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ENSO-Lexikon
ENSO-Lexikon

Liste der im Lexikon erklärten Begriffe

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A

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.

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. Sie können das Klima auf zwei Arten beeinflussen: Direkt durch Streuung und Absorption der Strahlung, und indirekt 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.

Weitere Informationen:

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.

Albedowerte

Albedo-Werte aus Modis-Messungen

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).
Image courtesy Crystal Schaaf, Boston University

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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

Artenreiche und vielgestaltige Pflanzengruppe, ein- bis vielzellig, verschieden gefärbt, meist autotroph 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). Algen bilden eine wichtige Grundlage für die folgenden Glieder der Nahrungskette.
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 die biologische Abwasserreinigung. Landalgen besiedeln Felsen, Baumrinden und Böden. Vorkommen seit dem Präkambrium.

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.

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

(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.

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Quelle: UCAR, The COMET Program

 

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.

Links: Schema eines Einzellenmodells für einen Wasserplaneten

 

Rechts: Schema eines Dreizellenmodells für einen Planeten mit Kontinenten

 

 

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Quelle: UCAR, The COMET Program

 

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 Mitführge-schwindigkeit 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 Coriolis-kraft 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.

Links: Die wichtigsten Zirkulationszellen der Atmosphäre

Rechts: 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)

Grafiken zum Vergrößern anklicken! - Quellen: BS Wiki 'Klimawandel', Embry Riddle

 

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, Tief-druckgebiete 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).

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


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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. So 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 (Para) 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

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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)

anthropogen

Menschengemacht oder als Ergebnis menschlicher Aktivitäten.

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.

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 tropischen Strömungskreise, in dem Teile der westwärts transportierten Wassermassen des Nord- und des Südäquatorialstromes retourniert werden.

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.

 

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.

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:

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 Antriebe

Äußere Antriebe beziehen sich auf eine Antriebskraft ausserhalb des Klimasystems, die eine Änderung im Klimasystem verursacht. Vulkanausbrüche, solare Schwankungen sowie anthropogene Änderungen in der Zusammensetzung der Atmosphäre und 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, Fische) traditionell extensiv oder industriell mit hohem Kapitalaufwand gezüchtet. 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. 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.

Aquakultur ist verstärkt in die Kritik geraten durch umweltbelastende, häufig industrielle Haltungssysteme und durch den hohen Input von tierischem Eiweiß, insbesondere von Fischmehl. Aquakulturen verwerten gegenwärtig 35 % des weltweiten Fischmehlangebots mit steigender Tendenz. Die häufig behauptete Schonung der ozeanischen Fischbestände verkehrt sich zumindest für einige Arten von Aquakultur ins Gegenteil (Nature 405, 2000; p. 1017-1024).
Im Anhang befindet sich eine Grafik zum Wirkungsgefüge der Fischmehlthematik.

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.

Weitere Informationen:

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: 12.2.2014

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

Weitere Informationen:

Atacama

Wüstenregion im Norden Chiles mit einer 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.

 

Nazca-South American margin bathymetry and topography


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.

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. 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.

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.

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

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 Horizontal-Geschwindigkeit von Meeres-strömungen, 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).

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.

Auftriebsgebiete in den Meeren um Amerika

 

Prinzip des Küsten-Auftriebs (N-Halbkugel)

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.

 

Prinzip des äqutorialen Auftriebs



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: NASA Goddard Space Flight Center

Zu größerer Darstellung auf Grafiken klicken - 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 1m², gegenüber lediglich ca. 200g 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

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)

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




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:

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.

Azorenhoch

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

B

Bathymetrie

Meßverfahren und Meßmethoden, die zur Bestimmung von Wassertiefen eingesetzt werden, vorwiegend auf Basis der Schallausbreitung im Wasser. An Bord von Wasserfahrzeugen befinden sich zu diesem Zweck Echolotsysteme, die vertikal oder fächerartig Schallimpulse aussenden und deren Laufzeit zwischen dem Schwingersystem und dem Gewässergrund messen. Zugleich wird die Bestimmung der Schiffsposition, z.B. mit GPS, durchgeführt.

Weitere Informationen: NOAA, National Geophysical Data Center

Baumringe

In einem Querschnitt eines Stammes einer Holzpflanze sichtbare konzentrische Ringe von Sekundärholz. Der Unterschied zwischen dem dichten kleinzelligen Holz der einen Saison und dem breitzelligen frühen Holz des darauffolgenden Frühjahrs erlaubt die Altersbestimmung des Baumes. Die Breite und Dichte der Ringe kann mit Klimaparametern wie Temperatur und Niederschlag in Verbindung gebracht werden.

biogeochemische Kreisläufe

Durchläufe von lebensnotwendigen Chemikalien wie Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff und Phosphor durch das Erdsystem.

Biom

Lebensgemeinschaft von Pflanzen- und Tierarten in einem großen Raumausschnitt/Großklimabereich mit charakteristischem Vegetationstyp und einheitlicher Physiognomie, z.B. südamerikanischer Tieflandregenwald, nordafrikanische Wüste, sibirische Tundra usw.

Biosphäre

Der von Leben erfüllte Raum der Erde, von der belebten Schicht der Erdkruste (inklusive der Seen und Ozeane) bis hin zur unteren Schicht der Atmosphäre. Die Biosphäre bildet ein nahezu ausschließlich von der Sonnenenergie angetriebenes globales Ökosystem, das aus Organismen und dem Teil der unbelebten Materie besteht, der mit den Organismen in Wechselwirkung steht. Sie ist gekennzeichnet durch komplexe, weltumspannende Stoffkreisläufe. Die Menschen mit ihren wirtschaftlichen Aktivitäten sind als Lebewesen ebenfalls Bestandteile der Biosphäre. Die Biosphäre ist funktional eng mit der Atmo-, Pedo- und Hydrosphäre vernetzt.

C

Caatinga

Offener, lichter und laubwerfender Trockenwald vom Typ der Dornbaumsavanne in Mittel- und Südamerika. Im Nordosten Brasiliens bedeckt er weite Ebenen, die mit schwach hügeligem und stärker bewegtem Gelände abwechseln. Das Klima im Nordosten ist gleichmäßig warm, mit Temperaturen von 24 bis 26 °C. Die Niederschläge liegen zwischen 500 und 700 mm/a. Die humiden Monate sind Februar bis Mai, die Trockenzeit währt demnach acht Monate. Passate aus NO, O und SO wehen während der Trockenzeit am stärksten. Die Niederschlagsverlässlichkeit ist verhältnismäßig gering. Insbesondere bei El Niño-Ereignissen kann es zu verheerenden Dürren kommen.
Tiefgründig verwitterte Böden wechseln mit Rohböden ab. Sandige Bodenarten überwiegen und haben einerseits steinige, andererseits auch schluffige Beimengungen.
Neben Mimosen kommen zahlreiche Palmen, Dorngewächse und Sukkulenten vor, deren Lebensform auf die ariden Verhältnisse hinweist.

 

Links: Juazeiro

Der immergrüne Juazeiro (Zizyphus juazeiro) gilt als Charakterbaum des Caatinga-Trockenwaldes (südwestlich Garanhuns/Brasilien)

 

Rechts: Großer Flaschenbaum

Großer Flaschenbaum (Cavanillesia arborea) vor dem Caatinga-Trockenwald (Coribe, Santa Maria da Vitoria/Brasilien)

Quelle: Seibert, Paul (1996): Farbatlas Südamerika, Verlag Eugen Ulmer, Stuttgart

 

Dornige Bromeliaceen

 

Dornige Bromeliaceen wie Encholirium spectabile und Kakteen sind ein wesentlicher Bestandteil der Bodenvegetation (nordöstlich Petrolina/Brasilien).

Quelle: Seibert, Paul (1996): Farbatlas Südamerika, Verlag Eugen Ulmer, Stuttgart

 

Die Landnutzung steht unter dem Einfluss der lang anhaltenden und unregelmäßig intensiv auftretenden Dürre. Katastrophale Trockenheit, Missernten, verdurstende Viehbestände, Menschen, die von der Trockenheit und vom Hunger vertrieben werden, prägen ebenso das Bild vom brasilianischen Nordosten, wie auch gelegentliche Starkniederschlagsereignisse.
Im semiariden Innern der Caatinga ist die Viehhaltung (Rinder und Ziegen) die wichtigste Landnutzung. Sie wird in freier Triftweide, aber auch auf eingezäunten Ansaatflächen betrieben. Angebaut werden Baumwolle, Sisal, Erdnuss, Opuntien und in den feuchteren Teilen auch Reis, Maniok u.a. tropische Früchte. Forstwirtschaftlich ist die Caatinga von geringer Bedeutung.

Weidelandschaft in der Caatinga

 

Allenthalben sind noch Gebüsche und Reste des Trockenwaldes erhalten (Coribe - Santa Maria da Vitoria/Brasilien)

Quelle: Seibert, Paul (1996): Farbatlas Südamerika, Verlag Eugen Ulmer, Stuttgart

 

CENSOR

Engl. Akronym für Climate variability and El Niño Southern Oscillation: Implications for natural coastal Resources and management, dt. 'Klimavariabilität und El Niño-Luftdruckoszillation der Südhalbkugel: Auswirkungen auf natürliche Küstenresourcen und Management'. Unter Leitung des Alfred-Wegener-Institut (AWI) in Bremerhaven sollen die vorhandenen Informationen über das küstennahe Ökosystem vor Südamerika zusammengetragen, in Datenbanken erfasst und der Wissenschaft, dem Fischereimanagement, politischen Entscheidungsträgern sowie der breiten Öffentlichkeit zugänglich gemacht werden. Dies wird mit Handlungsvorschlägen für Politiker und Fischereigenossenschaften verbunden sein. Gleichzeitig sollen Arbeiten auf See und im Labor an verschiedenen Orten entlang der Pazifikküste durchgeführt werden.

Eine Kombination von Daten aus der Geschichte und aktuellen Ergebnissen soll als biologisches Vorhersageinstrument für El Niño genutzt werden, um die lokalen Fischer vor Südamerika frühzeitig vor den katastrophalen Auswirkungen zu warnen und den negativen Effekt zu mildern. Zudem sollen positive Auswirkungen auf marine Ressourcen in Zukunft besser genutzt und Alternativen zur herkömmlichen Fischerei entwickelt werden.

Die Datenbank wird auch sog. graue Literatur umfassen, die als eine der wichtigsten Quellen naturwissenschaftlichen Wissens angesehen wird. Dazu zählen Semester- und Diplomarbeiten, Notizbücher und andere nicht veröffentliche Texte aus dem universitären Umfeld. CENSOR sammelt diese Daten, sichtet sie und bringt sie in ein einheitliches Format. Sie werden dann im Weltdatenzentrum für marine Umwelt-wissenschaften (WDC-MARE) archiviert und zugänglich gemacht.

Letztendlich zielt das Projekt darauf ab, neue Managementstrukturen für die marinen Ressourcen eines Küstenökosystems zu entwickeln, das unter dem Einfluss häufiger und starker Klimaschwankung steht. In die zukünftigen Modelle sollen neben der Ökologie von Organismen und Umweltfaktoren auch sozioökonomische Parameter einfliessen. Das Projekt Censor hat am 1. Oktober 2004 begonnen und wird eine Laufzeit von vier Jahren haben. Neben dem AWI sind an dem interdisziplinären Projekt das Zentrum für Marine Tropenökologie in Bremen beteiligt, das GeoForschungszentrum in Potsdam, Institute aus Frankreich und Spanien sowie Partner aus Chile, Peru und Argentinien.

Weitere Informationen:

Chaostheorie

Eine mathematische Theorie, die sich mit Systemen befasst, deren Verhalten scheinbar regellos ist, obwohl ihre Komponenten durch eindeutige Gesetze beherrscht werden. Die Natur zeigt eine Tendenz zu chaotischem Verhalten. So entwickeln großräumige Wettersysteme ungeordnete Strukturen, wenn sie mit komplexeren örtlichen Systemen in Wechselwirkung stehen.

In Bezug auf das ENSO-Phänomen hat man versucht, die Chaostheorie z.B. zur Erklärung der Telekonnektionen heranzuziehen. Eine gewisse Zurückhaltung scheint dabei geboten, da es in vielen Fällen möglicherweise doch plausiblere Erklärungen gibt, die einfach noch nicht gefunden sind. Außerdem bezieht sich die Chaostheorie mehr auf einmalige Ereignisse, wobei aber El Niño durchaus auch viele wiederkehrende Auswirkungen hat, die eben doch im Gegensatz zur obigen Definition nicht regellos zu sein scheinen.

Daneben versucht man auch das schnelle Auftreten von El Niño-Ereignissen und den abrupten Übergang zu La Niña-Bedingungen mit der Chaostheorie zu erklären.

Chlorophyll

Derjenige Farbstoff von Pflanzen, der ihnen ihre grüne Farbe verleiht und das zur Photosynthese notwendige Licht absorbiert. Die intensive grüne Farbe rührt von der starken Absorption des Chlorophylls im roten und blauen Spektralbereich. Aus diesem Grund erscheint das Licht, das vom Chlorophyll reflektiert und ausgesandt wird, grün. Chlorophyll ist in der Lage, Energie des Sonnenlichts über die Photosynthese in chemische Energie zu verwandeln. In diesem Prozess wandelt die vom Chlorophyll absorbierte Energie Kohlendioxid und Wasser in Kohlenhydrate und Sauerstoff um.

CLIVAR

Engl. Akronym für Climate Variability & Predictability; ein internationales Programm zur Erforschung von Klimavariabilität und -vorhersage in Zeitskalen von Monaten bis Dekaden sowie der anthropogenen Klimabeeinflussung. CLIVAR wurde als eine der wichtigsten Komponenten des World Climate Research Programme 1995 begonnen und hat eine Laufzeit von 15 Jahren.

Beachten Sie die CLIVAR-Poster und Transparencies im Anhang.

Nähere Informationen finden Sie im Internet unter: http://www.clivar.org.

Coccolithophoriden

Marine, einzellige Algen, die winzige kalzitische Schuppen, die Coccolithen, ausbilden. Die Coccolithophoriden gehören zum Kalknannoplankton (nano: griechisch für Zwerg), das die heterogene Gruppe aller planktischen kalkigen Fossilien kleiner als 30 µm umfasst. Dabei bilden den mit Abstand dominierenden Anteil an den Nannofossilien. So sind Coccolithophoriden trotz ihrer winzigen Größe von nur 3 bis 30 µm (1 µm = 0,001 mm) eine der bedeutenden Gruppen des marinen Phytoplanktons insgesamt. Sie kommen in der lichtdurchfluteten Zone aller Weltmeere vor und erreichen ihre größte Artenvielfalt in den nährstoffarmen "ozeanischen Wüsten" der Tropen und Subtropen. Da sie im Ozean in großen Mengen auftreten, gehören Coccolithophoriden zu den wichtigsten Primärproduzenten der marinen Ernährungskette.

Zur Altersbestimmung von Sedimenten sowie als Indikatoren von Paläoumweltbedingungen sind Coccolithophoriden ein wichtiges Instrument in der Forschung und den angewandten Geowissenschaften.

Coccolithophoriden stehen an der Basis der marinen Ökosysteme und stellen eine der bedeutenden Phytoplanktongruppen der Weltozeane dar. Sie spiegeln die ozeanographischen Verhältnisse wider, da sie in Häufigkeiten und Artenzusammensetzung neben biotischen Faktoren von den physikalischen und chemischen Eigenschaften des Meerwassers abhängig sind. Über das Stoffwechselprodukt Dimethylsulfid, welches nach der Oxidation in der Atmosphäre als Kristallisationskeim dienen kann, tragen sie zur Wolkenbildung bei. Es besteht daher über den globalen biogeochemischen Kreislauf ein Zusammenhang zwischen Häufigkeiten von Coccolithophoriden und dem Wetter- und Klimasystem.

Darüber hinaus beeinflussen diese kleinen Karbonatproduzenten den globalen Kohlenstoffkreislauf. Sie brauchen Kohlenstoffdioxid (CO2) um Photosynthese durchführen zu können, aber sie geben dieses Treibhausgas ebenso bei der Produktion der Kalkblättchen (Coccolithen) ab, dieser Vorgang ist Teil der sogenannten Karbonatpumpe. Wenn die Algen absterben, sinken ihre Coccolithen, und damit der eingeschlossene Kohlenstoff,  auf den Meeresboden (organische Pumpe). Daher sind Coccolithophoriden wichtige "Akteure" in der Gestaltung des globalen Klimas.

