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ENSO-Lexikon

ENSO-Lexikon

A

Abflussjahr

Syn. hydrologisches Jahr oder Wasserwirtschaftsjahr; engl. water year; Abflussjahre sind in der Regel abweichend von den Kalenderjahren. Diese Einteilung wählt man, um in der Jahresbilanz die Niederschläge erfassen zu können, die bereits im Spätherbst und Frühwinter gefallen sind und als Schnee oder Eis im Einzugsgebiet gespeichert wurden. Diese Niederschläge werden aber erst im folgenden Kalenderjahr als Schmelzwasser abflusswirksam.

In Deutschland legt die DIN 4049 den Zeitraum vom 1. November bis 31. Oktober aus dem Grund fest, weil Ende Oktober die Wasserreserven in Deutschland erfahrungsgemäß am geringsten sind. Durch die Verschiebung um zwei Monate (in Bezug zum Kalenderjahr) erhält man den Vorteil, dass das Wasser, das in Form von Schnee und Eis niederschlägt und im Folgejahr abfließt, in die hydrologische Jahresrechnung mit einfließen kann.

Bezeichnet wird ein Abflussjahr mit dem Kalenderjahr, in dem die Abflussjahresmonate Januar bis Oktober vorkommen. So beginnt das Abflussjahr 2008 am 1. November 2007 und endet am 31. Oktober 2008. Am 1. November 2008 beginnt dann das Abflussjahr 2009. Das Abflussjahr wird in Winter- (November bis April) und Sommerhalbjahr (Mai bis Oktober) unterteilt.

In Australien (Südhalbkugel) reicht das water year vom 1. Juli bis zum 30. Juni.

In den USA definiert der United States Geological Survey das water year als Zeitraum vom 1. Oktober bis zum 30. September des Folgejahres. Es wird bezeichnet nach dem Kalenderjahr, in dem es endet. Auch andere Definitionen werden verwendet.

"Water Year 2015 has been noteworthy for much less precipitation than normal in California, temperatures much warmer than normal and a growing El Niño in the Eastern Pacific that many Californians hope will end the state’s drought. Most of all, Water Year 2015 will be remembered as the fourth year of one of the state’s most severe dry periods on record. [...] As Water Year 2015 draws to a close, it is still too soon to know whether the building El Niño will be a drought-buster or simply a bust."

Absinkinversion

Syn. Schrumpfungsinversion; Inversion, die bei großräumigem Absinken von Luft in Hochdruckgebieten entsteht. Dazu müssen Luftpakete eine große Strecke absinken und sich dabei trockenadiabatisch erwärmen. Nach der Absinkbewegung kommt es in der Temperaturkurve zu einer Temperaturumkehr.
Absinkinversionen sind als großräumige Phänomene typisch für dynamische Hochdruckgebiete (Subtropenhochs, Passatinversion) und können auch durch eine thermisch labile Grundschicht gekennzeichnet sein. Bei ausreichendem Wassergehalt bilden sich unterhalb der Inversion niedrige Wolken (z.B. Cumulus humilis).

adiabatisch

Bezeichnung für mit vertikalen Bewegungen verbundene Vorgänge in der Atmosphäre, bei denen sich in einem als isoliert angenommenen Luftpaket physikalische Eigenschaften, wie z.B. Temperatur, Druck, Dichte oder Feuchtigkeit ändern, ohne dass zwischen dem Luftpaket und der Umgebungsluft oder der Erdoberfläche ein Wärmeaustausch stattfindet.

  • Die Kompression der Luft in einer Luftpumpe ist eine adiabatische Zustandsänderung. Wenn die Kompression mit genügend hoher Geschwindigkeit durchgeführt wird, ist eine deutliche Temperaturerhöhung spürbar. Die Arbeit, die an der Pumpe verrichtet wird, erhöht direkt die innere Energie und damit die Temperatur des Luftgemisches. Dabei wird zuerst keine Wärmeenergie an die Pumpe abgegeben bzw. von ihr aufgenommen. Erst nach Vollendung des Prozesses merkt man eine Erwärmung der Fahrradpumpe und damit einen Fluss der Wärmeenergie. Auch die extrem schnelle primäre Erhitzung der Luft beim Wiedereintritt von Raumflugkörpern ist auf Grund der extrem hohen Verdichtungsgeschwindigkeiten ein näherungsweise adiabatischer Prozess. Allerdings verteilt sich die Wärme im Anschluss danach sehr schnell durch Leitungs-, Strömungs- und Strahlungsprozesse.
  • Umgekehrt zur Kompression verursacht ein adiabatischer Druckabfall eine Abkühlung der Luft. Dies geschieht zum Beispiel innerhalb eines aufsteigenden Luftstromes (bei thermischem Auftrieb oder beim Überströmen eines Gebirges) oder auch auf der Oberseite von Flugzeugtragflächen. Beim Abkühlen verringert sich die Sättigungskonzentration für Wasserdampf. Unterschreitet diese den tatsächlichen Wassergehalt, kondensiert der darüber liegende Wasseranteil zu kleinen Wassertröpfchen (Bildung von Wolken oder Nebel).
Advektion

Von lat. advectio = Heranführung; in der Meteorologie die horizontale Heranführung von Luftmassen im Unterschied zur vertikalen Konvektion. Als Advektion wird sowohl der großräumige Prozess des Herantransportes einer Luftmasse bezeichnet als auch der mikroskalige Prozess etwa des Einbruchs von lokaler Kaltluft. Bei Heranführen von Luftmassen ändert sich infolge der unterschiedlichen Temperaturen und Dichten der Bodendruck, indem er bei Kaltluftadvektion ansteigt und bei Warmluftadvektion fällt.
In der Strömungsphysik wird die gesamte Advektion von Wärme als Konvektion bezeichnet. In der Meteorologie dagegen bedeutet Konvektion nur die vertikale „Advektion“ von Wärme.

Äquivalente CO2-Konzentration

Die Konzentration von Kohlendioxid, welche den gleichen Strahlungsantrieb wie eine vorgegebene Mischung von Kohlendioxid und anderen Treibhausgasen verursachen würde.

Aerosol

Eine Sammlung von festen oder flüssigen Partikeln in der Luft mit einer typischen Grösse zwischen 0,01 und 10 mm, die mindestens ein paar Stunden in der Atmosphäre bleiben. Aerosole können entweder natürlichen oder anthropogenen Ursprungs sein.

El Niño Linked to Record Air Pollution

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Scientists using NASA satellite data have found that droughts caused by the 1997-1998 El Niño - the most intense of the century - led to record numbers of fires. These, in turn, produced a record amount of smoke.

A team of researchers from Harvard University used data observed by NASA’s Total Ozone Mapping Spectrometer (TOMS) instruments to measure the amount of smoke pollution from biomass burning over 20 years.

The images show the amount of absorbing aerosols in the air around the world in 1997 and 1998. Blue colors indicates very little absorbing aerosols, and the orange and red colors indicate a high concentration of them. The aerosols over Indonesia were particularly thick during the wildfires that raged there during September and November 1997. Burning in Africa and Brazil also produced aerosols visible in these images. The high Aerosol Index values in Northern Africa are caused by dust blowing off the Sahara desert, and not fires.

Quelle: NASA Earth Observatory

Aerosole sind klimatisch die Gegenspieler der Treibhausgase, da sie auf die bodennahen Luftschichten hauptsächlich abkühlend wirken. Sie entstehen, wie Treibhausgase, sowohl durch natürliche Vorgänge als auch durch menschliche Aktivitäten. Ursache können Vulkanausbrüche, Wüstenstürme, Seesalz vom Ozean, Biosphärenteilchen sein und ähnlich wie bei den Treibhausgasen die Verbrennung von Biomasse und fossilen Brennstoffen. Aerosole besitzen jedoch eine völlig andere Wirkung auf den Strahlungshaushalt der Atmosphäre. Auf die langwellige Wärmestrahlung haben sie so gut wie keinen Einfluss.

Ihr Einfluss auf das Klima geschieht über einen direkten Strahlungsantrieb durch Streuung und Absorption der Strahlung, und indirekt über ihre Rolle als als Kondensationskerne für die Wolkenbildung oder durch die Veränderung der optischen Eigenschaften und der Lebensdauer von Wolken. Aerosole sind auch wesentlicher Bestandteil des Tropical Haze.

In der Diskussion um den durch den Menschen gemachten Treibhauseffekt und die künftige Klimaentwicklung spielen Aerosole eine wesentliche Rolle, da ohne sie der globale Temperaturanstieg der letzten Jahrzehnte wahrscheinlich deutlich höher ausgefallen wäre und auch die zukünftige Erwärmung merklich größer sein würde. Aerosole könnten also den anthropogenen Klimawandel bis zu einem gewissen Grad maskieren.

Aktualismus

Syn. Aktualitätsprinzip, wichtigste Grundlage zur Interpretation aller geologischen und damit auch atmosphärischen und ozeanischen Geschehnisse. Die Theorie des Aktualismus geht von der stetigen Gültigkeit der physikalischen, chemischen und biologischen Gesetze aus und folgert, daß die geologischen Prozesse der Vergangenheit in vergleichbarer Weise wie heute abgelaufen sind. Die aktualistische Betrachtungsweise hat sich zwar für die Deutung vieler geologischer Erscheinungen, insbesondere durch die Erkenntnisse der Aktuogeologie, bewährt, aber für spezielle Bereiche gelten Einschränkungen. Einerseits laufen manche geologischen Prozesse wie Orogenesen oder Transgressionen für menschliche Begriffe so langsam ab, daß rezente Vergleiche schwierig sind. Andererseits unterlag der physische Werdegang und die biologische Entwicklung der Erde Einflüssen, die in der Gegenwart nicht zu beobachten sind. Grundsätzlich muss jede geologische Forschung die Gültigkeit und Grenzen des aktualistischen Prinzips von neuem prüfen.

Auch in der ENSO-Forschung nutzt man den aktualistischen Ansatz, indem man heutige Erfahrungen in die Vergangenheit projiziert. Dabei kommt man zu dem Schluss, dass Umweltveränderungen ähnlicher Art wie die, die man heute auf ENSO-Ereignisse zurückführt, damals auch von ähnlichen atmosphärischen und ozeanischen Prozessen hervorgerufen werden.

Albedo

Das Verhältnis von reflektierter und gestreuter kurzwelliger Strahlung zur gesamten einfallenden Strahlungsenergie ist die Albedo eines Körpers, oft ausgedrückt im Prozentwert der einkommenden Strahlung. Ein Körper, der alle Wellenlängen der Globalstrahlung, nicht nur die sichtbaren, vollständig absorbiert, wird als "absolut schwarzer Körper" definiert.

Albedo-Werte aus Modis-Messungen

Albedowerte

Der Sensor MODIS an Bord des NASA-Satelliten Terra misst sehr präzise das von der Erdoberfläche in den Weltraum reflektierte Sonnenlicht. Die Kenntnis der quantitativen Reflektivität (Albedo) hilft Wissenschaftlern beim Verständnis und bei der Vorhersage von kurzfristigen Wettermustern und langfristigen Klimatrends mit Hilfe der verschiedenen Oberflächencharakteristika (s. Pressemitteilung).

Die Farben in der Abbildung stellen Albedowerte von 0 bis 0,4 dar. Rote Gebiete repräsentieren helle, am stärksten reflektierende Oberflächen; gelbe und grüne Farben stehen für mittlere Werte, während blaue und violette Farben relativ dunkle Oberflächen darstellen. Bei weißen Flächen waren keine Daten verfügbar, von den Wasserflächen der Ozeane liegen bei dieser Abbildung keine Albedowerte vor. Die Grafik ist ein Komposit aus Daten einer 16-tägigen Messperiode (7.-22. April 2002).

