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ENSO-Lexikon

ENSO-Lexikon

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TAO-Array

1994 fertiggestelltes, ozeanographisch-meteorologisches Messnetz mit ca. 70 verankerten Messbojen im tropischen Pazifik, deren Daten über das Argos-Satelliten-System in Echtzeit an Land übertragen werden. Es erstreckt sich über eine Länge von etwa 8.000 Meilen, am Äquator entlang von Neuguinea bis nach Panama. Bei den Messbojen handelt es sich um sogenannte ATLAS-Bojen (Autonomous Temperature Line Acquisition System). Diese messen Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit, Windstärke, Oberflächentemperatur und Temperaturen bis zu 500 Metern Wassertiefe.

Ursprünglich waren die Instrumente im TOGA-Projekt des WCRP eingeführt worden, wo sie ausreichend gute Startdaten lieferten, mit denen gekoppelte Computermodelle der Atmosphäre und des Ozeans gespeist wurden. Heute wird das vormals multinationale TAO-Forschungsmessnetz überwiegend von den USA, teils auch von Japan betreut und ist in routinemäßige Arbeiten zur Wetter- und Klimabeobachtung des tropischen Pazifiks operationell eingebunden. Das Messnetz ist so eine Hauptkomponente des ENSO-Beobachtungssystems und des Global Tropical Moored Buoy Array. Dieses ist wiederum ein Beitrag zum Globalen Klimabeobachtungssystems (GCOS), zum Globalen Ozeanbeobachtungssystem (GOOS) sowie zum Globalen Erdbeobachtungssystem der Systeme (GEOSS).

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Die TAO/Triton-Konfiguration
Das TAO-Messnetz wurde am 1.1.2000 zum TAO/TRITON-Messnetz. Die Namensänderung trägt dem Einsatz der TRITON (Triangle Trans-Ocean Buoy Network)-Bojen Rechnung, die von der japanischen Behörde für Meeres- und Geowissenschaften und Technologie (JAMSTEC) betreut werden.
Die TRITON-Bojen ersetzen an 12 Einsatzorten Atlasbojen, und zwar entlang von 137°E, 147°E und 156°E.

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Quelle: NOAA
 
Telekonnektionen

Fernwirkungen in der atmosphärischen Zirkulation, die als klimatische Verbindungen zwischen Anomalien an verschiedenen, räumlich getrennten Orten auftreten. Die Auswirkung einer Anomalie des einen Ortes auf die klimatischen Bedingungen des anderen Ortes kann von ganz unterschiedlichen Einflüssen abhängen, z.B. von der Dauer der Anomalie, ihrer Intensität, der Jahreszeit und von der Distanz zwischen der Anomalie und dem beeinflussten Ort. Für die wichtigsten Telekonnektionen wurden Indizes ermittelt, die einen Hinweis auf die jeweils aktuelle Phase liefern. Zur berechnung werden im Allgemeinen Messwerte wie z.B. Luftdruck und Temperatur an bestimmten Orten verwendet. Die Berechnungen sind meist so gewählt, dass die Indizes gegensätzlicher Ausprägungen verschiedene Vorzeichen haben. Es werden daher positive und negative Ausprägungen der Telekonnektionen unterschieden.
Der britische Mathematiker und Klimatologe Sir Gilbert Walker war zu Beginn des 20. Jh. der erste, der auf Zusammenhänge von Witterungserscheinungen und Klimaanomalien in weit auseinanderliegenden Gebieten hinwies. Die Bezeichnung Telekonnektion wurde 1935 erstmals in einem Artikel des schwedischen Meteorologen Anders K. Ångström verwendet. 1975 erschien eine Arbeit der deutschen Meteorologen Hermann Flohn und Heribert Fleer über Telekonnektionen und ihre Relation zu klimatischen Änderungen im äquatorialen Pazifik.
Die Hypothese derartiger Fernwirkungen von ENSO wird durch geophysikalische Belege, statistische Korrelationen (räumlich und zeitlich) oder teilweise auch durch Wunschdenken gestützt. Als Erklärung für die Fernwirkungen der Klimastörung über den gesamten Globus wurde auch die Chaostheorie herangezogen. Doch ist diese Erklärung als wenig gesichert anzusehen, was im Stichwort "Chaostheorie" näher erläutert ist.

Wie auch einleitend im Kapitel "Globale Auswirkungen" angemerkt, sind diese Auswirkungen keinesfalls restlos beweisbar.

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El Niño und Niederschlag

Es ist bekannt, dass beim Auftreten von El Niño-Bedingungen im tropischen Pazifik sich die Niederschlagsmuster in vielen Teilen der Erde verändern. Obwohl sie durchaus unterschiedliche Veränderungscharakteristiken von einem El Niño zum nächsten aufweisen, bleiben die stärksten Veränderungen doch ziemlich konsistent. Sie sind in der nebenstehenden Karte mit der Zeit ihres Auftretens eingetragen.

"The most reliable effects of El Niño are deficient rainfall over Indonesia and northern South America, and excess rainfall in southeastern South America, eastern equatorial Africa, and the southern US."

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Quelle: NOAA
 
thermische Ausdehnung

Im Zusammenhang mit dem Meeresspiegel bedeutet dies eine Volumenzunahme (und Dichteabnahme) aufgrund der Erwärmung des Wassers. Eine Erwärmung des Meeres führt zu einer Ausdehnung des Meervolumens und dadurch zu einem Anstieg des Meeresspiegels.

Thermohaline Zirkulation

Engl. thermohaline circulation; Wassermassenaustausch im Meer, der durch Dichteunterschiede des Wassers angetrieben wird. Diese beruhen auf der kombinierten Wirkung von Änderungen der Temperatur (thermo-) und des Salzgehaltes (-halin). Sie können auf diese Weise Tiefenströmungen verursachen. Da diese Bewegungen meist sehr träge sind, können sie kaum mit Strömungsmessern direkt gemessen werden. Man behilft sich mit ihrer Herleitung aus der Verteilung bestimmter Wassereigenschaften und der Anwendung der Geostrophie.

Die Dichteunterschiede haben zwei Ursachen:

  • An der Oberfläche verdunstet Wasser oder friert aus, während gleichzeitig das Salz zurückbleibt und die Salzkonzentration im flüssigen Wasser erhöht. Je nach Temperatur schichtet sich dieses Wasser zwischen leichteres und schwereres Wasser oder sinkt ganz auf den Grund.
  • Abkühlung von Oberflächenwasser in polaren und subpolaren Regionen. Dieses sinkt durch leichtere Wasserschichten hindurch bis zu einer Tiefe, in der die Dichte des vorhandenen Wassers der eigenen entspricht.

Das absinkende Wasser muß an der Oberfläche durch horizontal heranfließendes Wasser ersetzt werden. Es ist somit der Motor des Tiefenwasserkreislaufes.
Die größte Pumpe arbeitet im Seegebiet zwischen Norwegen und Grönland. Hier kommt mit dem Nordatlantikstrom, der eine Fortsetzung des Golfstromes ist, Wasser aus dem Süden. Es ist sehr salzreich, da in den wärmeren Gebieten viel Wasser verdampft ist. Wegen seines Wärmegehaltes bleibt es aber auf seinem Weg nach Norden zunächst an der Oberfläche. Erst auf der Breite Islands ist es soweit abgekühlt, dass es beginnt, langsam abzusinken. In der Grönlandsee ist es so schwer, dass es durch alle anderen Wasserschichten hindurch auf den Meeresboden in 3.000 m Tiefe fällt. Damit beginnt der thermohaline Kreislauf. Schwächt sich diese Tiefenwasserbildung ab, dann strömt im Gegenzug an der Meeresoberfläche auch weniger warmes Wasser nach Norden - die ozeanische Fernheizung Europas wird schwächer.
Die zweite wichtige Absinkregion liegt vor der Antarktis im Wedell-Meer. Im übrigen Ozean ist die aufsteigende Bewegung gleichförmig verteilt.
Es ist praktisch der gesamte Ozean in die thermohaline Zirkulation einbezogen, ein Prozess, der für die meisten Vertikalbewegungen des Meerwassers verantwortlich ist.

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Die globale thermohaline Zirkulation I

Die THC als umfassendes Strömungssystem
verbindet die Ozeanbecken und bewirkt den
Einfluss der Ozeane auf das Klima.

Quelle: Alfred-Wegener-Institut - nach: Schmitz, 1996
 

Globale thermohaline Zirkulation II

Quelle: CLIVAR (nach W. Bröcker, modifiziert von E. Maier-Reimer)

 

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Thermokline

Von alt-gr.: thermós = warm und klínein = neigen; auch Temperatursprungschicht genannte, einige Dekameter mächtige Wasserschicht, die warmes Oberflächenwasser von kaltem Tiefenwasser trennt. Hier ist die Temperaturabnahme mit der Tiefe am stärksten. Die Höhe des Meeresspiegels ist ein Indikator für die Tiefenlage der Thermokline, da sich Wasser bei Erwärmung ausdehnt. In ihr erfolgt eine markante Dichtezunahme mit der Tiefe.
Wie die Pyknokline ist die Thermokline ein herausragendes Charakteristikum des Ozeans, das viele physikalische, chemische und biologische Prozesse beeinflusst, die in den oberen Ozeanschichten ablaufen.