Links: Massive Algae Bloom off Patagonia captured by the Modis Spectroradiometer on NASA’s Aqua satellite on Dec. 21, 2010. Off the coast of Argentina, two strong ocean currents recently stirred up a colorful brew of floating nutrients and microscopic plant life just in time for the Southern Hemisphere's summer solstice. Scientists used seven separate spectral bands to highlight the differences in the plankton communities across this swath of ocean.

Rechts: Like all coccolithophores, Emiliania huxleyi is covered with uniquely ornamented calcite disks. Emiliania huxleyi lives near the surface of the world's oceans. Being photosynthetic, coccolithophores live in the photic zone. Individual plates of this organism are common in marine sediments although complete specimens are more unusual.
In the case of Emiliania huxleyi, not only the shell, but the soft part of the organism may be recorded in sediments. Emiliania huxleyi produces a group of chemical compounds that are very resistant to decomposition. These chemical compounds, known as alkenones, can be found in marine sediments long after other soft parts of the organisms have decomposed. Alkenones are used by earth scientists as a clue to past sea surface temperatures.

Zu größerer Darstellung auf linke Grafik klicken - Quellen: NASA; Earthguide

 

In höheren Breiten können spezielle Arten saisonal gewaltige Blüten erzeugen. Auf Hunderten von Quadratkilometern leben dann temporär Millionen von Individuen in jedem Liter (!) Meerwasser. Wenn Coccolithophoriden optimale Wachstumsbedingungen vorfinden, treten sie so gehäuft auf, dass es zu sogenannten Blüten kommen kann. Besonders die Art Emiliania huxleyi erreicht enorm hohe Zellkonzentrationen, Blüten breiten sich dann über große Gebiete aus. Während dieser Blüte kommt es oft zu einer Überproduktion an Coccolithen welche abgeworfen werden und frei im Wasser schwimmen. Diese Coccolithen sind verantwortlich für eine starke Rückstreuung des Lichts, dadurch sind diese Blüten auf Satellitenbildern sichtbar.

Corioliskraft

Wenn sich ein Teilchen auf der drehenden Erde von einem Punkt zum anderen bewegt, wird es abgelenkt. Die Kraft, die dies bewirkt, wird Corioliskraft genannt (nach Gaspard Gustave de Coriolis, 1835). Auf der Nordhalbkugel lenkt sie ein bewegtes Teilchen nach rechts ab, auf der Südhalbkugel nach links. Für einen Beobachter, der sich nicht auf der drehenden Erde befindet, bewegt sich das Teilchen aber geradlinig durch den Raum. Es wird also nur bezüglich der Erdoberfläche nach rechts bzw. nach links abgelenkt, nicht aber gegenüber dem nicht mitdrehenden Beobachter.

Beispiel: Die Erde dreht sich in 24 Stunden einmal um ihre eigene Achse. Ein Punkt, der sich fix auf der Erdoberfläche am Äquator befindet, hat deshalb eine Drehgeschwindigkeit von 1669 km/h. Ein fixer Punkt am Nordpol hat die Drehgeschwindigkeit 0 km/h. Schauen Sie nun auf den Nordpol und die drehende Erde hinunter. In der Nähe des Nordpols läge ein Luftpaket, das sich bezüglich der Erdoberfläche nicht bewegt, also mit der Erde dreht. Diesem Paket geben Sie nun einen Stoss (siehe animierte Grafik), so dass es sich nach Süden bewegt. Während es dies tut, dreht die Erdoberfläche unter ihm immer schneller, je näher es dem Äquator kommt. Das Luftpaket selber hat aber immer noch die gleiche kleine Drehgeschwindigkeit, die es am Nordpol hatte. Es wird, bezogen auf die Erdoberfläche, nach rechts abgelenkt und beschreibt auf der Erdoberfläche einen Bogen. Bezüglich des Randes der Grafik (der nicht mitdreht) und Ihnen als ortsfestem Beobachter beschreibt das Paket eine Gerade. Daraus wird deutlich, dass die Corioliskraft eine Scheinkraft ist (also keine Arbeit verrichtet), die nur im rotierenden System auftritt.

Es ist eine Übertreibung, zu sagen, die Corioliskraft sei in Äquatornähe generell vernachlässigbar klein. Das Upwelling von kälterem Ozeanwasser in Äquatornähe ist ein Beispiel für die trotz ihres dort geringen Zahlenwertes entscheidende Bedeutung der Corioliskraft. (vgl. Auswirkungen auf die Fischwelt)

Die Corioliskraft ist einer der Gründe, warum Luftteilchen nicht geradlinig vom Hoch in das Tief hinein strömen, sondern Hoch und Tief umströmen und sich in einer Spiralbewegung aus dem Hoch hinaus winden (im Uhrzeigersinn auf der Nordhalbkugel) und sich ebenso in einer Spiralbewegung ins Tief hinein bewegen (gegen den Uhrzeigersinn auf der Südhalbkugel).

Am deutlichsten wird die unterschiedliche Umströmungsrichtung in den Wolkengebilden von Hurrikanen. Betrachten Sie dazu die MPEG Animation der Hurrikane Mitch (N-Hk) und Eline (S-Hk) im Anhang.

Quelle der MPEG-Animation: Dipl.-Met. Thomas Dümmel, FU Berlin, Institut für Meteorologie,
Meteorologische Informations- und Kommunikationssysteme; erstellt mit dem Programm "terra3D".

CTD
CTD-Instrument CTD-Instrument

Bitte anklicken.

Quelle: NOAA

Engl. Akronym für Conductivity (Leitfähigkeit), Temperature (Temperatur), Depth (Tiefe). Es steht für das ozeanographische Standardinstrument zur Messung der o.g. Parameter. Aus der Leitfähigkeit wird unter Berücksichtigung von Temperatur und Druck der Salzgehalt ausgerechnet. Ein CTD-System besteht meist aus einem Unterwassergerät mit Sonde, Kranzwasserschöpfer und Bodenabstandsmessgerät, aus einem Sensor zur Messung der Sauerstoffkonzentrationaus einem Einleitertragekabel mit Winde und aus einer Bordeinheit zur Stromversorgung, Schöpferauslösung und Datenerfassung.

Cumulonimbus

Eine Wolkenart, die sehr dicht und vertikal ausgerichtet und meistens mit Niederschlag und häufig mit Gewittern verbunden ist. Der Begriff ist abgeleitet von lat. cumulus = Anhäufung und nimbus = Regenwolke; die fachliche Abkürzung ist Cb.

Die Cumulonimbus ist die wohl eindrucksvollste Wolkenformation. Der Niederschlag bildet sich als Folge von intensiver Konvektion warm-feuchter und instabiler Luftmassen. Dazu wird bodennahe Luft von der sonnenbeschienenen Erdoberfläche erwärmt, steigt auf und kühlt in höheren Luftschichten ab infolge von Ausdehnung und geringeren Drucks (adiabatische Abkühlung). Dieser Konvektionstyp tritt in den Tropen ganzjährig auf, in höheren Breiten im jeweiligen Sommer.

Wenn gleichzeitig ausreichend Feuchtigkeit in der Atmosphäre vorhanden ist, wird der gasförmige Wasserdampf kondensieren, es bilden sich Wassertröpfchen und Eiskristalle. Bei der Kondensation wird fühlbare Wärme frei, die ihrerseits die Konvektion verstärkt. Dies führt zu den charakteristischen vertikalen Wolkentürmen. Wenn genügend Feuchtigkeit vorhanden ist, die kondensieren und Energie freisetzen kann, vermag die Wolkenmasse mehrere Kondensationszyklen zu durchlaufen und in den Tropen Höhen von bis zu 20 km erreichen. Spätestens dann erreichen die Wolken den Grenzbereich von Troposphäre und Stratosphäre, die Tropopause.

Die Tropopause ist durch eine markante Temperaturinversion gekennzeichnet, d.h. die Temperatur nimmt oberhalb der Tropopause nicht weiter ab sondern zu. Daher kann die Wolkenmasse nicht weiter aufsteigen, und ihre Oberseite verbreitet sich seitlich und flacht ab. So kommt die typische Ambossform der Wolken zustande.

Das Foto unten wurde von Astronauten an Bord der ISS aufgenommen. Die ISS befand sich zum Aufnahmezeitpunkt über dem westlichen Afrika in der Nähe der Grenze von Senegal zu Mali. Die Aufnahme zeigt eine voll entwickelte Ambosswolke von schräg oben und zahlreiche kleinere Cumulonimbus-Türme in ihrer Umgebung. Die großen Energiemengen solcher Erscheinungen bringen unwetterartige Niederschläge, Gewitter und hohe Windgeschwindigkeiten mit sich.

D

Deckschicht

Genauer als "isotherme Deckschicht" bezeichnete oberste Wasserschicht, die gleichmäßige Temperaturen ausweist. In den Tropen ist die dort bis über 25°C warme Deckschicht je nach Strömungsbedingungen bis zu 200 m mächtig. Ihre Untergrenze ist die Thermokline.

Dendrochronologie

Methode zur absoluten stratigraphischen Altersbestimmung von Ablagerungen, Bauwerken und Artefakten innerhalb der jüngsten Erdgeschichte. Die Methode beruht auf Auszählung und Vergleich der Jahresringe von fossilen Bäumen. Sie nutzt verschiedene voraussetztende Prinzipien wie den Aktualismusansatz, um verläßliche Ergebnisse zu erhalten. Darunter versteht man, daß heute dieselben biologischen, chemischen und physikalischen Gestzmäßigkeiten gelten wie in der Vergangenheit.

Klimatische Schwankungen während der Lebenszeit des Baumes (Regenmenge, Temperatur etc.) spiegeln sich in Breite und Dichte der jeweiligen Jahres-Zuwachsringe wider. Als Proxies sind sie daher - vorbehaltlich des Ausschlusses rein regionaler Störfaktoren - ein charakteristischer und vergleichbarer Parameter. Durch den Vergleich unterschiedlich alter Bäume einer Region, deren Lebenszeiten sich überschneiden (cross dating), läßt sich aus der Gegenwart ein "endloser Baum" in die Vergangenheit rekonstruieren. Die Anwendungsmöglichkeit der Dendrochronologie ist sehr stark abhängig von regionalen klimatischen Gegebenheiten. So lassen die ausgeprägten Jahreszeiten der gemäßigten und kühleren Klimate vielfach ausgezeichnete Ergebnisse zu. Für Mitteleuropa gelang über die Analyse von Mooreichen die Erstellung einer Dendrochronologie der letzten 10.000 Jahre. Das homogenere Klima der tropisch-subtropischen Regionen verhindert dagegen weitgehend die Ausbildung charakteristischer Schwankungen im Bau der Jahresringe. Im Bereich der Geowissenschaften findet die Dendrochronologie Anwendung bei der Datierung holozäner Sedimente von Seen, Flüssen, Mooren oder Bergrutschen. Wesentlich bedeutender ist allerdings der Nutzen für die Archäologie im Rahmen der Altersbestimmung historischer und prähistorischer Gebäude und Geländefunde.

 

Study looks at El Niño and Tree-rings

A paper published in Nature Climate Change (July 2013) looks at El Niño/Southern Oscillation (ENSO) patterns in recent years, and their effect on tree-rings.
Predicting how ENSO will change with global warming is of enormous importance to society. ENSO exhibits considerable natural variability at interdecadal–centennial timescales. Instrumental records are too short to determine whether ENSO has changed and existing reconstructions are often developed without adequate tropical records.
The inclusion of tropical records enables scientists to achieve unprecedented accuracy, as attested by high correlations with equatorial Pacific corals and coherent modulation of global teleconnections that are consistent with an independent Northern Hemisphere temperature reconstruction.
Author Jinbao Li examined a seven-century long ENSO reconstruction based on 2,222 tree-ring chronologies from places as far apart as Indonesia, New Zealand and South America. In places where there is a lot of rain, the tree-rings grow wider in El Niño years, but narrower in places that dry up.
These proxy records all indicate that ENSO was unusually active in the late 20th century compared to the past seven centuries, implying that this climate phenomenon is responding to ongoing global warming.

Quelle: RMetS

 

Weitere Informationen: "Klima und Jahrring - eine dendroklimatologische Netzwerkanalyse zentraleuropäischer Chronologien", Poster des Geographischen Instituts, Universität Bonn

Denguefieber

Syn. Dandyfieber, Siebentagefieber; durch Stechmücken der Gattung Aëdes aegypti von Mensch zu Mensch übertragene Infektionskrankheit der Tropen und Subtropen. Erreger ist das Denguevirus; Kennzeichen sind, nach einer Inkubationszeit von 5 bis 8 Tagen, v.a. Fieber, Gelenk- und Muskelschmerzen, Schwellung der Lymphdrüsen sowie Hautausschlag. Jährlich werden etwa 10 Mio Menschen infiziert. Ein Impfstoff ist in der Entwicklung. Das Denguefieber kann durch lang anhaltende Regenfälle, welche die Entwicklung der Stechmücken fördern, begünstigt werden. Insofern begünstigen El Niño-Episoden mit ihren regional verstärkten Niederschlägen seine Verbreitung.

Diatomeen

Syn. Kieselalgen; seit dem Lias bekannte, ca. 30.000 Arten umfassende Gruppe von einzelligen, photosynthetischen Organismen, deren Zellwand aus amorphem oder opalartigem, fast glasähnlichem Quarz (SiO2) und geringen Mengen Cellulose besteht. Das stabilitätgebende SiO2 bildet komplexe Muster aus Vorsprüngen und Vertiefungen, die vielfach als Erkennungsmerkmal der einzelnen Diatomeenarten dienen. Im Cytoplasma befindet sich der grüne Farbstoff Chlorophyll, aber da auch das gelbe Xanthophyll und andere Pigmente vorhanden sind, sehen Kieselalgen gelblichbraun aus. Jede Diatomeenzelle besteht aus zwei Hälften, von denen eine Hälfte etwas größer als die andere ist, so dass sie wie Deckel und Boden einer Käseschachtel ineinander passen.

Diatomeen bilden häufig längliche oder verzweigte Kolonien. Sie leben sowohl in Süß- wie auch in Salzwasser. Wenn sie frei treibend in den oberen Schichten der Wassersäule vorkommen, sind sie Bestandteil des Planktons.
Im Meer kommen die staubkorngroßen Diatomeen massenhaft in den küstennahen Gewässern der Kontinentalschelfe vor sowie in den äquatorialen und polaren Auftriebsgebieten. Zusammen mit anderen Planktonarten bilden sie das erste Glied der Nahrungskette im Meer.

In Auftriebsgebieten hat man Leistungen der C14-Primärproduktion von mehr als 500 g Kohlenstoff pro Quadratmeter und Jahr gemessen. Als Mittelwert werden 225 g angegeben. In den Auftriebsgebieten beginnt die Entwicklung des Phytoplanktons in etwa 50 m Tiefe, wo die Lichtintensität gerade ausreicht für die Photosynthese. Die Menge der Diatomeen steigert sich im Laufe von etwa einem Monat in dem Maße, wie das nährstoffeiche Wasser mit den Algen in immer lichtreichere Zonen aufsteigt. An der Meeresoberfläche breiten sich die Flecken des Auftriebswassers in ablandiger Richtung weiter aus und lassen sich im Verlauf weitere Monate mehrere hundert Kilometer weit verfolgen, bis schließlich die Nährstoffe im Wasser erschöpft sind. Ist nicht ausreichend Zooplankton als nächste Stufe der Nahrungskette vorhanden, sinken große Mengen von Diatomeen ungefressen nach dem Absterben zum Meeresboden.

Über geologische Zeiträume hinweg hat die Photosynthese der Diatomeen zum Sauerstoffgehalt der Atmosphäre beigetragen, und ihre Schalen bilden Quarzsedimente am Ozeanboden. Dieser Diatomeenschlamm tritt meist in kühlerem Wasser bei 1.000 bis 4.000 m Meerestiefe auf und bedeckt ca. 8 % des Meeresbodens. Die Zusammensetzung verschiedener Diatomeen-Spezies in Ozeanbohrkernen korreliert oft mit den Meeresoberflächentemperaturen der geologischen Vergangenheit.
Auf dem Festland durch Diatomeen im Süßwasser gebildete Ablagerungen heißen Kieselgur oder Diatomeenerde.