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Image courtesy Crystal Schaaf, Boston University

Relativ glatte Oberflächen wie Wasser, Schnee, Sand oder auch bestimmte Laubarten haben eine relativ hohen Anteil spiegelnder Reflexion, ihre Albedo ist deshalb stark abhängig vom Einfallswinkel der Sonnenstrahlung. Für die Erde mit einem Ozeananteil von 71 % zu 29 % Land, mit ihrer wechselnden Oberflächenbeschaffenheit und ihrer Bewölkung beträgt die Gesamtalbedo 32 %, d.h. 32 % der am Rande der Atmosphäre auftreffenden Sonnenstrahlung gehen ungenutzt in den Weltraum zurück.

Wichtige Albedowerte
(in Prozentwerten der auftreffenden Globalstrahlung)
Wasser, Sonnenhöhe 40-50° 7-10 Laubwald 10-20
Wasser, Sonnenhöhe um 20° 20-25 Nadelwald 5-15
Schneedecke frisch 75-95 Tundra 15-20
Schneedecke gealtert 40-70 Grasfläche 10-20
See-Eis 30-40 Haufenwolken 70-90
Sandfelder trocken/naß 35-45 / 20-30 Schichtwolken 40-60
Aleutentief

Nordpazifisches Tiefdruckgebiet mit hoher Beständigkeit, das neben dem nordatlantischen Islandtief das zweite wichtige Aktionszentrum der Westwindzone auf der Nordhalbkugel darstellt.

Algen

Von latein. algae = diverse Sippen von Seegras und Tang; artenreiche und vielgestaltige Pflanzengruppe, ein- bis vielzellig, verschieden gefärbt und hauptsächlich in lichtdurchflutetem Wasser vorkommend: Grünalgen, Goldalgen, Kieselalgen, Braunalgen und Rotalgen. Die Blaualgen haben keinen echten Zellkern. Die meisten Algen enthalten Chlorophyll, das aber von anderen Farbstoffen überdeckt sein kann (vgl. Namensgebung). Im Wasser bilden Algen das Phytoplankton, den photoautotrophen Teil des Planktons. Algen bilden eine wichtige Grundlage für die folgenden Glieder der Nahrungskette (Zooplankton).

In den Weltmeeren bildet sich Phytoplankton sehr gehäuft in der Arktis und im Küstenbereich, sehr wenig Phytoplankton gibt es im subtropischen Bereich. Der Anteil an Plankton lässt sich durch Satellitenaufnahmen mit Spezialkameras aus dem Weltraum abschätzen. Es gibt etwa 10.000 verschiedene Algenarten, etwa 500 Arten sind besonders wichtig. Die Algen des Phytoplanktons sind zwischen einem tausendstel Millimeter und einem halben Millimeter groß. Winzige Planktontierchen (Zooplankton), fressen in den Weltmeeren die Algen. Ein großer Teil der Algen stirbt ab und sinkt auf den Meeresgrund.

Meeresalgen haben vermutlich einen sehr wichtigen Einfluss für die Bindung des Kohlendioxids aus der Atmosphäre. Es wird geschätzt, dass jährlich 45 bis 50 Milliarden Tonnen Kohlenstoff des Kohlendioxids in Phytoplanktonbiomasse gebunden werden. Man nimmt an, dass nach dem Absterben dieses Phytoplankton in die Tiefe des Meeres sinkt und durch den mikrobiellen Abbau entstehendes Kohlendioxid gebunden bleibt. Etwa 15 % oder 8 Milliarden Tonnen des im Phytoplankton assimilierten Kohlenstoffs sinkt in die Tiefe. Ohne das Phytoplankton der Meere läge die Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre vermutlich statt bei 365 ppm bei 565 ppm. Das Phytoplankton wirkt also als Kohlenstoffpumpe, indem es Kohlendioxid aus der Luft und aus wässriger Lösung bindet und den Kohlenstoff in die Tiefsee verfrachtet.

Verschiedene Meeresalgen dienen zur Gewinnung von Jod, Brom, Karrageen u.a., manche Grünalgen (z.B. Chlorella) zur Erzeugung von Eiweiß. Algen sind wichtig für die Selbstreinigung der Gewässer und für die biologische Abwasserreinigung. Landalgen besiedeln Felsen, Baumrinden und Böden. Algen kommen seit dem seit dem Präkambrium vor.

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Algenblüte

Die starke Vermehrung von Algen und anderen Einzellern in Flüssen, Seen oder im Meer, die durch eine starke Zufuhr von Nährstoffen ausgelöst wird. Algenblüten sind ein durchaus natürliches Phänomen. Aufgrund von Überdüngung aber kommt es heute in vielen Meeresgebieten häufig zu besonders starken Ausprägungen. Sterben die Algen ab, werden sie im Wasser von Bakterien abgebaut, die Sauerstoff verbrauchen. Dadurch entstehen in stark überdüngten Gewässern sauerstofffreie „Todeszonen“.

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Allgemeine Zirkulation der Atmosphäre (aZdA)

Engl. general circulation; syn. (dt.) allgemeine atmosphärische Zirkulation, planetare Zirkulation; die die Lufthülle der Erde charakterisierenden Strömungssysteme. Das Wort 'allgemein' heißt in diesem Zusammenhang, dass nicht eine spezielle Situation betrachtet wird, sondern vielmehr, dass klimatologische Mittelwerte der globalen atmosphärischen Zirkulationsphänomene gemeint sind.

Die atmosphärischen Strömungssysteme führen zu einem globalen Austausch der physikalischen und chemischen Eigenschaften der Luft. Letztendliche Ursache dieser Zirkulation ist der zwischen Äquatorregion und Polargebieten bestehende, auf Ausgleich angelegte thermische Unterschied. Dieser stellt nicht nur für die aZdA einen wichtigen Antrieb dar, sondern auch für die Ozeane.

Strahlungsbilanz

tropics_surplus_heat1  
tropics_surplus_heat2

(a) Unterscheidung von Tropen und Polargebieten mit Hilfe des Zugewinns an Strahlung im Jahresmittel, bzw. des Verlustes an Strahlung.

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Quelle:UCAR, The COMET Program
(kostenfreie Registrierung erforderlich)
 

(b) Globale jährliche Strahlungsbilanz in W/m² (Global annual radiation budget) in meridionaler Verteilung an der Erdoberfläche.
Während zwischen etwa 40° N und S die Strahlungsbilanz mit bis zu 50 W/m² ein Überschussgebiet darstellt (positive Werte), nehmen die Gebiete polwärts 40° Breite negative Strahlungsbilanzwerte an. Es handelt sich hierbei somit um Defizitgebiete, die an den Polen jeweils Tiefstwerte von weniger als -100 W/m² erreichen.

Eine Gegenüberstellung der Strahlungsbilanzwerte von niederen und hohen Breiten entlang eines meridionalen Profils verdeutlicht das Strahlungsungleichgewicht und damit das thermische Ungleichgewicht auf der Erde (Abb. oben).

Theoretisch würden sich aufgrund der dargestellten Wärmeüberschüsse und -defizite nach den Gesetzen der Strahlungsklimatologie Temperaturdifferenzen zwischen dem Äquator und den Polargebieten von mehr als 80 K ergeben. Die tatsächlich gemessenen Werte weichen allerdings erheblich von den berechneten Werten ab.

Zum Beispiel zeigt sich, dass zwischen dem Äquator und 30° Breite die beobachteten Werte deutlich unter den für diese Klimazonen berechneten Werten liegen. Hierauf weisen die negativen Differenzen hin. Die Atmosphäre ist in diesen Gebieten also wesentlich kühler als sie es theoretisch sein müsste.

Jenseits 60° Breite hingegen ist die Luft vergleichsweise erheblich wärmer, ersichtlich an den positiven Differenzen. Offensichtlich findet ein großräumiger Wärmeaustausch statt. Der Grund hierfür ist in der Wirkungsweise der aZdA zu sehen. Die Energietransporte erfolgen sowohl über die Atmosphäre als auch durch die Ozeane.

Würde die Erde nicht oder nur sehr langsam rotieren, wäre das atmosphärische Zirkulationsmuster deutlich einfacher als es in Wirklichkeit ist (vgl. Abb. unten): Die meridional unterschiedliche Strahlungs- und Energiebilanz der Erdoberfläche und bodennahen Luftschicht lässt in den beiden Polargebieten ein thermisches Hoch und in niederen geographischen Breiten, in etwa längs des Äquators, ein thermisches Tief, die äquatoriale Tiefdruckrinne entstehen. In Bodennähe würde geradewegs eine Strömung vom Hoch zum Tief stattfinden, die zusammen mit Hebung im Tief, Absinken im Hoch und hochtroposphärischer Ausgleichsströmung in jeder Hemisphäre, ein vertikal angeordnetes Zirkulationsrad, auch Zelle genannt, ergibt. Das ist die Einzellentheorie.

Konvektionszellenmodelle

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Schema eines Einzellenmodells für einen Wasserplaneten Schema eines Dreizellenmodells für einen Planeten mit Kontinenten

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Quelle: UCAR, The COMET Program (kostenfreie Registrierung erforderlich)

In einer weiteren Überlegung tritt die Erdrotation und mit ihr die Corioliskraft hinzu, die auf der NHK Rechts- auf der SHK Linksablenkungen horizontaler Bewegungen zur Folge hat. Man hat versucht, diese Auswirkungen durch den Übergang von der Einzellen- auf die Dreizellentheorie plausibel zu machen, inhaltlich aber noch nicht überzeugend (vgl. Abb. oben rechts).

Die Wärmeüberschüsse und -defizite führen in der Atmosphäre zu großräumig angelegten Luftdruckunterschieden und setzen Ausgleichsströmungen auf beiden Hemisphären in Gang. Bei der Erde als rotierendem und mit Strömungshindernissen unterschiedlicher Größe versehenen Körper müssen neben der Gradient- und Reibungskraft noch weitere für den Mechanismus der planetaren Zirkulation wichtige Größen beachtet werden. Hierzu gehören insbesondere der Drehimpuls, der in Abhängigkeit von der Mitführgeschwindigkeit am Äquator groß und in hohen Breiten klein ist, sowie die Zentrifugalkraft und die Corioliskraft. Drehimpuls und Corioliskraft sind für die Zonalzirkulation von ausschlaggebender Bedeutung. Durch die Corioliskraft wird ja vom Äquator kommende, polwärts mit hohem Drehimpuls versehene Luft auf der NHK nach rechts und auf der SHK nach links abgelenkt. Letztendlich bewirken diese Größen, dass zur Beschreibung der aZdA ein komplexeres Dreizellenmodell herangezogen wird.

Die Abbildung unten links versucht durch entsprechende Modifikationen, einschließlich der meridional unterschiedlichen Tropopausenhöhe, trotz der noch immer stark vereinfachten Modellvorstellung eine gewisse Annäherung an die Realität zu erreichen.

Insbesondere wird das weitgehend reale tropisch/subtropische Zirkulationsrad, die Hadley-Zelle, übernommen. In den mittleren Breiten liegt die Ferrel-Zelle und polwärts die im Wesentlichen die Strömungverhältnisse der Polargebiete charakterisierende Polar-Zelle.

