiederum dem Golfstrom zu verdanken haben. Der Golfstrom, auch die Warmwasserheizung Europas genannt, ist Teil eines weltweiten Kreislaufs von Meeresströmungen, die gemeinsam mit den Luftströmungen der atmosphärischen Zirkulation, die Wärme von der sonnenverwöhnten Äquatorregion, hin zu den von der Sonne vergleichsweise wenig bedachten Polen der Erde umverteilen. Der Golfstrom wird, wie alle anderen Meeresströmungen auch, hauptsächlich durch Winde angetrieben. Aber eben nicht nur, denn es gibt noch einen "Hilfsmotor": Das nach Norden strömende Wasser gibt seine Wärme allmählich an die Luft darüber ab und wird dabei immer kühler, aber auch immer salzhaltiger, denn auf seiner langen Wegstrecke verdunstet viel Wasser. Die Dichte des übriggebliebenen Wassers nimmt so nach und nach zu, bis es langsam abzusinken beginnt. Dabei bilden sich unter dem Einfluss der Erdrotation abwärts gerichtete Wirbel in denen das relativ kühle und salzhaltige Wasser wie im Auslauf eines Waschbeckens, in die Tiefe verschwindet. Derartige Absinkzonen befinden sich westlich der Südspitze Grönlands, sowie südlich und nördlich von Island. Als kalte Tiefenströmung gelangt das Wasser wieder zurück in den Süden. Die vom Golfstrom an die Luft abgegebene Wärme gelangt durch die über dem Nordatlantik im Bereich der Polarfront vorherrschenden Westwinde bis nach West- und Mitteleuropa und sorgt dort für eine auch im Winter oft sehr milde Witterung, so wie wir sie jetzt auch haben.

Die Wetterlage am 26.Februar 2008 um 12:00 Uhr UTC
Links: Das Tiefdruckgebiet mit Zentrum südöstlich von Island besitzt eine ausgedehnte Kaltfront, die sich im Bogen über Nord- und Westeuropa, die Biskaya und bis über den Nordatlantik erstreckt. Aus einer kleinen Wellenstörung im Kaltfrontabschnitt der über dem Nordatlantik verläuft, hat sich ein Tochtertief entwickelt An der zellularen Bewölkung schön zu erkennen ist auch die hinter der Kaltfront nachströmende polare Kaltluft. Die wolkenfreie Zone über der Nordsee ist ein Zwischenhoch. Das im sichtbaren Licht aufgenommene Bild (VIS) stammt von Meteosat, einem Wettersatelliten, der die Erde auf einer geostationären Bahn umläuft. Der Satellit fliegt auf einer so hohen Bahn, daß er für eine Erdumrundung genau einen Tag braucht, also genau die Zeit für eine Drehung der Erde um die eigene Achse. Daher dreht sich der Satellit genau mit der Erde und bleibt so immer über demselben Ort auf der Erdoberfläche. Rechts: Die Infrarotaufnahme (IR) des europäischen Wettersatelliten Meteosat bildet die unsichtbare Wärmestrahlung ab, die vom Land, den Wasserflächen und den Wolken ausgeht. Warme Objekte erscheinen dunkel, kalte Objekte dagegen hell. Aus den Helligkeiten der Objekte ist somit ein direkter Rückschluss auf deren Temperatur möglich. Infrarotbilder gelingen auch in der Dunkelheit der Nacht, denn im Gegensatz zum sichtbaren Licht ist die Wärmestrahlung immer da. Quellwolken (Cumulus), die sich bis in große Höhen auftürmen wie ganz besonders die Gewitterwolken (Cumulunimbus), sind wegen der mit der Höhe abnehmenden Lufttemperatur an ihrer Oberseite relativ kalt und erscheinen daher hell. Dasselbe gilt für die nur in großer Höhe entstehenden Eiswolken (Cirrus). Wolken in niedrigen Höhen sind dagegen schon fast genauso warm, wie die Erdoberfläche darunter und erscheinen somit ähnlich dunkel. Dieser Gegensatz ist auch auf diesem Bild sehr deutlich zu erkennen, wenn man etwa die hohen, hell erscheinenden Quell- und Cirruswolken (Cumulus und Cirrus) des Tiefdruckgebietes bei Island mit den sehr dunklen Schichtwolken (Stratus, Stratocumulus) )des ausgedehnten Hochdruckgebietes über dem Balkan vergleicht, die dort wegen der herabsinkenden Warmluft nur in geringe Höhen heraufreichen und deshalb nur bei genauem Hinsehen auszumachen sind. Quelle: http://www.metoffice.gov.uk/
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An der Polarfront treffen die tropische Warmluft aus der Äquatorregion und die polare Kaltluft aufeinander, wodurch es zur Bildung dynamischer Hoch- und Tiefdruckgebiete kommt. Und das funktioniert so: Warme Luft dehnt sich mehr in die Höhe aus als kalte Luft, so daß der Luftdruck auf der Warmluftseite der Polarfront mit zunehmender Höhe auch dementsprechend langsamer abnimmt. Auf der Warmluftseite bildet sich demzufolge ein Höhenhoch und auf der Kaltluftseite ein Höhentief. Am Boden ist der Luftdruck auf beiden Seiten zunächst noch gleich, denn das Gewicht der beiden Luftmassen ist ja unabhängig von ihrer Ausdehnung in die Höhe. Zwischen dem Höhenhoch der Warmluft und dem Höhentief der Kaltluft wirkt aber eine Gradientenkraft und löst einen starken Höhenwind (Jetstream) in Richtung Kaltluftseite, also in Richtung Nordpol aus. Die Erddrehung um die eigene Achse (Erdrotation) lenkt diesen Wind nach Osten ab, wodurch sich eine Westwindzone herausbildet, die sich bis zum Boden hin durchsetzt. Durch den Höhenwind verliert die Warmluftseite an Masse, so daß dort der auf dem Boden lastende Luftdruck sinkt. Es entsteht ein Bodentief. Die polare Kaltluft am Nordpol, die sich kaum in die Höhe ausdehnt sondern vielmehr in Bodennähe ansammelt, bildet ein bodennahes Kältehoch aus. Von diesem Kältehoch strömt die Kaltluft in Richtung Süden und wird ebenfalls durch die Erdrotation abgelenkt, diesmal aber nach Westen. Warm- und Kaltluft begegnen sich an der Polarfront, strömen aber wegen der Ablenkung durch die Erdrotation in entgegen gesetzten Richtungen aneinander vorbei.

Die Temperatur- und Druckgegensätze sind nicht an allen Abschnitten der Polarfront überall genau gleich groß und damit auch nicht die Windgeschwindigkeiten innerhalb des Jetstreams der Westwindzone. Durch diese Unregelmäßigkeiten beginnt der Jetstream zu mäandern (Rossby-Wellen) und die Höhenströmung wird abwechselnd beschleunigt und dann wieder abgebremst. Wird ein Teilabschnitt der Höhenströmung beschleunigt, so kann die nachfolgende, langsamere Luft nicht mithalten. Die Luftsäule verliert an dieser Stelle an Masse (Divergenz), so daß bis zum Boden hin der Luftdruck fällt. Durch diese Störung wird von ringsherum Luft angesaugt (Konvergenz) und es bildet sich ein aufwärts gerichteter Luftwirbel. So entstehen die dynamischen Tiefdruckgebiete. Durch die von ihrem Tiefdruckzentrum ausgehende Drehbewegung stößt warme Luft nach Norden gegen die Kaltluft vor (Warmfront), und im Gegenzug stößt kalte Luft nach Süden gegen die Warmluft (Kaltfront) vor. An der Warmfront, wo die warme Luft langsam über die kältere Luft nach oben gleitet, bilden sich Schichtwolken, und es fängt häufig über längere Zeit an zu regnen (Landregen). In größeren Höhen, wo es kälter ist, bilden sich Eiswolken (Cirrus). Die Kaltfront und die dahinter befindliche Kaltluft bewegen sich wesentlich schneller als die vorauseilende Warmluft, die wegen ihrer Aufstiegstendenz eine schwächer ausgeprägte Vorwärtsbewegung hat. Die Warmluft wird so nach und nach von der herannahenden Kaltluft durchdrungen, erfährt dabei, da sie leichter ist, einen starken Auftrieb (labile Luftschichtung), und es bildet sich eine ausgeprägte Quellbewölkung. Bei kräftigen Winden kommt es zu sehr heftigen Regenschauern, oft auch zu Gewittern mit Hagel. Der Warmluftsektor wird nach und nach zusammengeschoben. Warm- und Kaltfront vereinigen sich dabei zu einer Mischfront (Okklusion) bis der Warmluftsektor völlig verschwunden ist.

Entwicklung und Aufbau eines dynamischen Tiefdruckgebietes
nach Vilhelm Bjerknes (1862-1951), der die Polarfronttheorie entwickelte.
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Später löst sich das Tiefdruckgebiet dann ganz auf. Die durchschnittliche Lebensdauer dynamischer Tiefdruckgebiete liegt nur bei knapp einer Woche. An den Kaltfronten älterer Tiefdruckgebiete können wiederum kleine Wellenstörungen auftreten und die Bildung weiterer dynamischer Tiefdruckgebiete (Randtiefs, Tochtertiefs) auslösen. So ist es auch auf dem Satellitenbild von Meteosat schön zu sehen. Auf diese Weise können regelrechte Tiefdruckfamilien heranwachsen.

Wird hingegen ein Teilabschnitt der Höhenströmung abgebremst, so kommt es zu einem Luftstau, weil die nachfolgende Luft relativ zu schnell ist. Damit gewinnt die Luftsäule an dieser Stelle an Masse hinzu (Konvergenz), so daß der Luftdruck bis zum Boden hin ansteigt. Die Luft weicht ringsherum nach außen aus (Divergenz) und es bildet sich ein abwärts gerichteter Wirbel. So entstehen die dynamischen Hochdruckgebiete.Da die Luft in einem solchen Hochdruckgebiet nach unten sinkt und sich dabei erwärmt lösen sich vorhandene Wolken auf.

Durch kleine Wellenstörungen wird also die Höhenströmung des Jetstreams zunehmend turbulent, und es entstehen dynamische Hoch- und Tiefdruckwirbel, die dann für eine Durchmischung von Warm- und Kaltluft und damit für einen erheblichen Abbau des Temperaturgegensatzes zwischen Tropen- und der Polarregion sorgen. Die Tiefdruckwirbel bewegen sich in der Westwindzone in Richtung Osten nach Europa und sorgen in den Gebieten unter ihren Zugbahnen für eine milde und feuchte Witterung.

Emma
In den letzten Februartagen entwickelt sich über dem Nordatlantik in der Nähe von Island das bisher stärkste Sturmtief des Jahres 2008 und bewegt sich in Richtung Osten.

Am 29.Februar 2008 ist das Sturmtief Emma bereits über der Nordsee, und die ersten Tiefausläufer überqueren im Laufe des Tages West- und Mitteleuropa. Es kommt zu ersten Niederschlägen.