Temperaturprofile

Temperaturprofile für unterschiedliche Klimaregionen entlang 150° W (pazifischer Ozean)


Die Temperaturskala ist korrekt für das Polarprofil. Die anderen Profil sind um 1 °C verschoben. Bemerkenswert ist die geringe Mächtigkeit der warmen Oberflächenschicht und das Fehlen der permanenten Thermokline in der Polarregion.


Da die Dichte stark mit der Temperatur korreliert ist, ist die Thermokline in den meisten Bereichen der Ozeane deckungsgleich mit der Dichtesprungschicht, der Pyknokline, vorausgesetzt, die vertikalen Unterschiede der Salinität sind gering. Die Pyknokline wirkt als Sperre gegenüber vertikalen Wasserbewegungen und dient als untere Grenze für die Deckschicht mit ihren saisonalen Temperatur- und Salinitätsveränderungen.
Im Allgemeinen nimmt die Temperatur des Meerwassers von der Oberfläche bis zu den größten Tiefen ab, mit Ausnahme der hohen Breiten, wo die Konfiguration komplexer sein kann. So existiert in den meisten Meeresgebieten (ausgenommen die polaren und subpolaren Ozeane) eine Zone, in der die Rate der Temperaturabnahme viel höher ist, als in den Bereichen darüber oder darunter. In Abhängigkeit von der geographischen Lage liegt die Thermokline in Tiefen zwischen 50 m und 1.000 m. Bei vereinfachter Betrachtung gilt die Thermokline als Trennungsbereich zwischen der darüber liegenden Durchmischungsschicht (mixed layer), welche stark vom Austausch mit der Atmosphäre beeinflusst wird und dem tiefen Ozean. In den Tropen kann die Thermokline im Durchschnitt in nur geringer Tiefe liegen, wie z.B. im östlichen Pazifik (50 m) oder etwas tiefer im westlichen Teil (160-200 m). In außertropischen Gebieten liegt eine Haupt-Thermokline zwischen 200 m und 1.000 m. Jedoch variiert ihre Tiefe saisonal, besonders in den Mittelbreiten, wo eine sekundäre und viel höher liegende Thermokline (über 50 m) im Sommer auftritt. In höheren Breiten bildet sich eine Thermokline z.T. nur saisonal.
Die Thermokline kann auch von Jahr zu Jahr variieren, wie im tropischen Pazifik, wo ihre vertikalen Verlagerungen im Zusammenhang mit dem ENSO-Zyklus eine fundamentale Rolle spielen.
Bei normaler Walker-Zirkulation mit SO-Passaten und Warmwassertransport nach W ist die Thermokline im indonesisch-australischen Gebiet auf ca. 200 m hinabgedrückt, im südamerikanischen auf 50 m angehoben. Diese Anhebung ermöglicht es kaltem, nährstoffreichen Tiefenwasser in den Auftriebsgebieten durch die dünne Schicht warmen Wassers an die Oberfläche zu gelangen.
In den Auftriebsgebieten ersetzt kaltes Tiefenwasser aus rund 100 bis 300 m Tiefe das von Winden horizontal verfrachtete warme Oberflächenwasser (Upwelling).

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Thermokline im Pazifik bei Normalphase von ENSO

Normales Muster im Pazifik. Äquatoriale Winde treiben den Warmwasserkörper nach W. Kaltes Wasser quillt entlang der südamerikanischen Küste auf. Die Thermokline liegt dort hoch.

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Thermokline im Pazifik bei Warmphase von ENSO (El Niño)

Der Warmwasserkörper nähert sich der südamerikanischen Küste. Das Ausbleiben von Upwelling verstärkt die Erwärmung des Oberflächenwassers. Die Thermokline liegt im O deutlich tiefer, im W höher.

     

Thermokline im Pazifik bei Kaltphase von ENSO (La Niña)

Das warme Wasser befindet sich weiter westlich als normal. Die Thermokline liegt im W folglich tiefer, im zentralen Pazifik und im Osten höher (ähnlich der Normalphase).

Quelle: NOAA

 

Hier finden Sie eine Animation der monatlichen Thermoklinedaten im Äquatorialpazifik für die Zeit vom August 2015 bis zum Juli 2016. Die Animation stellt die potentiellen Temperaturmittel in einem Gebiet dar, das sich von 5°S bis 5°N und von 121°E bis 79°W erstreckt und 350 m in die Tiefe reicht. Die 20 °C-Isotherme wird häufig als Indikator für die Position der Thermokline verwendet und ist in der Animation als grünes Band hervorgehoben (IRI).

Thermolumineszenz-Datierung

Verfahren zur Altersbestimmung an Scherben, gebrannten Tonen, ausgeglühten Böden, Steinen und Schlacken etc., bei dem das Signal durch thermische Stimulation (Aufheizen) freigesetzt wird. Die während des Aufheizens kontinuierlich aufgezeichnete sog. Glühkurve zeigt die Menge der bei der jeweiligen Temperatur nicht mehr stabilen Lumineszenz-Zentren. Zur Erstellung der Aufbaukurve wird über ein experimentell ermitteltes Temperaturintervall integriert. Die Thermolumineszenz-Datierung (TL) hat sich für äolische Sedimente der letzten 100.000 Jahre sowie für Keramik als Standardmethode bewährt. Günstig bis 15.000 Jahren v.h., vor allem im Zusammenhang mit 14C-Datierungen.

Tiefdruckgebiet

Syn. Tiefdruckwirbel, Zyklone; ein Gebiet mit niedrigerem Luftdruck als in der Umgebung, dessen Zentrum den niedrigsten Druckwert aufweist und das in den Wetterkarten für den deutschsprachigen Raum mit dem Buchstaben "T" gekennzeichnet wird, international mit "L" für engl. "Low". In der Wetterkarte sind Tiefs von (meist mehreren) Isobaren umschlossen.

Ein Tiefdruckgebiet entsteht zumeist durch großräumig aufsteigende Luftbewegung in der unteren Atmosphäre, was zu Luftdruckfall über dem betreffenden Bereich der Erdoberfläche führt. Im Bereich eines Tiefs ist aufsteigende Luftbewegung vorhanden, die mit Abkühlung, vielfach bis unter den Taupunkt des mitgeführten Wasserdampfes d.h. Wolkenbildung verbunden ist. Daher überwiegt im Bereich eines Tiefs wolkiges Wetter, häufig mit Regen und anderen Niederschlägen.

In Mitteleuropa liegt der Kerndruck der bodennahen Tiefs i.A. bei 990-1000 hPa, in Orkantiefs bei 950-970 hPa. In tropischen Wirbelstürmen treten mit 880-890 hPa die tiefsten Luftdruckwerte weltweit auf. Auf der Nordhalbkugel werden die Zyklonen vom Wind im Gegenuhrzeigersinn (umgekehrt wie im Hoch) umweht, auf der Südhalbkugel ist die Umströmungsrichtung im Uhrzeigersinn.

Tiefseerinne

Engl. trench, dt. oft - unter tektonischer Sichtweise - fälschlich Tiefseegraben; in den Tiefseeboden eingelassene, langgestreckte Rinne im Bereich der Kollision von zwei unterschiedlich dichten Lithosphärenplatten. Beim Zusammenstoß zwischen einer spezifisch leichten und hochliegenden Kontinentalplatte mit einer spezifisch schweren und tiefliegenden Ozeanplatte taucht letztere unter erstere ab, sie wird subduziert. Dieser tektonische Vorgang äußert sich morphologisch als Tiefseerinne, seismologisch durch das Auftreten starker Erdbeben, vulkanologisch durch intensive Vulkantätigkeit (z.B. im pazifischen Feuerring) und petrographisch durch die Vernichtung und Entstehung von Gesteinen.

Die Flanken der Tiefseerinnen sind mäßig steil (8-15°), erreichen gelegentlich aber auch ca. 45°. In den Tiefseerinnen liegen die größten Tiefen des Meeresbodens (Marianen-Rinne, max. 11.022 m).

TOGA

Siehe Tropical Ocean Global Atmosphere

TOPEX/Poseidon-El Niño-Index 1997-98

Index zur Bestimmung des ozeanischen Aspekts des El Niño-Ereignisses 1997/98 mit Hilfe des TOPEX/Poseidon-Satelliten. Dazu wurde von Wissenschaftlern des Jet Propulsion Laboratory  (Pasadena, Kal.) ein Beobachtungsgebiet im äquatorialen Ostpazifik festgelegt (vgl. roter Kasten in der Abb. unten) und dieses wiederum in 600, jeweils 1 Längen- bzw. Breitengrad breite Zellen untergliedert. Sie addierten für einen bestimmten Zeitraum die Anomalien des Meeresspiegels, bzw. die Spiegelhöhe für jede Zelle und subtrahierten die Werte des langjährigen Durchschnitts.
Der Index wurde lediglich als Bezugsrahmen für die Beobachtung und Beschreibung der Entwicklung des Ereignisses von 1997/98 (siehe Bilderserie) entworfen und ist nicht dazu gedacht, auf andere Ereignisse übertragen zu werden.