Die graphische Darstellung der drei Strömungszellen ist allerdings problematisch, da die meridionalen Strömungskomponenten dabei überbetont werden. Es gilt daher zu beachten:

  • Die zonalen Strömungskomponenten sind deutlich größer als die meridionalen Strömungen.
  • Aufgrund der zellulären Struktur der Druckgürtel des Bodenluftdruckfeldes erfolgt die meridionale Verlagerung von Luftmassen nicht gleichmäßig sondern auf Bahnen zwischen den Druckzellen.

atmosphaerische_zirkulationszellen

Die wichtigsten Zirkulationszellen der Atmosphäre

 

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Quellen: BS Wiki 'Klimawandel' / Embry Riddle

 

 

 

 

 

 

Wichtige Elemente der Allgemeinen Zirkulation der Atmosphäre. Sie repräsentieren die zeitlich gemittelten Wind- und Drucksysteme über der Erdoberfläche als auch in der Troposphäre. Dazu gehören:

  • Intertropical Convergence Zone (ITCZ)
  • Northeast tradewinds
  • Southeast tradewinds
  • Westerlies
  • Polar front
  • Hadley cell
  • Subtropical highs
  • Subpolar lows (extratropical cyclones)

Die zur Hadley-Zelle gehörige bodennahe Strömung ist der Nordost- bzw. Südostpassat, der im Bereich der äquatorialen Tiefdruckrinne konvergiert, daher der zugehörige Name innertropische Konvergenzzone. Im langjährigen Durchschnitt fallen im Bodenluftdruckfeld die markanten Hochdruckzellen der Randtropen auf (s. Abb.unten). Äquatorwärts liegt eine Zone tieferen Luftdrucks, die durch die Lage der innertropischen Konvergenzzone (ITCZ) nachgezeichnet wird. Diese verlagert sich jahreszeitlich sehr stark und ist Ausdruck der erhöhten Temperaturen im Sommer der jeweiligen HK.

Das Westwindband der Mittelbreiten ist durch wandernde Hoch- und Tiefdruckgebiete gekennzeichnet. Aufgrund der jeweiligen Drehrichtung der Luft um die Zentren der dynamischen Druckgebilde scheren Hochdruckgebiete in Strömungsrichtung der Westwinde nach rechts, Tiefdruckgebiete nach links aus. Daraus ergibt sich im statistischen Mittel im Meeresniveau eine Luftdruckverminderung auf der polwärtigen Seite des Westwindbandes und eine Luftdruckerhöhung auf der äquatorwärtigen Seite. Das Ergebnis ist die subpolare Tiefdruckrinne und der subtropisch-randtropische Hochdruckgürtel. Die Gründe für die zelluläre Struktur der globalen Druckgürtel sind in der Land-Meer-Verteilung zu suchen. Dadurch liegen beispielsweise die im vorangehenden Kapitel behandelten Mäander der Westwindströmung bevorzugt in bestimmten Bereichen der Erde.

Es wird in den Abbildungen der Januar- und Juli-Situation auch deutlich, dass die Lage der Hochdruckzellen im Sommer gegenüber der Wintersituation verschoben ist. Die ITCZ kann als thermischer Äquator interpretiert werden. Das bedeutet, dass sie die jeweils wärmsten Bereiche der Erde nachzeichnet. Die Entstehung des tiefen Luftdrucks ist thermisch bedingt. Durch die hohen Temperaturen kommt es zu einer Aufwölbung der Isobaren und zu einem Luftmassenabfluss in der oberen Troposphäre. Damit geht eine Verminderung des Bodenluftdrucks einher.

Ein weiterer thermischer Effekt ergibt sich über den Polargebieten beider Hemisphären. Aufgrund der niedrigen Temperaturen wird dort in der Höhe Luft zugeführt und der Bodenluftdruck wird erhöht (Polarhoch).

Weitere Informationen:

Analogie

Von griech. ἀναλογία, analogia, dt. Ähnlichkeit, Entsprechung. Auf die Meteorologie bezogen ist der Analogieschluss eine der Methoden, um aus dem Vergleich der aktuellen Wetterlage, insbesondere der großräumigen Luftdruckverhältnisse mit ähnlichen Großwetterlagen der Vergangenheit und deren weiteren Entwicklung, Schlüsse für die langfristige Witterungsvorhersage zu ziehen. Diese Methode erfordert umfangreiche Einsicht in vieljährige Wetterkarten-Unterlagen und Witterungs-Statistiken.

Zum Beispiel nutzt die australische Wetterbehörde (BOM) den Vergleich ähnlicher Muster des Southern Oscillation Index aus der Vergangenheit mit dem der aktuellen Situation, um mit Hilfe der dabei aufgetretenen Niederschlagsverteilung auf die erwartbaren Niederschlagsmuster zu schließen.

Anden

Einer der längsten Gebirgszüge der Erde (7.500 - 8.000 km), der sich in Südamerika in unmittelbarer Nähe zur Pazifikküste von den Ufern der Karibik bis zur Magellan-Straße erstreckt. Seine Breite schwankt zwischen 200 und 700 km und erreicht mit dem Aconcagua seine höchste Erhebung über dem Meeresspiegel (6.959 m). Die Anden verzweigen sich immer wieder in einzelne Bergketten. In den zentralen Anden errreicht die Erdkruste eine Mächtigkeit von 70 km.
Die Faltung und Hebung der Gesteinsmassen setzte während der Kreidezeit ein, als sich entlang einer 6.700 km langen Subduktionszone die ozeanische Nazca-Platte unter die  südamerikanische Festlandsplatte zu schieben begann. Noch heute beträgt der Subduktionsbetrag fast 10 cm/a. Davon zeugen häufige Vulkanausbrüche und Erdbeben. Gleichzeitig entstehen bei diesem Prozess wichtige Rohstofflagerstätten.
Die Flüsse, die zum Pazifik fließen, sind kurz und nicht sehr mächtig, da an der Westseite nur wenig Regen fällt.

Bolivianische Anden

Bolivianische Anden

This picture, acquired by NASA’s Landsat 7 satellite, shows a dramatic change in landscape about 250 kilometers southeast of la Paz, the capital of Bolivia.

Probably the most striking feature in this natural-color image is the dramatic change between the tan tones in the southwest and the deep green to the north and east. The arid southwest is in the mountains’ rain shadow.


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Zum englischen Begleittext (.doc) hier klicken!

Quelle: NASA Earth Observatory
Anomalie

Von griech. anómalos (uneben), allgemein: Abweichung von der Regel. Der Begriff wird in der Meteorologie und Klimatologie häufig benutzt und bedeutet dort die relativ kurzfristige Abweichung eines Klimaelements von seinem langjährigen Durchschnittswert an einem bestimmten Ort. Wenn z.B. die Maximaltemperatur eines Juni-Monats in Melbourne um 1 °C höher lag als der langfristige Durchschnitt dieses Monats, so betrüge die Anomalie eben +1 °C. Der aktuelle internationale Standardbezugszeitraum (sog. klimatologische Referenzperiode) ist die Zeit von 1961 bis 1990.

Für die Klimacharakterisierung eines Ortes ist die Abweichung von der normalen (durchschnittlichen) Niederschlagsmenge genau so wichtig wie die mittlere oder durchschnittliche Niederschlagsmenge. Im Dezember 1997 war beispielsweise die zentrale Amazonasregion (Pará) deutlich niederschlagsreicher als der Nordosten (Nordeste), vgl. Abb. 1. Die Niederschlagsanomalien belegen allerdings, dass Para ungewöhnlich trocken war, was für den ariden Nordeste nicht zutraf (Abb. 2). Trockenphasen im Amazonasgebiet kommen häufig während El Niño-Ereignissen vor, wie dies 1997 der Fall war.

Im Unterschied zum zweiten starken El Niño des 20. Jh. (1982/3) brachte das Ereignis von 1997/8 keine ausgeprägte Trockenheit für Australien. Der nordaustralische Monsun war sogar stärker als normal. (Abb. 3)
Beim Parameter SST zeigte sich das El Niño-Ereignis nur undeutlich in den absoluten Temperaturwerten (Abb. 4), wohingegen es in den Anomaliewerten klar zum Ausdruck kommt (Abb. 5).
Im englischen Sprachraum wird synonym zu 'anomaly' auch der Begriff 'residual' verwendet, ihm entspricht der deutsche Ausdruck 'Residuum'. Ein Beispiel findet sich auf der NASA/JPL-Seite zur Ozeantopographie (Ocean Surface Topography from Space)

Abb. 1 Niederschlag in Brasilien (Dezember 1997)

Niederschlag in Brasilien 12/97

Abb. 2 Niederschlagsanomalien in Brasilien (Dez. 1997)

Niederschlagsanomalien Brasilien 12/97

Niederschlag und Niederschlagsanomalien in Brasilien
(Dezember 1997)

 

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Quelle: Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos (Brasilien)

Globale Niederschlagsanomalien 97/98

Abb. 3 Globale Niederschlagsanomalien
im sechsmonatigen Zeitraum von November 1997 bis April 1998

 

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Quelle: NOAA Climate Prediction Center

Abb. 4 Durchschnittliche Meeresoberflächentemperaturen (Dez. 1997)

Meeresoberflächentemperaturen 12/97

Abb. 5 Anomalien der Meeresoberflächentemperaturen im (Dez. 1997)

Anomalien SST 12/97

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Quelle: Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos (Brasilien)

Wie bei Anomalien der Atmosphäre treten auch im Ozean Anomalien auf, auch solche, die Bezug zu ENSO haben. Insbesondere sind zu nennen Anomalien der Meeresoberflächentemperatur und der Meeresspiegelhöhe.

anthropogen

Menschengemacht oder als Ergebnis menschlicher Aktivitäten, von griech. ánthropos „Mensch“ und dem Verbalstamm gen- mit der Bedeutung „entstehen“.

Anthropozän

Anthropozän bedeutet das „Zeitalter des Menschen“ und lehnt sich namentlich an geologische Zeitalter (etwa das Paläozän oder das Holozän) an. Der Begriff wurde von Nobelpreisträger Paul Crutzen gemeinsam mit Eugene Stoermer im Jahr 2000 geprägt und bezeichnet ein Erdzeitalter, in dem die Einwirkungen menschlicher Aktivitäten auf die Umwelt eine globale Dimension erreicht haben, und dass die Menschheit zu einem geologischen Faktor geworden ist.

2008 fand die stratigraphische Kommission der Geological Society of London, der weltweit ältesten geowissenschaftlichen Vereinigung, überzeugende Argumente für die These, dass das als Holozän bezeichnete zwischeneiszeitliche Zeitalter mit stabilen Klimaverhältnissen an sein Ende gelangt und in einen stratigraphischen Abschnitt eingetreten sei, für den „in den letzten Millionen Jahren keine Entsprechung zu finden sei“. Hierbei spielen der Anstieg der Produktion von Treibhausgasen, die menschengemachten landschaftlichen Veränderungen, welche in ihrem Umfang derweil die natürliche jährliche Sedimentproduktion erheblich übertreffen, die Übersäuerung der Ozeane sowie die fortdauernde Vernichtung von Biota eine Rolle. Sie warnen davor, dass „die Kombination von Artensterben, globaler Artenwanderung und der verbreiteten Verdrängung natürlicher Vegetation durch landwirtschaftliche Monokulturen ein unmissverständliches biostratigraphisches Signal unserer Zeit darstellt. Diese Auswirkungen sind bleibend, da die zukünftige Entwicklung auf den überlebenden (und häufig anthropogen verschobenen) Beständen aufbaut.“

Nach einem Vorschlag britischer Geologen soll als Beginn des Anthropozäns das Jahr 1800 (Beginn der Industrialisierung) festgelegt werden. Untersuchungen von Eisbohrkernen ergaben zudem, dass seither die Konzentration von Methan (CH4) und Kohlendioxid (CO2) zuzunehmen beginnt. Die offizielle Implementierung des Anthropozäns in das chronostratigraphische System der Erde steht bislang aus.