Das Sturmtief Emma hat West- und Mitteleuropa erreicht. Auf der Infrarotaufnahme (IR) von Meteosat erscheinen besonders die Quellwolken (Cumulus) der Kaltfront und der Okklusion ausgesprochen hell, da sich diese Wolken bis in große Höhen auftürmen und wegen der mitzunehmender Höhe abnehmenden Lufttemperatur an ihrer Oberseite relativ kalt sind. Dasselbe gilt für die nur in großer Höhe entstehenden Eiswolken (Cirrus). Hinter der Kaltfront wird polare Kaltluft herangeführt und in die Westwindzone eingemischt. Das ist gut an der zellularen Bewölkung zu erkennen, die immer dann entsteht, wenn kalte Luft über eine noch relativ warme Wasseroberfläche strömt, wobei durch die labile Luftschichtung – die vom Wasser erwärmte Luft steigt wegen ihrer dann geringeren Dichte in der kalten Luft auf - zahlreiche Konvektionszellen entstehen, in denen sich Quellwolken (Cumulus) bilden. Gegenüber dem Sturmtief Emma befindet sich im Süden das Azorenhoch. Es lenkt tropische Warmluft in die Westwindzone. Beide Druckgebilde erhöhen so gemeinsam den Temperaturgegensatz an der Polarfront und fördern dadurch wiederum die Entstehung neuer dynamischer Hoch- und Tiefdruckgebiete. Quelle: http://www.metoffice.gov.uk/
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Die Höhenkarte zeigt die 500 hPa-Fläche (Geopotential) und indirekt auch die Temperaturen mit der so genannten Relativen Topogrphie (RETOP). Die 500 hPa-Fläche wird durch die schwarzen Linien sichtbar und ergibt sich aus den jeweiligen Höhe über dem Boden in denen der Luftdruck auf 500 hPa gesunken ist (Höhenangaben in Dekametern!). Warme Luft dehnt sich in der Vertikalen mehr aus als kalte Luft, so daß der Luftdruck auch erst in entsprechend größerer Höhe auf 500 hPa gefallen ist. Die 500 hPa-Fläche bildet so eine Art "Landschaft" mit "Bergen" (Warmluft)und "Tälern"(Kaltluft). Die schwarzen Linien der 500 hPa-Fläche verbinden Orte miteinander, die jeweils in der gleichen Höhe liegen. Diese auch Isohypsen genannten Linien lassen den Verlauf der Höhenwinde in der Westwindzone und damit auch die Polarfront gut erkennen. Die Farben zeigen die Relative Topographie. Darunter versteht man die Darstellung des Höhenunterschiedes oder der Schichtdicke zwischen zwei isobaren Flächen, also Flächen in denen jeweils der gleiche Luftdruck herrscht. Hier sind es die 500 hPa (in etwa 5 km Höhe) und die bodennahe 1000 hPa Isobarenfläche. Dieser Höhenabstand ist wieder in Form von Isohypsen dargestellt. Gebiete mit relativ geringen Schichtdicken entsprechen einer relativ niedrigen Lufttemperatur der betreffenden Schicht. Die Gebiete mit hoher Schichtdicke, also einem großen Abstand zwischen den Isobarenflächen entsprechen dagegen einer relativ hohen Lufttemperatur der betreffenden Schicht. Die Temperaturen der Schichten nehmen von violett, über blau, grün, gelb nach rot immer mehr zu. Darüber hinaus ist auf der Karte auch noch der jeweils herrschende Bodenluftdruck eingezeichnet. Man erkennt ihn an den weißen geschlossene Linien, den Isobaren, die Orte gleichen Luftdrucks miteinander verbinden. Ein geringer Abstand zwischen den Isobaren zeigt eine großes Luftdruckgefälle an und umgekehrt. Der jeweilige Luftdruckwert ist auf den Isobaren eingetragen. Die Hoch- und Tiefdruckgebiete sind so auf einen Blick auszumachen. Im Kern des Sturmtiefs Emma, beispielsweise, ist der Luftdruck auf 960 hPa gesunken!
Quelle: http://www.wetter3.de/
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Am Abend gibt der Deutsche Wetterdienst (DWD)die folgende Unwetterwarnung heraus:

In der Nacht zum Samstag und am Samstag teils schwerer Sturm mit Orkanböen.

Entwicklung der Wetter- und Warnlage:
Deutschland in den Einflussbereich des Orkantiefs "EMMA", das zur Zeit über das südliche Nordmeer Richtung Norwegen zieht. Dabei überquert eine Kaltfront unseren Raum von Nordwest nach Südost und erreicht Samstagvormittag die Alpen. Im Laufe des Samstags zieht das Orkantief weiter Richtung nördliche Ostsee. In der Nacht zum Samstag dehnt sich das Sturmfeld von Nordwesten sukzessive auf Deutschland aus. Dabei muss verbreitet mit teils schweren Sturmböen oder orkanartigen Böen gerechnet werden. An der Küste sowie in höheren Lagen gibt es Orkanböen, mit der Passage der Kaltfront können - vor allem bei eingelagerten Schauern oder Gewittern - aber auch in tiefen Lagen einzelne Orkanböen auftreten. Entsprechende UNWETTERWARNUNGEN wurden herausgegeben. Nach Passage der Kaltfront stellt sich sehr stürmisches und wechselhaftes Wetter mit Schauern und kurzen Gewittern ein. Es muss weiterhin mit schweren Sturmböen, im Bergland und an der Küste sowie in Verbindung mit Schauern und Gewittern mit orkanartigen Böen oder Orkanböen aus West bis Nordwest gerechnet werden. Über Sturm und Orkan hinaus kann es zeitweise kräftig regnen. Dabei werden in einigen Mittelgebirgslagen mit dem bereits gefallenen Regen Warnschwellen für Dauerregen überschritten.

UNWETTERWARNUNG vor orkanartigen Böen und Orkanböen:
Von Nordwest nach Südost ausgreifend teils schwerer Sturm mit einzelnen orkanartigen Böen (Stärke 11 Bft) oder sogar einzelnen Orkanböen (12 Bft), vor allem an der Küste und auf den Bergen. In Verbindung mit Schauern und Gewittern sowie bei Kaltfrontpassage sind aber auch in tiefen Lagen orkanartige Böen möglich.

Warnung vor Wind- und Sturmböen:
Verbreitet aufkommender Sturm aus westlichen Richtungen mit Spitzenböen bis Stärke 10 Bft.
Warnung vor Dauerregen:
In Staulagen süddeutscher Mittelgebirge Dauerregen, dabei muss in 48 Stunden mit Mengen von etwa 40 bis 50 Liter pro Quadratmeter gerechnet werden. Örtlich können auch bis etwa 60 Liter fallen.

Letzte Aktualisierung
Freitag, 29.02.08, 22.25 Uhr

Am Morgen des 1.März 2008 kommt es weitverbreitet immer wieder zu heftigen Niederschlägen beim Durchzug von Kaltfrontausläufern. Die Windgeschwindigkeiten sind zunächst noch nicht so hoch wie erwartet.

Satellitenfilm (IR) des Sturmtief Emma vom 1.März .2008 morgens.
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Im Laufe des Tages bewegt sich die ausgedehnte Kaltfront von Emma über West- und Mitteleuropa hinweg in Richtung Balkan. Immer wieder kommt es zu kräftigen Windböen mit Regen- und Hagelschauern, da sich zahlreiche Gewitterzellen in der Kaltfront bilden konnten.

Die Wetterlage am 1.März 2008 um 12:00 Uhr UTC ; links: VIS-Aufnahme, rechts: IR-Aufnahme
Quelle: http://www.metoffice.gov.uk/
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Nachdem die Kaltfront durchgezogen ist folgt nun die polare Kaltluft. Diese ist gut an der zellularen Bewölkung zu erkennen, die entstanden ist, als die kalte Luft über das noch relativ warme Meer strömte, wobei durch die labile Luftschichtung – die vom Wasser erwärmte Luft steigt wegen ihrer dann geringeren Dichte in der kalten Luft auf - zahlreiche Konvektionszellen entstanden, in denen sich Quellwolken (Cumulus), darunter auch zahlreiche Gewitterzellen (Cumulunimbus)bilden konnten. Die kräftigen Windböen halten an. Besonders auf den Bergen wurden hohe Windgeschwindigkeiten erreicht. So wurden zum Beispiel auf dem Wendelstein, südöstlich von München in den Bayrischen Alpen 223 km/h gemessen, auf der Zugspitze 191 km/h und auf dem Feldberg im Schwarzwald 162 km/h. Dagegen kamen die Nord- und Ostseeküste und auch ganz Norddeutschland noch glimpflich davon. In List auf Sylt wurden 119 km/h und am Leuchtturm Alte Weser sogar 130 km/h gemessen. Meistens blieben die Windgeschwindigkeiten im Tiefland aber unter 100 km/h.

Leider sind auch Opfer zu beklagen: Insgesamt 14 Menschen kommen bei Verkehrsunfällen im Zusammenhang mit umgestürzten Bäunen oder starken Windböen ums Leben, davon 6 in Deutschland, 2 in Polen, 2 in Tschechien und 4 in Österreich. Darüber hinaus gibt es zahlreiche Verletzte und Schäden in Millionenhöhe. Allerdings sind die Verwüstungen, die der heftige Sturm in Deutschland und anderen europäischen Ländern anrichtete, bei weitem nicht so schlimm wie die nach dem Sturmtief Kyrill vor einem Jahr. Feuerwehren, Polizei und Rettungsdienste sind im Dauereinsatz.

Dem Sturmtief Emma folgt das Tochtertief (Randtief) Fee, das weiterhin für stürmisches Wetter sorgt.
Höhenkarte: Geopotential, RETOP, Bodenluftdruck
Quelle: http://www.wetter3.de/
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Für die deutsche Nordseeküste wird vom Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) für den Abend eine Sturmflutwarnung ausgegeben. In Hamburg erreicht die Sturmflut 5 Meter über Normal, entsprechend 3 Meter über dem mittleren Hochwasser.

Am Morgen des 2. März 2008 ist das Sturmtief Emma schon weit nach Osteuropa abgezogen. Das Tochtertief von Emma mit Zentrum nordwestlich der Britischen Inseln nähert sich Westeuropa und und sorgt hier mit einigen Ausläufern für weiterhin stürmisches und regnerisches Wetter, das während des weiteren Tages noch anhält.

Wetterlage am 2.März 2008 um 6:00 Uhr UTC (IR-Aufnahme von Meteosat): Die Kaltfront von Emma ist schon weit nach Osteuropa vorgerückt. Das Sturmtief ist schon erheblich okkludiert, hat also ein hohes Reifestadium erreicht. Die Ausläufer ihres Tochtertiefs Fee haben inzwischen Westeuropa erreicht. Hinter der Kaltfront von Fee strömt polare Kaltluft nach, gut erkennbar an der zellularen Bewölkung über dem Nordatlantik. )Quelle: http://www.metoffice.gov.uk/ Bild durch Anklicken vergrößern!

Am Abend ist auch das Tochtertief Fee entgültig durchgezogen und der Wind flaut immer mehr ab. Durch die nachfolgende Kaltluft wird es deutlich kälter als bisher.

Wenige Stürme im Herbst 2007, aber viele Stürme im Frühjahr 2008
In zahlreichen Szenarien zu den möglichen Folgen des Klimawandels durch globale Erwärmung wird immer wieder vor häufigeren, aber auch stärkeren Stürmen in Verbindung mit Starkregen gewarnt ( z.B. http://www.ipcc.ch/SPM2feb07.pdf ). Die mittlere Temperatur auf der Erde ist ganz besonders in den letzten Jahrzehnten deutlich angestiegen. Aber nicht überall gleichmäßig, denn während sich in den Tropen die Durchschnittstemperatur kaum verändert hat, ist diese in der Arktis sehr deutlich angestiegen. Die überdurchschnittliche Erwärmung der Arktis hängt mit dem Abschmelzen des Meereises zusammen: Wenn das Meereis der Arktis schmilzt kommt die darunter liegende wesentlich dunklere ozeanische Wasseroberfläche zum Vorschein. Die Sonnenstrahlung wird nun in wesentlich geringerem Ausmaß reflektiert, als das zuvor beim Eis der Fall war. Die Temperaturen steigen, denn die dunkle Wasseroberfläche absorbiert die Sonnenstrahlung deutlich besser als zuvor die helle Eisoberfläche und erwärmt ihrerseits auch die Luftschichten darüber dementsprechend mehr . Die Wasseroberfläche hat, so sagt man, ein geringeres Albedo als das Eis. Es handelt sich um eine sich selbst verstärkende positive Rückkopplung – je mehr Eis geschmolzen ist, umso stärker die Erwärmung, wodurch noch mehr Eis schmilzt usw. (Eis-Albedo-Rückkopplung). Die besonders starke Erwärmung der Arktis wurde in den letzten Jahren besonders deutlich am beschleunigten Abschmelzen des arktischen Meereises (siehe dazu auch http://weltenwetter.blogspot.com/2007_05_01_archive.html).