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Beobachtungsgebiet des TOPEX/Poseidon-El Niño-Index 1997-98

Das Gebiet des roten Rahmens reicht von 5° N bis 5° S und von 90° W bis 150°W.

 

TOPEX/Poseidon El Niño-Index

 

Die untenstehende Kurve zeigt die Index-Daten für den Beobachtungszeitraum. Man kann erkennen, dass das Volumen des verlagerten warmen Oberflächenwassers im Verlauf des El Niño-Ereignisses zunächst zu- und dann wieder abgenommen hat.
Auf dieser Index-Skala stellt jede Einheit (z.B. von 0 bis 1,0 oder von 1,0 bis 2,0) eine Billion "zusätzlicher" Kubikmeter warmen Wassers dar. Da jeder Kubikmeter Wasser etwa eine metrische Tonne wiegt, entspricht jede Einheit etwa 1 Billion Tonnen Wasser.

Der Index gibt auch die Menge des zusätzlichen warmen Wassers unter der Oberfläche an. Dies erklärt sich daraus, dass die Thermokline mit jedem Zentimeter, um den der Meeresspiegel ansteigt, um 2 Meter nach unten gedrückt wird. Folglich ist das Verhältnis von Meeresspiegel-Verlagerung zu Thermoklinen-Verlagerung 1:200.

Beispielsweise lag im November 1997 der Meeresspiegel im tropischen Ostpazifik ca. 40 Zentimeter über dem Durchschnitt. Zu dieser Zeit wurde die Thermokline um etwa 80 m in die Tiefe gedrückt. Daher kann man zur Ermittlung des Gesamtvolumens verlagerten warmen Oberflächenwassers den Indexwert eines beliebigen Zeitpunktes aus der dargestellten Periode einfach mit "200" multiplizieren.

Torf

Engl. peat; organisches Sediment mit mehr als 30 % organischer Substanz in der Trockenmasse, das in Mooren entsteht.

Torfe bilden sich im wassergesättigten, sauren und nährstoffarmen Milieu (z.B. Sumpf) durch Anhäufung unvollständig zersetzten Pflanzenmaterials, das als Grundvoraussetzung zur Torfbildung vor Oxidation geschützt war. Die wichtigsten Umwandlungen finden an der Torfoberfläche bis 0,5 m Tiefe durch die Aktivitäten von aeroben Bakterien und Pilzen statt („biochemische Inkohlung”). Die mikrobiologische Zersetzung erfasst zuerst Hemizellulose und Zellulose, wodurch Lignin relativ angereichert wird, was zum Anstieg des Kohlenstoff-Gehaltes von 45-50 % in der lebenden Pflanze auf 55-60 % im Torf führt. Ein wichtiger Prozess im Torfstadium ist die Bildung von Huminsubstanzen, hervorgerufen durch Sauerstoffzufuhr, ansteigende Torftemperatur und alkalische Umgebung. Je nach Zersetzungsgrad des Torfes sind pflanzliche Reste mehr oder weniger gut zu erkennen, die größtenteils die moorbildende Vegetation darstellen.

Im naturbelassenen Zustand kann Torf praktisch nicht unter Feuer gesetzt werden, getrocknet ist Torf hingegen brennbar.

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Entwässerungseffekte auf einen aufgewölbten Torfkörper

Forest and peat fires are emerging as a global threat and are driving a public health emergency in Southeast Asia. Indonesia is the front line. And it's here where much of the smoke, known as the Haze Wave, originates.

Over 75% of fire hotspots in Indonesia occur on peatland: partially decayed, dead vegetation which has accumulated over thousands of years and is typically saturated with water – it is virtually impossible to set alight in its natural state. But when they are cleared and drained to make way for plantations like palm oil and pulp and paper, this carbon-rich material becomes tinder dry – and vulnerable to fires.

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Quelle: Greenpeace

Weitere Informationen:

  • Why Peat Matters - Zu dieser mp4-Animation 'Geblockte Inhalte zulassen' (Indonesia Climate Change Center)
Torfgebiet

Engl. peatland; syn. Torfland(schaft), mit Bezug auf Südostasien wird ‚Torfgebiet‘ definiert als ein Gebiet mit einer Ansammlung von teilweise zersetztem organischen Material mit einem Aschegehalt von bis zu 35 %, einer Torfmächtigkeit von wenigstens 50 cm und einem Gewichtsanteil an organischem Kohlenstoff von mindestens 12 %. Als Torfmächtigkeit (peat thickness or depth) bezeichnet man die vertikale Distanz von der Bodenoberfläche bis zum mineralischen Untergrund unter der Torfschicht.

Torfanreicherung erfolgt nur bei andauernder Vernässung und damit einhergehenden anaeroben Verhältnissen, bei denen der Abbau der akkumulierten organischen Substanz stark gehemmt ist. Gleichzeitig bestehen saure und nährstoffarme Bedingungen. Torfgebiete sind klimarelevante Kohlenstoffspeicher (Senken). Durch Entwaldung oder durch Grundwasserabsenkung (Drainage) degradierte Torfgebiete (degraded peatlands) verlieren diese Funktion und werden im Gegenteil zur Kohlenstoffquelle.

Tropische Torfablagerungen werden gebildet durch einen kontinuierlichen und umfangreichen Eintrag von Bestandesabfall immergrüner Bäume in den saisonal wassergesättigten Torfkörper. Die Eintragsraten an Kohlenstoff vermögen die durch Zersetzung bedingten Verluste auszugleichen.

Tropische Torfgebiete gibt es auf dem Festland Ostasiens, in Südostasien, in der Karibik, Mittel- und Südamerika, sowie im zentralen und südlichen Afrika. Im Gegensatz zu den jüngeren Ablagerungen der gemäßigten und subarktischen Breiten belegt ein 27.000 Jahre altes und 10 m mächtiges Torflager im Einzugsgebiet des Flusses Sebangau (zentrales Kalimantan), dass tropische Torfgebiete schon vor dem Maximum der letzten Kaltzeit (26.500 - 19.000 v. h.) Teil des globalen Kohlenstoffkreislaufes waren. Allerdings sind nicht alle tropischen Torfgebiete so alt.

Den größten Anteil tropischer Torfgebiete besitzt Südostasien, wo Tiefland-Torfgebiete eine Fläche von 0,248 Mio. km² bedecken. Dies entspricht 56 % der gesamten Torfflächen in den Tropen und 6 % der weltweiten Torfflächen. Sowohl die auf den Torfflächen befindliche Vegetation, vor allem aber der tiefreichende Torf stellen zusammen einen hoch konzentrierten und leicht verfügbaren Kohlenstoffvorrat von globaler Bedeutung dar. Indonesien ist das Land mit den größten Torfflächen in Südostasien. Sie bedecken über 0,2 Mio. km², vor allem auf Kalimantan, Sumatra und Papua.

Da sich die meisten tropischen Torfgebiete in geringer Höhenlage befinden, oft an Küsten oder in Küstennähe, wo das Bevölkerungswachstum hoch ist, erfahren sie eher Erschließungsmaßnahmen als Torfgebiete in der gemäßigten und borealen Zone. Auch in Südostasien entstanden Torfgebiete zumeist in küstennahen Regionen, vor allem während der vergangenen 6.000 Jahre. Allerdings wurde Torf im Landesinneren von Kalimantan auf über 25.000 Jahre v.h. datiert. Torfgebiete im Tiefland sind mit bis zu 45 m hohen Regenwaldbäumen bestanden, die das Material für den Torf liefern. Sie stellen ein beträchtliches Reservoir an Biodiversität dar, und viele der auf die Sumpfbedingungen spezialisierten Arten sind selten und gefährdet.

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Fire Hotspots in February 2014 in Peat Land and Moratorium Areas

Tropical rainforests, including those on peat, do not typically burn. However, forest clearance and drainage increases the vulnerability of forests to fires, and burning is often used to clear such areas. While degraded tropical forests and peatlands might release their stores of carbon over decades, burning releases carbon into the atmosphere rapidly, as well as damaging the capacity of the ecosystem to recover and begin to absorb more carbon again. Once drained, peat dries out and can smoulder slowly whilst vegetation (especially in degraded forests) catches light easily and fires can spread rapidly.10 Fires may be accidental (for example being caused by lightning or human carelessness), or they may be started deliberately to clear land for cultivation or to increase its fertility.