 

Links: Chaetoceros debilis Cleve, subgenus Hyalochaete

 

 

Rechts: Planktoniella sol

 

Quelle: http://thalassa.gso.uri.edu/flora/

 

Weitere Informationen:

Dichte

Dichte ist einer der wichtigsten Parameter bei der Untersuchung der Meeresdynamik. Schon kleine horizontale Dichteunterschiede, beispielsweise durch unterschiedliche Oberflächenerwärmung hervorgerufen, können starke Strömungen verursachen.
Ozeanographen benutzen gewöhnlich das Symbol σt (der griechische Buchstabe Sigma mit einem tiefgestellten t) zur Bezeichnung von Dichte und sprechen es "Sigma-t" aus. Eine typische Meerwasserdichte ist σt = 25.

Weitere Informationen:

Dinoflagellaten

Griech.-lat., einzellige, planktisch lebende Flagellaten. Ihre  Zellhülle besteht häufig aus panzerartigen Celluloseplatten, in deren Längs- und Querfurchen zwei ungleiche Geißeln zur Fortbewegung schlagen. Die meisten Dinoflagellaten enthalten Chlorophyll und betreiben Photosynthese. Zusammen mit den Kieselalgen (Diatomeen) sind Dinoflagellaten als Primärproduzenten organischer Stoffe in ozeanischen Nahrungsketten von besonderer Bedeutung und bilden den Hauptteil des pflanzlichen Planktons. Da Dinoflagellaten wie andere komplex gebaute einzellige Organismen sowohl Merkmale von Pflanzen- als auch von Tierzellen besitzen, werden sie von Zoologen zu den Protozoen (Einzeller) und von Botanikern zu den Algen gezählt. 
Dinoflagellaten leben vorwiegend marin, und einige Arten können durch starke Massenvermehrungen zu einer roten Vegetationsfärbung (Wasserblüte) führen, die man auch als Red Tide bezeichnet. Manche Arten verursachen durch Biolumineszenz Meeresleuchten. Einige Arten der Gattung Gymnodinium und Gonyaulax scheiden giftige Substanzen aus, die als Nervengift wirken und dadurch vielfach ein umfangreiches Fisch- und Muschelsterben verursachen. Beim Verzehr von infizierten Fischen oder Muscheln sind diese Gifte unter Umständen auch für den Menschen tödlich.

Doldrums

Äquatorialer Kalmengürtel, der durch niedrigen Luftdruck, leichte umlaufende Winde, aufsteigende Luftbewegung und starke Niederschläge gekennzeichnet ist.

Doppler-Radar

Das so genannte Doppler-Radar wird häufig für Geschwindigkeitsmessungen von Objekten wie Fahrzeugen verwendet. Bei diesem System strahlt der Sender elektromagnetische Wellen auf einer festen Frequenz aus. Signale, die von sich relativ zur Antenne bewegenden Objekten reflektiert werden, besitzen aufgrund des Doppler-Effekts eine andere Frequenz. Das Verhältnis von Frequenzunterschied zu Sendefrequenz ist gleich dem Verhältnis von Zielobjektgeschwindigkeit zu Lichtgeschwindigkeit.

Stellt man einen Radarempfänger so ein, dass er Echos derselben Frequenz des Empfängers ignoriert und nur die Echos einer anderen Frequenz verstärkt, so zeigt er nur Objekte in Bewegung an. Mit Hilfe dieses Empfängers lassen sich z.B. die Geschwindigkeiten von Fahrzeugen registrieren. Anlagen und Radargeräte, die auf diesem Funktionsprinzip beruhen, setzt beispielsweise die Verkehrspolizei im Straßenverkehr ein.

Eine sehr hoch entwickelte Anwendung sind die sog. Windprofiler, mit denen ein vertikales Profil der Windbewegungen durch die Atmosphäre gelegt werden kann. Windprofiler sind sehr hoch gezüchtete Dopplerradare. Da die Atmosphäre immer turbulent ist, gibt es überall kleinste Variationen der Temperatur, der Feuchte, des Druckes, damit der Dichte und so auch des Brechungsindex.  Diese turbulenten Elemente bewegen sich mit der Luftmasse, also mit dem Wind. Wegen der Variation des Brechungsindex entstehen an den Turbulenzzellen Echos der vom Radar ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung, sog. "clear air echos". Diese sind extrem schwach, Windprofiler haben aber eine extrem hoch gezüchtete Datenverarbeitung, die es erlaubt, diese Echos auch dann noch auszuwerten, wenn sie 20 bB schwächer sind als das Rauschen! Wenn man dann die Doppler-Verschiebung in diesen Signalen bestimmt hat, kann die Radialgeschwindigkeit der Luft entlang des Radarstrahls bestimmt werden. Mit einer einfachen Geometrie - ein Strahl vertikal, je ein Strahl nach Westen und Süden leicht geneigt - kann so aus den gemessenen Radialgeschwindigkeiten der dreidimensionale Windvektor als Funktion der Höhe berechnet werden.

Downwelling

Englischer Begriff für ein Zirkulationsmuster, bei dem Oberflächenwasser vertikal in tiefere Schichten des Meerwassers verlagert wird. Es tritt dort auf, wo Winde Oberflächenwasser gegen eine Küste treiben oder gegen eine andere, gegenläufige Wassermasse.

Im Unterschied zu Auftriebsgebieten sind Regionen mit Abtrieb durch geringe biologische Produktivität gekennzeichnet.

 

Profil des äquatorialen Pazifiks mit Skizzierung
des Auf- und Abtriebs

 

Zum Auftreten von Downwelling muss nach Ekman ein südwärts gerichteter Wind vorhanden sein - dies ist an der Ostküste Australiens der Fall, wohingegen ein nordwärts gerichteter Wind für das Entstehen von Upwelling Voraussetzung ist, wie z.B. an der Westküste Südamerikas.

 

 

Drifter

s. Treibboje

Dürre

Klimatisch bedingte Trockenperiode mit sehr geringen Niederschlägen und hohen Temperaturen. Je größer das Wasserangebot vom Mindestbedarf der Vegetation abweicht, desto gravierender ist eine Dürre.

Landwirtschaftliche Dürren bezieht sich auf Feuchtigkeitsdefizite ungefähr im obersten Meter des Bodens (die Wurzelzone), der die Nutzpflanzen beeinflusst; meteorologische Dürren sind hauptsächlich anhaltende Niederschlagsdefizite; hydrologische Dürren beziehen sich auf unterdurchschnittlichen Abfluss, See- oder Grundwasserspiegel.

Eine Dürre wird zur Dürrekatastrophe, wenn durch die Degradation der Vegetation und den Wassermangel die Lebensgrundlagen der Menschen zerstört sind. Totale Ernteausfälle, Viehsterben, Hungertod und Massenmigration können die Folgen sein. Dürrekatastrophen sind auf eine Kombination klimatischer und anthropogener Faktoren zurückzuführen: Ökologisch nicht angepasste Landnutzung wie Überweidung, ackerbauliche Übernutzung und übermäßiger Holzeinschlag können im Falle einer Dürre zur Dürrekatastrophe führen. Eine Megadürre ist eine sich lange hinziehende und verbreitete Dürre, die viel länger als normal dauert, üblicherweise ein Jahrzehnt oder mehr.

Weitere Informationen: Extreme Dürrezeiten in der Sahelzone: Ursachenforschung und Modellrechnung (DKRZ-Poster)

E

Eisbohrkern

Wichtige Methode in der Paläoklimatologie zur Gewinnung von Proxydaten und damit zur Ausweisung bzw. Rekonstruktion von Klimaveränderungen. Eisbohrkerne werden in den Zentralbereichen von polaren Eisschilden und Eiskappen gewonnen (Gletschertypen). Man geht von einer geringen, kalkulierbaren Eisbewegung, einer jährlichen Akkumulation mit ausweisbarer Jahresschichtung und der Abwesenheit von Schmelzwasser im Prozess der Schneemetamorphose und Eisgenese aus. Man analysiert an Eiskernen die Zusammensetzung der in den kleinen Luftporen des Eises eingeschlossenen Luft, die Aufschluss über die Zusammensetzung der Atmosphäre zum Zeitpunkt der Schneeakkumulation bzw. Eisentstehung geben soll. Das Verhältnis der Sauerstoffisotopen (18O/16O) gibt Aufschluss über die Paläotemperatur, der Aciditätsindex (gemessen über die elektrische Leitfähigkeit) über die im Eis enthaltenen Gase aus Vulkanausbrüchen. Der "dust veil index" (DVI) liefert Aussagen über die ebenfalls im Eis enthaltenen Staubpartikel, auch sie stammen von Vulkanausbrüchen.

Üblicher Arbeitszyklus

Quelle: Deutsches Museum

Park- und Profilnahmezyklus

Links: Eisbohrkerne werden tiefgefroren, um sie zu erhalten und in Ruhe in den Forschungslabors in der ganzen Welt untersuchen zu können.

Helle Schichten im Eis entstanden in Wintern, dunklere in Sommern. Sie werden wie Jahresringe bei Bäumen abgezählt. Durch Einlagerungen wie z.B. Vulkanasche und Staub lassen sich die Schichten genau datieren. Luftblasen sind im Eis eingeschlossen. Durch sie kann man die Zusammensetzung der Luft in früheren Zeiten analysieren.

Rechts: Von den vielen Stoffen, die in den Eisbohrkernen enthalten sind, zeigt die Grafik zwei: Den Gehalt an Sulfat (gelb) und den Anteil des Sauerstoffisotops 18O.

Die gelbe Kurve zeigt sehr genau, dass sich im Eis auch die Auswirkungen von Ereignissen an anderen Ecken der Welt ablesen lassen. Die hohen Ausschläge markieren große Vulkanausbrüche, die viel Sulfat in die Atmosphäre geschleudert haben. Sie lassen sich relativ genau datieren. Bei einigen kann man das Ausbruchsjahr nur ungefähr angeben, daher ist die Abweichung +/- x hinter der Jahreszahl vermerkt.

Die blaue Kurve zeigt, bei welcher Temperatur das Eis einmal gefroren ist. Im Mittel waren das -45°C. Wärmere, rot markierte und kältere gekennzeichnete Phasen werden hier ganz deutlich.

Eisbohrkerne liefern, insbesondere bei Kombination mit anderen paläoklimatischen Methoden, wertvolle Erkenntnisse über die Atmosphäre und die Klimaverhältnisse der letzten rund 100.000 Jahre. Sie sind jedoch nicht unproblematisch, weil die Analyse sehr sorgfältig erfolgen muss, um Kontaminationen und dadurch Verfälschung der Ergebnisse zu vermeiden. Durch die geringe winterliche Schneeakkumulation und den Einfluss der Winddrift ist mit regionaler Differenzierung zu rechnen und eine Korrelation verschiedener Eisbohrkerne notwendig.

Weitere Informationen: http://www.awi-bremerhaven.de

Ekman-Spirale

Nach dem schwedischen Ozeanographen V. Walfrid Ekman (1874-1954) geprägter Ausdruck für die Tiefenabhängigkeit von Wasserbewegungen im Meer, die sich idealerweise in einer vertikalen Spirale äußert.

Wind, der über eine Wasseroberfläche weht, übt eine Schubkraft auf diese in Windrichtung aus. Die Corioliskraft lenkt die Bewegung ab, auf der Nordhalbkugel nach rechts, auf der Südhalbkugel nach links. An der Oberfläche liegt die Strömungsrichtung 45° zum Wind. Über Reibungkräfte teilen die an der Oberfläche bewegten Wasserteilchen die Schubkraft des Windes auch tieferliegenden Schichten mit. Durch die Reibung verringert sich die Geschwindigkeit, und die Richtung ändert sich stetig mit der Coriolis-Beschleunigung, so dass die Endpunkte der Vektoren eine Spirale beschreiben. Mit fortschreitender Tiefe werden Geschwindigkeit und Reibung vernachlässigbar klein.

Die gesamte unter dem Einfluß von Windschubkraft und Reibung stehende Schicht, deren Dicke je nach Windstärke und geographischer Breite zwischen 40 und 100 m beträgt, wird Ekman-Schicht genannt. An ihrer Unterseite, der Ekman-Tiefe, hat sich die Strömungsrichtung um 180° gedreht, und der Betrag der Strömung hat auf 1/23 des Oberflächenwerts abgenommen. Die durchschnittliche Richtung (auch "Nettotransport" oder "resultierende Gesamtströmung") des Wassertransportes in der Ekman-Schicht wird gemeinhin als Ekman-Transport bezeichnet und ist 90° zur Windrichtung. Wenn also der Wind an der peruanischen Küste nach N weht, dann treibt er das oberflächennahe Wasser nach W in den o+ffenen Pazifik. Entsprechend verursacht ein Ostwind am Äquator in der windgetriebenen oberflächennahen Meeresströmung eine Divergenz weg vom Äquator, hin zu beiden Hemisphären und bewirkt so einen Auftrieb entlang des Äquators.

Die Ekman-Theorie trägt wesentlich zur Erklärung von Auftriebsprozessen bei. Diese sind die hauptsächlichen Ursachen für Kaltwassergebiete im eigentlich subtropischen Bereich an den westlichen Küsten der Kontinente und entlang dem Äquator.

Elektrische Leitfähigkeit

Die elektrische Leitfähigkeit von Meerwasser hängt von der Anzahl gelöster Ionen pro Volumeneinheit (Salinität) sowie der temperatur- und dichtebeeinflussten Beweglichkeit der Ionen ab. Die entsprechende physikalische Einheit ist mS/cm (milli-Siemens pro Zentimeter). Die Leitfähigkeit erfolgt in gleichem Maße wie eine Salinitätszunahme von 0,01, eine Temperaturzunahme von 0,01 °C, und eine Tiefenzunahme (d.h. Druckerhöhung) von 20 m.

El Niño

1. Das Christkind

2. Ursprünglich die Bezeichnung für die relativ regelhafte und mäßige weihnachtliche Erwärmung der Küstengewässer vor Ecuador und Nordperu durch eine südwärtige Wasserströmung (la corriente del niño) sowie die begleitende Witterung. Es handelt sich um Warmwassermassen des äquatorialen Gegenstroms (engl. equatorial countercurrent), die im Zuge des Jahreszeitenwechsels um die Weihnachtszeit für wenige Wochen an die südamerikanische Westküste bis ca 4 °S vordringen können.
Die Sonnenstrahlen besitzen um diese Zeit einen steilen Einfallswinkel (südhemisphärischer Sommer) und damit eine starke Strahlungsintensität. Die große Regelmäßigkeit der Erscheinung ließ die peruanischen Fischer auf den Namen El Niño (Christkind) kommen. Sie markiert das Ende der normalen Fangsaison. Bei dieser saisonalen Erscheinung bleiben zwar einerseits die für die Fischindustrie wichtigen Anchovis aus, andererseits kommen mit dem warmen Wasser Haie, Schwert- und Thunfische als geschätzte weihnachtliche Abwechslung in die Reichweite der Fischer.
Von Caviedes befragte peruanische Historiker konnten als erste Erwähnung des Begriffs 'El Niño' in halbwegs wissenschaftlichen Arbeiten die Jahreszahlen 1891, 1892 und 1894 benennen. Es ging dabei um Berichte über die katastrophalen Auswirkungen des besonders starken El Niño-Ereignisses von 1891.

3. Name für den gelegentlichen Zustrom von ungewöhnlich warmem Wasser in die normalerweise kühle Wasserregion (Auftrieb) vor der peruanischen Küste, mit begleitender Störung der lokalen Fisch- und Vogelpopulationen.

4. Austauschbar mit dem Begriff ENSO verwendete Bezeichnung, die Veränderungen der Wechselwirkungen zwischen Meer und Atmosphäre entlang des äquatorialen Pazifik in seiner ganzen Breite beschreiben.