Wenn wir uns nun noch einmal vor Augen führen, wie die dynamischen Tiefdruckwirbel, also die Sturmtiefs an der Polarfront entstehen (s.o.), dann erscheinen die Warnungen vor mehr und stärkeren Stürmen auf den ersten Blick widersprüchlich: Die Bildung der Sturmtiefs ist abhängig von dem Temperaturgefälle zwischen tropischer Warmluft und polarer Kaltluft an der Polarfront, aber genau dieses Temperaturgefälle wird durch die globale Erwärmung ja geringer, weil sich die Arktis mehr erwärmt als die Tropen. Logischerweise müsste dadurch doch eigentlich nicht nur die Anzahl, sondern auch die Stärke der Stürme zurückgehen und nicht etwa zunehmen, so wie viele der Szenarien es behaupten. Und doch gibt es gute Gründe für diese Szenarien: Über dem Nordpol - und natürlich auch über dem Südpol - der Erde bildet sich in der Stratosphäre unter bestimmten Bedingungen ein Polarwirbel, der als Tiefdruckwirbel bis in die mittlere Troposphäre hinabreicht. Die Stratosphäre ist die nächsthöhere Atmosphärenschicht oberhalb der Troposphäre, also oberhalb der Schicht, in der sich die meisten Wettervorgänge abspielen. Die Stratosphäre enthält Ozon, das die für das Leben gefährlichen Anteile der von der Sonne kommenden Ultraviolettstrahlung (UV) absorbiert. Darum ist die Stratosphäre deutlich wärmer als die obere Troposphäre. Ein Polarwirbel bildet sich aber nur, wenn die Stratosphäre über dem Nordpol sehr kalt wird. Das geschieht vornehmlich während der Polarnacht, wenn die Sonne nicht scheint und deshalb das Ozon die Stratosphäre nicht erwärmen kann. Der Polarwirbel über dem Nordpol beeinflusst aber wiederum den Jetstream in der Westwindzone: Der mäandernde Jetstream, der die Bildung dynamischer Hoch- und Tiefdruckwirbel auslöst, kann in zwei Schwingungszuständen (Phasen) vorkommen ...

Die positive und die negative Phase der Arktischen Oszillation (AO). Erklärungen im Text.
Quelle: http://www.washington.edu/
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In der positiven Phase der Arktischen Oszillation (AO) wird die polare Kaltluft von einem Jetstream mit hohen Windgeschwindigkeiten weitestgehend eingeschlossen. Es bilden sich zahlreiche, kräftige Sturmtiefs, die milde und feuchte Meeresluft nach Europa bringen (Westlage). Die Sturmtiefs vermischen tropische Warmluft und polare Kaltluft und verringern so den Temperaturgegensatz zwischen der Äquatorregion und dem Nordpol. Nur wenige Sturmtiefs erreichen den Mittelmeerraum, wo es deshalb nur wenige Niederschläge gibt.

In der negativen Phase sind die Windgeschwindigkeiten eher gering, so daß der Jetstream überaus stark mäandert. Häufig bricht die Höhenströmung des Jetstreams ganz zusammen, und die polare Kaltluft kann dann nach Süden ausbrechen. was zu plötzlichen Wintereinbrüchen führt. An der Polarfront bilden sich nur wenige und schwächere Sturmtiefs, so daß der Temperaturgegensatz zwischen Nordpol und Äquatorregion zunimmt. Die Sturmtiefs erreichen dafür häufiger den Mittelmeerraum, wo es dadurch feuchter wird. Der Im übrigen Europa, wo nur noch relativ wenige Sturmtiefs ankommen ist es dagegen eher kalt und trocken. Schwächere Passatwinde begünstigen die Entstehung tropischer Wirbelstürme. Hinzu kommen noch steigende Wassertemperaturen im Atlantik durch den schlechteren Temperaturausgleich, was ebenfalls die Wahrscheinlichkeit und auch die potentielle Stärke der tropischen Wirbelstürme erhöht.

Ein kräftig ausgebildeter Polarwirbel, der bis in weit in die Troposphäre hinabreicht, ist neben dem Temperaturgegensatz an der Polarfront ein weiterer "Motor", der den Jetstream antreibt, also dessen Windgeschwindigkeiten erhöht. Der Jetstream springt bei höheren Windgeschwindigkeiten aber eher in die positive Phase, und es gibt mehr und stärkere Stürme!
Je kälter die Stratosphäre über dem Nordpol ist, umso besser entwickelt sich dort der Polarwirbel. Da kommen jetzt die Treibhausgase ins Spiel. In der Troposphäre erhöhen sie bekanntermaßen durch den Treibhauseffekt die Temperaturen und das geht so: In der Nacht, wenn sie nicht mehr von der Sonne beschienen wird kühlt die Erdoberfläche vor allem durch Abgabe von Wärmestrahlung (Infrarot) sehr schnell ab. Die Treibhausgase in der Troposphäre absorbieren aber bestimmte ausgewählte Wellenlängen der Infrarotstrahlung des Erdbodens und geben einen Großteil dieser Wärme an die zahlreichen anderen Nachbarmoleküle ab. Die Troposphäre erwärmt sich dabei ein wenig. Ein kleiner Teil der Wärme gelangt als infrarote Gegenstrahlung, derselben Wellenlänge in der zuvor absorbiert wurde, wieder zurück zum Erdboden, der dadurch langsamer auskühlt, oder wird in den Weltraum abgestrahlt. Durch diese verzögerte nächtliche Auskühlung erwärmt sich der Erdboden dann später am Tage durch die Sonnenstrahlung auf höhere Temperaturen, als wenn es keine Treibhausgase gäbe. Die Erdoberfläche strahlt nun dem Temperaturanstieg entsprechend mehr Infrarotstrahlung - mit den zahlreichen Wellenlängen, die die Treibhausgase nicht absorbieren können (Infrarotfenster) - in den Weltraum ab, so daß sich ein Strahlungsgleichgewicht auf diesem höheren Temperaturniveau einstellt. Der durch den Treibhauseffekt erwärmte Erdboden gibt seine zusätzliche Wärme dann von unten an die unteren Luftschichten der Troposphäre weiter. In der Stratosphäre absorbiern die Treibhausgase kaum noch Infrarotstrahlung vom Erdboden, da die Treibhausgase in der Troposphäre schon fast alles absorbiert haben. Die Treibhausgase in der Stratosphäre erhalten aber Wärme durch Zusammenstöße mit Nachbarmolekülen. Da die Luft hier schon recht dünn ist, können sie einen erheblichen Teil der Wärme in den Weltraum abstrahlen, bevor sie durch erneute Zusammenstöße wieder an Nachbarmoleküle zurückgegeben werden kann. Diese Wärme geht der Stratosphäre unwiderruflich verloren. Eine Zunahme von Treibhausgasen in der Stratosphäre wirkt dort also abkühlend, was sich besonders in der Polarnacht bemerkbar macht, wo es praktisch keine Wärmezufuhr durch die Sonne mehr gibt. Und dadurch wird auch der Polarwirbel über dem Nordpol stärker! Genau deshalb also rechnen so viele Szenarien einer globalen Erwärmung durch Treibhausgase mit häufigeren und stärkeren Stürmen! Der Widerspruch ist aufgelöst! Und doch bleibt immer noch die Frage: Warum gab es so wenige Stürme im Herbst 2007, und warum sind die Stürme jetzt im Frühjahr 2008 wieder da? Eine mögliche Antwort könnte vielleicht so aussehen:

Sowohl der Temperaturgegensatz an der Polarfront, als auch die Stärke des Polarwirbels beeinflussen gleichermassen die Windgeschwindigkeiten im Jetstream und damit auch die Häufigkeit und Stärke der Sturmtiefs in der Westwindzone. Im Sommer 2007 erwärmte sich die Arktis besonders stark, was man an dem rekordverdächtigen Abschmelzen des Meereises eindrucksvoll nachvollziehen konnte.

Rückgang des Meereises am Nordpol. Im Laufe des Winters 2007/2008 hat sich die Meereisdecke am Nordpol aber wieder deutlich erholt. Quelle: NASA Bild durch Anklicken vergrößerbar!

Dadurch wurde der Temperaturgegensatz zwischen der tropischen Warmluft und der polaren Kaltluft natürlich geringer, und damit sanken auch die Windgeschwindigkeiten im Jetstream.
Der sturmfördende Effekt der Treibhausgase in der Stratosphäre durch einen stärkeren Polarwirbel wurde so wohlmöglich zunichte gemacht. Dann kam aber der kalte Winter auf der Nordhalbkugel (vgl. http://weltenwetter.blogspot.com/2008_01_01_archive.html) und der Temperaturgegensatz an der Polarfront nahm wieder zu. Deshalb kann jetzt, im Frühjahr 2008 die sturmfördernde Wirkung der Treibhausgase wieder voll durchschlagen und die Stürme kommen in großer zahl und Stärke zurück!

Jens Christian Heuer

Quellen: Deutsche Presse-Agentur (dpa)
http://metportal.dwd.de/ http://www.metoffice.gov.uk/
http://www.sat24.com/frame.php?html=homepage http://www.wetter3.de/

Klimawandel

2008-02-17T18:51:00.033+01:00

Kritische Schwellen im globalen Klimasystem,
oder: Warum das Klima plötzlich kippen könnte

In einer Veröffentlichung des Wissenschaftsmagazins "Proceedings of the National Academy of Sciences" (PNAS) warnt eine internationale Gruppe von Klimaforschern vor den Gefahren eines unerwartet schnell verlaufenden Klimawandels. Scheinbar unbedeutende, allmähliche Klimaänderungen in bestimmten Regionen der Erde könnten einen plötzlichen, unter Umständen sogar weltweiten Klimawandel auslösen.

Prof..Stefan Rahmstorf und Prof. Hans Joachim Schellhuber vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (http://www.pik-potsdam.de/) haben sich zusammen mit britischen Wissenschaftlern um Timothy Lenton von der britischen University of East Anglia in Norwich (http://www1.uea.ac.uk/cm/home) Gedanken darüber gemacht, ob und wo auf der Erde zunächst nur kleine Veränderungen des Klimas schon bald in einen plötzlichen und grundlegenden Wandel des globalen Klimasystems umschlagen können, mit möglicherweise verhängnisvollen Folgen für die Menschheit.

Timothy Lenton, Stefan Rahmstorf und. Hans Joachim Schellhuber
Quellen: http://www.tyndall.ac.uk/ und http://www.wbgu.de/

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Was damit gemeint ist, lässt sich anhand eines Bogenschützen veranschaulichen, der seinen Bogen immer weiter spannt, um eine immer größere Schussweite seiner Pfeile zu erreichen. Zunächst geht das auch gut, denn je kräftiger er seinen Bogen spannt, desto weiter fliegen die Pfeile. Aber schließlich kommt er an eine kritische Schwelle, wo die Sehne reißt, wenn er seinen Bogen noch weiter spannt. Der Pfeil kann dann überhaupt nicht mehr abgeschossen werden. Das System Pfeil und Bogen kippt also urplötzlich von einem Zustand, wo die Pfeile mit zunehmender Anspannung des Bogens immer weiter fliegen, in einen Zustand, wo das ganze System nicht mehr funktioniert. Diese Veränderung lässt sich dann nicht mehr so ohne weiteres rückgängig machen. Ähnlich könnte es auch dem globalen Klimasystem ergehen, das sogar mehrere kritische Schwellen aufweist. Durch die fortgesetzte Anreicherung von Treibhausgasen in der Erdatmosphäre - durch die Nutzung fossiler Brennstoffe (Kohle, Erdöl, Erdgas) steigt beispielsweise die Menge an Kohlendioxid - erwärmt sich das globale Klimasystem immer mehr.