Weitere Informationen:

Antizyklone

Ein Hochdrucksystem, in dem Winde auf der Nordhalbkugel im Uhrzeigersinn wehen, auf der Südhalbkugel entgegen dem Uhrzeigersinn.

Äquatoriale Tiefdruckrinne

Gewöhnlich syn. zu innertropische Konvergenzzone (ITCZ); erdumspannende, eng begrenzte Zone niedrigen Luftdrucks in äquatorialen Breiten, die zeitverzögert den jahreszeitlichen Sonnenstandsänderungen folgt. Im Sommerhalbjahr der Nordhemisphäre verlagert sich die äquatoriale Tiefdruckrinne über Indien bis ca. 30° N polwärts, im Sommerhalbjahr der Südhemisphäre bis in 23° S über dem östlichen Afrika.

Von der äquatorialen Tiefdruckrinne aus steigt der Luftdruck bis in die Kernbereiche des subtropischen Hochdruckgürtels an. Den äquatorwärts gerichteten Druckgradienten folgend strömen die Passate beider Hemisphären in die äquatoriale Tiefdruckrinne, wo sie konvergieren und aufsteigen. Die äquatoriale Tiefdruckrinne fällt demzufolge mit der innertropischen Konvergenzzone der Passate beider Hemisphären zusammen. Im Jahresmittel treten die niedrigsten Luftdruckwerte in den Tropen in etwa 5° N auf. Diese nur im Jahresmittel in Erscheinung tretende Tiefdruckrinne wird auch als meteorologischer Äquator bezeichnet.

Die jahreszeitlichen Verlagerungen der äquatorialen Tiefdruckrinne bringen zum Ausdruck, dass die Zirkulation der jeweiligen Winterhemisphäre die winterlichen Wärmedefizite kompensiert und auf die Wärmeüberschüsse der jeweiligen Sommerhemisphäre zurückgreift, indem der Bereich der hemisphärischen Wärmeproduktion ausgeweitet wird. Der Wärmetransport erfolgt durch die Hadley-Zirkulation.

global_wind

Tropisch-subtropische Druckgebilde und Windsysteme

(etwa zur Zeit der Tag- und Nachtgleiche)

 

Deutlich erkennbar ist die äquatoriale Tiefdruckrinne, bzw. die ITCZ und die zugehörige Konvektionsbewölkung

 

Quelle: University of California
 
Äquatorialer Gegenstrom

Ostwärts gerichteter, schmaler und träge fließender Ast der subtropisch-tropischen Strömungskreise, in dem Teile der westwärts transportierten Wassermassen des Nord- und des Südäquatorialstromes mit einer Oberflächengeschwindigkeit von 50 cm/s retourniert werden. Diese windgetriebene ca. 10 - 15 m tiefe Strömung tritt im Atlantik, Indik und Pazifik auf. Wegen seiner Lage bei 3 - 10° N im Falle des Pazifiks und des Atlantiks wird er auch häufig als Nordäquatorialer Gegenstrom (engl. North Equatorial Countercurrent) bezeichnet. Die Strömung befindet sich im Bereich eines Bandes mit schwachen Winden, dem Kalmengürtel (engl. doldrums) wo sich Nordost- und Südostpassat in der innertropischen Konvergenzzone treffen.

Im Indik kann der äquatoriale Gegenstrom monsunbedingt auch zeitweise auf die Südhalbkugel überwechseln.

Der Nordäquatoriale Gegenstrom im Pazifik ist die wichtigste ostwärtige Strömung, die über 20 Sv aus dem westpazifischen Warmwasserkörper (West Pacific warm pool) in den kühleren Ostpazifik transportiert. Die Strömung nimmt nach Osten zu ab bis auf 12 Sv. Im Westpazifik liegt der Gegenstrom bei 5° N, im Zentralpazifik bei 7° N. Die nordseitige Grenze des pazifischen Gegenstroms ergibt durch die benachbarte westwärtige Strömung des Nordäquatorialstroms. Die Südgrenze ist schwerer zu bestimmen.
Der Nordäquatoriale Gegenstrom im Pazifik ist bekannt dafür, dass er während El Niño-Ereignissen stärker als üblich ausgeprägt ist.

Äquatorialer Unterstrom

Sauerstoff- und nährstoffreiche Meeresströmung im äquatorialen Stromsystem, im Atlantik Lomonossowstrom, im Pazifik Cromwellstrom genannt. Im Indik tritt er eher als saisonales Phänomen auf. Dieser ostwärtige Unterstrom ist entlang des Äquators in Tiefen zwischen 50 und 200 m gelegen. Damit befindet er sich gerade unter der Basis der Durchmischungsschicht im oberen Bereich der äquatorialen Thermokline. Er ist etwa 200 km breit und besitzt Strömungsgeschwindigkeiten von ca. 1 m/s.

Der pazifische Cromwellstrom ist wegen seiner günstigen Ausstattung sehr fischreich und erfährt vor allem im Bereich der Galapagos-Inseln ein markantes Upwelling. Die liefert den Galapagos-Pinguinen die nötige Nahrungsgrundlage. In El Niño-Jahren kann das Upwelling aber zum Erliegen kommen.

Äquatoriales Stromsystem

Meeresströmungen in Äquatornähe, die in mehreren Bändern parallel zum Äquator (zonal) verlaufen und überwiegend vom Wind angetrieben werden (Abb. 2). Die Südostpassate überqueren den Äquator nach Norden. Durch die Richtungsumkehr der Corioliskraft und die meridionalen Windunterschiede werden Divergenzen und Konvergenzen des Ekmanstroms hervorgerufen, die durch Neigungen der Meeresoberfläche Druckgradienten bewirken, die zonale Strombänder antreiben. An der Meeresoberfläche fließen Nord- und Südäquatorialstrom nach Westen. Diese Ströme fließen mit einer Geschwindigkeit von 3-6 km/d und reichen gewöhnlich in eine Tiefe von 100 bis 200 Metern. Im Indischen Ozean ist der Nordäquatorialstrom nur im Winter ausgebildet.

Nord- und Südäquatorialstrom sind durch den ostwärts gerichteten (nord)äquatorialen Gegenstrom getrennt. Der äquatoriale Gegenstrom ist partiell eine Rückführung von Wassermassen, welche vom Süd- und Nordäquatorialstrom westwärts verfrachtet wurden. In El Niño-Jahren verstärkt sich im Pazifik der äquatoriale Gegenstrom.

ozeanstroeme

 

Wichtige Ozeanströme (Ausschnitt)

 

Rote Pfeile führen warmes Wasser heran
Blaue Pfeile stehen für kalte Wassermassen.

 

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Quelle: PhysicalGeography.net

Direkt am Äquator befindet sich in 75 bis 300 m Tiefe der nach Osten strömende äquatoriale Unterstrom mit einer Geschwindigkeit von 1 bis 1,5 m/s. In größerer Tiefe wie auch nördlich und südlich davon (5° S und 5° N) liegen weitere nach Osten gerichtete Strombänder. An den Küsten erfolgen topographisch bedingte meridionale Strömungen, die den Äquator überschreiten, z.B. der Nordbrasilstrom und der Tiefe Westliche Randstrom im Atlantik. Das Äquatoriale Stromsystem tritt in allen drei Ozeanen in ähnlicher Form auf, ist aber starker zeitlicher Veränderung unterworfen. Im Atlantik und im Indischen Ozean spielt der jahreszeitliche Gang eine erhebliche Rolle, im Pazifischen Ozean treten im Zusammenhang mit El Niño deutliche Veränderungen auf.

aequat_stromsystem

Äquatoriales Stromsystem

 

Das Windfeld bewirkt Neigungen der Meeresoberfläche. Die entstehenden Druckgradienten bewirken die Strömungen.

1 = Südäquatorialstrom,
2 = südäquatorialer Gegenstrom,
3 = äquatorialer Unterstrom,
4 = nordäquatorialer Gegenstrom,
5 = Nordäquatorialstrom.

Quelle: Lexikon der Geowissenschaften
 

Weitere Informationen:

Äquatoriales Upwelling

Auch äquatorialer Auftrieb; das Aufsteigen von Wasser in äquatorialen Ozeangebieten aus tiefer liegenden Schichten bis in die oberflächennahe, lichtdurchflutete Schicht (Deckschicht). Das aufströmende Wasser ist meistens kälter und nährstoffreicher als das Wasser in der Oberflächenschicht. Auftrieb führt daher im Allgemeinen zu einer Abkühlung und Nährstoffanreicherung des Oberflächenwassers.

Äquatorialer Auftrieb ist verbunden mit der Innertropischen Konvergenzzone (ITK), die vor allem über den Meeren in Äquatornähe liegt, jahreszeitlich bedingt im S bzw. im N des Äquators. Passate wehen aus dem NO und aus dem SO, konvergieren in Äquatornähe und bilden so die ITK. Über Windeinfluss (Windstress) nehmen die Wassermassen ihrerseits eine westwärtige Bewegungsrichtung an. Obwohl direkt am Äquator keine Corioliskräfte wirksam sind, kommt es etwas weiter entfernt dennoch zu Upwelling. Die Wassermassen divergieren an der Oberfläche, da die Erdrotation die westwärtige Strömung auf der Nordhalbkugel nach rechts ablenkt und auf der Südhalbkugel nach links. Das Oberflächenwasser wird auf diese Weise polwärts vom Äquator weggetrieben. Aus Gründen der Massenerhaltung muss Wasser von unten nachströmen. Dieses dichtere und nährstoffreiche Wasser führt zu verstärkter Primärproduktion, sodass z.B. die pazifische Äquatorregion aus dem Weltraum als breites Band hoher Planktonkonzentration erkennbar ist.

Äquatoriales Upwelling

upwell_eq  

Schema mit äquatorialem Upwelling, verbunden mit östlichen Winden.

Upwelling bringt kühlere und dichtere Wassermassen an die Meeresoberfläche. Eines der wichtigsten Gebiete mit Upwelling erstreckt sich entlang des Äquators. Windstress von östlichen Winden verursacht eine Strömung, die dank der Corioliskraft abgelenkt wird: nach rechts auf der NHK, nach links auf der SHK. Die resultierende Divergenz des Oberflächenwassers bringt kühles Tiefenwasser an die Oberfläche und reduziert die Temperatur der Wasseroberfläche und der darüber befindlichen Luft.

 

 

   

 

global_chlorophyll

 

Das Bild gibt die durchschnittliche Konzentration an ozeanischem Chlorophyll wider, basierend auf Messungen von SeaWiFS seit dessen Start 1997 bis zum Frühjahr 2004. Die Konzentration an Chlorophyll und damit an Phytoplankton ist höher vor Küsten als im offenen Ozean. Auch ist sie auf Meeren der NHK höher als auf der SHK.
Das Bild verdeutlicht ein zweites Verbreitungsmuster des Chlorophylls, nämlich in Äquatornähe, besonders auffallend im Pazifik (türkisfarbenes Band).