5. Heute korrekterweise die Bezeichnung für ein ENSO-Warmereignis, das eine "anomale" ozeanographische Erscheinung mit wesentlichen meteorologischen Auswirkungen und Abhängigkeiten beschreibt, die in mehr oder weniger regelmäßigen Abständen (etwa alle 3-8 Jahre, also quasi-periodisch) im südpazifischen Raum zwischen der Westküste Südamerikas und Indonesien bzw. Australien auftritt. El Niño ist dynamisch verknüpft mit der Southern Oscillation, einer Luftdruckschaukel über dem tropischen Pazifik.
Zur Unterscheidung von dem seit wenigen Jahren beschriebenen und gehäuft auftretenden El Niño Modoki, wird der traditionelle El Niño auch als Eastern Pacific (EP) El Niño bezeichnet.

Zu den weiteren Merkmalen eines El Niño gehören folgende Erscheinungen:

  • Regionale Erwärmung im östlichen Pazifik als Folge einer südgerichteten warmen Oberflächenströmung, die ursprünglich einer W-O gerichteten Erwärmung des tropischen Pazifik-Beckens entstammt.
  • Absenkung der Thermokline im östlichen tropischen Pazifik; Verlagerung des Niederschlags vom westlichen in den östlichen Pazifik
  • Veränderungen des Meeresspiegels (Erhöhung im Bereich der Warmwassermassen wegen der geringeren Dichte und des niederschlagsbedingt geringeren Salzgehaltes).
  • Schwächung der Passate
  • nachhaltige Störung der Walker-Zirkulation

Die Liste spiegelt die Vielfalt der Begriffsinhalte wider, gleichzeitig wird deutlich, dass sie alle keinen quantitativen Charakter haben. Solche Abgrenzungen nach quantitativen Kriterien liegen seit einigen Jahren von verschiedenen Organisationen vor: Multivariater ENSO Index (MEI), Southern Oscillation Index (SOI), JMA-Index, TOPEX/Poseidon-El Niño-Index und Oceanic Niño Index (ONI).

Die unterschiedlichen Indizes gehen im Detail von unterschiedlichen Definitionen aus, wann konkret ein El Niño-Ereignis vorliegt. Im Herbst 2003 haben sich amerikanische Wissenschaftler und Regierungs-Experten auf den Oceanic Niño Index (ONI) als einheitlichen Messindex und operationelle Definitionsgrundlage für El Niño geeinigt. Dieser basiert auf der Meeresoberflächen-Temperatur in einem bestimmten Gebiet des Pazifiks. Ein El Niño ist dann gegeben, wenn der Index über mindestens fünf Monate eine positive Abweichung von über 0,5 °C aufweist.

Generell muss jede El Niño-Definition dynamisch gesehen werden und dem aktuellen Wissensstand angepasst sein (vgl. die jüngste Beschreibung eines El Niño Modoki).

Monatliche Anomalie

des Meeresspiegels (mm)

in Santa Cruz, Ecuador (blaue Linie)

und Pohnpei, Föderierte Staaten von Mikronesien (rote Linie)

während des El Niño 1991-92

 

Quelle: University of Hawaii Sea Level Center in
"The 1997-1998 El Niño Event: A Scientific and Technical Retrospective" (WMO)

Ein El Niño-Ereignis dauert etwa zwölf bis achtzehn Monate und hat seinen Höhepunkt zwischen Dezember und Juni. Allerdings gab es - definitionsabhängig - vor kurzem eine Ausnahme: Ein Ereignis dauerte von Mitte 1990 bis Mitte 1995. Der Niño von 1997/98 war von deutlich kürzerer Dauer, wird aber von Spezialisten der NOAA wegen seiner hohen Energieumsätze, seines frühen Beginns und seines schnellen Auf- und Abbaus als das Wetterereignis des Jahrhunderts bezeichnet.

Die Intensität eines El Niño-Ereignisses kann zwischen schwach über mäßig bis stark oder außergewöhnlich variieren. Eine starke Ausprägung macht es wahrscheinlicher, dass die Klimaverhältnisse in weit vom Pazifikbecken entfernten Räumen beeinflusst werden, wohingegen schwache El Niño-Ereignisse sich vorwiegend in den Staaten Pazifikrandes auswirken. Empirisch haben sich weltweit folgende El Niño-Brennpunkte mit typischen Erscheinungen herausgeschält:

  • Dürren in Zimbabwe, Mozambique und Südafrika
  • Trockenheitsbedingte Nahrungsmittelknappheit in Äthiopien
  • Warme Winter in der Nordhälfte der USA und im südlichen Kanada
  • Starkniederschläge im südlichen Ecuador und in Nordperu
  • Dürren in NO-Brasilien (Nordeste)
  • Überschwemmungen in Südbrasilien
  • Dürren und Wald-/Torfbrände in Indonesien
  • Dürren auf den Philippinen und im tropischen Atlantik
  • Korallenbleichen weltweit
  • Dürren in verschiedenen südpazifischen Inselstaaten
  • Dürren in Ostaustralien
  • starke Niederschläge in Südkalifornien

El Niño im aktuellen Sinne ist vorhersagbar, da eine Verzögerung zwischen dem Phänomen selbst und seinen klimatischen Konsequenzen existiert. Die Vorhersagen für den El Niño von 1997/98 hatten eine hohe Treffergenauigkeit, auch hinsichtlich seiner Telekonnektionen (NOVAonline). Daher wird El Niño für das Austesten von Modellen zur Klimavorhersage verwendet. In den letzten viereinhalb Jahrhunderten scheint El Niño trotz teilweise erheblicher Klimaschwankungen die Häufigkeit seines Auftretens nicht geändert zu haben. Das Phänomen El Niño ist in vielen seiner Mechanismen gut verstanden. Unklar sind aber nach wie vor seine wirklichen Ursachen. Es besteht eine ausgesprochene Henne-Ei-Beziehung zwischen den Änderungen von Ozeantemperaturen einerseits und Änderungen der atmosphärischen Druckgradienten und Windsysteme andererseits. Beide treiben sich gegenseitig an, aber keine Seite ist eindeutig oder generell "der" Auslöser des El Niño. Sie interagieren und bilden den komplexen Vorgang ENSO.
Die Frage nach dem 'Warum' von El Niño kann damit beantwortet werden, dass es sich dabei um einen Standardmechanismus unseres Systems Erde handelt, mit dem es Wärmeüberschuss aus den Tropen in die Außertropen transportiert. Dies geschieht während eines Niños über die stärkeren Winterstürme, beispielsweise in Kalifornien und Chile.
Das Alter der Erscheinung rechnet sich mindestens nach einigen Tausend Jahren. Ob El Niño während der Kaltzeiten existierte, ist wahrscheinlich, aber noch umstritten, auch seine damalige Frequenz und Stärke. Die extremste Einschätzung hinsichtlich des Alters von El Niño reicht bis ins Pliozän mit der Schließung des Isthmus von Panama, die eine Differenzierung der Wärme- und Zirkulationsverhältnisse in Atlantik und Pazifik mit sich brachte.

Nach Angaben von Wissenschaftlern um Michael Wara von Universität von Kalifornien in Santa Cruz wurde während langer Phasen des Pliozäns der tropische Pazifik sogar dauerhaft von Klimaverhältnissen geprägt, wie sie gegenwärtig nur während so genannter El-Niño-Ereignisse in der Region auftreten. Danach herrschten folglich vor 4,5 bis 3 Mill. Jahren weitgehend ausgeglichene, warme Temperaturverhältnisse im tropischen Pazifik mit einem nur geringen Gefälle zwischen dem westlichen und dem östlichen Teilbereich von etwa 1,5 °C. Auch lag die thermale Sprungschicht vor der Küste Südamerikas wesentlich tiefer als während der meisten Jahre heutzutage. Dagegen zeigt sich in der gegenwärtigen Erdperiode außerhalb von so genannten El-Niño-Jahren ein viel stärkerer Temperaturkontrast zwischen dem eher kalten Ost- und dem warmen Westpazifik von etwa 5 °C, der vor allem durch kaltes Auftriebswasser vor Südamerika verursacht wird. Die Schlüsse ziehen die Forscher aus den Untersuchungen von ungefähr 400 Sedimentproben von den Küsten Indonesiens und der Galapagos-Inseln. Diese Bohrkerne beinhalten die Schalen von Foraminiferen - marine Einzeller -, die im Oberflächenwasser der Meere leben. In Abhängigkeit von der jeweiligen Wassertemperatur bilden sich in ihren Schalen unterschiedliche Verhältnisse von Magnesium zu Kalzium aus, sodass sich daraus die Temperaturkurve vergangener Zeiten ablesen lässt. Die Rekonstruktion der Tiefenlage der thermalen Sprungschicht im Ostpazifik basiert zudem auf Messungen unterschiedlicher Sauerstoffisotopengehalte in den ebenfalls sedimentierten Schalen einer oberflächennah und einer in tieferen Gewässern schwimmenden Foraminifera.

Weitere Informationen:

El Niño Modoki

Bezeichnung für einen neuen El Niño-Typ im tropischen Pazifik, der sich vom traditionell-klassischen El Niño in Bezug auf seine räumlichen und zeitlichen Charakteristika, wie auch hinsichtlich seiner Telekonnektionsmuster unterscheidet.
Der traditionelle oder kanonische (mustergültige) El Niño ist auf einen zungenförmigen Bereich entlang des Äquators beschränkt, mit einem Zentrum warmer SSTA im zentralen und östlichen Pazifik, wohingegen El Niño Modoki ein meridional breiteres Hufeisenmuster mit einem Zentrum warmer SSTA im zentralen tropischen Pazifik aufweist, das von kühlen SSTA im westlichen und östlichen Pazifik flankiert wird.

2 Nino-Typen

Traditional El Niño and El Niño Modoki

 

Composite SSTA (units: °C) for (a) traditional El Niño and (b)
El Niño Modoki. The contour interval is 0.3°C in (a) and 0.2°C in (b).
Negative contours are dashed. Positive (negative) values are shaded dark (light) when they pass the 95% Student's t-test.

Quelle: Li, G., B.-H. Ren, C.-Y. Yang, et al., 2010: Traditional El Niño and El Niño Modoki revisited: Is El Niño Modoki linearly independent of traditional El Niño? Atmos. Oceanic Sci. Lett., 3, 70−74.

Der traditionelle El Niño, auch Eastern Pacific (EP) El Niño genannt, besitzt als wesentliches Merkmal Temperaturanomalien im Ostpazifik. In den vergangenen zwei Jahrzehnten wurden jedoch nicht-traditionelle El Niños beobachtet, bei denen der übliche von Temperaturanomalien betroffene Raum nicht höheren Temperaturen ausgesetzt ist, sondern bei dem die Anomalie den zentralen Pazifik betrifft. Diese Erscheinung wird Central Pacific (CP) El Niño, Datumsgrenzen-El Niño (da die Anomalie nahe der Datumsgrenze einsetzt) oder El Niño "Modoki" (Modoki ist das japanische Wort für 'ähnlich, aber verschieden').
Der erste El Niño, der im zentralen Pazifik entstand und von dort ostwärts wanderte, wurde im Jahr 1986 berichtet. El Niño Modoki-Ereignisse traten in folgenden Jahren auf: 1991-92, 1994-95, 2002-03, 2004-05, 2009-10. Der letztgenannte war gleichzeitig der bislang stärkste.
Die angenommene Verbindung zwischen globaler Erwärmung und einer zunehmenden Zahl von El Niño Modoki, sowie einer stärkeren Intensität muss durch längere Zeitreihen und die Untersuchung vergangener El Niño-Episoden belegt werden. Die bereits beobachteten Veränderungen des El-Niño-Musters könnten auch auf einer natürlichen Schwankung mit einem Zehn- bis Hundertjahresturnus beruhen. „El Niño Modoki“ könnte demnach in vielleicht 30 Jahren wieder verschwunden sein.
Die Auswirkungen des Zentralpazifik-El Niño unterscheiden sich von denen des traditionellen El Niño, z.B. darin, dass der neue El Niño zu häufigerem Landübertritt (landfall) der atlantischen Hurrikane führt und diese dann auch gehäuft auftreten. Generell ist die Erwärmung des zentralen Pazifik mit diesen beiden Effekten entlang der Golfküste der USA und Mittelamerikas verknüpft.
Als positiver Aspekt ist anzumerken, dass das Eintreffen eines El-Niño-Modoki-Ereignisses ist offenbar leichter vorherzusagen ist als der klassische El Niño, davon könnte möglichweise auch die langfristige Wirbelsturmvorhersage profitieren.

Modoki

(a) Ein El Niño-Ereignis liegt vor, wenn die östlichen Winde schach sind; manchmal herrschen im W West-winde vor. Gleichzeitig bestehen anomal warme SST im Ostpazifik, verbunden mit Veränderungen der Thermokline und der atmosphärischen Zirkulation, die dem W Trockenheit und dem O Feuchtigkeit bringen.


(b) Ein El Niño Modoki-Ereignis ist eine von (a) unterschiedliche anomale Erscheinung. Die wärmsten SST treten im zentralen Pazifik auf, flankiert von kälteren Wassertemperaturen im O und W und begleitet von entsprechender atmosphärischer Konvektion.


(c), (d) stellen die entgegengesetzten (La Niña) Phasen von El Niño bzw. El Niño Modoki dar.


Es wird angenommen, dass die Zunahme von Modoki-Bedingungen auf die anthropogen bedingte Klimaerwärmung zurückzuführen ist, und dass diese Ereignisse im zentralen Pazifik unter diesen Bedingungen vermehrt auftritt.

Quelle: nature

 
El Niño-Regionen

Zur Beobachtung und Vorhersage von ENSO-Ereignissen ist der tropische Pazifik in vier bzw. fünf El Niño-Regionen (Quadranten) gegliedert, in denen die Meeresoberflächentemperaturen erfasst werden. Die Messergebnisse liefern in jeweils unterschiedlichen ENSO-Stadien jeweils unterschiedlich aussagekräftige Informationen. Früher wurden nur die Meerwassererwärmungen in den Regionen 1 und 2 als El Niño-Ereignisse bezeichnet, wohingegen heute bereits die Erwärmung in den Quadranten 3 und 4 als solches gilt, d.h., wenn die Wassertemperaturen nur westlich der Galapagos-Inseln ansteigen. Die Erstellung von Listen mit El Niño-Ereignissen wird wegen dieser unterschiedlichen Abgrenzungen deutlich erschwert.

Man unterscheidet:

  • Niño 1 (80º-90ºW and 5º-10ºS), die Küstengewässer vor Peru; die Region, die sich zusammen mit der Region 2 typischerweise zuerst erwärmt, wenn sich ein El Niño-Ereignis entwickelt
  • Niño 2 (80º-90ºW and 0º-5ºS), die Gewässer zwischen den Galapagos-Inseln und der Küste von Ecuador
  • Niño 3 (5°N-5°S, 90°W-150°W), die Region des tropischen Pazifik, die die größte Variabilität der SST in El Niño-Zeitskalen aufweist
  • Niño 3.4 (5°N-5°S, 170°W-120W°), die Region, die eine große Variabilität auf El Niño-Zeitskalen aufweist, und die näher als die Region 3 an der Region liegt, wo Veränderungen in der lokalen Meeresoberflächentemperatur wichtig sind, um das große Niederschlagsgebiet, das typischerweise im Westpazifik liegt, zu verlagern
  • Niño 4 (5°N-5°S, 150°W-160°W), die Region wo Änderungen der SST zu Werten um 27,5 °C führen, Werte, die man als wichtige Schwelle zur Auslösung von Niederschlag ansieht.
Nino-Regionen im Pazifik

Niño-Regionen im tropischen Pazifik

In diesen Regionen werden die SST, bzw. deren Abweichung vom langjährigen Mittel erhoben um Index-basiert El Niño und La Niña zu identifizieren und zu beobachten.

Quelle: BOM

Um Aussagen über weiträumige globale Klimavariabilität zu gewinnen, wird im Allgemeinen Niño 3.4 herangezogen. Die Variabilität der SST in dieser Region hat den stärksten Effekt auf die Verlagerung der Niederschlagsgebiete im westlichen Pazifik. Und ihrerseits verändert die Verlagerung der Niederschlagsgebiete vom westlichen in den zentralen Pazifik entscheidend die Position der erwärmten Gebiete, die einen großen Teil der atmosphärischen Zirkulation beeinflussen.
Die monatlichen Daten sind von der Webseite des Climate Prediction Centers abrufbar. Zur Methodik der Datenerhebung vgl. im Anhang "Data and Methods".