Funktionsweise eines römischen Bogens
Quelle: http://www.imperiumromanum.com/

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Dieser „Treibhauseffekt“ funktioniert so: In der Nacht, wenn sie nicht mehr von der Sonne beschienen wird kühlt die Erdoberfläche vor allem durch Abgabe von Wärmestrahlung (Infrarot) sehr schnell ab. Die Treibhausgase (Wasserdampf, Kohlendioxid, Methan, Lachgas)in der Troposphäre absorbieren aber bestimmte ausgewählte Wellenlängen der Infrarotstrahlung - entsprechend ihrer Eigenschwingungen - des Erdbodens und geben einen Großteil dieser Wärme an die zahlreichen anderen Nachbarmoleküle ab. Die Troposphäre erwärmt sich dabei ein wenig. Ein kleiner Teil der Wärme gelangt entweder als infrarote Gegenstrahlung, derselben Wellenlänge in der zuvor absorbiert wurde, wieder zurück zum Erdboden, der dadurch langsamer auskühlt, oder wird in den Weltraum abgestrahlt. Durch diese verzögerte nächtliche Auskühlung erwärmt sich der Erdboden dann später am Tage durch die Sonnenstrahlung auf höhere Temperaturen, als wenn es keine Treibhausgase gäbe. Die Erdoberfläche strahlt nun dem Temperaturanstieg entsprechend mehr Infrarotstrahlung - in den zahlreichen Wellenlängen, die die Treibhausgase nicht absorbieren können (Infrarotfenster) - in den Weltraum ab, so daß sich ein Strahlungsgleichgewicht auf diesem höheren Temperaturniveau einstellt. Der durch den Treibhauseffekt zusätzlich erwärmte Erdboden heizt dann von unten die Luftschichten der Troposphäre, also der unteren Atmosphärenschicht in der sich fast alle Wettervorgänge abspielen. Wolken haben übrigens eine ähnliche Wirkung wie die Treibhausgase. Allerdings halten sie die Wärme besser als alle Treibhausgase, da sie die Infrarotstrahlung in allen infraroten Wellenbereichen absorbieren und wieder zum Erdboden zurückschicken! Die Wolken strahlen aber auch einen Teil der absorbierten Wärmeenergie in den Weltraum ab. Dies tun sie umso weniger, je größer ihre vertikale Ausdehnung ist, denn in größeren Höhen ist die Wolkenoberseite deutlich kälter als die Unterseite. Die Infrarotabstrahlung .der Wolkenoberseite in den Weltraum ist damit deutlich geringer als die infrarote Gegenstrahlung an der Wolkenunterseite. In große Höhen hinaufreichende Quellwolken erzeugen also einen deutlich stärkeren Treibhauseffekt als eine flache Schichtbewölkung. Tagsüber wirken alle Wolken mehr oder weniger auch abkühlend, da sie einen erheblichen Teil des Sonnenlichts in den Weltraum reflektieren.

Vergleich der globalen Temperaturen mit den Konzentrationen des Treibhausgases Kohlendioxid in der Atmosphäre und der Zahl der Sonnenflecken, die ein Maß für die Sonnenaktivität ist. In der Temperaturkurve spiegelt sich der Einfluss des Kohlendioxids und der Sonnenaktivität - die zwischen 1900 und 1945 anscheinend sogar dominiert - deutlich wieder. Seit 1980 allerdings ist nur noch eine Wirkung des Treibhausgases auf die globale Temperatur erkennbar, denn es wird seitdem – bei fortgesetztem Anstieg des Kohlendioxids - weiterhin wärmer trotz der eindeutig nachlassenden Sonnenaktivität. Quelle: http://solar-center.stanford.edu/

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Die globale Erwärmung führt zu allmählichen Klimaveränderungen. Überschreiten diese Veränderungen eine kritische Schwelle, so kann das gesamte Klimasystem kippen, sich also sprunghaft verändern. "Projektionen von Klimamodellen könnten die Gesellschaft in einem falschen Gefühl von Sicherheit wiegen", so der Studienautor Timothy Lenton. Der globale Wandel erscheine für menschliche Maßstäbe langsam und graduell. In bestimmten Regionen der Erde könnte der menschliche Einfluss aufs Klimasystem jedoch sprunghafte (abrupte)und teilweise unumkehrbare Entwicklungen anstoßen. Die Bereiche im globalen Klimasystem, wo es solche kritischen Schwellen gibt, nennen die Klimaforscher Kippelemente, wovon es nach derzeitigem Stand der Forschung insgesamt mindestens neun geben soll. Diese Kippelemente werden anschließend eingehend beschrieben und ihre Bedeutung abgeschätzt.

Die Kippelemente und ihre möglichen Wirkungen…

1. Abschmelzen des arktischen Meereises
Wenn das Meereis der Arktis schmilzt kommt die darunter liegende wesentlich dunklere ozeanische Wasseroberfläche zum Vorschein. Die Sonnenstrahlung wird in wesentlich geringerem Ausmaß reflektiert, als das zuvor der Fall war, so daß sich die Erwärmung verstärkt, denn die dunkle Wasseroberfläche absorbiert die Sonnenstrahlung deutlich besser als eine helle Eisoberfläche, erwärmt sich dementsprechend mehr und dann auch die Luftschichten darüber. Es handelt sich um eine sich selbst verstärkende positive Rückkopplung – je mehr Eis geschmolzen ist, umso stärker die Erwärmung, wodurch noch mehr Eis schmilzt usw. - die von einem bestimmten Punkt an nicht mehr aufzuhalten ist. Schon innerhalb der nächsten 10 Jahre könnte die arktische Region im Sommer mehr oder weniger eisfrei sein. Die Temperaturen würden dann auf Werte über -5°C ansteigen, das liegt um 13 °C höher als bisher. Im Extremfall könnte das Eis am Nordpol völlig verschwinden. Winter im bisherigen Sinne würde es dann auf der Nordhalbkugel nicht mehr geben. Die Erwärmung der Arktis würde wiederum das Abschmelzen des Grönlandeises begünstigen (siehe unten).

Rückgang des Meereises am Nordpol

Quelle: NASA

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2. Abschmelzen des Grönlandeises
Ein Abschmelzen des grönländischen Eisschildes hätte besonders gravierende Folgen. Denn damit wäre ein deutlicher Anstieg des Meeresspiegels vorprogrammiert. Bei einem vollständigen Abschmelzen des grönländischen Eisschildes käme dabei ein Anstieg des Meeresspiegels um über 7 Meter heraus (http://www.mpimet.mpg.de/presse/faqs/wie-stark-steigt-der-meeresspiegel.html). Aber auch wenn nur Teile des Eisschildes abschmelzen würden, etwa in Südgrönland, so wären es immer noch rund 3 Meter! Wahrlich keine angenehmen Aussichten für die Küstenregionen weltweit! Es besteht also wirklich Anlass, die Frühsymptome einer drastischen Erwärmung in Grönland sehr ernst zu nehmen. Schauen wir uns daher die Datenlage näher an: An den Rändern Grönlands ist sehr viel Eis abgeschmolzen, das ist unübersehbar, doch insgesamt ist das Festlandeis nur wenig zurückgegangen, denn die Dicke des Inlandeises hat eher zugenommen (vgl dazu http://www.esa.int/esaEO/SEMILF638FE_planet_1.html#subhead3).

Veränderung der Dicke des Festlandeises in Grönland in cm/Jahr
Quelle:: ESA
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In Höhenlagen von über 1500 m nimmt die Dicke des Eisschildes zu, in tiefer gelegenen Regionen Lagen geht das Eis deutlich zurück. Das erscheint zunächst verwunderlich, aber es gibt eine einfache Erklärung dafür: Durch die globale Erwärmung verdunstet mehr Wasser. Das Innere Grönlands, wo die Temperaturen in den dort vorherrschenden Höhenlagen von über 1500 m stets unter Null bleiben, wirkt als Kältefalle. Es kommt dort durch den erhöhten Wasserdampfgehalt der Luft zu vermehrtem Schneefall, und das Inlandeis nimmt zu.

In Höhenlagen von über 1500 m nimmt die Dicke des Eisschildes zu, in tiefer gelegenen Regionen Lagen geht das Eis deutlich zurück
(Quelle: ESA)
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Damit ist die Geschichte aber nicht zu Ende. Das: Schmelzwasser auf den Gletschern sickert durch die Eisschicht hindurch und ruft dabei tiefe spiralförmige Löcher hervor, durch die weiteres Wasser, aber auch Gesteinstrümmer leicht eindringen können. Die Gesteinstrümmer geraten dabei in eine kreisförmige Bewegung und sorgen so für eine deutliche Erweiterung der Löcher, wobei sie selbst rund geschliffen werden. Da die Steine ähnlich wie das Mahlwerk einer Mühle das Gletschereis zermahlen, spricht man auch von Gletschermühlen. Durch die stark erweiterten Löcher können nun noch viel größere Mengen an Schmelzwasser vordringen und bis an die Unterseite der Gletscher gelangen, wo sie wie ein Schmiermittel wirken. Die Fließgeschwindigkeiten der Gletscher erhöhen sich dadurch drastisch. Immer größere Teile der Festlandsgletscher rutschen so immer schneller ins Meer.

Schmelzwasser gelangt durch Gletschermühlen (moulins), aber auch durch sich erweiternde
Gletscherspalten (crevasses) unter den Gletscher und wirkt auf dem felsigen Untergrund wie ein
Schmiermittel.
Quelle: http://www.pnas.org/cgi/reprint/0705414105v1
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Dadurch werden die Eismassen im Inneren Grönlands instabil und geraten ins Rutschen und damit in niedrigere Höhenlagen. Damit kann auch dieses Eis schmelzen. Nach den Schätzungen der an der Studie beteiligten Wissenschaftler könnte der grönländische Eisschild innerhalb von nur 300 Jahren auf diese Weise verschwunden sein.

3. Zerfall des Eisschildes der Westantarktis
Satellitenmessungen deuten darauf hin, dass der Eisschild bereits an Masse verliert (http://www.wbgu.de/wbgu_sn2006/wbgu_sn2006_voll_3.html). Seine Sohle liegt zu großen Teilen unterhalb des Meeresspiegels. Würde sie von Meerwasser unterspült, so verlöre das Eis rasch seine Stabilität. Die kritische Schwelle liegt wahrscheinlich bei einer Erwärmung der Region um 5 bis 8° C im Sommer. Im schlimmsten Fall könnte der westantarktische Eisschild wie das Grönlandeis innerhalb von 300 Jahren abtauen und den Meeresspiegel um fünf Meter ansteigen lassen. Wie schnell derartige Vorgänge tatsächlich ablaufen können zeigte sich als das Larsen B Schelfeis in der Westantarktis innerhalb von 35 Tagen zerfiel.

Das Larsen B Schelfeis in der Westantarktis: Schelfeis ist eine große Eisplatte, die auf dem Wasser schwimmt, aber mit einem Gletscher an Land fest verbunden ist. Am äußeren Rand des Schelfeises brechen immer wieder Eisberge ab („Kalben“ des Schelfeises). Quelle: http://www.uweb.ucsb.edu/~christowilson/

Innerhalb von nur 35 Tagen zerfiel das Larsen B Schelfeis in der Westantarktis!

Quelle: University of Colorado

Der Zerfall des Schelfeises führt zunächst zu keinem Anstieg des Meeresspiegels, da Eisschelfe ohnehin auf dem Meer schwimmen und ihrer Masse entsprechend Wasser verdrängen. Aber es gibt Auswirkungen auf das Kontinentaleis der Westantarktis. Die Wanderungsgeschwindigkeit des Gletschereises hinter dem Larsen-B-Eisschelf hat sich seither stark beschleunigt (bis zur 8-fachen Geschwindigkeit: Rignot et al., 2004; Scambos et al., 2004). Wenn aber Kontinentaleis ins Meer rutscht und schmilzt, dann steigt der Meeresspiegel.

Schmelzwasser erweiterte vorhandene Eisspalten und sprengte schließlich die gesamte Eisplatte.

Quelle: http://www.uweb.ucsb.edu/~christowilson/

4. Zusammenbruch des Golfstromes
Der Golfstrom ist Teil eines weltweiten Kreislaufs von Meeresströmungen, die ergänzend zu den Luftströmungen, die Wärme von der von der Sonne intensiv beschienenen Äquatorregion hin zu den vergleichsweise wenig sonnenverwöhnten Polen der Erde umverteilen. Der Golfstrom wird, genauso wie alle anderen Meeresströmungen auch, hauptsächlich durch Winde angetrieben. Mitten im Atlantik in Höhe der Iberischen Halbinsel teilt sich die Meeresströmung in einen südlich verlaufenden subtropischen und einen nordwärts gerichteten Ast. Das nach Norden strömende Wasser gibt seine Wärme allmählich ab und wird dabei immer salzhaltiger, da viel Wasser unterwegs verdunstet. Es bekommt so eine höhere Dichte und beginnt allmählich abzusinken. Absinkzonen befinden sich westlich der Südspitze Grönlands, sowie südlich und nördlich von Island. Als kalte Tiefenströmung gelangt das Wasser danach wieder in den Süden.
Die vom Golfstrom abgegebene Wärme gelangt durch die über dem Nordatlantik vorherrschenden Westwinde im Bereich der Polarfront (Westwindzone) bis nach West- und Mitteleuropa und sorgt dort für ein auch im Winter relativ gemäßigtes Klima (näheres zur Westwindzone bei der Beschreibung der globalen Luftzirkulation weiter unten).

Der Golfstrom (GSR) sorgt vor allem in West- und Mitteleuropa für ein gemäßigtes Klima.