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Quellen: UCAR, The COMET Program, (kostenfreie Registrierung nötig) SEOS Project

 

Einen wichtigen Effekt auf den Ozean und dessen Lebenswelt haben die Nährstoffe des Tiefenwassers. Es handelt sich dabei größtenteils um Nährsalze wie Nitrate und Phosphate, die bei der Zersetzung des aus der Deckschicht absinkenden organischen Materials, Detritus oder auch Meeresschnee genannt, wieder im Wasser der tieferen Schichten in Lösung gehen. Die mit dem Auftrieb in die euphotische Zone aufquellenden Nährstoffe bewirken dort eine starke Vermehrung des Phytoplanktons, wobei dieses nicht selten die Ausmaße einer Algenblüte annimmt, die selbst aus dem Weltraum zu erkennen ist. Diese hohe Primärproduktion ist die Basis für die ozeanische Nahrungskette. Daher ist auch die Populationsdichte höherer Arten des marinen Ökosystems in permanenten Auftriebsgebieten vergleichsweise groß.

Auch im östlichen Teil des äquatorialen Pazifik bestehen die beschriebenen Bedingungen: Die dortigen Meeresoberflächentemperaturen (SST) sind stark vom Auftrieb kalten Wassers aus dem Bereich von Pyknokline/ Thermokline beeinflusst. Wo die Thermokline oberflächennah ist, sorgt das Upwelling für kühle SST. Wo und wenn die Thermokline eine tiefe Lage einnimmt, ist die abkühlende Wirkung des Upwellling weniger effektiv.

Eine natürliche und episodische Gefährdung für die Lebensgemeinschaften in äquatorialen Upwellinggebieten ist das Auftreten von El Niño-Warmwasserereignissen, in deren Verlauf die Passate stark nachlassen oder zum Erliegen kommen und damit auch der Motor des Upwelling. In der Folge bleibt die Nährstoffnachfuhr aus der Tiefe aus. Entsprechend ist bei einem La Niña-Kaltwasserereignis mit seinem verstärkten Upwelling die biologische Produktion verstärkt.

Äquinoktialregen

Heftige Regen in den äquatornahen Gebieten zwischen 10° N bis 10° S mit doppelter Regenzeit und ohne absolute Trockenzeit. Die Niederschlagsmaxima fallen kurz nach der Zeit des höchsten Sonnenstandes am Äquator im April und November. In den Randtropen wachsen die Regenzeiten zu einer zusammen, sie treten auch hier kurz nach dem Sonnenhöchststand im Sommer der jeweiligen Halbkugel auf und werden Solstitialregen genannt.
Äquinoktialregen sind typisch für tropisches Regenwaldklima. Ihre Hauptverbreitung sind das Kongobecken, das Amazonasbecken und SO-Asien.
Die Ursache der Äquinoktialregen und Solstitialregen ist die jahreszeitliche Verlagerung der innertropischen Konvergenzzone.

Äußere (Klima-)Antriebe

'Äußere' oder auch 'externe' Antriebe beziehen sich auf eine Antriebskraft ausserhalb des Klimasystems, die eine Änderung im Klimasystem verursacht. Vulkanausbrüche, solare Schwankungen (Änderungen der Solarkonstante) sowie anthropogene Änderungen in der Zusammensetzung der Atmosphäre sowie klimawirksame Landnutzungsänderungen sind äußere Antriebe.

Aquakultur

Die Haltung und Vermehrung von aquatischen Pflanzen und Tieren zu gewerblichen, wissenschaftlichen und freizeitorientierten Zwecken unter kontrollierten Bedingungen. Unter anderem werden Wassertiere zur Erzeugung von Nahrungsmitteln, Industrieprodukten, zu Zierzwecken oder für die Sportfischerei gehalten. Weltweit werden mehr als 260 Arten (Algen, Muscheln, Krebse, Reptilien, Fische) traditionell extensiv oder industriell mit hohem Kapitalaufwand für die internationalen Märkte aufgezogen. Diese Aktivitäten können sowohl in natürlichen Gewässern, wie auch in künstlichen Wasserbecken erfolgen. Marine Aquakulturen werden im Unterschied zu den landgestützten Kulturen auch als Marikulturen bezeichnet.

Aquakultur gibt es mindestens seit 500 v.Chr., sie hat aber erst in den letzten Jahrzehnten eine enorme Zunahme erfahren und ist der am schnellsten wachsende Sektor tierischer Nahrungsmittel. Sie trägt mit gut einem Drittel zum globalen Fischangebot bei.Ein Schwerpunkt liegt auf der Produktion von zumindest vormals hochpreisigen Produkten, die häufig frisch vermarktet werden. Dazu gehören Garnelen, Langusten, Lachs, Forellen und Austern. Aquakulturen liefern etwa ein Viertel des weltweiten Angebots an Fisch und Krustentieren.

Besonders stark in der Aquakultur vertreten ist China, es folgen Indien, Japan, Philippinen, Indonesien, Thailand, Korea, Bangladesch, Vietnam und Norwegen. 90 % der weltweiten Produktionsmengen stammen aus Asien, geringe Anteile entstammen aus Europa 4 % und aus Lateinamerika 2 %.

Vorteile von Aquakulturen gegenüber traditionellem Fischfang liegen im kontinuierlichen und planbaren Aufkommen sowie in niedrigeren Preisen (der Preis für Lachs aus Aquakulturen ist seit dem Beginn der 1980er-Jahre um etwa 80 % zurückgegangen). Aquakulturen können der Überfischung der Meere entgegenwirken und eine neue Nahrungsquelle darstellen. Dies trifft allerdings nur auf einen Teil der Aquakulturen zu. Konventionelle Aquakultur bringt ökologische Probleme mit sich, wie u. a. Überdüngung durch Ausscheidungen der Tiere, Einsatz von Medikamenten und Chemikalien.

Erhebliche ökologische Probleme entstehen durch den Bedarf an Futtermitteln. Aquakultur ist verstärkt in die Kritik geraten durch umweltbelastende, häufig industrielle Haltungssysteme, ferner aufgrund nicht vollständig verwerteter Nahrung, Ausscheidung der Fische, toten Fischen und durch den hohen Input von tierischem Eiweiß, insbesondere von Fischmehl. Fischmehl und Fischöl sind für einige der in Aquakultur gehaltenen Arten (Fleischfresser wie z.B. Lachse und Forellen) als Futtermittel unersetzlich. Aquakulturen verbrauchten 2006 rund 3,06 Mio t oder 56 % der weltweiten Fischmehlproduktion und 0,78 Mio t oder 87 % der gesamten Fischölproduktion.

Konzepte zur nachhaltigen Fischereiwirtschaft und die ökologische Aquakultur beschränken daher den Einsatz von Fischmehl und -öl als Futtermittel, die verwendeten Produkte dürfen zudem ausschließlich aus verarbeitetem Beifang oder den Resten der Speisefischverarbeitung stammen.

Vor allem in Ländern mit niedrigen ökologischen Standards in Südostasien hatte die Ausbreitung von Aquakulturen negative Folgen. Beispielsweise gingen im Mekong-Delta seit 1975 etwa 70 Prozent der Mangrovenbestände verloren. Ein großer Teil dieser Verluste wird der Garnelenerzeugung angerechnet.

Im Anhang befindet sich eine Grafik zum Wirkungsgefüge der Fischmehlthematik.

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Entwicklung der Produktion von Fischmehl und von in Aquakulturen erzeugten Arten im Vergleich

 

Entwicklung der weltweiten Produktion von Fischmehl und von in Aquakulturen und unter Einsatz von industriell gefertigten Futtermitteln erzeugten Arten wie Lachs, Garnelen, Aalen, Meeresfischen, diadromen Fischen und Bubtbarschen (Zahlen für 2000 geschätzt).

Quelle: Global Aquaculture Alliance (übersetzt)

 

 

 

Shrimp farming führte in Entwicklungsländern zur gezielten Vernichtung von Mangroven. Mittlerweile soll dieser Prozess gestoppt sein, Aufforstungsprogramme steuern dem Trend entgegen. Die in China verbreiteten Aquakulturen setzen hingegen überwiegend pflanzenfressende Fischarten und Invertebraten ein und sind hinsichtlich ihrer Konversionsraten günstig zu beurteilen.

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Archipel

Bezeichnung für eine Inselgruppe im Ozean, z.B. der Malaiische Archipel mit den Großen und Kleinen Sundainseln, Molukken und Philippinen.

Argo

Seit 2000 im Aufbau befindliches, multinational getragenes System von ozeanweit ausgesetzten Treibbojen (floats) zur profilierenden Messung von Temperatur, Salinität und Wasserströmung der oberen 2 km Wassersäule.
Der Name 'Argo' wurde gewählt, um die starke Komplementärbeziehung zwischen der Treibbojenflotte mit der Altimetermission des Satelliten Jason zu betonen.
Die Treibbojen werden von Forschungsschiffen ausgesetzt. Sie sind Bestandteil der Klima- und Meeresbeobachtungssysteme (Global Climate Observing System/Global Ocean Observing System GCOS/GOOS) und liefern Daten für CLIVAR (Climate Variability and Predictability Experiment) und GODAE (Global Ocean Data Assimilation Experiment). Die frei verfügbaren Daten dienen u.a. dazu, Ozeanvorhersagemodelle und gekoppelte Ozean-Atmosphäre-Modelle zu entwickeln und zu verbessern. Da über 90 % der beobachteten Zunahme des Wärmegehalts des Systems Luft/Land/Meer innerhalb der vergangenen 50 Jahre im Ozean registriert wurden, wird Argo effektiv den Puls der globalen Wärmebilanz messen.
Im endgültigen Ausbaustadium werden über 3000 Treibbojen 100.000 T/S-Profile und Strömungsmessungen aus allen Bereichen der Weltmeere liefern.

Die Bojenroboter verbringen die meiste Zeit in der Tiefe und tauchen in regelmäßigen Abständen auf, um dabei ihre profilierenden Messungen durchzuführen und die Daten zu übermitteln, sodass sie innerhalb von Stunden der Öffentlichkeit zur Verfügung stehen.

Übersicht über die aktiven Bojen der vergangenen 30 Tage
Stand: 7.1.2017

Übersicht Argo-Treibbojen

Aufbau einer
Argo-Treibboje

Schnitt durch Argo-Boje

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Quelle: UCSD

Aussetzung einer dt. APEX-Boje

Aussetzung einer dt. APEX-Boje

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Quelle: UCSD

Üblicher Arbeitszyklus

Üblicher Arbeitszyklus

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Quelle: UCSD

Park- und Profilnahmezyklus

Park- und Profilnahmezyklus

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Quelle: UCSD

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Arktische Oszillation

Die Arktische Oszillation (AO), oder auch Northern Hemispheric Annular Mode (NAM), ist ein Luftdruckmuster, bei dem der Luftdruck auf Meereshöhe in polaren und mittleren Breiten zwischen negativen und positiven Phasen fluktuiert. Die Fluktuation besitzt keine besondere Periodizität.

In der positiven Phase treiben im Winter starke Westwinde die warme Meeresluft nach Alaska, Schottland, Nordeuropa und Sibirien sowie in die Polregionen. Dies hat direkte negative Auswirkungen auf die dortige Eisdicke. Kalifornien, Spanien und der Nahe Osten erfahren trockeneres Wetter. Die negative Phase weist überdurchschnittlich hohen Luftdruck in der Polarregion auf und unterdurchschnittlich hohen Luftdruck in den Bereichen um 45° N. Dies erlaubt es kalter Luft in den Mittleren Westen der USA und nach Westeuropa einzudringen, Stürme bringen dann Regen in den Mittelmeerraum. Dies geschieht mit höherer Wahrscheinlichkeit über die Wintermonate. Die Nordatlantik-Oszillation wird oft als regionaler Ausdruck der Arktischen Oscillation angesehen.