Intensities of El Niño and La Niña events for the last 60 years in the eastern equatorial Pacific (Niño3 region) and in the central equatorial Pacific (Niño4 region), and the estimated linear trends, obtained from Extended Reconstructed Sea Surface Temperature v3 (ERSSTv3).

The amplitude modulation of ENSO at longer time scales has been observed in reconstructed instrumental records, in proxy records, and is also simulated by coupled GCMs. Some studies have suggested that the modulation was due to changes in mean climate conditions in the tropical Pacific, as observed since the 1980s. With three events during 2000-2010, which meets intensity in Nino4 being larger than in Nino3, two events during 1990-2000 and only two events are found for 1950-1990 the maximum SST warming during El Nino now appears to occur more often in the central Pacific, with global impacts that are distinct from ‘standard’ El Nino events where the maximum warming is over the eastern Pacific. During the past century, an increasing trend in ENSO amplitude was also observed, possibly caused by a warming climate although other reconstructions in this data-sparse region dispute this trend.

Quelle: IPCC, 2013: Climate Change 2013 - The Physical Science Basis (S. 1242)

 
El Padre

In Analogie zu El Niño und La Niña ist El Padre die Bezeichnung für einen Dauer-El Niño, wie er erdgeschichtlich zuletzt im frühen Pliozän, d.h. 5 - 3 Mio Jahre v.h. bestand.

How the Isthmus of Panama Put Ice in the Arctic

Today’s climate system is influenced by the ocean’s conveyor-like global circulation. Cold, salty waters sink to drive the conveyor, and warm surface currents complete the loop.

Surface waters flowed from the Pacific into the Atlantic 10 million years ago via an ocean gateway called the Central American Seaway, and both oceans had the same salinity.

About 5 million years ago, the North American, South American, and Caribbean Plates converged. The rise of the Isthmus of Panama restricted water exchange between the Atlantic and Pacific, and their salinities diverged. The isthmus diverted waters that once flowed through the Seaway. The Gulf Stream began to intensify.

Today, evaporation in the tropical Atlantic and Caribbean leaves behind saltier ocean waters and puts fresh water vapor into the atmosphere. Trade Winds carry the water vapor westward across the low-lying isthmus, depositing fresh water into the Pacific through rainfall. As a result, the Atlantic is saltier than the Pacific.

Quelle: WHOI

Zu dieser Zeit lagen die globalen Durchschnittstemperaturen deutlich höher als heute, obwohl die externen Faktoren, die das Klima bestimmen, im Wesentlichen mit den heutigen identisch waren. Im Pazifik war der Temperaturunterschied entlang des Äquators deutlich geringer als heute, d.h. die mittleren Meeresoberflächentemperaturen waren im Osten substantiell wärmer als heute, im Westen aber ähnlich hoch wie heute. Die Folge waren Auswirkungen, die denen des starken El Niño-Ereignisses von 1997/98 glichen.

Heute sieht man als entscheidende geologische Veränderung, die El Padre beendete, die Schließung der Meerenge von Panama. Zu Beginn des Pliozäns strömte zwischen Nord- und Südamerika noch Wasser aus dem Pazifik in den Atlantik und glich Salzunterschiede zwischen den Ozeanen aus, doch vor 4,2 Millionen Jahren hatte sich diese Passage (Central American Seaway) dann so weit verflacht, dass kaum noch Wasser durchkam.

Oberflächennahe Strömungen und Wassertemperaturen des äquatorialen Pazifik im Dezember 1995

"Normale" Bedingungen: Die Kaltwasserzunge ist gut ausgebildet und der äquatorial-pazifische Warmpool ist auf den Westen beschränkt (Pfeile). Die Oberflächenströmungen am Äquator sind nach W gerichtet.

Unter La Niña-Bedingungen wäre die Kaltwasserzunge noch stärker ausgebildet, unter El Niño-Bedingungen wäre sie stark abgeschwächt und der Warmpool weit nach Osten vorgedrungen.

Quelle: NASA Ocean Motion

 

Dadurch wurde das Wasser in der Karibik salziger. Als Folge verstärkte sich der Golfstrom im Atlantik und damit auch die thermohaline Zirkulation. Diese durch Salz- und Temperaturunterschiede angetriebene weltweite Umwälzung der Ozeane transportiert warmes, salzreiches Wasser aus den Tropen in hohe Breiten, wo es sich abkühlt und absinkt. Das Tiefenwasser quillt vor den Küsten der Kontinente wieder auf und kühlt die niedrigen Breiten. Bevor sich der Seeweg schloss, war die thermohaline Zirkulation so schwach, dass das kalte Tiefenwasser nirgendwo in die Nähe der Oberfläche kam. Die Kaltwasserzunge, die heute normalerweise vor Südamerika liegt, existierte damals noch nicht. Auch vor Kalifornien und Westafrika quoll kein kaltes Wasser auf.

Man nimmt an, dass sich vor 4,2 Millionen Jahren die Grenzschicht (Thermokline) zwischen dem kalten Tiefenwasser und dem warmen Oberflächenwasser vor Südamerika in flachere Bereiche verlagerte, weil die thermohaline Zirkulation in Schwung kam. Zudem verstärkte das vor ca. 3,3 Mio. Jahren einsetzende Auftreten erster Gletscher auf der Nordhalbkugel vermutlich die Passatzirkulation. Vor dem westlichen Südamerika bewirkten die SO-Passate ein Aufquellen von kaltem Tiefenwasser, was den heutigen Bedingungen entspricht. Der Temperaturunterschied von Luft und Oberflächenwasser zwischen Ost- und Westpazifik wurde größer, was die Passate weiter verstärkte und die Kältezunge vor Südamerika beständig werden ließ.

ENSO

Das Akronym ENSO setzt sich zusammen aus "El Niño" und "Southern Oscillation" (span. El Niño - Oscilación del Sur, ENOS) und ist der Ausdruck, der gegenwärtig für das gesamte ozeanisch-atmosphärische Phänomen (also das Abwechseln von El Niño- und La Niña-Ereignissen und der neutralen Phasen) verwendet wird. Dabei steht El Niño (und - auch wenn nicht ausdrücklich im Namen erwähnt - La Niña) für die ozeanische Komponente, während die Southern Oscillation (SO) die atmosphärische verkörpert. Letztere stellt eine Art Druckschaukel zwischen dem südostasiatisch-australischen Tiefdruckgebiet (als Messwert wird der Bodendruck von Djakarta, Indonesien, herangezogen) und dem südostpazifischen Hochdruckgebiet (Messwert von Tahiti) dar. Bei einem steigenden Luftdruck im Tiefdruckgebiet über Indonesien fällt der Luftdruck im südostpazifischen Hoch, und die Differenz zwischen beiden Druckgebilden nimmt ab.

Während das engere Wirkungsgebiet von ENSO im Bereich des tropischen Pazifik liegt, scheint es viele Telekonnektionen zu geben, die im Zusammenhang mit ENSO stehen. So werden die Variabilitäten des indischen Monsuns und die Hurrikanhäufigkeit in Mittel- und Nordamerika eng mit ENSO in Verbindung gebracht. Der tropische Pazifik weist unter allen Ozeanen die stärksten Schwankungen der Oberflächentemperatur innerhalb von Zeitspannen auf, die von einigen Monaten bis zu mehreren Jahren reichen. Da diese Meeresregion auch das Weltklima besonders stark prägt, wirken sich die Temperaturschwankungen erheblich auf das globale Klimageschehen aus.
Der ENSO-Mechanismus beinhaltet drei Phasen: El Niño, La Niña und die sogenannten neutralen Zwischenphasen. Letztere heißen auch Normalphasen.

El Niño to La Niña (Animation)

In 2010, the El Niño climate pattern shifted quickly to one of the most powerful La Niñas in fifty years, resulting in dramatic flooding in Australia as well as other extreme weather through the spring of 2011. Using sea-surface temperature data and data of global cloud patterns, these data visualizations reveal 2010's prominent ENSO cycle shift as well as the wild weather that resulted.

The following datasets are included in each movie:

  • Global measurements of sea surface temperature from January 2007 to April 2010, obtained by two satellite sensors (NOAA's AVHRR and NASA's AMSR-E) as well as ocean buoys, which are processed by NOAA's National Climatic Data Center.
  • Sea-surface temperature anomaly data, which indicate areas that are hotter or colder than normal (a 30-year average).
  • Infrared satellite observations of global cloud patterns during 2010 and 2011. The global composite is obtained from five geosynchronous satellites (GOES-East, GOES-West, Meteosat-9, Meteosat-7, and MT-SAT) and is processed by NOAA's Climate Prediction Center.

Zum Start der Animation auf die Grafik klicken - Quelle: NOAA / AMNH

 

Die Verknüpfung von El Niño und der Südlichen Oszillation wurde von dem in die USA emigrierten Norweger Jacob Bjerknes in den späten 60er Jahren geleistet. Er wertete dazu die Messdaten aus, die während des Internationalen Geophysikalischen Jahres 1957/58 zusammengetragen wurden. Zufälligerweise trat während dieser Zeit eine starke El Niño-Episode auf.
Häufig lässt man ein ENSO-Jahr im Hinblick auf die drei Kategorien kalt, neutral und warm im Jahresviertel Oktober-November-Dezember beginnen und im Jahresviertel Juli-August-September enden (JMA-Index).
Der ENSO-Zyklus weist ein hohes Maß an Unregelmäßigkeit auf. Keine zwei El Niños sind genau gleich. Dasselbe gilt für La Niñas.

Die folgende Tabelle gibt eine historische Übersicht über die ENSO-Phasen ab dem Jahr 1950. Die Zuweisung zu einer der drei Phasen erfolgt jeweils für eine Gruppe aus drei aufeinanderfolgenden Monaten. Die Abgrenzung von warmen (rot) und kalten (blau) Episoden erfolgt bei einem Schwellenwert von +/- 0,5 °C gemäß dem Oceanic Niño Index (ONI) auf der Vergleichsbasis der Zeit von 1971-2000. Aus historischen Gründen werden kalte und warme Phasen dann definiert, wenn der Schwellenwert von mindestens 5 aufeinanderfolgenden Monatsgruppen erreicht wird.


Warm- und Kaltepisoden 1950-2014 auf der Basis des Oceanic Niño Index :

Jahr DJF JFM FMA MAM AMJ MJJ JJA JAS ASO SON OND NDJ
1950 -1.8 -1.5 -1.4 -1.4 -1.4 -1.2 -0.9 -0.8 -0.8 -0.8 -0.9 -1.0
1951 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.1 0.4 0.5 0.6 0.7 0.7 0.6
1952 0.3 0.1 0.1 0.1 0.0 -0.2 -0.3 -0.3 -0.1 -0.2 -0.2 -0.1
1953 0.1 0.3 0.4 0.5 0.5 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.3 0.3
1954 0.3 0.2 -0.1 -0.5 -0.7 -0.7 -0.8 -1.0 -1.1 -1.1 -1.0 -1.0
1955 -1.0 -0.9 -0.9 -1.0 -1.1 -1.0 -1.0 -1.0 -1.5 -1.8 -2.1 -1.7
1956 -1.2 -0.8 -0.7 -0.6 -0.6 -0.6 -0.7 -0.8 -0.9 -0.9 -0.9 -0.8
1957 -0.5 -0.1 0.2 0.6 0.7 0.8 0.9 0.9 0.8 0.9 1.2 1.5
1958 1.6 1.5 1.1 0.7 0.5 0.5 0.4 0.1 0.0 0.0 0.1 0.3
1959 0.4 0.4 0.3 0.2 0.0 -0.3 -0.4 -0.5 -0.4 -0.4 -0.3 -0.3
Jahr DJF JFM FMA MAM AMJ MJJ JJA JAS ASO SON OND NDJ
1960 -0.3 -0.3 -0.3 -0.2 -0.1 -0.1 0.0 0.0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.2
1961 -0.2 -0.2 -0.2 -0.1 0.1 0.1 0.0 -0.3 -0.6 -0.6 -0.5 -0.5
1962 -0.5 -0.5 -0.5 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.3 -0.4 -0.6 -0.7 -0.7
1963 -0.6 -0.3 0.0 0.1 0.1 0.3 0.6 0.8 0.8 0.9 1.0 1.0
1964 0.8 0.4 -0.1 -0.5 -0.7 -0.7 -0.8 -0.9 -1.0 -1.1 -1.1 -1.0
1965 -0.8 -0.5 -0.3 0.0 0.2 0.6 1.0 1.2 1.4 1.5 1.6 1.5
1966 1.2 1.1 0.8 0.5 0.2 0.1 0.1 0.0 -0.2 -0.3 -0.3 -0.4
1967 -0.4 -0.5 -0.6 -0.5 -0.3 0.0 0.0 -0.2 -0.4 -0.5 -0.5 -0.6
1968 -0.7 -0.9 -0.8 -0.8 -0.4 0.0 0.3 0.3 0.2 0.4 0.6 0.9
1969 1.0 1.0 0.9 0.7 0.6 0.4 0.4 0.4 0.6 0.7 0.7 0.6
Jahr DJF JFM FMA MAM AMJ MJJ JJA JAS ASO SON OND NDJ

 

 

 

 
Jahr DJF JFM FMA MAM AMJ MJJ JJA JAS ASO SON OND NDJ
1970 0.5 0.3 0.2 0.1 -0.1 -0.4 -0.6 -0.8 -0.8 -0.8 -0.9 -1.2
1971 -1.4 -1.4 -1.2 -1.0 -0.8 -0.8 -0.8 -0.8 -0.9 -0.9 -1.0 -0.9
1972 -0.7 -0.3 0.0 0.3 0.5 0.8 1.1 1.3 1.5 1.8 2.0 2.1
1973 1.8 1.2 0.5 -0.1 -0.5 -0.8 -1.1 -1.3 -1.4 -1.7 -1.9 -2.0
1974 -1.8 -1.6 -1.2 -1.1 -0.9 -0.7 -0.5 -0.4 -0.5 -0.7 -0.8 -0.7
1975 -0.6 -0.6 -0.7 -0.8 -1.0 -1.1 -1.3 -1.4 -1.6 -1.6 -1.7 -1.8
1976 -1.6 -1.2 -0.9 -0.7 -0.5 -0.2 0.1 0.3 0.5 0.7 0.8 0.8
1977 0.6 0.5 0.2 0.1 0.2 0.3 0.3 0.4 0.5 0.7 0.8 0.8
1978 0.7 0.4 0.0 -0.3 -0.4 -0.3 -0.4 -0.5 -0.5 -0.4 -0.2 -0.1
1979 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.1 0.0 0.0 0.2 0.3 0.4 0.5 0.5
Jahr DJF JFM FMA MAM AMJ MJJ JJA JAS ASO SON OND NDJ
1980 0.5 0.3 0.2 0.2 0.3 0.3 0.2 0.0 -0.1 0.0 0.0 -0.1
1981 -0.3 -0.4 -0.4 -0.3 -0.3 -0.3 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 -0.1 -0.1
1982 0.0 0.1 0.2 0.4 0.6 0.7 0.8 1.0 1.5 1.9 2.2 2.3
1983 2.3 2.0 1.6 1.2 1.0 0.6 0.2 -0.2 -0.5 -0.8 -0.9 -0.8
1984 -0.5 -0.3 -0.2 -0.4 -0.5 -0.5 -0.3 -0.2 -0.3 -0.6 -1.0 -1.1
1985 -1.0 -0.8 -0.8 -0.8 -0.7 -0.5 -0.4 -0.4 -0.4 -0.3 -0.2 -0.3
1986 -0.4 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.2 0.5 0.7 0.9 1.1 1.2
1987 1.3 1.2 1.1 1.0 1.0 1.2 1.5 1.6 1.6 1.5 1.3 1.1
1988 0.8 0.5 0.1 -0.3 -0.8 -1.2 -1.2 -1.1 -1.3 -1.6 -1.9 -1.9
1989 -1.7 -1.5 -1.1 -0.9 -0.6 -0.4 -0.3 -0.3 -0.3 -0.3 -0.2 -0.1
Jahr DJF JFM FMA MAM AMJ MJJ JJA JAS ASO SON OND NDJ