Quelle: Nature (verändert)

Durch die sich immer mehr beschleunigende Eisschmelze am Nordpol und den sich daraus ergebenden zunehmenden Eintrag von Süßwasser nimmt der Salzgehalt des Golfstroms im Bereich der nördlichen Absinkzonen aber immer weiter ab, so daß die Meeresströmung eines Tages dort ins Stocken geraten könnte. Die Golfstromheizung für West- und Mitteleuropa würde dann versagen, und das hätte eine deutliche Abkühlung in dieser Region zur Folge. Allerdings befürchten die Wissenschaftler keine neue Eiszeit auf der Nordhalbkugel, sondern gehen lediglich davon aus, daß die globale Erwärmung in den betroffenen Regionen abgemildert wird. Die Temperaturen in West- und Mitteleuropa würden dadurch etwa so bleiben wie sie heute sind. Aus dynamischen Gründen dürfte dann aber im Nordatlantikraum der Meeresspiegel um bis zu ½ Meter ansteigen und auch die tropischen Niederschlagsgebiete könnten sich verschieben.

5. Verstärkung der El Nino Southern Oscillation (ENSO)
ENSO ist eine Erscheinung des Wettergeschehens im tropisch-pazifischen Raum und beruht auf einer Wechselwirkung zwischen Atmosphäre und Ozean. Um das Enso-Phänomen zu verstehen müssen wir uns zunächst mit der atmosphärischen Zirkulation, insbesondere in den Tropen beiderseits des Äquators beschäftigen:

Die Tropen befinden in einem Bereich um den Äquator herum der sich vom nördlichen Wendekreis (23,5° Nord) bis zum südlichen Wendekreis (23,5° Süd) erstreckt. Jeweils zur Sonnenwende (20./21. Juni bzw. 21./22. Dezember) erreicht der Sonnenstand im jeweiligen Sommer auf der Nord- bzw. Südhalbkugel auf den Wendekreisen den Zenit. Die Sonne steht dann senkrecht am Himmel. Das liegt an der 23,5 ° - Neigung der Erdachse (s.u.). Die Erde dreht sich in ca. 24 Stunden einmal um die eigene Achse (Eigenrotation), und weist deshalb einen Wechsel von Tag und Nacht auf. Da die Rotationsachse der Erde aber nicht genau senkrecht auf der Bahnebene der Erde um die Sonne steht, sondern um 23,5° gekippt ist, gibt es Jahreszeiten. Nord- und Südhalbkugel der Erde erhalten während eines Umlaufs um die Sonne abwechselnd einmal mehr und einmal weniger Sonnenstrahlung, denn diese trifft einmal steiler auf die Nordhalbkugel und flacher auf die Südhalbkugel und das andere Mal flacher auf die Nordhalbkugel und steiler auf die Südhalbkugel. Aber eben nur in den Regionen innerhalb der beiden Wendekreise kann die Sonne zumindest einmal im Sommer im Zenit stehen. Über das ganze Jahr gesehen erhalten die Tropen deutlich mehr Sonnenenergie als die mittleren Breiten oder gar die Polarregionen. Durch Luft- und Meeresströmungen (s.o.) werden die Temperaturunterschiede zwischen Äquatorregion und Polen teilweise ausgeglichen.

Die globale Luftzirkulation der Erde (Sommer auf der Nordhalbkugel); , H=Hoch,T=Tief,
ITCZ=Innertropische Konvergenzzone, WWZ=Westwindzone (Jetstream), E=Äquator

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Die globale Luftzirkulation kommt so zustande: Die warme Luft der Tropen dehnt sich mehr in die Höhe aus als die kalte Luft der Pole. Der Luftdruck in der warmen Luft nimmt deshalb mit wachsender Höhe langsamer ab als der Luftdruck in der kalten Luft Im Warmluftbereich bildet sich demzufolge ein Höhenhoch und im Kaltluftbereich ein Höhentief. Am Boden ist der Luftdruck bei Warm- und Kaltluft zunächst gleich, denn das Gewicht der beiden Luftmassen ist ja unabhängig von ihrer Ausdehnung in die Höhe. Eine Gradientenkraft, vom Höhenhoch der Warmluft zum Höhentief der Kaltluft gerichtet, löst aber einen starken Höhenwind (Jetstream) in Richtung der Pole aus. Die Erdrotation lenkt diesen Wind nach Osten ab, wodurch sich jeweils auf der Nord- und Südhalbkugel Westwindzonen herausbilden, die sich bis zum Boden hin durchsetzen. Durch den Höhenwind verliert die Warmluft an Masse, so daß der dort auf dem Boden lastende Luftdruck sinkt. So entsteht ein Bodentief im Bereich der tropischen Warmluft. Die polare Kaltluft, die sich kaum in die Höhe ausdehnt sondern vielmehr in Bodennähe ansammelt, bildet ein bodennahes Kältehoch aus. Von den Kältehochs der Pole strömt die Kaltluft in Richtung Äquator und wird ebenfalls durch die Erdrotation abgelenkt, diesmal aber nach Westen. Warm- und Kaltluft begegnen sich an den Polarfronten der Nord- und Südhalbkugel, strömen aber wegen der Ablenkung durch die Erdrotation in entgegen gesetzten Richtungen aneinander vorbei. Die Temperatur- und Druckgegensätze sind nicht an allen Abschnitten der Polarfronten überall genau gleich groß und damit auch nicht die Windgeschwindigkeiten innerhalb der Jetstreams der Westwindzonen. Durch diese Unregelmäßigkeiten beginnen die Jetstreams zu mäandern (Rossby-Wellen) und die Höhenströmungen werden dabei zunehmend turbulent. Aus kleinen Wellenstörungen entstehen dynamische Hoch- und Tiefdruckwirbel, die für eine Durchmischung von Warm- und Kaltluft und damit für einen Abbau des Temperatur- und Druckgefälles zwischen Tropen- und Polarregionen sorgen. Die Tiefdruckwirbel driften in den jeweiligen Westwindzonen in Richtung Osten. In den Gebieten unter ihren Zugbahnen sorgen sie für eine milde und feuchte Witterung. Die Hochdruckwirbel der beiden Westwindzonen scheren nach Süden aus und bilden die subtropischen Hochdruckgürtel.

Zwischen den Subtropenhochs und den Bodentiefs der tropischen Warmluft in der Äquatorregion wirkt wiederum eine Gradientenkraft. Diese sorgt für eine Luftströmung aus den Subtropenhochs in Richtung Äquator, die aber schon bald durch die Erdrotation zu einem Ostwind abgelenkt wird (Urpassat).Wegen der Bodenreibung überwiegt aber am Ende die Gradientenkraft, so daß auf der Nordhalbkugel ein Nordostwind (Nordostpassat) und auf der Südhalbkugel ein Südostwind (Südostpassat) dabei herauskommt.. Die Luft wird auf ihrem Weg zu den Bodentiefs in der Äquatorregion immer wärmer bis sie am Ende aufzusteigen beginnt. Damit hat die Luft die äquatornahen Bodentiefs der Tropen - bei denen es sich ja um Wärmetiefs handelt – erreicht und der Luftkreislauf ist geschlossen. Die aneinander gereihten Wärmetiefs der Tropen bezeichnet man auch als Innertropische Konvergenzzone (ITCZ), da die Luft aus nördlichen und südlichen Richtungen hier zusammenströmt, und die Bereiche der Luftzirkulation zwischen ITCZ und den Subtropenhochs nennt man Hadley-Zellen (nach ihrem Entdecker George Hadley, 1685-1768). Die aufsteigende Warmluft über der Innertropische Konvergenzzone ist sehr feucht, da in den Tropen viel Wasser verdunstet und die warme Luft auch besonders viel Wasserdampf aufnehmen kann. Dieser Wasserdampf stammt aus den Ozeanen und von dem sehr üppigen Pflanzenbewuchs auf dem tropischen Festland. Die aufsteigende warme und feuchte Luft kühlt sich mit zunehmender Höhe immer weiter ab, bis das Kondensationsniveau erreicht ist. Das ist die Höhe in der die Luft gerade so kalt ist, daß der in ihr enthaltene Wasserdampf auskondensieren kann. Es bilden sich dann unendlich viele, mikroskopisch kleine Wassertropfen und es entsteht eine Wolke. Bei der Wolkenbildung wird Kondensationswärme frei, auch latente Wärme genannt. Die latente Wärme entspricht der Energie, die nötig war, um zuvor das Wasser zu verdunsten und die nun bei dem umgekehrten Vorgang natürlich wieder frei wird. Die Kondensationswärme gibt der aufsteigenden Luft neuen Auftrieb, denn solange diese noch wärmer ist als die Umgebungsluft, kann sie ihren Aufstieg fortsetzen. Dabei bilden sich immer neue Wolken. Die bei der Wolkenbildung freiwerdende Kondensationswärme treibt also ihrerseits wiederum die Wolkenbildung an (positive Rückkopplung). So kann sich eine ausgeprägte Quellbewölkung mit mächtigen Wolkentürmen, ergiebigen Niederschlägen und häufigen Gewittern ausbilden, was ja typisch für das tropische Klima ist.

Das ENSO-Phänomen besteht nun in einem Umkippen der Luftzirkulation zwischen den Subtropenhochs beiderseits des Äquators und einem bestimmten Wärmetief der Innertropischen Konvergenzzone (ITCZ) im pazifischen Raum, wobei Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre und Ozean -wie schon gesagt- eine entscheidende Rolle spielen. Der Normalzustand ist eine Hadley-Zirkulation zwischen einem Tiefdruckgebiet der ITCZ im westlichen Pazifik bei Australien und Indonesien und subtropischen Hochdruckgebieten im östlichen Pazifik vor der westamerikanischen Küste auf der Nordhalbkugel und vor der Westküste von Südamerika auf der Südhalbkugel. Die Nordost- und Südostpassate treiben das warme pazifische Oberflächenwasser westwärts, wodurch an den Westküsten Nord- und Südamerikas kaltes Tiefenwasser nachströmt. Besonders die südamerikanische Westküste, wo das aufsteigende Tiefenwasser sehr viele Nährstoffe enthält, ist für seinen Fischreichtum bekannt. Hinzu kommt noch der Humboldtstrom, der aus der südlichen Polarregion kaltes Wasser mitführt, zunächst küstenparallel strömt, dann aber unter dem Einfluss des Südostpassats nach Westen schwenkt. Das von den Passatwinden nach Westen getriebene Oberflächenwasser erwärmt sich zunehmend, und die Luft darüber wird durch Verdunstung immer feuchter. Die oberflächennahen Wassertemperaturen im West- und Ostpazifik unterscheiden sich um nahezu 10o C (max. 30o C im westlichen Pazifik, aber nur 20o C vor der süd- und nordamerikanischen Küste). Im Westpazifik, im Bereich des tropischen Wärmetiefs, kommt es zu starken Niederschlägen, da die warmen und feuchten Luftmassen hier aufsteigen und sich abregnen. Über dem Ostpazifik, wo die Subtropenhochs liegen, kommt es zu großräumigen Absinkbewegungen der Luft, wodurch sich die Wolken auflösen. Deshalb herrscht hier ein sehr trockenes Klima bis hin zur Wüstenbildung an der südamerikanischen Ostküste. Der Wassertransport durch die Passate nach Westen staut an den Küsten im Westpazifik das Oberflächenwasser auf, wodurch der Meeresspiegel hier einen halben Meter höher liegt als vor der südamerikanischen Ostküste. In der Tiefe kommt es zu einer Schrägstellung der Grenzfläche (Thermokline) zwischen warmem Oberflächenwasser und kaltem Tiefenwasser, die im Osten dicht unterhalb der Meeresoberfläche in 30 m Tiefe, im Westen dagegen erst in 150 m Tiefe liegt.