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Quelle: NOAA

Arktische Oszillation

NASA climatologist Dr. James E. Hansen explains the mechanism by which the AO affects weather at points so distant from the Arctic:
"The degree to which Arctic air penetrates into middle latitudes is related to the AO index, which is defined by surface atmospheric pressure patterns. When the AO index is positive, surface pressure is low in the polar region. This helps the middle latitude jet stream to blow strongly and consistently from west to east, thus keeping cold Arctic air locked in the polar region. When the AO index is negative, there tends to be high pressure in the polar region, weaker zonal winds, and greater movement of frigid polar air into middle latitudes."

 

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Atacama

Wüstenregion an der Westküste Südamerikas entlang der nordchilenischen und südperuanischen Küste. Die Abgrenzung ist nicht einheitlich. Manche Wissenschaftler beschränken die Atacama auf chilenisches Staatsgebiet und sehen in der Peruanischen Küstenwüste eine eigenständige Wüste. Anderen Geographen gilt die Peruanische Küstenwüste als Teil der Atacama, weil die klimatischen Verhältnisse ähnlich sind. Nach ihrer Ansicht, beginnt die Atacama in der weitesten Auslegung des Begriffs in Nordperu und zieht sich über 25 Breitengrade oder 3.700 km hinweg nach Süden.

Der World Wide Fund for Nature definiert die Atacama Desert Ökoregion als N-S-Streifen, der etwas südlich der peruanisch-chilenischen Grenze bis zu ca. 30° s. Br. reicht. Die National Geographic Society rechnet den südlichen Küstenstreifen Perus dazu und bezieht auch die Wüsten südlich der Ica-Region in Peru mit ein.

Beschränkt man den Begriff auf den Norden Chiles besitzt die Atacama eine Fläche von etwa 363.000 km². Sie ist eines der trockensten Gebiete der Erde. Im Westen wird sie durch Berge der Küstenkordilleren entlang der pazifischen Küste begrenzt, im Osten von einer Gebirgskette der Anden. Durch die hohe Lage (etwa 800 bis 1.000 m) ist es in der Atacama relativ kühl, die Temperatur liegt bei durchschnittlich 18,3 °C. Die Vegetation ist äußerst spärlich.

 

Atacamagraben

Syn. Peru-Chile-Graben; Tiefseerinne (tektonisch korrekter Begriff) vor der Westküste Südamerikas. Sie besitzt eine maximale  Breite von 50 km und eine größte Tiefe von 8.065 m. Die Längenabgrenzungen sind offenbar umstritten, so reichen die Angaben von 1.500 km über 5.900 km bis zu 8.000 km (westl. Kolumbien bis Tierra del Fuego)! Die Rinne liegt ca. 160 km vor der peruanisch-chilenischen Küste. Die Mindestentfernung der 6.000-m-Tiefenlinie vom Festland beträgt 45 km. Der Atacamagraben markiert die Subduktion (ca. 9 cm/a) der Nazca-Platte unter die südamerikanische Platte und liegt vor einer Zone von aktivem Vulkanismus.

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Nazca-South American margin bathymetry and topography

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Der Atacamagraben ist sowohl in der bathymetrischen Karte links (dunkelblau)
als auch in dem Profil oben deutlich erkennbar.


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Quelle: Clastic Detritus

In den meisten Nachschlagewerken und Medien werden diese Tiefseerinnen, die sich innerhalb oder am Rand von Tiefseebecken bzw. zwischen Tiefseeschwellen und -rücken befinden, als Gräben bzw. Tiefseegräben bezeichnet; so geschieht dies meist auch im allgemeinen Sprachgebrauch und der Ausdrucksweise der Geowissenschaften. Dies ist jedoch aus der Sicht der Tektonik falsch, weil tektonische Gräben durch Dehnung entstehen, der Subduktionsprozess jedoch durch Konvergenz gekennzeichnet ist. Da ein tektonischer „Graben“ aber immer von abschiebenden Verwerfungen begrenzt wird und insgesamt eine dehnende Struktur darstellt (vgl. Oberrheingraben), müssen die langgestreckten Einsenkungen an Subduktionszonen (aktiver Kontinentalrand) korrekt als Rinnen (Tiefseerinnen), nicht „Tiefseegräben“, bezeichnet werden. Im Unterschied zu einem Meerestief sind Tiefseerinnen meist sehr langgestreckt und können als das „untermeerische“ Gegenteil zu den auf dem Land liegenden Hochgebirgen betrachtet werden.

Atlantik-Niño

Engl. Atlantic Equatorial Mode oder Atlantic Niño, ein quasiperiodisches zwischenjährliches Klimamuster des äquatorialen Atlantiks. Es ist der dominierende Modus mit Jahr-zu-Jahr-Variabilität, der sich in wechselnden Warm- und Kaltepisoden der Meeresoberflächentemperaturen (SST) zeigt und von Änderungen der atmosphärischen Zirkulation begleitet ist. Der Begriff Atlantik-Niño kommt von seiner großen Ähnlichkeit zum ENSO-Phänomen (El Niño-Southern Oscillation), welches das tropische Pazifik-Becken dominiert.

Im Gegensatz zum Pazifik besteht im Atlantik aufgrund der geringeren Fläche (1/3) eine zweijährige ENSO-ähnliche Oszillation (Quasi-Biennial-Oscillation), die saisonbedingt und durch verzögerte Atmosphären-Ozean-Rückkopplung mit einer Zeitverschiebung von sechs Monaten im Nordsommer auftritt.

Der Atlantik-Niño ist im Bereich von 0° und 30° W durch eine Anomalie der äquatorialen Meeresoberflächentemperatur (SST) gekennzeichnet. Im Unterschied zu seinem pazifischen Gegenstück hat der Atlantik-Niño keine SST-Anomalien, die ein Signal von Ost nach West aussenden, sondern vielmehr eine einzige ozeanbeckenweite Anomalie. Ferner liegt die Amplitude des Atlantik-Niño bei etwa der Hälfte derjenigen des pazifischen El Niño. Diese SST-Anomalie ist eng verknüpft mit Veränderungen der Passatwinde. Eine Warmanomalie ist verbunden mit nachlassenden Passaten über einen breiten Streifen des äquatorialen Atlantikbeckens hinweg, wohingegen eine Kaltanomalie mit verstärkten Passaten in der gleichen Region einhergeht. Diese Passat-Fluktuationen können als Abschwächung bzw. Verstärkung der atlantischen Walkerzirkulation verstanden werden.

Ein Hauptunterschied zwischen (pazifischem) El Niño und dem Atlantik-Niño besteht darin, dass die SST-Anomalien im Falle des Atlantik streng an die Äquatorregion gebunden sind, während im Pazifik eine größere meridionale Ausdehnung beobachtet wird.

Der Atlantik-Niño variiert auf zwischenjährlichen Zeitskalen wie der El Niño, aber er zeigt auch stärkere Veränderlichkeit auf saisonalen und jährlichen Zeitskalen. Überlagernde saisonale Witterungserscheinungen verkleinern die Rolle des Atlantik-Niño für das Gebiet des äquatorialen Atlantik im Vergleich zu der des El Niño für den Pazifik. Der Atlantik-Niño erreicht seine maximale Ausprägung typischerweise im Nordsommer, während der (pazifische) El Niño sein Reifestadium im Nordwinter erreicht.

Die Erforschung von Warmwasserereignissen im südostlichen Atlantik – ob nun als Atlantik-Niño in Äquatornähe oder als Benguela-Niño vor der Küste Südangolas und Namibias – ist aufgrund von deren großem Einfluss auf die Ökologie und Fischereiwirtschaft im gesamten südwestafrikanischen Küstenraum sehr bedeutsam.

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Atlantische Multidekaden-Oszillation

Die Atlantische Multidekaden-Oszillation (Abk. AMO; engl. Atlantic Multidecadal Oscillation) ist die Bezeichnung für eine zyklisch auftretende Zirkulationsschwankung der Ozeanströmungen im Nordatlantik. Sie bringt eine Veränderung der Meeresoberflächentemperaturen des gesamten nordatlantischen Beckens mit sich, wodurch Einfluss auf die Atmosphäre ausgeübt wird.

Die AMO hat eine Periodendauer von 50 bis 70 Jahren und besitzt ‚warme‘ und ‚kalte‘ Phasen. Von 1900 bis 1925 sowie von 1965 bis 1995 befand sie sich in einer kalten Phase, von 1925 bis 1965 und seit Mitte der 1990er Jahre in einer warmen Phase. Mit Hilfe von Baumring-Proxys konnten die Phasen der AMO bis zum Jahr 1567 rekonstruiert werden. Hinweise auf Phasenlage und -wechsel finden sich jedoch auch in Eisbohrkernen und Korallen. Da diese ausgeprägte Schwankung der Oberflächentemperatur des Atlantiks seit mindestens knapp 500 Jahren Bestand hat, ist anzunehmen, dass sie auch bei der künftigen Klimaentwicklung der Nordhemisphäre eine wesentliche Rolle spielt.

Die Temperaturschwankungen werden durch veränderte Meeresströmungen sowie aufquellendes Tiefenwasser verursacht. Die Mehrzahl der Wissenschaftler ist der Ansicht, dass die AMO durch eine veränderte Geschwindigkeit der thermohalinen Zirkulation getrieben wird, die ihrerseits eine natürliche Schwankung im Klimasystem als Ursache hat. Eine beschleunigte Zirkulation führt zu einer positiven Phase der AMO, es wird mehr Wärme aus den Tropen in den Nordatlantik transportiert. Analog führt eine gebremste Zirkulation zu einer negativen Phase.

Effekte der warmen Phase der AMO sind Dürren im Mittleren Westen und Südwesten der USA. In Florida und im Nordwesten der USA sowie in Europa fällt insgesamt mehr Niederschlag, wobei die Veränderungen in erster Linie im Sommer stattfinden. Es entwickeln sich mehr starke Hurrikane. Die Intensität des Indischen Monsuns und die Niederschlagsmengen in der Sahelzone sind erhöht; die mittlere Meereisbedeckung im arktischen Ozean ist geringer als in Zeiten mit negativem Index.

Ein Phasenwechsel der AMO lässt den Zustrom zum Lake Okeechobee in Florida um 40 % variieren, der Ausstrom des Mississippi variiert dagegen nur um 5-10 %, die Niederschlagsmenge in Europa um 5-15 %.

Aufgrund der langen Zyklusdauer von ca. 60 Jahren und dem vergleichsweise kurzen Zeitraum, über den verlässliche Klimaaufzeichnungen existieren (ca. 150 Jahre), können Aussagen über klimabestimmende Einflüsse der AMO nur über wenige Zyklen überprüft werden und weisen von daher große Unsicherheiten auf. Klimaproxies erweitern den Datenraum zwar auf wenige hundert Jahre, besitzen jedoch eine geringere Genauigkeit. Ein genaues qualitatives und quantitatives Verständnis des Anteils dieser natürlichen Variabilität des Klimasystems erlaubt, natürliche von anthropogenen Klimaeinflüssen zu trennen sowie die Genauigkeit von Aussagen über die zu erwartende kurzfristige Entwicklung zu verbessern. Daher wurde versucht, angenommene klimatische Effekte der AMO in verschiedenen Klimamodellen unter Einbeziehung von direkten Klimaaufzeichnungen und Klimaproxies nachzuvollziehen; es zeigte sich, dass die Modelle nahezu alle tatsächlich beobachteten Phänomene bestätigten.