Whether accidental or deliberate, fires on peat can easily burn out of control, especially in periods of drought years. Because the fire spreads deep into the soil such fires can be hard to extinguish, sometimes burning for months. They produce rapid and massive emissions of greenhouse gases, as well as smog. Peat drainage can affect the whole landscape, not just the area targeted. Greenpeace is calling for all peatland to be protected, no matter its depth or where it is located. Planting on peat over three metres deep is illegal in Indonesia, though the law is widely flouted. Further, protecting deep peat alone is not enough; plantation development around the edge of a peat dome, even in areas where the peat depth may be one metre or less, threatens the whole system. Drainage, for example for oil palm plantations, drains off water from adjoining forested areas, and the general water table begins to fall.

In May 2011, Indonesia introduced a two-year moratorium on permits for new concessions in primary forests and peatlands. While this moratorium was a welcome step, it does not protect all forests nor peatlands. Greenpeace analysis shows that in February 2014, more than 30% of fire hotspots actually occurred on land meant to be protected under the moratorium. Of all fire hotspots on moratorium land, nearly 80% occurred on peat areas, despite the moratorium’s stated goal to temporarily halt new land clearance in these areas.

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Quelle: Greenpeace

Alleine Indonesiens Torfgebiete speichern annähernd 60 Gt C, zusätzlich zu dem Kohlenstoff der Wälder (Page/Rieley/Banks, 2011). Dies entspricht dem Sechsfachen des Kohlenstoffs, der jedes Jahr durch fossile Brennstoffe freigesetzt wird. Wenn diese Torfgebiete verschwinden, werden entsprechende Mengen an Kohlenstoff frei und an die Atmosphäre abgegeben. Die Provinz Riau soll nach Schätzungen 40 % von Indonesiens in Torf gespeichertem Kohlenstoff beherbergen, was mehr als dem jährlichen globalen Treibhausgasausstoß entspricht.

Im Gebiet des früheren Mega Rice Projects (MRP) in Zentral-Kalimantan wurden von 2009 - 2014 Untersuchungen zur Quantifizierung des Kohlenstoffverlustes in degradierten Torfgebieten durchgeführt. Es handelt sich bei der vom MRP betroffenen Fläche um ein Torfgebiet von über einer halben Million Hektar, die entwaldet, entwässert und großenteils in den Jahren 1995-97 verbrannt wurden, begleitet von den bekannten Auswirkungen eines Tropical Haze-Ereignisses. Das Gebiet wurde danach weder landwirtschaftlich noch waldbaulich genutzt.

Die Untersuchungen ergaben deutliche Bodensenkungen (Subsidence), wobei durch die stärkere Drainage die höchsten Raten in der Nähe von Kanälen auftraten. In intensiv entwässerten Gebieten wird die Absenkung durch die Oxidation von Torf verursacht und gilt als direktes Maß für den Kohlenstoffverlust. Auch die Absenkung infolge von Feuer und entsprechende Kohlenstoffemissionen sind deutlich nachweisbar.

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Original, drained and deforested tropical peatland in central Sumatra, Indonesia

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Photo credits: Kim Worm Sorensen

Quelle: Global Carbon Project

Der Nutzen der Renaturierung von Torfgebieten:

  • Reduktion von Treibhausgasemissionen
  • Natürliche Regulierung der Wasserrückhaltung: besserer Überschwemmungsschutz und Anpassung an Änderungen des Wasserspiegels
  • Sicherung der Wasserqualität (Torf vermag z.B. Metalle zu binden)
  • Prävention von Salzwasserintrusion in Küstennähe
  • Erhalt der Biodiversität
  • Möglichkeit zur Fischerei
  • Reduktion der Torf- und Waldbrandgefahr
  • Regulation des lokalen Mikroklimas
Torfwald

Engl. peat swamp forest; syn. Torfsumpfwald oder Torfmoorwald; auf Torfuntergrund stockende tropische Feuchtwälder, wo wassergesättigte Böden die vollständige Zersetzung von abgestorbenem Pflanzenmaterial verhindern. Mit der Zeit bildet sich unter diesen Bedingungen eine dicke Schicht von saurem Torf. Typischerweise sind Torfsumpfwälder von Tieflandregenwald auf besser entwässernden Böden umgeben und auch von Brackwasser- oder Salzwasser-Mangrovenwäldern in Küstennähe.

Torfsumpfwälder gibt es vor allem in den immerfeuchten Tropen Indonesiens, wo sich die größten Torfwaldgebiete weltweit befinden. Sie bedecken etwa elf Prozent der Landesfläche (rund 20 Millionen Hektar). Auf Torf wachsende Wälder sind als Ökosystem kaum bekannt und wissenschaftlich wenig erforscht. Überwiegend handelt es sich um ombrogene (niederschlagsgespeiste) Systeme im Tiefland, die eine natürliche Vegetation mit Torfsumpfwald auf Torfschichten tragen, die von 0,5 m bis zu ca. 20 m Mächtigkeit aufweisen. Etwa 50 % der Torfschichten sind über 2 m mächtig. Fast die gesamten indonesischen Torfflächen befinden sich auf den drei großen Inseln Borneo (Kalimantan), Neuguinea (Irian Jaya) und Sumatra.

Erstaunlich ist, dass auf diesen viele Meter dicken Torflagern Wälder wachsen, deren Bäume bis fünfzig Meter hoch werden können. Torf ist ein extrem nährstoffarmes, fast lebensfeindliches Bodensubstrat. Nur spezialisierte Pflanzen können dort überleben und gedeihen. Daher ist die Vegetation im Torfsumpfwald einzigartig.

Die Artenvielfalt ist mit bis zu 120 Baumarten pro Hektar nicht so hoch wie im Tieflandregenwald, jedoch wesentlich höher als in den Wäldern der gemäßigten Breiten. Typisch ist eine Vielfalt Fleisch fressender Kannenpflanzen, die hier wegen der Nährstoffarmut ideale Bedingungen finden. In den letzten Jahren wurden in Borneo die Torfwälder Zentral-Kalimantans letztes Rückzugsgebiet für den Orang-Utan.

Viele der Kenntnisse über diesen Waldtyp hat erst Jack Rieley von der Universität Nottingham (England) seit Mitte der 1990er Jahre gewonnen. Er bestimmte zusammen mit Kollegen durch Bohrungen die Dicke und das Alter der Torfflöze in Südborneo. Sie reichen mancherorts bis zu 18 Meter tief. Rieleys Radiokarbonmessungen zeigten, dass sich die Torflager in den letzten 20.000 Jahren gebildet haben. Dabei wurden riesige Mengen Kohlendioxid (CO2) fixiert. Ursachen für die Torfbildung in der Sundaschelf-Region sind ein extrem geringes Gefälle des Geländes, der ansteigende Meeresspiegel nach der letzten Eiszeit und die großen Wassermassen, welche die Flüsse aus dem Landesinneren in die Küstenebenen bringen. In der Regenzeit staut sich das Wasser und überflutet den Waldboden monatelang.

Torfsumpfwälder sind Kohlenstoffspeicher großen Ausmaßes mit entsprechend großer Bedeutung für das globale Klima. Mit 3.000 bis 6.000 Tonnen Kohlenstoff pro Hektar speichern die tropischen Torfsumpfwälder bis zu 50 Mal so viel Kohlenstoff wie eine gleich große Fläche Regenwald auf einer anderen Bodenart (120 bis 400 Tonnen Kohlenstoff pro Hektar). Damit trägt die zunehmende Umwandlung und Zerstörung der Torfmoorwälder mit über drei Milliarden Tonnen CO2 pro Jahr zum Klimawandel bei. Zwei Milliarden Tonnen davon entfallen allein auf Südostasien, 90 Prozent davon wiederum auf Indonesien. Letzteres entspricht acht Prozent der weltweiten Kohlendioxidemissionen aus der Verbrennung fossiler Energieträger. Torfsumpfwälder und mit ihnen der Torfuntergrund (Torffeuer, Zersetzung/Oxidation von Torf durch die Entwässerung der Torfgebiete) fallen vor allem der Holzindustrie, der Umwandlung in Palmölplantagen und für andere landwirtschaftliche Nutzung (z.B. Mega Rice Project) zum Opfer. Seit 1985 steigen die Emissionen aus der Zerstörung von Torfsümpfen rapide an.

In der ersten Dekade des neuen Jahrhunderts wurden die tropischen Torfgebiete mit Rekordgeschwindigkeit entwaldet, wobei nach neuen Trends zu befürchten ist, dass fast der gesamte Torfwald auf Sumatra und Kalimantan bis 2020 verschwunden ist. Der größte Teil dieser Torfgebiete bleibt für eine bestimmte Zeit in einem degradierten Zustand, bevor er wieder zu Wald wird oder in Plantagen oder Ackerland umgewandelt wird. Gewöhnlich benötigt die letztgenannte Umwandlung wenigstens 5 bis 10 Jahre. Der größte Teil dieser ungenutzten und weitgehend entwaldeten Torfgebiete wird entwässert, obgleich nicht in gleichem Maße wie Plantagen und Ackerflächen in derselben Landschaft. Die Entwaldung und die Drainage von Torfgebieten führen zu Kohlenstoff-Emissionen, aber die Emissionsraten variieren je nach Bewirtschaftungsbedingungen, einschließlich der Tiefenlage des Grundwasserspiegels.