Die normalen Zirkulationsverhältnisse im äquatorialen Pazifik

Quelle: http://www.enso.info/enso.html

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Während eines El-Nino-Ereignisses ändern sich die Zirkulationsverhältnisse im Pazifik grundlegend. Die Passatwinde schwächen sich ab Dann kann das im Westpazifik aufgestaute warme Oberflächenwasser nach Osten zurückschwappen und so den Temperatur und Druckunterschied zwischen den beiden Subtropenhochs und dem Wärmetief der ITCZ im Westpazifik weiter abbauen. Dadurch werden die Passatwinde natürlich noch schwächer (positive Rückkoppelung). Die ganzen Druck- und Temperaturverhältnisse können sich sogar umkehren, so daß es anstelle der Passatwinde zu Westwinden kommt. Der Auftrieb des kalten Tiefenwassers vor der nord- und südamerikanischen Ostküste bricht zusammen. Die Temperaturen des Oberflächenwassers im Ostpazifik steigen dann um über 5o C. Durch die Erwärmung hebt sich der Meeresspiegel im östlichen Pazifik um 20 cm an, und die Thermokline senkt sich auf 50 m Tiefe ab. In den neu gebildeten Tiefdruckgebieten des Ostpazifiks steigt warme feuchte Luft auf und kühlt dabei ab, so daß es an den Ostküsten Nord- und Südamerikas nun zu heftigen Niederschlägen kommt. Über dem zuvor feuchtwarmen Westpazifik führt das neu entstandene Hochdruckgebiet mit seinen absinkenden Luftmassen zur Auflösung der meisten Wolken und damit zu extremer Trockenheit. Nach einer Übergangsphase folgt auf das El-Nino- ein La Nina-Ereignis. Dieses entspricht einem verstärkten Normalzustand. Alles ist wie am Anfang, bloß viel ausgeprägter. Schließlich pendelt das System aber wieder in den echten Normalzustand zurück. Das ENSO-Phänomen wird möglicherweise - zumindest teilweise - durch die Antarktische Zirkumpolarwelle (AZW) gesteuert. Die AZW ist eine gekoppelte Erscheinung von Atmosphäre und Ozean. Sie enthält kalte Luft- und Wassermassen, die sich vom Südpol in Richtung Norden ausgebreitet haben im Wechsel mit warmen tropischen Luft- und Wassermassen, die sich in Richtung Südpol bewegen. Diese warmen und kalten Luft- und Wassermassen bilden eine Art vierblättriger Kleeblattstruktur, die als Ganzes innerhalb von 8 Jahren einmal die Antarktis umrundet. Innerhalb der kalten „Blätter“ herrschen kalte und trockene Wetterbedingungen, innerhalb der warmen „Blätter“ ist es dagegen warm und niederschlagsreich. Eine beliebige Stelle im Einflussbereich dieses Kleeblattes erlebt also alle 2 Jahre eine grundlegende Umstellung der Wetterlage. Alle 4 Jahre stellt sich dann wieder dieselbe Wetterlage ein. Im Durchschnitt alle 4 Jahre kommt es interessanterweise aber auch zu einem ENSO-Ereignis wie El Nino oder El Nina. Wird vielleicht bei El Nino das Hoch vor der südamerikanischen Küste -und damit auch der Südostpassat- durch ein warmes „Blatt“ der vierblättrigen Kleeblattstruktur geschwächt? Und ist ein kaltes „Blatt“ vielleicht für ein La-Nina-Ereignis verantwortlich?

Durchaus möglich, daß es so funktioniert. Der Einfluss des Kleeblattes der Antarktischen Zirkumpolarwelle (AZW) wird nach dem augenblicklichen Stand der Wissenschaft jedenfalls für wahrscheinlich gehalten. Vermutlich gibt es aber auch noch andere Mechanismen, die bei ENSO-Ereignissen eine Rolle spielen.

ENSO-Ereignisse beeinflussen auch die globalen Temperaturen. El-Nino lässt sie ansteigen, während La Nina abkühlend wirkt.

Wegen des Einflusses der AZW wird allgemein erwartet, daß bei einer weiteren globalen Erwärmung und damit auch höheren Wassertemperaturen in den warmen „Blättern“ der Kleeblattstruktur, El-Nino-Ereignisse wahrscheinlich stärker ausfallen werden. Dieses könnte nach den Berechnungen der Wissenschaftler innerhalb der nächsten 100 Jahre geschehen.

6. Unstetigkeit des Indischen Sommermonsuns
Die Innertropische Konvergenzzone (ITCZ) bleibt nicht ortsfest am Äquator, sondern wandert in Abhängigkeit vom Sonnenstand und damit von den Jahreszeiten abwechselnd in Richtung einer der beiden Pole. Im Sommer auf der Nordhalbkugel liegt sie etwas nördlich vom Äquator, um dann im Herbst auf die Südhalbkugel überzuwechseln. Im Winter liegt sie etwas südlich vom Äquator. Auf der Südhalbkugel ist dann Sommer. Die ITCZ erreicht aber nie die Wendekreise, sondern „hinkt“ immer hinterher, weil sich die Luft nur relativ langsam vom Erdboden auch bis in größere Höhen erwärmt wird.Die Wanderung der ITCZ verursacht eine stetige Abfolge von Regenzeiten im Sommer (Monsun) und Trockenzeiten im Winter. In Indien gibt es nun einen Sonderfall. Der asiatische Kontinent erwärmt sich während des Sommers auf der Nordhalbkugel sehr stark, und es bilden sich Wärmetiefs, so auch über der tibetischen Hochebene. Darum verlagert die ITCZ hier weit nach Norden bis auf 30° nördliche Breite! Der Südostpassat überquert auf seinem Weg zur ITCZ den Äquator, wird aber dabei wegen der Erddrehung zu einem Südwestwind abgelenkt. Dieser kommt dann als feuchter Südwestmonsun in Indien an und führt in den dem Himalayagebirge vorgelagerten Regionen zu heftigen, lang andauernden Niederschlägen, dem Monsunregen (Regenzeit). Im Winter dagegen bildet sich ein zentralasiatisches Kältehoch, aus dem heraus ein vom Land zur See gerichteter (ablandiger) trockener Wind, der Nordostmonsun über Indien hinweg weht.

Durch die globale Erwärmung könnte der Monsunregen einerseits stärker ausfallen, da wärmere Luft mehr Feuchtigkeit aufnimmt. Andererseits verstärken Luftverschmutzung und Landnutzung die Reflektion des Sonnenlichts, was abkühlend wirkt. Die Erklärung: Durch die Luftverschmutzung gelangen Aerosole (Schwebeteilchen) in die Atmosphäre, die das Sonnenlicht direkt reflektieren, aber darüber hinaus auch als Kondensationskeime die Wolkenbildung unterstützen. Wolken sind hell und reflektieren sehr gut das Sonnenlicht.

Quelle: http://www.m-forkel.de/klima/index.html

Je mehr Aerosolteilchen vorhanden sind, umso größer ist die Zahl der Kondensationskeime, auf die sich eine gegebene Menge an Kondenswasser bei der Wolkenbildung verteilen kann, so daß die Wolkentröpfchen dementsprechend kleiner werden. Kleinere Tröpfchen streuen das Sonnenlicht aber mehr. Wolken mit kleineren Tröpfchen sind darum heller. Nun zur Landnutzung: Dabei werden relativ dunkel erscheinende Wälder gerodet und durch landwirtschaftliche Nutzflächen oder Bebauung ersetzt, die beide wegen ihrer vergleichsweise helleren Oberflächen im Durchschnitt das Sonnenlicht besser reflektieren. Die Abkühlung durch stärkere Reflektion des Sonnenlichts dürfte aber wiederum den Monsunregen verringern.
Die Abkühlung - durch Luftverschmutzung und Landnutzung - und die globale Erwärmung wirken also gegeneinander. Welcher der beiden Effekte letztendlich überwiegt, das könnte sich dann von Jahr zu Jahr ändern. Der Indische Sommermonsun würde so vielleicht bereits in den kommenden Jahren unberechenbar werden und beginnen, chaotisch zwischen stärkeren und schwächeren Regenfällen hin und her zu pendeln.

7. Sahara und Sahelzone
Durch die globale Erwärmung dehnen sich die Hadley-Zellen und damit die Tropen nach Norden und Süden aus. In der Innertropischen Konvergenzzone (ITCZ) dürften zudem die Niederschläge zunehmen, da die Atmosphäre mit ansteigenden Temperaturen mehr Wasserdampf aufnehmen kann. Dieser Wasserdampf ist im Übrigen natürlich auch ein „Treibstoff“ für die Quellwolkenbildung. (s.o.). Die Folge: Der westafrikanische Monsun könnte sich verstärken und Sahara und Sahelzone möglicherweise wieder ergrünen. Einschränkend muß jedoch festgestellt werden, daß die Wüstengebiete dabei nicht unbedingt abnehmen müssen, sondern sich vielleicht lediglich in Richtung Norden und Süden verlagern. Alle die könnte schon innerhalb der nächsten 10 Jahre passieren.

8. Amazonas-Regenwald
Die steigenden Temperaturen in Verbindung mit der Entwaldung in der Region lassen die Niederschläge voraussichtlich um bis zu ein Drittel zurückgehen. Da so die Trockenzeiten länger werden und der Grundwasserspiegel immer weiter absinkt, kann sich der Wald nicht regenerieren. Schon bei einer Erwärmung um 3 bis 4° C könnte der Regenwald nach Modellaussagen bereits in 50 Jahren großflächig absterben. Auch die Entwaldung allein könnte möglicherweise schon diesen Prozess in Gang setzen.

9. Borealwälder
Die Nadelwälder sind bei einer fortgesetzten globalen Erwärmung im Sommer immer größerer Trockenheit und Hitze ausgesetzt, was ihnen nicht unbedingt gut bekommen wird. Durch Krankheiten werden wahrscheinlich viele Bäume sterben. Bei einem Temperaturanstieg um 3 bis 5° C könnten ebenfalls schon in 50 Jahren große Teile der Nadelwälder verschwinden. Da es im Winter in diesen hohen Breiten aber auch weiterhin recht kalt bleiben wird, können Baumarten aus gemäßigten Breiten auch die Verluste an Nadelbäumen ersetzen.

Fazit: Die an der Studie beteiligten Wissenschaftler halten die Kippelemente bei dem arktischen Meereis und dem grönlandischen Eisschild für besonders anfällig. Sie betonen dabei immer wieder, daß sich Eintrittswahrscheinlichkeiten und Eintrittszeitpunkte von derartigen Kippvorgängen (bisher) nicht zuverlässig berechnen lassen. Mit Überraschungen muß deshalb also immer wieder gerechnet werden. Durch eine schnelle Verminderung der Treibhausgasemissionen kann die Menschheit aber einige dieser unangenehmen Überraschungen vielleicht doch noch vermeiden, meinen die Wissenschaftler.

Ein alternatives Szenario
In den vorherrschenden Klimaszenarien, so auch in dieser Studie, findet das Klimasystem der Erde keinen eigenen Ausweg aus der Spirale der globalen Erwärmung. Nicht einmal für den Fall einer Schwächung des Golfstroms erwarten die Wissenschaftler eine Wende. Eine neue Eiszeit wird von den meisten Klimaforschern für die nähere Zukunft, so gut wie sicher ausgeschlossen.

Ich muß zugeben, ich habe da so meine Zweifel…

Hier ein vielleicht denkbares alternatives Szenario: Nehmen wir einmal an, der Golfstrom schwächt sich infolge der fortgesetzten Eisschmelze in der Arktis immer deutlicher ab oder kommt sogar ganz zum Stillstand (Kippelement Nr.4, s.o.). Was passiert? Für eine Antwort auf diese Frage müssen wir noch einmal zurückkommen auf die Entstehung der Hoch- und Tiefdruckwirbel in der Westwindzone, die ja durch den mäandernden Jetstream ausgelöst wird. Der Jetstream vollführt dabei oft nur leichte Wellenbewegungen, manchmal aber bewegt er sich wie eine Schlange, d.h. er beginnt überaus heftig zu mäandern.

Ruhige Wellenbewegungen des Jetstreams lassen kaum Kaltlufteinbrüche nach Süden zu (positive Phase der Arktischen Oszillation, links). Wenn der Jetstream aber zu "schlängeln" beginnt, kommt es immer wieder zu Kaltluftvorstößen nach Süden, also zu plötzlichen Wintereinbrüchen (negative Phase der Arktischen Oszillation, rechts).

Quelle: http://www.washington.edu/

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Im ersten Fall schließt der Jetstream die polare Kaltluft ein und der Temperaturausgleich zwischen tropischer Warmluft und polarer Kaltluft findet ganz "geregelt" durch die Tief- und Hochdruckwirbel statt. Diese driften bei den vorherrschenden starken Westwinden nach Osten. Die Tiefdruckwirbel sorgen unter ihren Zugbahnen für eine milde und feuchte Witterung. Das ist die positive Phase der Arktischen Oszillation.

Im zweiten Fall jedoch funktioniert das nicht mehr so richtig. Die Westdrift bricht häufig zusammen, und es kommt immer wieder zu gewaltigen Kaltluftvorstößen nach Süden und zur Bildung von Kaltlufttropfen. Die Arktische Oszillation springt in die negative Phase.