Wenn man davon ausgeht, dass die AMO ihren quasi-Zyklus von etwa 70 Jahren fortsetzt, kann man den Höhepunkt der aktuellen Warmphase ungefähr um 2020 erwarten oder, wenn man seinen 50-90-jährigen quasi-Zyklus zugrundelegt, zwischen 2000 und 2040 (nach vorherigen Peaks um 1880 und 1950).

Weitere Informationen:

Atmosphäre

Die aus einem Gemisch aus verschiedenen Gasen bestehende, ca. 1.000 - 3.000 km mächtige  Lufthülle der Erde. Die wesentlichsten Bestandteile in Volumenprozent sind Stickstoff (78,09 %), Sauerstoff (20,95 %), Wasserdampf (stark wechselnd, Ø1,3 %) sowie Edelgase (<1 %). Dazu kommen ca. 0,03 % Kohlendioxid, variable Mengen Staub, Meersalz und Spurenstoffe einschließlich Abgasen. Die Stoffzusammensetzung ändert sich mit Ausnahme der Anteile von Wasserdampf und Sauerstoff bis in ca. 100 km Höhe nicht. Ständige Bewegungsvorgänge in der Atmosphäre verhindern eine Entmischung entsprechend der spezifischen Dichte.

Die Luftdichte nimmt mit der Höhe ab. So konzentrieren sich in den unteren 30 km der Atmosphäre nahezu 99 % ihrer gesamten Masse. Der Normaldruck in Meereshöhe auf 45° Breite beträgt 1013,25 hPa bei einer Temperatur von 15 °C. In einer Höhe von 5,6 km beträgt der Luftdruck noch 510 hPa. Die Hälfte der gesamten Atmosphärenluft liegt unter diesem Niveau. Oberhalb dieser Höhe verringert sich der Luftdruck alle weitere 5,6 km jeweils um ca. die Hälfte. So beträgt er in 80 km Höhe nur noch 0,0009 hPa. Die Temperatur nimmt bis in etwa 10 km Höhe um ca. 0,65 °C/100 m ab.

Die Atmosphäre weist eine deutliche Schichtung auf, was einen wesentlichen Einfluss auf den Ablauf der Wetter- und Klimaprozesse hat. Man kann den Aufbau der Atmosphäre verschieden darstellen, je nachdem ob man die chemischen, dynamischen, thermischen, optischen oder andere Eigenschaften betrachtet. In der Meteorologie macht es am meisten Sinn, den Temperaturverlauf mit der Höhe als entscheidendes Kriterium heranzuziehen, weil dadurch auch die Wetterphänomene bestimmt sind. Die einzelnen Schichten Troposphäre, Stratosphäre, Mesosphäre, Thermosphäre und die Exosphäre variieren in Abhängigkeit von der geographischen Lage und von saisonalen Veränderungen.

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Vertikalschnitt durch die Erdatmosphäre


Bei vorwiegend thermischem Gliederungskriterium gliedert sich die Atmosphäre von unten nach oben in die "Stockwerke" Troposphäre, Stratosphäre, Mesosphäre, Ionosphäre und Exosphäre.

Klimatisch bedeutsam sind allerdings nur die beiden unteren Stockwerke, da sich hier 99 % der Masse der Luft befinden. Ein wichtiger Grund ist die rasche Abnahme der Luftdichte nach oben. Sie beträgt am Boden 1,225 kg pro m³, an der Tropopause, der Grenze zwischen Troposphäre und Stratosphäre, nur noch 0,36 kg pro m³. Entsprechend nimmt der Luftdruck von 1013 hPa am Boden auf etwa 200 hPa an der Tropopause und 1 hPa an der Stratopause ab.

 

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Quelle: MPI für Meteorologie
 

Von besonderer Bedeutung für das Wettergeschehen ist die untere Schicht, die Troposphäre. Sie wird von der Tropopause begrenzt, deren Höhenlage von ca. 8 km (Polargebiete) auf ca. 17 km (Äquator) ansteigt. Die Lufttemperatur erreicht dort zwischen -50 °C und -80 °C. Die anschließende Stratosphäre reicht bis in ca. 50 km Höhe und enthält wegen des geringen Wasserdampfgehaltes fast keine Wolken. Die Temperaturen bleiben mit zunehmender Höhe zunächst konstant. In der oberen Stratosphäre nehmen sie infolge der Absorption der solaren UV-Strahlung durch das hier angereicherte Ozon (Anteil des Ozons: 0,001 %) auf 10 °C zu. In der Troposphäre unterscheidet man zusätzlich noch zwischen der Grundschicht (Peplosphäre), die nach oben mit einer Inversion (Peplopause) abschließt und der darüber liegenden "freien" oder höheren Troposphäre. Die Höhe der Peplopause kann stark schwanken und liegt im Mittel bei ca. 1.500 m. In der Grundschicht vollzieht sich der Energie- und Stoffaustausch mit der Erdoberfläche, dort ist die Bodenreibung wirksam und die Hauptdunstmasse enthalten. Die Grundschicht weist die Hauptwitterungserscheinungen auf und ist durch Konvektion, die höhere Troposphäre eher durch Advektion (horizontale Zufuhr von Luft) gekennzeichnet. Die obere Troposphäre beherbergt die Starkwindbänder der Jetstreams, welche über die Steuerung der Zyklonen das Wettergeschehen stark beeinflussen.

Weitere Informationen:

atmosphärische Grenzschicht

Unterste, im Mittel 1.000 m hohe Schicht der Atmosphäre, in der aufgrund der Rauhigkeit der Erdoberfläche und der daraus resultierenden Reibung eine ungeordnete turbulente Strömung vorherrscht. In der atmosphärischen Grenzschicht läuft der gesamte vertikale Austausch von Wärme, Wasserdampf und Impuls zwischen Erdoberfläche und Atmosphäre ab.

atmosphärischer Fluss

Engl. atmospheric river (AR), Bezeichnung für 400 bis 600 km breite und bis zu mehrere tausend km lange Bänder Feuchtigkeits-gesättigter Luft aus den Äquatorialregionen in ca. 1 bis 2,5 km Höhe. In ihnen findet der größte Teil des Feuchtigkeitstransports in der Atmosphäre außerhalb der Tropen statt. Aufgrund der Herkunft in den tropischen Meeresregionen beispielsweise im mittleren Pazifik und damit Hawaii sind solche Strömungen an der Westküste der Vereinigten Staaten von Amerika schon länger als Ananasexpress (engl. Pineapple Express) bekannt. Ein solcher Ananasexpress bringt normalerweise drei bis fünf Tage heftigen Regen oder Schnee. In extremen Fällen können diese Bänder viel länger sein und sich über einen ganzen Ozean erstrecken. Die transportierte Wassermenge in einem solchen Band kann nach Angaben der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAAA) das 7,5- bis 15-fache des Mississippi an dessen Mündung betragen.

In den 1970ern wurden Feuchtigkeits-Förderbänder (engl. conveyor belts of moisture) in der Atmosphäre entdeckt. 1994 beschrieben Yong Zhu und Reginald E. Newell vom Massachusetts Institute of Technology nach der Auswertung von Daten des Europäischen Zentrums für mittelfristige Wettervorhersagen in Reading viel schmalere Bänder mit äußerst hohem Feuchtigkeitsgehalt. Sie benannten das Phänomen atmosphärische Flüsse. Zu jeder Zeit sind ungefähr fünf solcher atmosphärischen Flüsse in der Atmosphäre und transportieren dabei ca. 90 % der Luftfeuchtigkeit aus der Äquatorregion in die mittleren Breiten. Jährlich treffen mindestens neun solcher Flüsse die kalifornische Küste, und transportieren dabei 30 bis 50 Prozent des Niederschlags an die amerikanische Westküste.

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Atmospheric Rivers (ARs) are relatively narrow regions in the atmosphere that are responsible for most of the horizontal transport of water vapor outside of the tropics. While ARs come in many shapes and sizes, those that contain the largest amounts of water vapor, the strongest winds, and stall over watersheds vulnerable to flooding, can create extreme rainfall and floods. These events can disrupt travel, induce mud slides, and cause catastrophic damage to life and property. However, not all ARs cause damage – most are weak, and simply provide beneficial rain or snow that is crucial to water supply.

Quelle: NOAA

 

Atmosphärische Flüsse entstehen auch über anderen Meeren als dem Pazifik.

Seit der Entdeckung der atmosphärischen Flüsse werden die Ströme durch Radar und Wettersatelliten überwacht.

Die meisten atmosphärischen Flüsse sind für den normalen, saisonal typischen Regenfall in verschiedenen Regionen verantwortlich. So tragen sie beispielsweise zu 30 bis 50 % zu den normalen Regenfällen an der amerikanischen Westküste bei. Nur sehr starke und andauernde Flüsse führen zu Überschwemmungsereignissen.

In extremen Fällen, wie sie ca. alle 200 Jahre auftreten, sind die Regenfälle aber nicht auf wenige Tage beschränkt sondern dauern für Wochen an. Die Zusammenlegung von zwei solchen Vorfällen, einem Ananasexpress in 1969 und 1986 erstellte eine Forschergruppe im Auftrag der United States Geological Survey (USGA) das hypothetische Arkstorm-Szenario, in dem ein atmosphärischer Fluss 23 Tage Regen in Kalifornien bringt und geschätzte Schäden im Bereich von 700 Mrd. USD verursacht. Berichte aus 1861/62 sprechen von 45 Tagen ununterbrochenen, sintflutartigen Regenfällen.

Die Versicherungswirtschaft bewertet Risiken, um ihre Aktuare mit den notwendigen Daten ausstatten zu können. Die Schweizer Rückversicherung Swiss Re bewertet 2015 nach einem Zeitschriftenbericht atmosphärische Flüsse als eine der 21 größten Risiken der kommenden Jahre.

Weitere Informationen:

ATOC

Engl. Akronym für Acoustic Thermography Ocean Climate, ein Programm, bei dem ein Netz von akustischen Sende- und Empfangsstationen rund um den Pazifik aufgebaut wird. Mit Hilfe der temperaturabhängigen Ausbreitungsgeschwindigkeit der Schallwellen im Meerwasser spürt man auch feine Änderungen der Wassertemperatur auf. Es werden insbesondere Belege im Zusammenhang mit der globalen Erwärmung erwartet. Meeresbiologen befürchten eine Störung von Meerestieren in der Nähe der Sender.

Atoll

Ein ringförmiges Korallenriff, eine zentrale Lagune umschließend. Atolle sind im Indischen und Pazifischen Ozean weit verbreitet.

Auftriebsgebiete

Syn. Aufquellgebiete; Regionen in den Ozeanen, in denen kalte Tiefenwässer aus ca. 100-300 m Tiefe die von Winden horizontal verfrachteten warmen Oberflächenwässer ersetzen ("upwelling"). Das aus Gründen der Massenerhaltung aufsteigende Wasser ist bis zu 8 °C kälter als das Ozeanwasser der Umgebung. Die Aufstiegsgeschwindigkeiten sind mit wenigen Zentimetern pro Stunde oder einigen Metern pro Tag sehr gering. Die Geschwindigkeit ist damit um drei Größenordnungen niedriger als die Horizontalgeschwindigkeit von Meeresströmungen, die nach Kilometern pro Tag zählt. Im Bereich des Humboldt-Stromes betragen die Geschwindigkeiten 0,75 m/Tag, im Bereich des Kalifornienstroms bis zu 20 m/Tag (Gierloff-Emden 1980). Derartige Gebiete finden sich vor allem an den Westseiten der Kontinente (Kalifornien/Oregon, Peru/Nordchile, NW- und SW-Afrika) und in allen drei Ozeanen entlang des Äquators (an der Nordflanke des Äquatorialen Gegenstroms).