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Torfsumpfwald mit Schwarzwasserfluss

Saure und nährstoffarme Schwarzwasserflüsse durchziehen Indonesiens Torfsumpfwälder

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Bodensenkung durch Drainage
in einer indonesischen Palmölplantage

Die Senkung kann bis zu 50-75 cm im ersten Jahr frisch drainierter Gebiete betragen; die Rate kann sich nach ca. 5 J. auf ca. 5 cm/a einpendeln.

Quelle: Jauhiainen Jyrki, FAO
 

Sebangau Dam

Dam developed by WWF-Indonesia to block one of the illegal logging channels draining the Sebangau national park, Central Kalimantan. The young forest behind the dam has regenerated in an area that was totally burned. The old growth tropical peat swamp forest is seen far in the back.  

Quelle: © Marcel Silvius, Wetlands International

 

Tornado

Ein Tornado ist eine Luftsäule mit Bodenkontakt, die um eine mehr oder weniger senkrecht orientierte Achse rotiert und sich unter konvektiver Bewölkung (Cumulus und Cumulonimbus) befindet.

Für den Begriff "Tornado" existieren auch andere Bezeichnungen: "Großtrombe", "Windhose" (Tornado über Land), "Wasserhose" (Tornado über Meer oder großen Binnenseen) bzw. "Twister" (Tornadobezeichnung im englischen Sprachraum).

Ein Tornado kann entstehen, wenn starke Temperaturgegensätze herrschen und Luft aufsteigt bzw. gehoben wird. Durch frei werdende Kondensationswärme und starke vertikale Windscherung (Zunahme der Windgeschwindigkeit und ggf. zusätzlich Änderung der Windrichtung mit der Höhe) wird dabei ein rotierender Aufwindschlauch erzeugt. Dieser kann einen Durchmesser bis über einen Kilometer erreichen, wobei Windgeschwindigkeiten von mehreren hundert Kilometern pro Stunde auftreten können.

Ein Tornado verwüstet längs seiner Zugbahn einen Streifen von einigen hundert Metern Breite (Asgardsweg). Die Stärke der Tornados wird anhand der Fujita-Skala (F-Scale) festgelegt. Die stärkste bisher beobachtete Tornadoklasse (F5) mit Windgeschwindigkeiten von etwas über 500 km/h trat zum Glück bisher recht selten auf (nur 1 % aller Fälle). Die gültige Fujita-Skala umfasst 13 Stufen, von F0 bis F12, wobei F6 bis F12 nur theoretische Werte sind. Die Klasse F0 wurde zusätzlich eingeführt, um auch schwächere Tornados unterhalb von 117 km/h zu klassifizieren.

Verheerende Tornados (F4/F5) entstehen meist im Zusammenhang mit so genannten Superzellen.

Das durch Tornados am meisten bekannt gewordene Gebiet ist die sogenannte Tornado-Alley im Mittleren Westen der USA. Dort trifft häufig trocken-kalte Luft aus dem Norden mit feucht-warmer Luft aus der Region des Golfes von Mexiko zusammen. In Mitteleuropa sind solch extreme Luftmassenunterschiede seltener. Deswegen treten hier auch deutlich weniger Tornados auf als in den Vereinigten Staaten von Amerika.

Der Einfluss von ENSO auf die Bildung von Tornados in den USA wird seit Längerem mit unterschiedlichen Aussagen diskutiert. Eine Studie von 2015 scheint zu belegen, dass unter El Niño-Bedingungen die Tornadoneigung im südlichen Mittleren Westen geringer ist als im Durchschnitt, umgekehrt bei La Niña-Bedingungen.

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Frequency of Tornadoes and Hail Linked to El Niño and La Niña

When ENSO is in a warm, or El Niño, phase (top), the frequency of tornadoes goes down. When it is in a cool, or La Niña phase (bottom), tornadoes increase (indicated by red areas). The effect is strongest in the boxed area.

Agencies such as NOAA and its counterparts all over the world constantly monitor conditions in the Pacific to spot a developing El Niño or La Niña, so the authors say it wouldn’t be too difficult to issue a warning for tornadoes or hail based on the ENSO state.

They note caveats, however. First, ENSO is not the only driver of severe storms. “Any kind of extreme weather is at most only loosely controlled by coherent, predictable climate phenomena like ENSO, and tornadoes are no exception,” said coauthor Adam Sobel, who also is at Columbia’s engineering school, as well as its Lamont-Doherty Earth Observatory. Second, the current study shows robust correlation only in the southern states, where the ENSO signal is especially clear. “A lot of the year-to-year variability is for all practical purposes random and unpredictable,” said Sobel, who also directs a new Columbia University Initiative on Extreme Weather and Climate.

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Quelle: IRI
 

Weitere Informationen:

Torrentieller Abfluss

Die stoßartige, starkniederschlagsbedingte Wasserführung von kleineren Flüssen in wechselfeuchten Regionen. Dabei wird schubweise wenig gerundeter Schotter bzw. Schutt über Teilstrecken des Flusses transportiert. Der Begriff kommt vom italienischen Begriff "Torrente", der einen Fluss mit dem beschriebenen Abflussverhalten bezeichnet. Das Adjektiv "torrentiell" wird gelegentlich auch für die entsprechenden Niederschläge verwendet.

Total Solar Irradiance

siehe Solarkonstante

Trans-Niño

Bezeichnung für die Übergangsphasen zu Beginn oder am Ende von El Niño oder La Niña. Sie können über ihre Telekonnektionen wie die Hauptphasen von ENSO ebenfalls das globale Wetter beeinflussen. Signifikante Episoden werden mit Hilfe des Trans-Niño Index (TNI) gemessen. Beispiele für entsprechende Witterungserscheinungen in Nordamerika sind Niederschläge im Nordwesten der USA und intensive Tornadoaktivität im zusammenhängenden Teil der USA. Weshalb Übergangsphasen dem Auftreten von Tornados förderlich sind, ist noch nicht ausreichend verstanden.

Treibboje

Mit der jeweiligen Meeresströmung oberflächennah treibende Boje zur Messung von Temperatur und anderen Parametern. Satelliten verfolgen ihre Driftbahn und empfangen die von der Boje ausgesandten Daten.

Status der weltweit ausgesetzten Treibbojen

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Aussetzen eines Drifters

Aussetzen eines Drifters

The Global Drifter Program uses Satellite-tracked surface drifting buoy observations of currents, sea surface temperature, atmospheric pressure, winds and salinity.
The modern drifter is a high-tech version of the "message in a bottle". It consists of a surface buoy and a subsurface drogue (sea anchor), attached by a long, thin tether. The buoy measures temperature and other properties, and has a transmitter to send the data to passing satellites. The drogue dominates the total area of the instrument and is centered at a depth of 15 meters beneath the sea surface.

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Quelle und aktueller Stand: http://www.aoml.noaa.gov/phod/dac/gdp.html
Treibhauseffekt

Syn. Glashauseffekt, Erwärmungseffekt der Atmosphäre, der daraus resultiert, dass die kurzwellige Sonnenstrahlung die Atmosphäre fast ungehindert bis zur Erdoberfläche durchdringen kann, die von der Erdoberfläche ausgehende langwellige terrestrische Strahlung (thermische Infrarotstrahlung) aber bevorzugt von den Wasserdampf- und Kohlendioxidmolekülen (Treibhausgase) weitgehend absorbiert und in Wärme umgewandelt wird. Atmosphärische Strahlung wird in alle Richtungen emittiert, so auch nach unten zur Erdoberfläche. Dadurch wird die globale Mitteltemperatur in Bodennähe, die ohne das Vorhandensein einer Atmosphäre -18 °C betragen würde, um 33 °C auf +15 °C angehoben. Dies bezeichnet man als den “natürlichen Treibhauseffekt”.

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The Greenhouse Effect

The main cause of global warming is increased level of carbon dioxide and other greenhouse gases that are released into the atmosphere mostly due to the fossil fuels burning (coal, oil, and natural gas) and deforestation for agriculture. Greenhouse gases are stored into higher atmospheric levels where they have double effect on Earth's temperature surface. The first effect is direct reflection of one part of the Sun's radiation back into space, and the other is reflecting one part of Sun's radiation that has deflected from the surface of the Earth back to the Earth (see the image). This second effect is called the greenhouse effect and it is responsible for maintaining the adequate temperatures on our planet. If there would be no greenhouse effect then average temperature on our planet would be around -19 °C, and not around today's 15 °C. To put it as simply as possible the solution to global warming problem is quite simple, we need to reduce the fossil fuels use and reduce the deforestation to lowest possible level. By doing that we would decrease the amount of greenhouse gases in the atmosphere but this solution is currently not possible because alternative energy sector is still not developed enough to compete with fossil fuels.