Quelle und aktuelle Version: http://www.cpc.noaa.gov/products/analysis_monitoring/ensostuff/ensoyears.shtml

 

 

 
Jahr DJF JFM FMA MAM AMJ MJJ JJA JAS ASO SON OND NDJ
1990 0.1 0.2 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.4 0.3 0.3 0.3 0.4
1991 0.5 0.4 0.4 0.4 0.6 0.8 0.9 0.9 0.8 1.0 1.4 1.7
1992 1.8 1.7 1.6 1.4 1.1 0.8 0.4 0.2 -0.1 -0.1 0.0 0.1
1993 0.3 0.4 0.6 0.8 0.8 0.7 0.5 0.4 0.4 0.3 0.2 0.2
1994 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.6 0.6 0.6 0.7 0.9 1.2 1.3
1995 1.2 0.9 0.7 0.4 0.2 0.1 0.0 -0.3 -0.5 -0.6 -0.7 -0.8
1996 -0.8 -0.7 -0.5 -0.3 -0.2 -0.2 -0.1 -0.2 -0.2 -0.2 -0.3 -0.4
1997 -0.4 -0.3 0.0 0.4 0.9 1.4 1.7 2.0 2.3 2.4 2.5 2.5
1998 2.4 2.0 1.4 1.1 0.4 -0.1 -0.8 -1.0 -1.1 -1.1 -1.3 -1.5
1999 -1.6 -1.2 -0.9 -0.7 -0.8 -0.8 -0.9 -0.9 -1.0 -1.2 -1.4 -1.6
Jahr DJF JFM FMA MAM AMJ MJJ JJA JAS ASO SON OND NDJ
2000 -1.6 -1.5 -1.1 -0.9 -0.7 -0.6 -0.4 -0.3 -0.4 -0.5 -0.7 -0.7
2001 -0.7 -0.5 -0.4 -0.2 -0.1 0.1 0.2 0.1 0.0 -0.1 -0.2 -0.2
2002 -0.1 0.1 0.3 0.4 0.7 0.8 0.9 0.9 1.1 1.3 1.5 1.3
2003 1.1 0.8 0.6 0.1 -0.1 0.0 0.3 0.4 0.5 0.5 0.6 0.5
2004 0.4 0.2 0.2 0.2 0.3 0.4 0.7 0.8 0.9 0.9 0.9 0.8
2005 0.6 0.5 0.3 0.4 0.5 0.3 0.2 0.0 0.0 -0.2 -0.4 -0.7
2006 -0.8 -0.7 -0.4 -0.2 0.0 0.1 0.3 0.4 0.7 0.9 1.1 1.1
2007 0.8 0.4 0.1 -0.1 -0.1 -0.1 -0.1 -0.4 -0.7 -1.0 -1.1 -1.3
2008 -1.4 -1.4 -1.1 -0.8 -0.6 -0.1 0.0 0.0 0.0 0.0 -0.3 -0.6
2009 -0.8 -0.7 -0.5 -0.1 0.2 0.6 0.7 0.8 0.9 1.2 1.5 1.8
Jahr DJF JFM FMA MAM AMJ MJJ JJA JAS ASO SON OND NDJ
2010 1.6 1.4 1.1 0.7 0.2 -0.3 -0.8 -1.2 -1.4 -1.5 -1.5 -1.5
2011 -1.4 -1.3 -1.0 -0.7 -0.4 -0.2 -0.2 -0.3 -0.6 -0.8 -1.0 -1.0
2012 -0.9 -0.7 -0.5 -0.3 -0.2 0.0 0.1 0.4 0.5 0.6 0.2 -0,3
2013 -0.6 -0.6 -0.4 -0.2 -0.2 -0.3 -0.3 -0.3 -0.3 -0.2 -0.3 -0.4
2014                        

Weiter zurückreichende Daten (1877-2001) zu den ENSO-Phasen finden Sie hier.

Nicht selten werden die Begriffe El Niño und ENSO gleichgesetzt, da ENSO in den Massenmedien weniger gebräuchlich ist.
Gerechterweise sollte das Akronym um die Bezeichnung für den zweiten Typ von Extremepisoden erweitert werden, beispielsweise zu "LANENSO", für "La Niña-El Niño-Southern Oscillation".

Abweichungen des Luftdrucks (hPa) von Normal
während El Niño bzw. La Niña

 

Abweichungen der Luftdruckwerte von Normal in mb/hPa während El Niño- bzw. La Niña-Ereignissen. Die negative Phase der SO tritt während El Niño-Episoden auf und geht mit außergewöhnlich hohem Luftdruck über Indonesien und dem westlichen Pazifik einher. Entsprechend ist La Niña mit der positiven Phase der SO und gleichzeitigem tiefem Druck über dem westlichen tropischen Pazifik und hohem Druck über dem östlichen tropischen Pazifik verbunden.

 

Quelle: NOAA

 

Es ist wichtig, dass man sich darüber im klaren ist, dass es das ENSO-Phänomen schon lange gibt und es nach menschlichen Maßstäben auch immer geben wird. Untersuchungen von Korallen-Bänken und Sedimentproben aus nordperuanischen Wüstengebieten scheinen ein Alter des El Niño-Zyklus von wenigstens 2 Millionen Jahren zu belegen. Es wird aber angenommen, dass der Zyklus mindestens 3-4 Millionen Jahre zurückreicht, wenn auch mit variierenden Frequenzen und Intensitäten. In dieser Zeit schloss sich der Isthmus von Panama und die Trennung von Atlantik und äquatorialem Pazifik war vollzogen. Das Atmosphäre-Ozean-Zirkulationssystem war davor vermutlich anders ausgeprägt.
(vgl. CLIVAR-Poster ENSO Dynamics during the Last Glacial Maximum)

ENSO-ähnliche Erscheinungen über dem Atlantik und dem Indischen Ozean werden diskutiert. Der Grund für die deutliche Ausprägung von ENSO über dem Pazifik liegt in dessen Größe.

Äquatoriale Wellen (Kelvin-Wellen und Rossby-Wellen), die in Ost- bzw. West-Richtung den Pazifik überqueren, benötigen dazu eine Zeit von 2-3 Monaten und beeinflussen sehr große Gebiete. Bei den großen Distanzen im Pazifik können letztlich auf den gegenüber liegenden Seiten völlig unterschiedliche Bedingungen herrschen, die in einem ausgeprägten Zyklus oszillieren. Im kleineren Atlantik und Indik kann sich weder ein solcher Kontrast noch eine derartige Oszillation aufbauen.

Eine Beinflussung von ENSO durch den anthropogenen Treibhauseffekt wird gegenwärtig diskutiert. Vorläufige Untersuchungsergebnisse deuten an, dass es über Veränderungen in der Ozeanzirkulation zu einer Verstärkung der interannuellen Variabilität der Meeresoberflächentemperatur kommt. Das heißt die Temperaturunterschiede von Jahr zu Jahr nehmen zu.

ENSO-Niederschlag und seine Anomalien

 

Das Hovmoeller-Diagramm zeigt die zeitlich-räumliche Variabilität des Niederschlags für den Breitenbereich O°-5° S. Deutlich erkennbar ist das Signal eines ENSO-Warmereignisses mit einerseits hohen Niederschlägen über dem südäquatorialen Pazifik, die sich bis nach Ecuador/Peru erstrecken, und andererseits einer Trockenregion um Indonesien (El Niños von 1982/83, 1986/87, 1991/92, 1997/98).

Zum Vergrößern bitte Grafik anklicken.

Quelle: GPCC (persönliche Mitteilung)

 

Die Vorgänge in Zusammenhang mit ENSO zählen zu den auffälligsten kurzfristigen Klimaschwankungen. "Die Variabilität des Klimas ist grundsätzlich systemimmanent und resultiert aus den unterschiedlichen Interaktionen atmosphärischer Parameter mit den Klimafaktoren der Erdoberfläche" (Lauer 1999).

IPCC 2013: El Niño-Southern Oscillation

There is high confidence that the El Niño-Southern Oscillation (ENSO) will remain the dominant mode of natural climate variability in the 21st century with global influences in the 21st century, and that regional rainfall variability it induces likely intensifies. Natural variations of the amplitude and spatial pattern of ENSO are so large that confidence in any projected change for the 21st century remains low.
The projected change in El Niño amplitude is small for both RCP4.5* and RCP8.5 compared to the spread of the change among models. Over the North Pacific and North America, patterns of temperature and precipitation anomalies related to El Niño and La Niña (teleconnections) are likely to move eastwards in the future (medium confidence), while confidence is low in changes in climate impacts on other regions including Central and South Americas, the Caribbean, Africa, most of Asia, Australia and most Pacific Islands. In a warmer climate, the increase in atmospheric moisture intensifies temporal variability of precipitation even if atmospheric circulation variability remains the same. This applies to ENSO-induced precipitation variability but the possibility of changes in ENSO teleconnections complicates this general conclusion, making it somewhat regional-dependent.

*A new set of scenarios, the Representative Concentration Pathways (RCPs), was used for the new climate model simulations carried out under the framework of the Coupled Model Intercomparison Project Phase 5 (CMIP5) of the World Climate Research Programme.
Quelle: IPCC, 2013: Climate Change 2013 - The Physical Science Basis (S. 106 f)

Relevante Atlaskarten:
Alexander GlobalAtlas für Baden-Württemberg
(2004), S. 184; Diercke Weltatlas (2008), S. 189; Haack Weltatlas (2007), S. 222

Weitere Informationen:

Entwaldung

Bezeichnung für die Praktiken oder Prozesse, die zur Umwandlung von waldbedecktem Land zu dauerhaft waldfreiem Land führen. Dieser Vorgang wird aus zwei Gründen häufig als eine der Hauptursachen des verstärkten Treibhauseffektes genannt:

  1. Das Verbrennen oder die Zersetzung des Holzes setzt Kohlendioxid frei.
  2. Bäume, die einstmals der Atmosphäre Kohlendioxid entzogen haben, sind nicht mehr vorhanden und tragen nicht mehr zur Speicherung des Kohlendioxids bei.
euphotische Zone

Die obere, in klarstem Wasser ca. 100 m, in trübem Wasser von Lagunen nur wenige Dezimeter mächtige Schicht des Ozeans, in der das einfallende Licht photosynthetisch wirksam ist und so bevorzugt in Auftriebsgebieten die Primärproduktion ermöglicht.

Extremes Wetter

Ein Ereignis, das an einem bestimmten Ort und zu einer bestimmten Jahreszeit selten ist, d.h. die dabei auftretenden Wetterzustände und Wetterlagen (dargestellt in Wetterelementen) weichen signifikant vom Durchschnitt ab. Die Definitionen für “selten” variieren, aber ein extremes Wetterereignis wäre normalerweise so selten wie oder seltener als das 10- oder 90 %-Perzentil der beobachteten Wahrscheinlichkeitsverteilung.

Als Basis dient eine klimatologische Normalperiode, ein geographischer Bezug zu einer Klimaklassifikation, als Maß der Ausnahmeerscheinung die Jährlichkeit der Wetterelemente und anderer Wirkungsfaktoren (wie die Hochwasserpegel), wie auch der Versicherungsschaden oder der gesamtwirtschaftliche (Versicherter und unversicherter Direktschaden, Folgeschäden und Wiederherstellung, einschließlich der Opfer). Dem Begriff liegt keinerlei präzise Definition zugrunde, sondern ist ein pragmatischer Ausdruck der Dokumentation von Klima und Wetter in der Klimafolgenforschung oder im Versicherungswesen.

Per Definition kann die Charakteristik von so genanntem “Extremwetter” absolut gesehen von Ort zu Ort unterschiedlich sein. Einzelne Extremereignisse können nicht einfach und direkt der anthropogenen Klimaänderung zugeordnet werden, da immer eine begrenzte Chance besteht, dass das betreffende Ereignis natürlicherweise hätte auftreten können. Wenn ein Muster von extremem Wetter über eine bestimmte Zeitspanne, z.B. eine Saison, bestehen bleibt, kann es als “extremes Klimaereignis” klassiert werden, vor allem wenn es ein Mittel bzw. eine Summe aufweist, die seinerseits bzw. ihrerseits extrem ist (z.B. eine Dürre oder Starkniederschlag während einer ganzen Saison).

Extremereignisse sind von besonderer historischer und wirtschaftlicher Bedeutung. Als klimatologische Indikatoren sind sie aber ungeeignet: zum einen treten sie sehr unregelmäßig ein, und zum anderen muss der Mittelwert einer Normalperiode bekannt sein, um eine Wetteranomalie als solche klassifizieren zu können. Der aktuelle langfristige Mittelwert setzt sich aber genau aus den eintretenden Wetterereignissen zusammen, aktuelle Extremereignisse können also nur mit abgelaufenen Bemessungszeiträumen verglichen werden / in Kontexte gesetzt werden.

F

Fernerkundung

Das Beobachten, Speichern, Kartieren und Interpretieren von Erscheinungen auf der Erdoberfläche oder auf der Oberfläche anderer Himmelskörper ohne direkten Kontakt des Aufnahmesystems, des sogenannten Sensors, mit dem zu erkundenden Objekt. Unterschieden werden photographische (Luftbilder) und nichtphotographische Aufnahmeverfahren (digitale Bilder, Radaraufnahmen), die von bemannten Flugzeugen, unbemannten Flugobjekten (Drohnen), bemannten Raumfahrzeugen und Satelliten oder auch von höher gelegenen Geländepunkten aus zur Erkundung der Erdoberfläche und der Atmosphäre genutzt werden.
Passive Fernerkundungsverfahren zeichnen elektromagnetische Strahlung auf, die von der Erdoberfläche reflektiert und/oder emittiert wird. Aktive Verfahren wie Radar oder Laser senden kohärente Strahlungsimpulse aus und registrieren die Laufzeit bzw. die Amplituden- und Phasendifferenz der von der Erdoberfläche rückgestreuten Signale.

Bitte beachten Sie

Fischerei

Der kommerziell betriebene Fang von Fischen und anderen im Wasser lebenden Tieren, wie z.B. Krabben, Krebsen oder Garnelen als Bereich der Nahrungswirtschaft und Rohstoffgewinnung. Streng genommen gehört die Jagd auf Wale nicht zur Fischerei, wohl aber der Fang von Mollusken (z.B. Octopus und Muscheln) sowie die Gewinnung von Algen, Schwämmen, Seemoos, Naturperlen und Bernstein. Die Fischerei bezieht auch die stark wachsenden Aquakulturen mit ein. Die Grenzen zur Fischwirtschaft, die sowohl Fang wie auch Verarbeitung umfasst, sind fließend.

Man unterscheidet nach Hochsee-, Küsten- und Binnenfischerei einschließlich Teichwirtschaft. Die ergiebigsten Fischereigewässer der Meeresfischerei liegen auf den Kontinentalsockeln, die sich von der Küste aus im Durchschnitt etwa 80 km ins Meer erstrecken. Diese Gewässer sind weniger als 200 m tief, sie besitzen günstige Strömungen und Temperaturen sowie ein reiches Nahrungsangebot. Hervorzuheben sind Bereiche der Nordsee, Gewässer entlang der Westküste Großbritanniens, vor Island, auf den Grand Banks of Newfoundland vor Ostkanada, auf den Georges Banks vor New England, vor dem Südwesten der USA, vor Peru, in der Beringsee, im Golf von Alaska und vor den Küsten Japans.

Bei der Meeresfischerei unterscheidet man die in der Nähe der Wasseroberfläche lebenden (pelagischen) Fische von den in der Tiefe und nahe des Meeresbodens lebenden Fische (Grundfische). Der Fang oder die "Ernte" wirbelloser Tiere - meist in flachen Gewässern - erbringt nur einen kleinen Teil des Gesamtertrages. Wirtschaftlich bedeutend sind u.a. Austern, Miesmuscheln, Kamm-Muscheln, Hummer und Tintenfische.