Kaltlufttropfen entstehen meistens dann, wenn die Schwingungen innerhalb des Jetstreams zu stark werden, so daß die Strömungsgeschwindigkeit immer weiter abnimmt und die Höhenströmung schließlich ganz und gar zusammenbricht. Die dynamische Hoch- und Tiefdruckgebiete in der Westwindzone werden dann quasi "eingefroren" und bewegen sich nicht mehr weiter nach Osten, denn die sie antreibende Höhenströmung ist ja nicht mehr vorhanden. Polwärts bildet sich eine neue Westwindzone ohne Rossby-Wellen aus, mit demzufolge hoher Strömungsgeschwindigkeit. Da so kein Temperaturausgleich stattfinden kann, werden die Temperaturgegensätze zwischen tropischer Warmluft und polarer Kaltluft immer größer, bis sich durch Instabilitäten wieder Rossby-Wellen bilden und damit auch wieder neue dynamische Hoch- und Tiefdruckgebiete entstehen können. Durch diesen Vorgang haben sich die "eingefrorenen", stationären Tiefdruckgebiete von der Westwindzone getrennt (Cut Off). Es handelt sich bei ihnen um Bereiche kalter Luft, die von wärmerer Umgebungsluft völlig eingeschlossen sind. Sie heißen deshalb Kaltlufttropfen. Als kalte Höhentiefs über relativ warmer Luft - eine labile Luftschichtung also - „saugen“ sie die Luft nach oben. Diese kühlt dabei ab, und es entwickeln sich viele Quellwolken. Heftige Niederschläge (Regen, Schnee) und auch Gewitter (Hagel) sind dann die Regel. Die „eingefrorenen“, stationären Hochdruckgebiete blockieren in ihrem Einflussbereich die Westwindzone und fördern so ihrerseits wieder die Abschnürung weiterer Kaltlufttropfen aus der Westwindzone (Cut Off).

Kaltlufttropfen verfrachten große Mengen polarer Kaltluft schnell nach Süden und verursachen auf diese Weise immer wieder starke Wintereinbrüche mit starken Schneefällen oder sogar Schneestürmen.

Die Westwindzone im Bereich des Atlantiks wird ganz besonders durch zwei Druckgebilde dominiert: Islandtief und Azorenhoch. Das Islandtief führt polare Kaltluft heran und lenkt sie in die Westwindzone. Das Azorenhoch, das sich „gegenüber“ im Süden befindet, mischt hingegen warme Meeresluft aus den Tropen in die Westwindzone. Beide Vorgänge verstärken die Polarfront und damit auch den Jetstream. Ein starker Golfstrom sorgt nun für einen deutlich ausgeprägten Druckunterschied zwischen Islandtief und Azorenhoch, denn er bringt warmes Wasser nach Norden und so auch in die Nähe des Islandtiefs. Dort steigt die Wasserverdunstung, wodurch die Luft vermehrt Energie in Form von latenter Wärme aufnimmt. Da die Luft über dem Islandtief aufsteigt und sich dabei abkühlt, bilden sich viele Quellwolken Die latente Wärme wird dabei als Kondensationswärme wieder frei und fördert ihrerseits die Wolkenbildung, da sie die aufsteigende Luft erwärmt, die dadurch noch mehr an Auftrieb gewinnt. So verstärkt sich durch Energieübertragung das Tiefdruckgebiet bei Island und demzufolge steigt natürlich auch der Druckunterschied zwischen Islandtief und Azorenhoch. Beide Druckgebilde verstärken mit wachsendem Druckunterschied immer mehr die Polarfront und damit auch den Jetstream. Der Jetstream wird so stabiler und tendiert eher zur positiven Phase der Arktischen Oszillation. Bei einer Abschwächung des Golfstromes wird nun aber eine wichtige Energiequelle für das Islandtief und damit auch für den Jetstreams gedrosselt. Der in diesem Fall deutlich verringerte Druckunterschied zwischen Islandtief und Azorenhoch schwächt den Jetstream, der in dem betroffenen Abschnitt deutlich an Geschwindigkeit verliert und viel stärker mäandert. Dieses veränderte Schwingungsmuster pflanzt sich über den gesamten Jetstream fort. Durch diese Fernwirkung wechselt der gesamte Jetstream in die negative Phase der Arktischen Oszillation. Gehäufte Vorstöße polarer Kaltluft sind die unmittelbare Folge, aber eben nicht nur in der direkten Umgebung des geschwächten Golfstromes, sondern auch weit davon entfernt, wo die Bedingungen günstig sind. Diese günstigen Bedingungen gibt es etwa bei größeren Landflächen (z.B.Zentralasien), die rascher auskühlen als die Oberflächen der Ozeane und so der Kaltluft das Fortkommen erleichtern. Natürlich gibt es auch Kaltluftvorstöße über großen Wasserflächen; aber hier sind oft mehrere Anläufe nötig, bis das Wasser kalt genug geworden ist, damit die Kaltluft gut vorankommt. Bei einem Jetstream in der negativen Phase brechen wegen der oft zu geringen Strömungsgeschwindigkeit immer wieder Höhenströmung und damit die Westdrift zusammen. Es bilden sich vermehrt blockierende Hochdruckgebiete und Kaltlufttropfen.

Erreichen Kaltlufttropfen weit im Süden warme Wasseroberflächen, wo sehr viel Wasser verdunstet, so können sie neue Energie (latente Wärme) aufnehmen und verwerten. Dabei gewinnen sie gewaltig an Stärke und könnten sich vielleicht sogar zu Wirbelstürmen entwickeln. Diese bilden hohe Wolkentürme aus, die bis sehr große Höhen reichen. Wirbelstürme funktionieren deshalb wie Kühlmaschinen, die Wärme von der Erdoberfläche in große Höhen abtransportieren, wo sie dann als Infrarotstrahlung in den Weltraum abgestrahlt wird. Auf diese Weise wird die Wärme bei einer Schwächung des Golfstromes nicht nur vom Norden in den Süden umverteilt, sondern die Erde wird einen ganz beachtlichen Teil der Wärme wirklich los.

Aus Kaltlufttropfen, die über eine offene Wasserfläche mit ausreichender Temperatur gelangen, könnten vielleicht echte Wirbelstürme entstehen: Je wärmer das Meereswasser ist, umso mehr Wasser also verdunstet, desto mehr Energie steht dem Wirbelsturm zur Verfügung. Die über dem Wasser erwärmte, feuchte Luft steigt auf und kühlt dabei ab. Die kältere Luft kann immer weniger Wasser aufnehmen bis es schließlich kondensiert und die Wolkenbildung einsetzt. Dabei wird fortlaufend die für die Verdunstung des Wassers zuvor verbrauchte Energie (latente Wärme) wieder freigesetzt. Das wiederum verstärkt den Auftrieb der Luft, die solange weiter aufsteigt, wie sie noch eine höhere Temperatur als die kältere Luft der Umgebung hat. Es bilden sich gewaltige Wolkentürme die bis in enorme Höhen anwachsen können.) Die Luft wird durch den Einfluss der Erdrotation abgelenkt und es entsteht ein Wirbel, ein sich selbst verstärkendes Tiefdruckgebiet, das immer mehr feuchtheiße Luft von allen Seiten ansaugt. Das ganze Wolkensystem beginnt sich immer schneller zu drehen Im Zentrum bildet sich ein beinahe windstilles Auge, durch das kalte Luft aus der Höhe angesaugt wird, die sich auf ihrem Weg nach unten aber immer mehr erwärmt. Der neu entstandene Wirbelsturm bewegt sich mit der jeweils vorherrschenden Luftströmung. Ein Wirbelsturm wirkt deshalb wie eine Kühlmaschine, die Wärme von der Erdoberfläche in große Höhen abtransportiert, wo sie dann in den Weltraum abgestrahlt wird.

Quelle: NASA
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Durch die dann einsetzende nachhaltige Abkühlung würde wahrscheinlich auch das Abschmelzen des arktischen Meereises und des grönländischen Eisschildes nicht nur gestoppt, sondern das Eis wäre sicher bald deutlich auf dem Vormarsch. Die Gefahr eines katastrophalen Meeresspiegelanstieges durch das abschmelzende grönländische Festlandeis hätte sich dann zwar erledigt, aber: Da Eisflächen - und noch mehr der Schnee - einen großen Anteil der Sonnenstrahlung reflektieren, käme eine sich selbst verstärkende Abkühlung in Gang. Eine neue kleine (?) Eiszeit wäre dann wohl leider unvermeidbar! Irgendwann aber, käme der Golfstrom wieder ins Laufen und es würde wieder deutlich wärmer werden.

Impressionen aus der kleinen Eiszeit, Pieter Brueghel the Ältere (1525-1569)

Quelle: http://www.zeno.org/Kunstwerke

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All dies ist nur ein Gedankenspiel, und natürlich spricht sehr viel für das „offizielle“ Szenario einer fortgesetzten globalen Erwärmung; schon allein die berufliche Qualifikation und Erfahrung der in der Klimaforschung tätigen Wissenschaftler, von denen ja einige die hier behandelte, sehr verdienstvolle Studie über die Kippelemente veröffentlicht haben. Sollten sie Recht behalten, dann steht uns ein tief greifender und wohlmöglich abrupter Klimawandel hin zu einer sehr viel wärmeren Erde bevor, wie sie die Menschheit bisher noch nie kennengelernt hat. Die möglichen Folgen, die so etwas hätte, werden in der Studie sehr eindrucksvoll beschrieben. Auch in meinem Szenario wird ein abrupter Klimawandel angenommen, aber eben in Richtung einer ungemütlich kalten Erde (zumindest aber Nordhalbkugel)! Bei der Einschätzung der Ursachen die zum Kippen des Klimas führen können, sind die Unterschiede zwischen beiden Szenarien nicht sehr groß! Durch eine Anreicherung von Treibhausgasen in der Atmosphäre wird die Erde erst einmal immer wärmer. Doch in der Beantwortung der Frage, wie es dann weitergeht, da liegen die Unterschiede! Allerdings weisen beide Szenarien wiederum auf sehr ernst zu nehmende Gefahrenpotentiale hin, die den Fortbestand angenehmer Lebensbedingungen auf der Erde in der Zukunft ernsthaft in Frage stellen könnten!

Jens Christian Heuer

Quellen:
Tipping elements in the Earth's climate system http://www.pnas.org/cgi/reprint/0705414105v1
Spektrum der Wissenschaft Dossier 1/2002 Klima
Hurrikane und Meeresströmungen http://weltenwetter.blogspot.com/2007_07_01_archive.html

Astronomie Sonnensystem

2008-01-22T15:00:00.000+01:00

Welt ohne Wetter – Neuer Besuch beim Merkur

Zum ersten Mal seit 33 Jahren besucht wieder ein (unbemanntes) Raumschiff Merkur, den innersten Planeten unseres Sonnensystems. Bei ihrem ersten Vorbeiflug nähert sich die amerikanische Sonde „Messenger“ dem Planeten bis auf nur ca. 200 km. Später wird „Messenger“ noch zwei weitere Vorbeiflüge absolvieren (Oktober 2008 und September 2009), bis die Raumsonde dann soweit abgebremst ist, um im März 2011 in eine Umlaufbahn um Merkur einzutreten.