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Quelle: http://www.our-energy.com/contact/contact.html
 

Eine Zunahme der Treibhausgaskonzentration führt zu einer zunehmenden Undurchlässigkeit der Atmosphäre für Infrarot. Durch menschliche Aktivitäten wurden und werden der Atmosphäre zusätzlich eine Vielzahl von klimawirksamen Spurengasen zugeführt. Dazu gehören Kohlendioxid (CO2), das bei allen Verbrennungsprozessen freigesetzt wird, Methan (CH4), welches bei der Tierhaltung, dem Reisanbau und beim Betrieb von Mülldeponien entsteht, Chlorfluormethane (CFM) und Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW), die vom Menschen künstlich erzeugt werden, Distickstoffoxid (N2O), das besonders durch Überdüngung in die Atmosphäre gelangt sowie troposphärisches Ozon, welches bevorzugt durch photochemische Reaktionen der Kfz-Abgase gebildet wird. Diese Emissionen verursachen den anthropogenen Treibhauseffekt, der die Wirkung des natürlichen Treibhauseffektes verstärkt und zur globalen Erwärmung führt.

Mögliche Auswirkungen der globalen Erwärmung auf Häufigkeit und Intensität von ENSO-Phasen werden diskutiert. Diesbezügliche Aussagen sind noch umstritten, da insbesonders die Klimamodelle zu sehr unterschiedlichen Ergebnissen kommen.

Treibhausgas

Treibhausgase sind diejenigen gasförmigen Bestandteile in der Atmosphäre, sowohl natürlichen wie anthropogenen Ursprungs, welche die Strahlung in denjenigen spezifischen Wellenlängen innerhalb des Spektrums der thermischen Infrarotstrahlung absorbieren und wieder ausstrahlen, die von der Erdoberfläche, der Atmosphäre selber und den Wolken abgestrahlt wird. Diese Eigenschaft verursacht den Treibhauseffekt. Wasserdampf (H2O), Kohlendioxid (CO2), Lachgas (N2O), Methan (CH4) und Ozon (O3) sind die Haupttreibhausgase in der Erdatmosphäre.

Außerdem gibt es eine Anzahl von ausschließlich vom Menschen produzierten Treibhausgasen in der Atmosphäre, wie die Halogenkohlenwasserstoffe und andere chlor- und bromhaltige Substanzen, die im Montreal-Protokoll behandelt werden. Neben CO2, N2O, und CH4 befasst sich das Kyoto-Protokoll mit den Treibhausgasen Schwefelhexafluorid (SF6), Fluorkohlenwasserstoffe (HFCs) und Perfluorkohlenstoffe (PFCs).

Tropen
  1. Im mathematisch-geographischen Sinne der zwischen den beiden Wendekreisen liegende Bereich der Erde. Danach umfassen die Tropen ca. 40 % der Erdoberfläche. Es wird auch der Begriff solare Tropen verwendet, da die Sonne zwischen den Wendekreisen zwei Mal im Jahr im Zenit steht und ihre tägliche Kulminationshöhe immer zwischen 43 und 90 Grad erreicht.
  2. Im klimatologischen Sinne der Bereich der Erde beiderseits des Äquators, in dem tropische Warmklimate herrschen. Diese Gebiete reichen bis ca. 20° N/S und erhalten ganzjährig eine starke Einstrahlung der Sonne und entsprechend gleichmäßig hohe Temperaturen. Die Differenzierung des tropischen Jahresablaufes wie auch der tropischer Landschaftszonen ist abhängig von der Dauer der Regenzeit. Die Zahl der humiden Monate kann zwischen 12 Monaten (innere Tropen) und 0 Monaten (Randtropen) liegen.

In Stichworten einige weitere Merkmale der Tropen: Tageszeitenklima, Tag und Nacht am Äquator fast immer gleich lang, Dauer des Tages an den Wendekreisen zwischen 10,5 und 13,5 Stunden, kurze Dämmerung, abrupter Übergang von Tag zu Nacht, hohe Verdunstung, Wärmebilanzüberschuss, Landschaftszonen vom tropischen Regenwald über Feucht-, Trocken-, Dornbuschsavanne zur tropischen Wüste, arme Böden im tropischen Regenwald.

Der ganzjährig Energiegewinn treibt bedeutende Komponenten der allgemeinen atmosphärischen Zirkulation an, darunter die Hadleyzellen und die Monsune der Erde. Nimmt man die vom asiatischen Monsun beeinflussten, subtropischen Gebiete Nordindiens und Ostasiens hinzu, so leben in der tropischen Klimazone die meisten Menschen der Erde – mit steigender Tendenz. In vielen von der Landwirtschaft geprägten Ländern dieser Region hängt die Ernährungssicherheit und oft auch das Bruttosozialprodukt von ausreichenden und gleichmäßigen Niederschlägen in den Regenzeiten bzw. im Jahresverlauf ab. Unter diesem Gesichtspunkt
ist Niederschlag der sozioökonomisch wichtigste Klimaparameter der Tropen. Dessen Vorhersagbarkeit auf Zeitskalen von wenigen Stunden, mehreren Tagen, Jahreszeiten und Jahrzehnten steht daher im Mittelpunkt der meist anwendungsorientierten Forschung.

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The role of the tropics in the general circulation

The tropics serve as a source of surplus heating that drives the global circulation. The transport of heat and momentum by the Hadley Cells is vital to the maintenance of the global heat balance and angular momentum balance. Recent studies have found that the strength of the Hadley and Walker circulations can fluctuate and they actually strengthened during the 1990s. Scientists related changes in cloud cover and radiation in the regions of subsidence (sinking) and convection (rising) in the circulation cells to changes in the vertical velocity of air. This acceleration of the Hadley and Walker circulations was associated with more thermal, long-wave radiation escaping the tropical atmosphere and a decrease in the reflected sunlight (by about 4 watts per square meter).

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Quelle: MetEd / UCAR (Zugang über kostenfreie Registrierung)
 

Weitere Informationen:

Tropical Haze

Eine tropische Variante des Smog, die aus einer mehr oder minder dicken Wolke von Verbrennungsprodukten besteht, welche mit der natürlichen Feuchtigkeit der Luft angereichert ist. 1997 entstand über Südostasien ein besonders intensiver Tropical Haze als Folge von Waldbränden auf einem Gebiet von mehreren tausend Hektar, die mehrere Monate lang andauerten. Die Intensität der Rauchemissionen ergab sich vor allem aus der Tatsache, dass weite, vielerorts 20 m mächtige Torfflächen in baumbestandenen Sumpfregionen von den Bränden erfasst waren.

Das Ausmaß der Brände war weniger auf Rodungen im Rahmen der traditionellen kleinbäuerlichen Wanderfeldbau (shifting cultivation) zurückzuführen. Dabei entstehen Rodungsflächen mit einer Größe von lediglich etwa 1 ha, die vom Ökosystem gut verkraftet werden können. Es war vielmehr sogenanntes "industrial burning" um Platz für Kautschuk-, Ölpalmen- und Holzplantagen zu schaffen.
Verstärkt und verlängert wurde die Situation zusätzlich durch ausbleibenden Niederschlag, eine Konsequenz des starken El Niño-Ereignisses. Die Haze-Wolke bedeckte zeitweise eine Fläche von der halben Größe Europas.

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Waldbrandherde in Indonesien im Zeitraum von Juli bis Dezember 1997

As shown in this composite image, during the ENSO event of 1997-1998, extensive forest fires in Indonesia resulted in extremely poor air quality. As your textbook indicates, visibilities were as low as one meter and pollution values exceeded 800, eight times the U.S. EPA warning level.

Quelle: Pearson Education
 

Photo of 1997 forest fires that ravaged Sumatra and clouded Southeast Asia with haze.

Quelle: Greenpeace

 

 

Dass solche Situationen keineswegs Historie sind und in geringerem Ausmaß auch zu Nicht-El Niño-Zeiten vorkommen, belegt die folgende Aufnahme (links) mit dem MODIS-Sensor des Terra-Satelliten. Auch nachdem bereits eine große Zahl von Feuern vom 8. bis 14. Juli 2001 gelegt waren und Rauchwolken die Sicht in Indonesien und Malaysia deutlich reduzierten (500 m im Extrem), wurden Hunderte weiterer Feuer entfacht, vor allem zur Gewinnung von neuen landwirtschaftlichen Nutzflächen. Die Sicht war in den am härtesten betroffenen Gebieten auf ca. 500 m reduziert, Schulkinder wurden nach Hause geschickt, vom Spielen im Freien wurde dringend abgeraten, Menschen, die im Freien arbeiten, mussten Atemschutzmasken tragen.

Neue Rekordwerte der Luftbelastung erzielte der Haze des Juni 2013. Vom 1. bis zum 24. Juni spürten NASA-Satelliten über 9.000 Brandherde in Sumatra auf mit Schwerpunkt in den Torfgebieten der Provinz Riau.

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Tropical Haze über Malaysia am 9.7.2001

Dieses Echtfarbenbild des MODIS-Spektroradiometers zeigt den Teil Malaysias, der sich auf der zum asiatischen Festland gehörenden Halbinsel befindet (oben rechts) sowie westlich und südlich davon Teile der indonesischen Insel Sumatra. Kuala Lumpur, die Hauptstadt von Malaysia, ist als grau-braune Fläche an der Westküste der Halbinsel zu erkennen. Rote Pixel markieren die Feuer, graue den Rauch und Haze. Die hellen weißen Fetzen in der linken oberen Ecke sind Wolken.