Die Fangmethoden, gewöhnlich der Einsatz von Netzen oder Leinen, gestalten sich in Abhängigkeit von den Lebensgewohnheiten der Tiere. Die bevorzugten Oberflächennetze sind die Ringwaden, lange, vorhangartige Netze, die an Schwimmern hängen. Sie werden kreisförmig um einen Fischschwarm gezogen und mit einem Seil am unteren Ende wie ein Beutel zusammengezogen.
Das Kiemennetz besitzt eine Maschenweite, die gerade groß genug ist, um den Kopf des Fisches durchzulassen, in der aber die Kiemen hängen bleiben. Kiemennetze lässt man meist an der Oberfläche treiben, um pelagische Fische zu fangen. Zum Fang von Grundfischen werden sie am Boden verankert.
Mit dem Grundschleppnetz (Trawl) werden Grundfische wie z.B. Dorsche gefangen. Es wird mit Hilfe von zwei langen Tauen geschleppt. In der Nähe der Öffnung des Netzes befinden sich zwei Bretter, die durch ihre Bewegung und den Widerstand des Wassers zur Seite bzw. nach unten gedrückt werden und dadurch das Netz offen halten.
Langleinen, die sowohl zum Fang von Fischen an der Oberfläche (z.B. Thunfische) als auch zum Fang von am Meeresboden lebenden Fischen (z.B. Heilbutt) verwendet werden, sind lange, schwere Taue, an denen Hilfsleinen mit langen, köderbesetzten Haken angebracht sind. Sie können mehrere km Länge haben und werden an verankerten Bojen befestigt oder von Schiffen gezogen. Nach dem Fang werden die Leinen von Winden eingeholt.
Die Schalentiere der Tiefsee (z.B. bestimmte Krebstiere und Venusmuscheln) fängt man mit Schleppnetzen. An der Küste werden Austern beispielsweise mit einem Austernrechen gesammelt. Ähnliches gilt für Kamm-Muschelarten, die im Wattenmeer leben. Hummer werden üblicherweise in Fallen aus Holz oder Draht gefangen.
Moderne Fischereiflotten besitzen große schwimmende Fischfabriken, die Netze mit einem Fang von 100 Tonnen Fisch über Heck einholen können. Auf ihnen werden die Fische ausgenommen und tiefgefroren. Solche Schiffe können monatelang in entlegenen Fischgründen arbeiten.
Sonartechnik dient der Lokalisierung, Arten- und Größenbestimmung von Fischschwärmen. Für das Auffinden von Fischschwärmen in Oberflächennähe werden Flugzeuge oder Hubschrauber eingesetzt. Schwärme einiger Arten wie z.B. Tintenfische werden mit starken Scheinwerfern angelockt und durch große Saugpumpen an Bord befördert.

Hinsichtlich einzelner Fischgründe und -arten gibt es deutlich Anzeichen einer Überfischung, die eine nachhaltige Bewirtschaftung der Ozeane gefährdet. In die Kritik geriet u.a. die Verwendung von Netzen mit zu engen Maschenweiten, in denen sich auch Jungfische verfangen, bevor sie sich fortpflanzen können. Ferner der Einsatz von Beutelschlagnetzen zum Fang von Thunfischen, wobei auch häufig Meeressäuger (u.a. Delphine) mitgefangen werden sowie die Verwendung von bis zu 64 km langen Treibnetzen, in denen sich auch nicht genießbare Arten verfangen.

Auf der hohen See gilt fischereirechtlich der Grundsatz der Freiheit des Fischfangs für alle Staaten und ihre Angehörigen. Die Fischerei in den Territorialgewässern und der darüber hinaus reichenden Fischerei- und Wirtschaftszone unterliegt der Regelung des Uferstaates.

Weitere Informationen:

Fischereihydrographie

Teilgebiet der Ozeanographie, das sich mit der Untersuchung der physikalischen und chemischen Schichtungsverhältnisse im Meer sowie den Strömungsmustern und Durchmischungszuständen befasst. Die Fischereihydrographie soll Erkenntnisse gewinnen in Bezug auf Fortpflanzungs- und Aufwuchsbedingungen sowie auf Wanderverhalten von kommerziell nutzbaren Fischbeständen und ihren Beuteorganismen.

Fischmehl

Grobes und an Protein (bis 72 %) sowie Vitamin B12 reiches Pulver, das aus der Verarbeitung (Zerkleinern, Kochen, Pressen, Trocknen, Mahlen) von ganzen Fischen wie auch aus Rückständen und Beiprodukten von fischverarbeitenden Fabriken stammt. Begleitprodukt ist Fischöl.

Durchschnittliche Zusammensetzung von Fischmehl in %

 

Eigene Grafik. Quelle der Daten: Bimbo, A. P. (1990): Fish Meal and Oil.
In: Martin, R. E. and Flick, G. J. (Hrsg.): The Seafood Industry. New York

 

 

Üblicherweise besteht der Rohstoff aus kleinen pelagischen Fischarten (Sardinen und Anchovis) und Beifängen. Die wichtigsten Produzenten Mitte der neunziger Jahre waren Peru (ca. 54 %) und Chile (ca. 52 %). In Peru wird in 24 Küstenstädten Fischmehl produziert. Über 90 % des gesamten südamerikanischen Fischmehls wird exportiert, Hauptabnehmer ist China.

Früher als Düngemittel verwendet, ist heute der Hauptverwendungszweck von Fischmehl die Tierernährung, hauptsächlich bei Geflügel, Schweinen, Haustieren und in Aquakulturen (z.B. Garnelen und Lachs), alles überwiegend Massentierhaltungen.
Die für die Tierernährung eingesetzten Mengen Fisch entsprechen ca. 35 % der weltweiten Fischproduktion (aus Wildfängen und Fischzucht). Aus 3 kg Fischprotein entstehen z.B. maximal 1 kg Hühnerprotein.
Fischöl wird u.a. zur Herstellung von Margarine, Linoleum, Lederfarbstoffen, Druckfarbe und Schmiermitteln genutzt.

Die Fischmehlproduktion ist wenig arbeitsintensiv und gleichzeitig stark umweltbelastend. Das Brauchwasser, das sowohl für den Rohrtransport des Fisches von den Kuttern in die Fabriken benötigt wird, wie auch für die eigentliche Produktion, wird in die Buchten abgelassen. Das Pumpenwasser enthält große Mengen von Fischresten, Öl und Blut. Diese organischen Stoffe entziehen bei ihrem Abbau dem Wasser Sauerstoff und verunreinigen die Strände. Beim Kochen des Rohstoffs werden mit dem Wasserdampf Fischmehlpartikel emittiert. Dies führt zu Geruchsbelästigungen und Atemwegs- und Hauterkrankungen, besonders bei Kindern.

Im Anhang befindet sich eine Grafik, die dieses Wirkungsgefüge illustriert.

Die der südamerikanischen Fischmehlindustrie zuliefernde Industriefischerei ist verantwortlich für die starke Überfischung der Fischgründe. Das überstarke Abfischen der kleinen Fischarten, die größeren Fischen als Beutetiere dienen, vermindert auch deren Population. Dies wiederum schadet der küstennahen und arbeitsintensiven Kleinfischerei. Diese subsistent wirtschaftenden Fischer konzentrieren sich auf größere und wertvollere Fischarten. Mit viel geringeren Fangmengen können sie einen vergleichsweise hohen Verdienst erreichen.

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Quelle: NHH

Links: Säcke mit Fischmehl

 

Mitte: Fischmehl-Fabrik

 

Rechts: World fishmeal export and import 2007 (FAO Fishstat 2009)


 

Der Zusammenbruch der Sardellenfischerei und damit der Fischmehlproduktion an der Westküste Südamerikas im Gefolge des El Niño-Ereignisses von 1972/73 hatte eine unerwartete Nebenwirkung für die globale Landwirtschaft. Es musste Ersatz für das eiweißhaltige und relativ billige Viehfutter gefunden werden. Man fand ihn in der Sojabohne, deren Anbau rapide ausgeweitet wurde. Auch nach der Erholung der Fischereiindustrie im westlichen Südamerika ist die Sojabohne zunehmend gefragt, auch als Ersatz für tierisches Eiweiß in der menschlichen Ernährung.

Flussoase

Oase (Gebiet dichteren Pflanzenwuchses in einer Wüsten- oder Halbwüstenumgebung), die durch einen aus einer niederschlagsreichen Region zuströmenden Fremdlingsfluss mit Wasser gespeist wird. Bekannteste Beispiele sind die Flussoasen von Nil, des Tafilalet und von Mesopotamien mit ihren z.T. regelmäßigen Uferüberschwemmungen. Auch die Küstenwüsten Perus weisen Flussoasen auf, die schon seit vorkolumbianischer Zeit agrarisch genutzt werden.
Relevante Atlaskarte (Tinajones, Peru - Bewässerung/Entwicklungshilfe): Diercke Weltatlas, S. 209

Forcing

Begriff, der noch keine allgemein anerkannte Übersetzung besitzt, häufig englisch verwendet wird und am ehesten mit "Antrieb(sfaktor)" oder "Auslösekraft" ins Deutsche übertragen werden kann.

Man unterscheidet bei einem System externes Forcing und internes Forcing. Externes Forcing bezeichnet hierbei Mechanismen bzw. Faktoren, die von Veränderungen im System nicht beeinflusst werden. In Bezug auf das Klimasystem werden beispielsweise Änderungen in der Solarstrahlung als externes Forcing bezeichnet. Zu internem Forcing gehören Vulkanausbrüche, biochemisches Forcing, interne Dynamik wie ENSO, Änderungen in der Eisbedeckung oder CO2-Anstieg. Als langfristiges internes Forcing gelten die Plattentektonik oder Änderungen in der Polarität des Erdmagnetfeldes.

Front

Luftmassengrenze in der unteren Atmosphärenschicht (Troposphäre) mit starkem thermischen Gegensatz, also eine Unstetigkeitsfläche in der Temperaturverteilung. Das vereinfachte Modell der troposphärischen Front ist eine formal von zwei Flächen begrenzte, geneigte barokline Schicht, welche zwei Luftmassen mit unterschiedlicher Dichte und Temperatur trennt. Je nach Richtung der frontsenkrechten Bewegung handelt es sich dann um eine Kaltfront oder eine Warmfront. Fronten entstehen z.B. in Zyklonen, welche auf der Westseite polare Luftmassen nach S und auf der Ostseite tropische Luftmassen nach N führen (Nordhalbkugel), die im Wirbel aufeinandertreffen. Fronten zeichnen sich durch Konvergenz, Wolkenbildung und Niederschläge aus.

Frühwarnsystem

Engl. Early Warning System (EWS); Einrichtung, welche aufkommende Gefahren frühzeitig als solche erkennt, und Gefährdete möglichst schnell darüber informiert. Es soll ermöglichen, durch eine rechtzeitige Reaktion die Gefahr abzuwenden oder zu mildern. Teile von Frühwarnsystemen können folgende Bereiche sein: Messungen, Sammlung der Daten, Überwachung, Einschätzung, Warnung / Verbreitung, Automatische Reaktion, Entwarnung, Voraussetzungen / Vorsorge.

G

Galápagos-Inseln

Zu Ecuador gehörende Inselgruppe im östlichen Pazifik, ca. 1.050 km vor der ecuadorianischen Küste im Äquatorbereich gelegen. Der Archipel besteht aus 13 Hauptinseln, 6 kleineren Inseln und einer Vielzahl von Kleinstinseln. Die erst 700.000 bis 5 Mio Jahre alten Galápagos-Inseln, auf einer Plattengrenze liegend, bestehen aus vulkanischem Gestein und sind übersät mit - z.T. aktiven - Schildvulkanen.

Niedrige Niederschläge, geringe Luftfeuchtigkeit und verhältnismäßig tiefe Luft- und Wassertemperaturen (ca. 20 °C) sind auf den kühlen Humboldtstrom und aufsteigendes Tiefenwasser zurück zu führen. Dieses Tiefenwasser ist nährstoffreich und verantwortlich für den Artenreichtum um die Insel herum. Die Inseln besitzen Tausende von Pflanzen- und Tierarten, von denen die Mehrzahl endemisch (Vorkommen von Lebewesen in einem begrenzten Gebiet) ist. Berühmt sind die Galápagos-Inseln für ihre einzigartige Tierwelt, die dem englischen Naturforscher Charles Darwin wichtige Daten für die Entwicklung seiner Evolutionstheorie (1859) lieferte. 90 Prozent der Galápagos-Inseln stehen seit 1959 unter Naturschutz. 1978 wurde das Gebiet in die UNESCO-Liste des Weltnaturerbes aufgenommen. Die umgebenden Gewässer wurden 1986 unter Schutz gestellt.


Galapagos-Inseln 2002


This true-color image of the Galapagos Islands was acquired on March 12, 2002, by the Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS), flying aboard NASA's Terra satellite. The Galapagos Islands, which are part of Ecuador, sit in the Pacific Ocean about 1000 km  west of South America. As the three craters on the largest island (Isabela Island) suggest, the archipelago was created by volcanic eruptions, which took place millions of years ago.
Unlike most remote islands in the Pacific, the Galapagos have gone relatively untouched by humans over the past few millennia. As a result, many unique species have continued to thrive on the islands. Over 95 % of the islands’ reptile species and nearly three quarters of its land bird species cannot be found anywhere else in the world. Two of the more well-known are the Galapagos giant tortoise and marine iguanas. The unhindered evolutionary development of the islands’ species inspired Charles Darwin to begin The Origin of Species eight years after his visit there. To preserve the unique wildlife on the islands, the Ecuadorian government made the entire archipelago a national park in 1959. Each year roughly 60,000 tourists visit these islands to experience what Darwin did over a century and a half ago.

Zu größerer Darstellung auf Grafik klicken - Quelle: NASA Earth Observatory

 

 

Die Galápagos-Inseln kennen eine Regenzeit, die mit einem Gipfel im April von Januar bis Juni dauert. Das übrige Jahr fällt fast kein Niederschlag. Während El Niño-Ereignissen sind die Galápagos-Inseln häufig von Witterungsextremen (Starkniederschläge) bzw. ungewöhnlich hohen Meerwassertemperaturen (1998: 29 °C, gegenüber 18 - 20 °C in Normaljahren) betroffen.

Gleichzeitig ändern sich auch die Meeresströmungen. Das ausbleibende Tiefenwasser dezimiert alle auf das Meer angewiesenen Arten, während die hohen Regenmengen ein überdurchschnittliches Pflanzenwachstum und einen daraus folgenden Tierreichtum auf den Inseln zur Folge haben.

Die Galápagos-Inseln sind insbesondere durch Charles Darwin bekannt geworden, dessen Evolutionstheorie dort eine Reihe von Anstößen erhielt.
Heute bieten die Galápagos-Inseln ein ideales Freilandlabor zur Beobachtung der Evolution. Insbesondere die Arbeiten von Rosemary and Peter Grant über einige Arten der Darwinfinken gelten als bahnbrechend. Auf einigen der kleinen Inseln war es ihnen möglich, über mehr als 20 Jahre hinweg jedes der bis zu 2000 Individuen der dort lebenden Finken durch Beringen zu verfolgen. Entgegen ihrer Erwartungen (und denen der übrigen Fachwelt) konnten sie den Einfluss der natürlichen Selektion auf die Finkenpopulationen in diesem kurzen Zeitraum nachweisen.

Im Anhang befindet sich eine Sammlung eindrucksvoller Fotos, die den Zustand der Galápagos-Inseln während des El Niño 1997/98 mit dem Zustand der Inseln im Jahr 2000 vergleichen.

Weitere Informationen:

GEBCO

Engl. Akronym für General Bathymetric Chart of the Oceans. In seinen Grundzügen auf eine Vereinbarung von 1903 zurückgehendes Kartenwerk zu den Tiefenverhältnissen in den Ozeanen.

Gekoppeltes Modell

Auch Gekoppeltes Ozean-Atmosphäre Modell genannt. Im Zusammenhang mit der Modellierung von Klima ist damit ein numerisches Modell gemeint, das sowohl atmosphärische als auch ozeanische Bewegungen und Temperaturen simuliert, und das auch die wechselseitigen Effekte der beiden Komponenten berücksichtigt.