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Weltkarten der mittleren SST
und der Konzentration an Phytoplankton-Chlorophyll

Global maps of mean SST (top) and phytoplankton chlorophyll concentration (bottom) from the MODIS sensor on board NASA Aqua satellite. The main upwelling areas are indicated. C1: California; C2: Pacific Central American coast; C3: Peru; C4: Chile; C5: West Africa; C6: Benguela; C7: Arabian Sea; C8: Eastern New Zealand; E1; Equatorial Pacific; E2; Equatorial Atlantic; BC: Brazil Current/Malvinas Current interaction zone. SO: Southern Ocean

You may now wonder how the deep water comes back to the surface. This happens in locations where the flow of the surface currents makes room for the water below to come to the surface – to 'upwell'. The upwelled water is generally much colder than the surrounding surface waters, so it is easy to see in satellite images of sea surface temperature (SST).

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Quelle: SEOS
 

Die geophysikalischen Ursachen des Auftriebs liegen im Zusammenwirken des in den jeweiligen Klimazonen vorherrschenden Windfeldes, den daraus resultierenden Meeresströmungen und der Corioliskraft. Darauf aufbauend entwickelte Ekman seine Triftstrom-Theorie, nach der die Richtung der vom Wind angetriebenen Wasserströmung um 45° nach rechts versetzt ist (Nordhalbkugel).

Eine große Rolle für den Auftrieb spielt auch die Küstenmorphologie und die Gestalt des Meeresbodens. Daher befinden sich Auftriebsgebiete bevorzugt im Lee von vorspringenden Kaps und im Bereich unterseeischer Canyons.

Prinzip des Küsten-Auftriebs (N-Halbkugel)

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Coastal upwelling occurs along the shores bathed by eastern boundary currents (that is, along the eastern portions of the great central gyres). These currents, created by winds, are diverted by the Coriolis force, and this results in water being carried away from shore. Deep, cold water rises to replace these waters, resulting in coastal upwelling.

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Prinzip des äqutorialen Auftriebs

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Winds along the equator (dotted line) create currents, which are then diverted north and south by the Coriolis force. The cold, deep waters from below rise to the surface to replace these diverted waters, causing upwelling.

Quelle: Scripps Earthguide

Das Aufquellen von kaltem Tiefenwasser entlang des geographischen Äquators erklärt sich nach dem gleichen Prinzip: die innertropische Konvergenzzone liegt im Jahresmittel bei ca. 5°N (meteorologischer Äquator). Folglich wehen im Mittel SO-Passate in Äquatornähe. Da der Coriolis-Parameter am geographischen Äquator sein Vorzeichen wechselt, divergiert dort, aufgrund des Ekman-Transportes das oberflächennahe Wasser. Als Folge quillt kälteres Tiefenwasser auf. Dieser Vorgang erklärt die äquatoriale Kaltwasserzunge, die während Normal- und La Niña-Phasen von der Küste Südamerikas bis weit in den Pazifik reicht.

Eine andere Erklärung besagt, dass östliche Winde in Äquatornähe aufgrund des Ekmaneffektes eine Divergenz der windgetriebenen, oberflächennahen Meeresströmung weg vom Äquator bewirken. Diese polwärtige Komponente der Wasserbewegung beiderseits des Äquators löst am Äquator einen Auftrieb aus.

Die Thermokline liegt in Auftriebsgebieten gewöhnlich oberflächennah. Entsprechend ist die Tiefenlage der Thermokline von der Stärke der Passate abhängig.

Die Lufttemperaturen sind unter diesen Bedingungen meist höher als die Wassertemperaturen. In den Auftriebsgebieten an den Westseiten der Kontinente bilden sich als Folge Küstennebel. Zu Regen kommt es dennoch nicht, da die ankommenden Passate trocken sind und die Luft absinkt und so der Konvektion entgegenwirkt. Daher sind die Regionen mit Auftriebsgebieten sehr niederschlagsarm, auf den benachbarten Festländern oder deren vorgelagerten Inseln (z.B. Galapagos-Inseln) herrschen wüstenhafte Verhältnisse. Das aufsteigende Wasser ist sehr nährstoffreich und führt zu großem Reichtum an Phytoplankton (Primärproduktion) und Fischen sowie Cephalopoden (Sekundärproduktion).

Die Primärproduktion beträgt vor Peru ca. 1.500g C unter 1 m², gegenüber lediglich ca. 200 g C in der Nordsee. Schätzungsweise stellen die Auftriebsgebiete ca. 50 % des Gesamtfischereipotentials der Meere, obwohl ihr Flächenanteil am Weltmeer nur 0,1 % beträgt.

Auftriebsgebiete sind die reichsten Fischgründe der Erde, wie die folgenden Grafiken zeigen.

Pflanzen- und Fischerzeugung

in den Ozeangebieten

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Eigene Grafik nach einer Vorlage von Maricult
auf Basis von Daten von:
Ryther, J., 1969, Science, 166: 72-76

 

Flächen der Ozeangebiete

(in % der Gesamtfläche)

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Eigene Grafik nach einer Vorlage von Maricult
auf Basis von Daten von:
Ryther, J., 1969, Science, 166: 72-76

Unterhalb der Auftriebsgebiete ist das Wasser der bodennahen Schichten meist sehr sauerstoffarm. Bakterielle Zersetzung von absinkendem Phytoplankton und Zooplanktonfäzes führt zu starker Sauerstoffzehrung und zeitweise zur Ausbildung von H2S im Wasser.

Die fruchtbaren Auftriebsregionen an den Westseiten der Kontinente stehen in starkem Kontrast einerseits zu den benachbarten nährstoffarmen Zentren der subtropischen Meeresströmungskreise, den "blauen Wüsten" und andererseits zu den angrenzenden Küstengebieten, die zu den trockensten Gebieten der Erde gehören (Atacama, Namib, Westsahara). Mit ihrem Anteil von 12 bis 20 Prozent der gesamten Fischanlandungen gehören die Küstengewässer des westlichen Südamerika zu den wichtigsten Auftriebsgebieten der Erde.

Die Auftriebsgebiete lassen sich wegen ihres Chlorophyll produzierenden Phytoplanktons (grüne Farbe) leicht mit Hilfe von Satellitenbildern aufspüren. Auch Infrarot-Aufnahmen, die auf Temperatur ansprechen, geben wegen der geringeren Temperatur des aufgeströmten Wassers Auskunft über die Verbreitung von Auftriebsgebieten.

Während also in den äquatornahen Auftriebsgebieten zu Zeiten des "normalen" Zustandes des pazifischen Ozean-Atmosphäre-Systems (u.a. Walker-Zirkulation mit östlichen Winden) die Wassermassen nach dem Ekman-Prinzip vom Äquator wegfließen, so sind die Verhältnisse bei einem entstehenden El Niño umgekehrt.

Der jetzt nach Osten gerichtete untere Ast der Walkerzelle führt zusammen mit dem Ekman-Prinzip zu einem äquatorwärts gerichteten Wassertransport. Um diesen anomalen Wasserzufluss auszugleichen, breitet sich das zugeflossene Warmwasser in die Tiefe aus, drückt also die Thermokline nach unten. Gleichzeitig ist das Wasser auch bestrebt, sich von der Windquelle zu entfernen, d.h. es strömt in sehr langen Wellen, den Kelvin-Wellen, ostwärts. Dieser Warmwassertransport führt letztlich zu einem El Niño-Ereignis.

Vergleichbares gilt für die küstennahen Auftriebsgebiete.

Intensität der Primärproduktion in den Weltmeeren

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Quelle: Ott, Jörg (1988): "Meereskunde: Einführung in die Geographie und Biologie der Ozeane". Stuttgart

Übrigens geht eine Hypothese davon aus, dass die hohe Planktonproduktion mit nachfolgendem Absinken organischen Materials und Sedimentation unter sauerstoffarmen Bedingungen zur Lagerstättenbildung von Phosphorit, sowie Erdöl und Erdgas führt.

Weitere Informationen:

Auftriebswasser

Kaltes Tiefenwasser der Ozeane, das infolge des von ablandigen oder küstenparallelen Winden verursachten Abströmens warmen Oberflächenwassers zum Massenausgleich an die Oberfläche aufsteigt. Auftriebswasser ist nährstoffreich (Phosphate und Nitrate). Es düngt kontinuierlich die photische Zone und bedingt eine hohe Dichte an Phytoplankton. Die Pflanzen wiederum sind die Nahrungsquelle für Zooplankton und Fischschwärme.
Es findet sich vor allem an den Westküsten der Kontinente, in Passatregionen, in den Polarregionen und an der Leeseite von Inseln. Gebiete mit Auftriebswasser (Auftriebsgebiete) zeichnen sich durch niedrige Oberflächentemperaturen und häufiges Auftreten von Nebel aus.

Die Auftriebswässer erscheinen zumeist schubartig an der Oberfläche in Form von Wolken oder Wirbeln. Bevorzugt sind Regionen mit morphologischen Besonderheiten: Kaps und Canyons vor der Küste. Das Auftriebswasser kommt aus Tiefen von 200 bis 300 m. Die vertikale Auftriebsgeschwindigkeit beträgt 0,75 m pro Tag (Humboldtstrom) bis zu 20 m pro Tag (Kalifornienstrom).
Die Auftriebswässer sind im Vergleich zu den umgebenden Wassermassen der Oberfläche kalt, in tropischen Regionen von 5 °C bis zu 10 °C kälter. Auftriebswässer sind von großer Bedeutung für den Wärmetransport im Meer und im System Ozean-Atmosphäre.

AXBT

Engl. Akronym für Airborne Expendable Bathythermograph; Verbrauchsbathythermograph, aus der Luft abgeworfenes profilierendes Instrument zur Messung der tiefenabhängigen Temperatur in den Ozeanen. Das AXBT besteht aus einer Temperatursonde, 300-1.000 m Kupferkabel, einem Sender mit Antenne und einer vom Salzwasser aktivierten Batterie. Alle Bauelemente sind zunächst in einem Zylinder verstaut und werden nach dem Eindringen in das Wasser freigesetzt. Der Sender taucht zur Oberfläche auf, während die Messsonde absinkt und dabei Messdaten über das Kabel zum Sender schickt. Dieser übermittelt die Daten zu dem Flugzeug, das die Sonde abgesetzt hat.

AXBTs werden z.B. von der International Ice Patrol zur Identifizierung von Meeresströmungen eingesetzt, die als wichtigste Einflußgröße für die Trift von Eisbergen gilt.

AXBT an Bord eines Flugzeugs neben Abwurfschacht

AXBT an Bord eines Flugzeugs neben Abwurfschacht

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Quelle: NOAA (R.o.)
 

Schächte an der Flugzeugunterseite
zum Abwurf von AXBT

Schächte an der Flugzeugunterseite zum Abwurf von AXBT

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Quelle: NOAA (R.o.)
 

Stationierung
eines AXBT

Stationierung eines AXBT

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Quelle: U.S. Coast Guard (R.o.)
Azorenhoch

Sehr beständiges Hochdruckgebiet im Bereich der namengebenden atlantischen Inselgruppe. Es stellt ein wesentliches Aktionszentrum der Atmosphäre dar.