Quelle: NASA
 

Super Trees at Gardens By the Bay im Haze

Tourists walk towards the haze covered Super Trees at Gardens By the Bay on June 21, 2013 in Singapore. The Pollutant Standards Index (PSI) rose to the highest level on record reaching 400 at 11am. The haze is created by deliberate slash-and-burn forest fires started by companies in neighbouring Sumatra.

Quelle: Huffington Post

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Nachdem 1997 durch Brände auf mehr als 9 Millionen Hektar Land Hazes in Brunei, Indonesien, Malaysia, den Philippinen, Singapur und Thailand auftraten, initiierten die ASEAN-Staaten ein Programm zur Beobachtung und Verhinderung von Hazes, das 2002 in dem Umweltabkommen ASEAN Agreement on Transboundary Haze Pollution mündete.

Weitere Informationen:

Tropical Ocean Global Atmosphere (TOGA)

Das TOGA-Programm (1985-1994) war ein wesentlicher Bestandteil des Weltklimaforschungsprogramms (WCRP), der insbesondere auf die Vorhersage von Klimaphänomenen im Zeitraster von Monaten und Jahren abzielte.

TOGA fokussierte seine Arbeit auf die tropischen Ozeanteile und ihre Beziehung zur globalen Atmosphäre. Dem Konzept liegt die Annahme zu Grunde, dass dynamische Anpassungen der Ozeane in den Tropen sich rascher vollzieht als in höheren Breiten und damit in der Kopplung beider Sphären besser beobachtbar sind. So können Störungen aus dem westlichen Pazifik (z. B. El Niño) den Ozean innerhalb von Wochen überqueren, verglichen mit einer Dauer von Jahren für eine beckenweite Ausbreitung in höheren Breiten.

Vor dem Start von TOGA waren die für den ENSO-Zyklus verantwortlichen Prozesse noch wenig verstanden, die Fähigkeit, Veränderungen in den tropischen Ozeanen zu beobachten ware primitiv, und die Vorhersagemöglichkeit bezüglich ENSO war nicht gegeben. Daher unterstützte und initiierte TOGA Anstrengungen zur Echtzeit-Messung folgender ozeanographischen Schlüsselvariablen: Oberflächenwinde, Meeresoberflächentemperatur, Temperatur unterhalb der Wasseroberfläche, Meeresspiegel und Strömungsgeschwindigkeit. Spezielle in situ-Beobachtungsprogramme zur Gewinnung entsprechender Datensätze umfassten das TAO-System mit fest verankerten Bojen im Pazifik, ein System oberflächennaher Treibbojen, ein Pegelnetz an Inseln und Küsten und ein Netz von Einweg-Bathythermographen, die von (Handels-)Schiffen auf freiwilliger Basis (ships of opportunity) ausgesetzt werden.
Diese in situ-Messungen wurden ergänzt durch Satelliten-Missionen, die eine nahezu globale Beobachtung der Oberflächenwinde, der Meeresoberflächentemperatur und der Meerespiegelhöhe ermöglichten.

Die Datensätze von TOGA erlaubten es den Wissenschaftlern, die physikalischen Prozesse des ENSO-Phänomens besser zu verstehen und führte zur Entwicklung von gekoppelten Ozean-Atmosphärenmodellen für die ENSO-Vorhersage (Zebiak und Cane 1987, Schopf und Suarez 1988), was für einen großen Kreis von Entscheidungsträgern von Bedeutung ist. Saisonale Vorhersagen kann operationelle Entscheidungen z.B. in der Landwirtschaft oder der öffentlichen Infrastruktur wesentlich beeinflussen. Forschungsarbeiten aus dem Jahr 2002 haben gezeigt, dass der Nutzen aus ENSO-Vorhersagen für die US-amerikanische Landwirtschaft zwischen $507 Millionen und $959 Millionen pro Jahr beträgt.

Zur Etablierung des TOGA-Programms hatte nicht zuletzt der extreme El Niño von 1982/83 beigetragen, der neben seiner Stärke auch durch seine weitreichenden Telekonnektionen und seine öffentliche Aufmerksamkeit bemerkenswert war. Das Ereignis war erst entdeckt worden als es längst im Gange war, was auf das Fehlen eines Echtzeit-Beobachtungssystems zurückzuführen war. Der zeitliche Ablauf und die Entwicklung unterschieden sich deutlich von einigen vorangegangenen Ereignissen.

Tropische Instabilitätswellen (TIW)

Engl. tropical instability waves; ein Phänomen, bei dem die Grenze zwischen warmen und kalten Meeresoberflächentemperaturen in Äquatornähe ein regelmäßiges Muster von nach Westen sich ausbreitenden Wellen bildet. Diese Wellen sind oft im Atlantik vorhanden, sind aber leichter im Pazifik erkennbar, wo sie sich von Südamerika nach Westen ausbreiten.
TIWs besitzen Wellenlängen von bis zu 1100 km, eine westwärtige Phasengeschwindigkeit von 30−60 cm/s und Perioden zwischen 15 und 50 Tagen. Ihre Amplitude ist zwischen Juni und November am stärksten. Außerdem besitzen sie unter La Niña-Bedingungen ihre deutlichste Ausprägung, wenn starke El Niño-Bedingungen vorhanden sind, können sie verschwinden. Sie beziehen ihre Energie aus Instabilitäten der meridionalen Scherung zwischen den zonalen äquatorialen Strömungen, d.h. dem westwärts fließenden Südäquatorialstrom und dem ostwärts fließenden äquatorialen Unterstrom sowie dem äquatorialen Gegenstrom.

Im Atlantik und im Pazifik erstreckt sich normalerweise eine Zunge mit kaltem Oberflächenwasser von den Kontinentalrändern nach Westen. Diese Kaltwasserzungen nähren sich von Auftriebswasser aus den Ozeantiefen und werden auf beiden Hemisphären von wärmerem Oberflächenwasser umgeben. Der Temperaturunterschied zwischen den Kaltwasserzungen und dem umgebenden Wasser ist während des Südwinters am ausgeprägtesten. Die pazifische Kaltwasserzunge ist deutlich stärker als die atlantische und hat einen bedeutenden Einfluss auf globale Klimamuster. Tatsächlich ist die Temperatur der pazifischen Kaltwasserzunge das definitorische Merkmal von ENSO. El Niño-Bedingungen herrschen nach offiziellen Kriterien, wenn die mittlere SST in der pazifischen Kaltwasserzunge über 0,5 °C über dem Mittel eines bestimmten Zeitabschnitts eines Jahres liegt, wohingegen La Niña-Bedingungen bestehen, wenn die Temperaturen über 0,5 °C unter dem Mittel liegen.
Häufig erstrecken sich die Kaltwasserzungen nicht in einer geraden Linie, sondern schwenken nach Norden und Süden in einem Muster sinusförmiger Wellen aus, den TIWs.

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Global Sea Surface Temperature Anomalies from June, 2002 to September, 2003 (WMS)

The temperature of the surface of the world's oceans provides a clear indication of the state of the Earth's climate and weather. The AMSR-E instrument on the Aqua satellite measures the temperature of the top 1 millimeter of the ocean every day, even through the clouds. If the average sea surface temperature for a particular date is subtracted from the measured temperature for that date, the resulting sea surface temperature anomaly can be used to accurately assess the current state of the oceans. The anomaly can serve as an early warning system for weather phenomena and can be used to indicate forthcoming problems with fish populations and coral reef health. In this visualization of the anomaly covering the period from June, 2002, to September, 2003, the most obvious effects are a successive warming and cooling along the equator to the west of Peru, the signature of an El Niño/La Niña cycle. Around January 1, 2003, a cooler than normal region of the ocean appears in this region as part of a La Niña and flows westward, driven by the trade winds. The waves that appear on the edges of this cooler area are called tropical instability waves.

The oceans in this animation have been falsely colored. Temperatures warmer than normal are shown in red while cooler than normal temperatures are shown in blue.

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Quelle: NASA GSFC, gleichzeitig Link zur Animation
 

Weitere Informationen:

Tropische Zirkulation

Die tropische Zirkulation der Atmosphäre besteht modellhaft aus einem meridionalen (Hadley-Zelle) und einem zonal (Walker-Zirkulation) Zirkulationsmuster. Beide haben thermische Ursachen.
Hadley-Zelle und Walker-Zirkulation sind lediglich schematische Abstraktionen. So wird in Wirklichkeit ein Luftpaket, das im Bereich des Äquators am Boden einer Ost-West-Strömung unterliegt, keinen geschlossenen Weg in einem Walker-Zirkulationsrad zurücklegen, da es aufgrund der Hadley-Zirkulation auch eine meridionale Bewegungskomponente besitzt.
Beide Systeme besitzen bei unterschiedlichen Phasen des ENSO-Zyklus unterschiedliche Ausprägungen.