Die amerikanische Raumsonde Messenger im Anflug auf den Merkur
Bild durch Anklicken vergrößern! (Quelle: NASA)

Der Merkur
Merkur ist mit 4.878 km Durchmesser der kleinste Planet unseres Sonnensystems und von allen Planeten der Sonne am nächsten. Er umrundet die Sonne einmal in nur 88 Tagen und dreht sich in 56 Tagen einmal um die eigene Achse. Ein Merkurjahr hat somit 1 ½ Tage, der Planet vollendet in 3 Merkurtagen also 2 Umläufe um die Sonne.
Merkur ist ein Gesteinsplanet ähnlich wie Venus, Erde und Mars. Er hat aber einen besonders großen Eisen-Nickel-Kern, der über 2/3 der Gesamtmasse und 3/4 Viertel des Planetendurchmessers einnimmt! Der Kern ist demzufolge von einem Gesteinsmantel umgeben, der nur 1/3 der Gesamtmasse des Planeten ausmacht. Das ist wenig im Vergleich zur Erde, die einen relativ kleineren Kern und mit 3/5 Masseanteil einen umso größeren Mantel hat. Der Merkur hat deshalb mit 5,4 g/cm3 die höchste mittlere Dichte aller Planeten in unserem Sonnensystem. Der Merkurmantel hat eine Dicke von etwa 600 km und wird von einer dünnen Kruste umhüllt, die nur einige 10 km misst.
Die hohe Dichte des Merkur lässt sich erklären, wenn man die Entstehungsgeschichte unseres (und anderer) Sonnensysteme näher ansieht:
Eine interstellare Wolke (Durchmesser ca.1 Lichtjahr) aus Gas(99%)und Staub(1%)kollabiert unter dem Einfluss ihrer eigenen Schwerkraft, möglicherweise begünstigt durch Schockwellen benachbarter Supernovaexplosionen. Die Wolke zieht sich zusammen, beginnt zu rotieren, immer schneller wegen der Erhaltung des Drehimpulses und wird im Zentrum immer dichter und wärmer bis zur Entstehung eines Sterns. Durch die Rotation formt sich eine Scheibe in der es zu Kondensationsvorgängen mit den vielen Staubteilchen als Kondensationskeimen kommt. Die schwerer werdenden Staubteilchen sinken durch die Bremswirkung des Gases und die Schwerkraft zur Scheibenebene, wo sie sich anreichern. Das Wachstum der Staubteilchen beschleunigt sich immer mehr, weil sie sich nun häufiger begegnen. Es bilden sich die ersten Planetesimale mit Durchmessern von bis zu einigen Kilometern. In Abhängigkeit von der Temperatur der Scheibe, die von innen nach außen absinkt kondensieren im inneren, heißen Bereich bis 0,5 AE (1 AE=150 Millionen km, die mittlerer Entfernung zwischen Sonne und Erde) vorwiegend metallische Teilchen, ab 1 AE Abstand überwiegen dann die Silikate. Bei 3 AE wird die sog. „Schneegrenze“ erreicht, wo auch Eisteilchen auftreten. Die Planetesimale sind nun groß genug um weitere Materie anzusammeln. Die Größeren wachsen zu Protoplaneten heran, die Kleineren stoßen aufeinander und zerfallen, oder sie werden von den Protoplaneten weggeschleudert und bilden einen äußeren Ring (Oortsche Wolke) bzw. stürzen in den Zentralstern. Da jenseits der „Schneegrenze“ mehr Kondensationsmaterie zur Verfügung steht als innen, entstehen größere Planetesimale, die wiederum auch mehr Material einsammeln können. Die daraus resultierenden sehr großen Protoplaneten (bis 10 Erdmassen und mehr) ziehen nun auch größere Mengen Gas an, wodurch die Gasplaneten (Gasriesen) entstehen.
Weiter innen bilden sich kleinere Protoplaneten, die Metalle (vorwiegend Eisen und Nickel) und Gestein (Silikate) einsammeln, aber kein Gas das hier nicht auskondensiert, weil es zu warm ist. Die außerdem noch vorhandenen kleineren Planetesimale bombardieren die gesteinsreichen Protoplaneten, die dadurch aufschmelzen, so daß eine innere Differenzierung stattfinden kann. Eisen und Nickel bilden den Kern, die Silikate den Mantel und die Kruste. Die dann noch übrig gebliebenen Planetesimale und kleineren Protoplaneten bildeten einen (oder mehrere) Asteroidengürtel.

Merkur hat also eine so hohe Dichte, weil er in deutlich größerer Sonnennähe entstanden ist als die anderen Gesteinsplaneten Venus, Erde und Mars. Der Anteil der Metalle Eisen und Nickel, die einen höheren Schmelzpunkt im Vergleich zu den Silikaten haben, ist bei Merkur dementsprechend höher.

Merkur besitzt als einziger Planet unseres Sonnensystems neben der Erde ein recht starkes globales Magnetfeld, das wahrscheinlich auf einem Dynamoeffekt des geschmolzenen Planeteninneren beruht Eine Strömung von elektrisch leitfähiger (geschmolzener) Materie innerhalb eines (schwachen) schon natürlicherweise vorhandenen Magnetfeldes induziert elektrische Ströme in der Materieströmung. Diese elektrischen Ströme sind ihrerseits wiederum von einem Magnetfeld begleitet, welches das ursprüngliche Magnetfeld verstärken kann. Bewegungsenergie aus der Materieströmung wird also in magnetische Energie umgewandelt (Dynamoprozeß). So kann sich aus einem anfangs nur schwachen Magnetfeld, dynamisch ein Magnetfeld von beachtlicher Stärke entwickeln.

Die Oberfläche des Merkur ist ziemlich gleichmäßig mit Einschlagskratern übersät, da eine extrem dünne Atmosphäre, die aus Wasserstoff, Helium, Sauerstoff und Natriumdampf besteht, ein ungehindertes Eindringen von Meteoriten gestattet, ohne dass diese dabei verglühen. Die große Anzahl der Krater je Fläche deutet auf eine sehr alte, seit der Entstehung des Merkur vor ungefähr 4 Milliarden Jahren nur wenig veränderte Oberfläche hin.
Die Temperaturgegensätze zwischen Tag- und Nachtseite sind wegen der nur in Spuren vorhandenen Atmosphäre außerordentlich extrem groß. Während am Tage die Temperaturen auf 450 °C steigen können, fallen sie in der Nacht auf bitterkalte -180°C. Merkur ist also eine Welt ohne Wetter! Auch Jahreszeiten gibt es nicht, da die Rotationsachse beinahe senkrecht auf der Bahnebene des Planeten um die Sonne steht.
In Kratern an den Polen, die immer im Schatten liegen könnte es sogar Wassereis geben!
Darauf deuten Radarmessungen mit Radioteleskopen hin. Auf Radarbildern, insbesondere vom Südpol des Merkur fand man kreisförmige, helle Zonen erhöhter Reflektion. Die Radarsignatur entspricht der von Eis, das mit einer Staubschicht bedeckt ist, nicht aber der von Silikatgesteinen, die den größten Teil der Planetenoberfläche bedecken. Die Kreisform der hellen Zonen spricht dafür, daß sich das mögliche Eis in tiefen Kratern befindet. Sollte sich das bestätigen, so stellt sich natürlich die Frage, woher das Eis eigentlich kommt. Es könnte von Kometen stammen, die in der Vergangenheit auf dem Merkur aufgeschlagen sind. oder aber aus dem Inneren des Planeten. Die erste Möglichkeit erscheint zumindest auf den ersten Blick als die wahrscheinlichere.

Die Reise zum Merkur
Die Reise der amerikanischen Raumsonde „Messenger“ zum Planeten Merkur ist eine recht komplizierte und langwierige Angelegenheit: Mit „SwingBy“ Manövern muß zunächst die Geschwindigkeit des Raumschiffs verringert werden, das ja die Geschwindigkeit der Erddrehung um die Sonne beim Start zunächst mitbekommt. Das Raumschiff verliert so Bahnenergie und „stürzt“ in Richtung Sonne und damit auch in Richtung Merkur.Auch das Einbremsen in die Umlaufbahn um Merkur wird mittels „SwingBy“ erreicht. Bei einem „SwingBy“- Manöver wird mit Hilfe des Schwerefeldes eines Planeten die Flugbahn eines Raumschiffes sowohl in der Richtung als auch der Geschwindigkeit verändert.

Die lange Reise zum Merkur (Quelle: NASA)
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Fliegt das Raumschiff durch das Schwerefeld eines Planeten, so wird sie abgelenkt und damit ihre Flugrichtung verändert. Die relative Geschwindigkeit zum Planeten wird dabei aber im Endeffekt nicht verändert, da der Planet das Raumschiff beim Anflug zwar zunächst beschleunigt, es nach dem Vorbeiflug aber wieder abbremst. Relativ zur Sonne ändert sich die Geschwindigkeit des Raumschiffs aber sehr wohl. Wenn der Planet auf seiner Bahn um die Sonne sich relativ auf das näher kommende Raumschiff zu bewegt, gewinnt dieses an Bewegungsenergie (Bahnenergie) hinzu. Im umgekehrten Fall wird das Raumschiff abgebremst. Die Energie wird dabei immer der Bewegungsenergie des Planeten entnommen, der dadurch ein wenig langsamer wird und deshalb seinen Abstand zur Sonne unmerklich(!) vergrößert. Raumflüge mit “SwingBy“-Manövern sind also sehr treibstoffsparend!

Die Raumsonde „Messenger“ führt 7 wissenschaftliche Instrumente mit:

Messenger und seine Instrumente (Quelle: NASA)
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Mercury Dual Imaging System (MDIS)
Mit diesem Kamerasystem mit Weitwinkel- und Engwinkelobjektiven können hoch auflösende Farbaufnahmen im sichtbaren und nahinfraroten Bereich gemacht werden.
Auch räumliche Bilder (Stereoaufnahmen)sind möglich.

Gamma-Ray and Neutron Spectrometer (GRNS)
Mit dem GRNS wird die chemische Zusammensetzung des Merkurs erforscht. Die geologische Geschichte des Merkur soll so ergründet und auch nach Wassereis an den Polen gesucht werden. Das GNRS besteht aus zwei Instrumenten, dem Gammastrahlen- und dem Neutronenspektrometer. Das Gammastrahlenspektrometer misst die Gammastrahlung, die durch das Bombardement der Planetenoberfläche mit kosmischer Strahlung oder durch natürlichen radioaktiven Zerfall entsteht. Das Neutronenspektrometer misst Neutronen niedriger Energie, die entstehen, wenn durch kosmische Strahlung aus den oberen Schichten der Planetenoberfläche herausgeschlagene Teilchen dort mit wasserstoffreichem Material zusammenstoßen. Auf diese Weise können Wassereisvorkommen entdeckt werden.

Magnetometer (MAG)
Mit den Magnetometer wird das Magnetfeld des Merkur vermessen.

Mercury Laser Altimeter (MLA)
Mittels Impulsen eines Lasers, deren Laufzeit von der Raumsonde zum Merkur, hin und zurück gemessen wird, können Erkenntnisse über die Landschaftsformen (Topographie) des Merkur gewonnen werden. Messungen können nur vorgenommen werden, wenn die Umlaufbahn der Sonde weniger als 1000 km über der Planetenoberfläche liegt.

Mercury Atmospheric and Surface Composition Spectrometer (MASCS)
Dieses Spektrometer soll vor allem die Zusammensetzung der extrem dünnen Atmosphäre des Merkur erforschen. Aber auch gefrorene Gase auf der Nachtseite des Planeten können miterfasst werden.

Energetic Particle and Plasma Spectrometer (EPPS)
EPPS misst die Beschaffenheit und Verteilung von geladenen Teilchen wie Elektronen und Ionen im Magnetfeld des Merkur.

X-Ray Spectrometer (XRS)
Gamma- und Röntgenstrahlen von der Sonne können auf der Planetenoberfläche chemische Elemente dazu veranlassen, wiederum Röntgenstrahlung mit niedriger Energie auszusenden. XRS kann diese aufspüren und so die Zusammensetzung der Planetenoberfläche bestimmen.

Radio Science (RS)
Durch das bordeigene Kommunikationssystem werden mittels des Dopplereffekts kleine Abweichungen in der Geschwindigkeit der Sonde gemessen. Damit sind Rückschlüsse auf die Massenverteilung innerhalb des Planeten Merkur möglich.

Die ersten Ergebnisse
Am Abend des 14. Januar 2008 fand nun der erste Vorbeiflug am Merkur statt.

Die ersten Bilder...

Anflug auf den Merkur 13. Januar 2008 (links) und 14.Januar (rechts)

"Rückblick" auf den Merkur 80 Minuten nach der größten Annäherung (links), Merkurs Horizont (rechts)
Diese Hälfte des Planeten wurde bisher noch nie fotographiert! Zahlreiche Einschlagskrater sind zu erkennen.

Kraterlandschaften des Merkur:
Krater mit vulkanischem Material angefüllt (linkes Bild, links oben)
Krater mit Strahlenkranz von hellem Auswurfmaterial (rechtes Bild, rechts unten)

Die erste Farbaufnahme

Bilder durch Anklicken vergrößern!
Quelle: NASA

Jens Christian Heuer

Quellen:
Messenger Homepage der NASA http://messenger.jhuapl.edu/

Wikipedia (Stichwort Messenger)

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