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Modell der globalen Zirkulation der Atmosphäre mit den tropischen Hadley-Zellen
Quelle: NASA JPL

 

Die pazifische Walker-Zirkulation, eine große Schleife über fast der Hälfte des Erdumfangs
Quelle: EurekAlert

tropischer Wirbelsturm

60-500 km im Durchmesser große Wirbelstürme mit Orkanstärke (üblicherweise 120-130 km/h, häufig > 200 km/h), die über tropischen, mindestens 27 °C warmen Meeren polwärts  von 4° N bzw. S entstehen. Tropische Wirbelstürme entstehen nur dort, wo die Reibung und damit das Einströmen der bodennahen Luft in das Gebiet tiefen Drucks gering ist. Erst dadurch kann sich ein starker Luftdruckunterschied aufbauen. Ihre Energie beziehen die tropischen Wirbelstürme aus dem Wärmespeicher Ozean: latente Wärme wird bei der Verdunstung aufgenommen, beim Aufstieg kühlt die Luft ab, bei der folgenden Kondensation wird fühlbare Wärme an die Atmosphäre abgegeben und verstärkt die Konvektion noch weiter. Die mächtigen, spiralförmigen Wolkenkomplexe sind sichtbarer Beleg für diese Prozesse. Im Zentrum der Wirbel befindet sich eine 15 - 30 km breite Zone mit nur schwachem Wind und klarem Himmel, das Auge des Orkans. Alle absoluten Extrema von Windstärke, Luftdruck und Niederschlagsintensität für Stundenintervalle sind im Zusammenhang mit tropischen Zyklonen aufgezeichnet worden.
Die tropischen Wirbelstürme werden im karibischen Raum als Hurrikane, im Bereich Chinas und Japans als Taifune, im Golf von Bengalen als Bengalen-Zyklone, im südlichen indischen Ozean als Mauritius-Orkan und an den australischen Küsten als Willy-Willy bezeichnet.

Weitere Informationen:

Troposphäre

Unterer Teil der Atmosphäre mit der Obergrenze Tropopause in einer Höhe von 8-9 km (Pole) bis 16-17 km (Äquator). In der Troposphäre spielen sich die wesentlichen Wettervorgänge ab. Sie ist ferner im räumlichen und zeitlichen Mittel durch eine Temperaturabnahme mit der Höhe gekennzeichnet.

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Upwelling

Englischer Begriff für das Aufströmen von tieferem, gewöhnlich kälterem und dichterem Meerwasser an die Oberfläche mit Schwerpunkten in bestimmten Auftriebsgebieten. In Bereichen mit Upwelling werden beträchtliche Mengen Kohlendioxid an die Atmosphäre abgegeben. Dies ist besonders im äquatorialen Pazifik von Bedeutung, wo 1-2 Gt C/a emittiert werden können. Gleichzeitig sind Auftriebsgebiete durch eine verstärkte Primärproduktion gekennzeichnet.

Der küstennahe Auftrieb kalter und nährstoffreicher Wassermassen vor Peru und Ecuador ist nicht nur für die ansässige Fischerei bedeutend, sondern auch für den globalen Kohlenstoffkreislauf und damit für das Erdklima. Wie sich dieses System in der Vergangenheit entwickelt und verändert hat, untersuchten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des GEOMAR. Die Rekonstruktion zeigte, dass sich der Küstenauftrieb erst mit dem Beginn der jetzigen Warmzeit vor 10.000 Jahren einsetzte und insbesondere seit etwa 4000 Jahren sehr intensiv ist und sich dann kontinuierlich entlang der südamerikanischen Küste nach Norden fortsetzte. Die Studie ist jetzt in der internationalen Fachzeitschrift Paleoceanography erschienen.

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Bild links: Die Gewinnung von Sedimentbohrkernen aus der Tiefsee erfolgt mit sogenannten Kolbenloten.

Bild rechts: Mikrofossilien wie dieser planktisch lebende Einzeller (Foraminifere), die aus den ozeanischen Schlammablagerungen extrahiert werden, speichern in ihren Kalkschalen die Ozean- und Klimaentwicklung der Vergangenheit. Das Verhältnis bestimmter Isotope in den kalkigen Schalen der Foraminiferen kann sehr genau Auskunft über die vergangenen Temperaturen und Salzgehalte des umgebenden Meerwassers geben. Ähnliche Informationen erbringen die organischen Molekularverbindungen, die von kalkbildenden Algen (Coccolithophoriden) produziert werden.

Für die Rekonstruktionen der Auftriebsverhältnisse bearbeitetenWissenschaftler Bohrkerne, die vor Peru mit dem deutschen Forschungsschiff METEOR aus Wassertiefen von 300 bis 1000 Metern gewonnen wurden.

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Quelle: GEOMAR

 

Das Wechselspiel zwischen der Meeresoberfläche und dem Klima ist äußerst komplex. Einerseits speichert der Ozean das klimarelevante Kohlendioxid (CO2). Dieser Prozess funktioniert besonders gut bei niedrigen Wassertemperaturen und wenn große Mengen an Plankton CO2 durch Photosynthese binden. Beide Bedingungen sind in Gebieten gegeben, in denen kaltes, nährstoffreiches Wasser aus der Tiefe an die Oberfläche gelangt.
Andererseits können diese Auftriebsprozesse auch alte, CO2-reiche Wassermassen aus der Tiefe an die Ozeanoberfläche transportieren und das Treibhausgas zurück zur Atmosphäre bringen. Auftriebsregionen sind daher ein besonders spannendes Arbeitsgebiet für die Meeresforschung.

Upwelling

Kalter Benguela-Strom (SW) - Warmer Agulhas-Strom (SO)

Sea Surface Temperature (°C) - HYCOM Analysis 13 April 2008

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Upwelling tritt auf, wenn kaltes Tiefenwasser an die Oberfläche verlagert wird. Es kommt typischerweise entlang von Küsten oder entlang des Äquators als Folge des Ekman-Effektes auf. Dank des Gleichgewichts zwischen Windstress und dem Coriolis-Effekt bewirkt die Windströmung über der Ozeanoberfläche auf der Nordhalbkugel eine rechtsgerichtete Ablenkung des Oberflächenwassers und eine solche nach links auf der Südhalbkugel.

Der naheliegendste Weg um Upwellingzonen aufzuspüren, ist die Suche nach außergewöhnlich niedrigen Meeresoberflächentemperaturen.

In this example we see extensive upwelling along the southwest coast of Africa, shown in deep blue. So, based on the above, from what direction are the prevailing winds blowing?

a) NNW - b) ENE - c) SSE - d) WSW

Feedback: The correct answer is (c) SSE. Because we are looking at the Southern Hemisphere, Ekman surface transport is to the left of the winds. This pushes surface water offshore and deeper water upwells to replace it. Similar upwelling occurs when a southerly wind blows parallel to the west coast of South America or when a wind from the north blows parallel to the California coast. As a reminder, note that meteorologists talk about winds from, while oceanographers discuss currents toward a direction.

In der Grafik sind vor SW-Afrika außer dem Upwelling-Gebiet auch die Auswirkungen des kalten Benguela-Stroms auf die Wassertemperaturen erkennbar und auf der Ostseite des südlichen Afrikas die des warmen Agulhas-Stroms.

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Quelle: MetEd / UCAR (Zugang über kostenfreie Registrierung)
 

In jüngerer Zeit verfolgt man auch ein künstliches Upwelling. Dieses Artificial Upwelling ist eine Technik des Geoengineering, bei der nährstoffreiches, kaltes Tiefenwasser in die Oberflächenschichten des Ozeans gebracht wird. Mit dieser Technologie können verschiedene Zwecke verfolgt werden, wie z. B. Erhöhung der Primärproduktion, Energieerzeugung, CO2-Sequestrierung oder Kühlung.

Chlorophyll-a concentration from SeaWiFS for the 1998–2007 period and Eastern Boundary Upwelling Ecosystems location arbitrarily delimited by the 200 nautical miles offshore limit and latitudinal extensions including seasonal upwelling zones

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Quelle: Progress in Oceanography 2009 (ScienceDirect)
 

Eastern Boundary Upwelling Ecosystems (EBUEs) are some of the most productive marine ecosystems of the world; the four main EBUEs, the Canary, California, Humboldt and Benguela Currents provide one fifth of the marine fish global catch, and contribute significantly to securing food and livelihood strategies in many developing countries.

The Humboldt ecosystem is the EBUE with the strongest interannual (ENSO) and interdecadal variability that affects its biological and abiotic components, ecosystem processes, and fisheries yield, in addition to the variability occurring at seasonal scales. Its subsurface oxygen minimum zone is shallower, more oxygen-depleted and more extended than in the other EBUEs. Despite these apparently detrimental effects, and the fact that this ecosystem does not have the highest levels of primary production, it provides the highest contribution to fish production, mainly due to a single species: the Humboldt anchovy (anchoveta) Engraulis ringens.

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