Geostationäre Satelliten

Satelliten, die immer am selben Punkt über der Erdoberfläche liegen. Die Physik lässt dies mit geringem energetischem Aufwand nur am Äquator zu. Solche Satelliten haben die gleiche Winkelgeschwindigkkeit um die Erdachse wie die Erde. Damit ist ihre Flughöhe gegeben - Zentrifugalkraft (abhängig von der Drehgeschwindigkeit) und die Erdanziehung (abhängig vom Gewicht) müssen sich gegenseitig aufheben - und beträgt für den METEOSAT 6 z.B. ca. 35.800 km. Das System der Wettersatelliten ist so aufgebaut, dass um den Äquator jeder Punkt von mindestens einem Satelliten gesehen werden kann. Deshalb sind immer mindestens 5 geostationäre Wettersatelliten im Einsatz:

Geostationäre Wettersatelliten
Satellit Träger Gebiet Position
METEOSAT Europa Afrika, Ostatlantik, Naher Osten, Europa 0° Ost/West
GOES Ost/8 USA Westatlantik, Nord- und Südamerika 75° West
GOES WEST/10 USA Ostpazifik, westliches Nordamerika 112,5 West
GMS Japan Westpazifik, Ostasien, Australien 140° Ost
INSAT Indien Indischer Ozean, Asien, Ostafrika, Arabische Halbinsel 74° Ost

Die geostationären Satelliten messen normalerweise in drei Kanälen:

  • Infrarot (IR), Wellenlänge: 10,5 - 12,5 µm
  • Sichtbares Licht (VIS für "visible"), Wellenlänge: 0,4 - 1,1 µm
  • Wasserdampf (WV für "water vapour"), Wellenlänge: 5,7 - 7,1 µm.

Der grosse Vorteil der geostationären Satelliten ist die hohe zeitliche Auflösung: Jede halbe Stunde wird ein neues Bild geliefert. Damit lassen sich Filmsequenzen erstellen und so die Wetterentwicklung verfolgen. Es ist auch möglich, aus der Bewegung der Wolken von einem Bild zum nächsten das Windfeld zu errechnen. Solche Daten werden zusammen mit den Temperaturdaten in die Wettermodelle gegeben. Nachteilig ist, dass der Satellit von seiner Position über dem Äquator nur sehr flach auf die Regionen in Polnähe sieht und daher die räumliche Auflösung für diese Gebiete sehr schlecht ist.


System der Wettersatelliten im Rahmen des Globalen Systems zur
Wetter- und Umweltbeobachtung (GOS)


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Quelle: WMO

 

 

 

 

 


 
Geostrophische Strömung

Horizontale Wasserbewegung im Ozean abseits der allgemein ca. 100 m mächtigen Grenzschichten, die nur durch den horizontalen Druckgradienten und die Corioliskraft beeinflußt wird. Die Corioliskraft lenkt die ursprüngliche, vom hohen zum tiefen Druck gerichtete Strömung immer weiter ab. Diese zunehmende Ablenkung endet erst wenn die Geschwindigkeit der Strömung gerade schnell genug ist, um eine Corioliskraft in der Stärke zu erzeugen, die das horizontale Druckgefälle exakt aufhebt. Aus diesem Gleichgewicht folgt, dass die Strömungsrichtung senkrecht zum Druckgradienten sein muss, da die Corioliskraft immer senkrecht zur Bewegungsrichtung angreift. Auf der Südhalbkugel liegt der hohe Druck immer links in Bewegungsrichtung gesehen, auf der Nordhalbkugel rechts.

Global Tropical Moored Buoy Array

Das Global Tropical Moored Buoy Array ist ein multinationales Projekt um Daten zur Klimaforschung und -vorhersage in Echtzeit zu liefern. Hauptkomponenten sind das TAO/TRITON-System im Pazifik, PIRATA im Atlantik, und RAMA im Indischen Ozean. Die wichtigsten phänomenologischen Foci dieses Systems sind:

  • El Niño/Southern Oscillation (ENSO) im Pazifik
  • Der interhemisphärische Dipol-Modus, äquatoriale Warmereignisse und die Hurrikan-Aktivität im Atlantik
  • Die Monsune, der Dipol des Indischen Ozeans und die saisonübergreifende Variabilität im Indischen Ozean
Global air temperature

Das Global Tropical Moored Buoy Array ist ein Beitrag zum Global Ocean Observing System (GOOS), zum Global Climate Observing System (GCOS) und zum Global Earth Observing System of Systems (GEOSS).

Globale Durchschnittstemperatur

Syn. Weltmitteltemperatur; die über die gesamte Erdoberfläche gemittelte bodennahe Temperatur (1-2 m über Grund) in einem bestimmten Zeitraum. Da klimatologische Messungen über längere Zeiträume nur punktuell vorliegen, lassen sich Zeitreihen der globalen Mitteltemperatur nur annähernd bestimmen.

Es gibt daher verschiedene Zeitreihen für die jährlichen globalen Durchschnittstemperaturen und deren Abweichungen von dem Wert der internationalen klimatologischen Referenzperiode 1961-90. Die wesentlichsten Reihen sind die des Hadley Centre in England sowie 2 amerikanische Reihen (NOAA National Climatic Data Center und NASA Goddard Institute for Space Studies), die jeweils eine etwas unterschiedliche Datenbasis und verschiedene Berechnungsverfahren verwenden und damit auch etwas unterschiedliche Werte liefern.

Nachfolgend wird die Zeitreihe gezeigt, die in Zusammenarbeit zwischen der Climate Research Unit der University of East Anglia, Norwich und dem UK Met. Office Hadley Centre erstellt wurde. Der kombinierte Land-See-Datensatz enthält Lufttemperaturmessungen an Landstationen und Wasseroberflächentemperaturen von Schiffen und Bojen. Er besteht seit 1856 und dient zur Klimaüberwachung.

Gemäß dieser Auswertung beträgt die mittlere globale Durchschnittstemperatur im Referenzzeitraum (1961- 1990) 14 °C. Die Angabe einer globalen Durchschnittstemperatur ist allerdings mit noch größeren Unsicherheiten behaftet als die Angabe von Abweichungen, da eigentlich kleinräumige Besonderheiten berücksichtigt werden müssten, während die Abweichungen räumlich einheitlicher sind. Daher werden bei den Zeitreihen meist nur die Abweichungen und nicht deren Absolutwerte angegeben.

Abweichungen der jährlichen globalen Durchschnittstemperatur vom Wert des Referenzzeitraums (1961-1990), Zeitreihe des Hadley Centre, England:

1990 +0,25 °C
1991 +0,20 °C
1992 +0,07 °C
1993 +0,11 °C

1994 +0,17 °C
1995 +0,27 °C
1996 +0,14 °C
1997 +0,35 °C

1998 +0,53 °C - bisher wärmstes Jahr
1999 +0,30 °C
2000 +0,28 °C
2001 +0,41 °C

2002 +0,46 °C
2003 +0,47 °C
2004 +0,44 °C
2005 +0,47 °C

2006 +0,43 °C
2007 +0,40 °C
2008 +0,33 °C
2009 +0,44 °C

2010 +0,47 °C
2011 +0,34 °C
2012 +0,43 °C
2013

Die gesamte Zeitreihe der Anomalien ist zu finden unter: http://www.cru.uea.ac.uk/ftpdata/tavegl2v.dat

Weltmitteltemperatur (14 °C im Referenzzeitraum 1961-1990)

The time series shows the combined global land and marine surface temperature record from 1850 to 2012. This year was the tenth warmest on record. This record uses the latest analysis, referred to as HadCRUT4 (Morice et al., 2012).
The period 2001-2010 (0.477°C above 1961-90 mean) was 0.217°C warmer than the 1991-2000 decade (0.270°C above the 1961-90 average). The warmest year of the entire series was 2010, with a temperature of 0.540°C above the 1961-90 mean. The value for this year is not distinguishable from the years 1998 (0.523°C) and 2005 (0.534°C). The coldest year of the 21st century (2008 with a value of 0.383°C) was warmer than all years in the 20th century with the exception of 1998 and 1997 (0.390°C). The first two years of the present decade (2011 and 2012) are cooler than the average for 2001-2010, but warmer than all years before 2000 except for 1998.

This time series is compiled jointly by the Climatic Research Unit and the UK Met. Office Hadley Centre. Increased concentrations of greenhouse gases in the atmosphere due to human activities are most likely the underlying cause of warming in the 20th century. The warmth or coldness of individual years is strongly influenced by whether there was an El Niño or a La Niña event occurring in the equatorial Pacific Ocean

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Quelle: Climate Research Unit der University of East Anglia, Norwich und UK Met. Office Hadley Centre

 

Weitere Informationen:

Globale Erwärmung

Begriff, der in der aktuellen Klimadiskussion üblicherweise den seit Mitte des 19. Jahrhunderts beobachteten Anstieg der Durchschnittstemperatur der bodennahen Atmosphäre und - bei manchen Autoren - auch der Meere bezeichnet. Der berechnete Erwärmungstrend über die letzten 50 Jahre in Höhe von 0,13 °C pro Jahrzehnt (0,10 bis 0,16 °C) ist fast zweimal so groß wie derjenige über die letzten 100 Jahre. Dieser Prozess verläuft erheblich schneller als alle bekannten Erwärmungsphasen der letzten 65 Millionen Jahre (Science). Der Temperaturanstieg zwischen 1880 und 2012 beträgt nach Angaben des Weltklimarates (IPCC) 0,85 °C. Der IPCC schreibt in seinem 2013 erschienenen fünften Sachstandsbericht, dass es extrem wahrscheinlich ist, dass die beobachtete Erwärmung vom Menschen verursacht wird.

Oft werden die Bezeichnungen „Klimawandel“ und „globale Erwärmung“ synonym verwendet, obwohl die Gleichsetzung missverständlich ist: Der natürliche Klimawandel ist vom anthropogenen (menschengemachten) Einfluss überlagert. Die Klimaforschung sucht zu klären, welcher Anteil des beobachteten Temperaturanstiegs natürliche Ursachen hat und welcher Anteil vom Menschen verursacht wurde und weiterhin wird. Ein weiterer synonymer Begriff ist "Erderwärmung".

Die fortdauernde anthropogene Anreicherung der Erdatmosphäre mit Treibhausgasen (Kohlenstoffdioxid ( CO2), Methan und Distickstoffmonoxid), die vor allem durch die Nutzung fossiler Energie (Brennstoffe), durch weltumfassende Entwaldung sowie Land- und insbesondere Viehwirtschaft  freigesetzt werden, erhöht das Rückhaltevermögen für infrarote Wärmestrahlung in der Troposphäre. Nach Modellrechnungen trägt Kohlenstoffdioxid am meisten zur globalen Erwärmung bei.

Zu den laut Klimaforschung erwarteten und teils bereits beobachtbaren Folgen der globalen Erwärmung gehören je nach Erdregion: Meereis- und Gletscherschmelze, Meeresspiegelanstieg, das Auftauen von Permafrostböden, wachsende Dürrezonen und zunehmende Wetter-Extreme mit entsprechenden Rückwirkungen auf die Lebens- und Überlebenssituation von Menschen und Tieren (Artensterben). Nationale und internationale Klimapolitik zielt sowohl auf die Abschwächung des Klimawandels wie auch auf eine Anpassung an die zu erwartende Erwärmung.

It has been 38 years since the recording of a year with cooler than average temperatures. The graph shows how the long-term temperature trend has continued to rise even when El Niño and La Niña events skew temperatures warmer or colder in any one year. Orange bars represent global temperature anomalies in El Niño years, with the red line showing the longer trend. (The classification of years comes from the NOAA Oceanic Niño Index.) Blue bars depict La Niña years, with a blue line showing the trend. El Niño/La Niña neutral years are shown in gray, and the black line shows the overall temperature trend since 1950. Note that even the La Niña years are warmer than they used to be.

Scientific evidence says the level of CO2 in Earth’s atmosphere presently is higher than at any time in the past 800,000 years. In 1880, the first year included in this GISS analysis, the global carbon dioxide level was about 285 parts per million; by 2013, it peaked at more than 400 parts per million.

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Quelle: NASA Earth Observatory

 

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.

"Past climates are not exact analogs for the modern world, but it is reasonable to assume that changes in the radiative balance of the earth due to anthropogenic greenhouse gas emissions could affect climatic conditions in the tropical Pacific. Using this logic, some investigators have interpreted the tendency for stronger and more frequent El Niños than La Niñas since the mid-1970s as a manifestation of global warming. This recent behavior is, however, most likely not outside the range expected for natural climate variability. Competing hypotheses, such as random fluctuations or interaction with the PDO, are equally plausible. Thus, there is no definitive evidence from the instrumental record at present for changes in ENSO behavior in response to greenhouse gas forcing.
How future global warming may affect ENSO is open to debate. The consensus outlook from the current generation of global climate models suggests no significant change in ENSO characteristics under various greenhouse gas emission scenarios that presume a doubling of atmospheric CO2 from preindustrial levels over the next 100 years. Similarly, there is no clear indication of a significant shift toward either permanent El Niño–like or permanent La Niña–like background conditions in response to doubled CO2 concentrations. However, climate models have known flaws that compromise the reliability of future projections in the tropical Pacific.
Therefore, we cannot say with confidence at present how global warming will affect either ENSO variability or the background state on which it is superimposed."

McPhaden, M. J., Zebiak, S. E., Glantz, M. H. (2006): ENSO as an Integrating Concept in Earth Science

Weitere Informationen:

Globaler Wandel

Engl. „global change“; Begriff, der verschiedene globale Veränderungsprozesse des Systems Erde zusammenfasst, die sich zu einem erheblichen Teil gegenseitig beeinflussen. Der Wandel betrifft damit die Landmassen, die Ozeane, die Atmosphäre, die vor allem an den Polen konzentrierten Eisregionen, die natürlichen Kreisläufe des Planeten, die Prozesse im Erdinneren, alle Lebensformen auf der Erde und auch die menschliche Gesellschaft.

In einem umfassenden Verständnis gehören zum Globalen Wandel insbesondere

In der Vergangenheit waren die wichtigsten Einflussfaktoren für globalen Wandel Änderungen der Sonnenaktivität, Plattentektonik, Vulkanismus, Verbreitung oder Rückgang von Leben, Impaktereignisse, Ressourcenerschöpfung, Änderungen der Erdbahnparameter (Erdrevolution, Erdrotation und Ekliptikschiefe).

Es gibt inzwischen eindeutige Belege dafür, dass seit etwa 250 Jahren die wachsende Weltbevölkerung mit ihrer Nachfrage nach Energie, Nahrung, Güter, Dienste und Informationen, sowie den damit verbundenen Entsorgungsproblemen als wichtigster Treiber für globalen Wandel anzusehen ist.

Wissenschaftler, die im International Geosphere-Biosphere Programme arbeiten, vertreten die Meinung, dass die Erde gegenwärtig in einem beispiellosen Zustand (“no analogue” state ) arbeitet, zumindest was die letzten 500.000 Jahre betrifft. Der Homo Sapiens existiert seit ca. 200.000 Jahren.

Forschung zum Globalen Wandel beinhaltet zum Beispiel

  • Landnutzungssysteme unter Einfluss des Klimawandels.
  • Wassermanagementoptionen im Zuge zukünftiger Nutzeransprüche.
  • Nachhaltiger Umgang mit ökosystemaren Dienstleistungen.
  • Zukünftige Energiekonzepte.
  • Kohlenstoffmanagementkonzepte.
  • Urbane Entwicklungskonzepte.
  • Veränderungen der Ozeane
  • Küstenschutz und Küstenzonenmanagement.
  • Vermeidungs- und Anpassungsstrategien im Hinblick auf sich ändernde Klimabedingungen.

Die Forschung zum globalen Wandel ist meist anwendungsorientiert und interdisziplinär.

Globales Erwärmungspotential (GWP)

Engl. global warming potential; syn. relatives Treibhauspotential; ein auf den Strahlungseigenschaften von gut durchmischten Treibhausgasen beruhender Index, der den über die Zeit integrierten Strahlungsantrieb einer Masseeinheit eines bestimmten gut durchmischten Treibhausgases in der heutigen Atmosphäre im Vergleich zu demjenigen von Kohlendioxid angibt.

Beispielsweise beträgt das CO2-Äquivalent für Methan bei einem Zeithorizont von 100 Jahren 25: Das bedeutet, dass ein Kilogramm Methan innerhalb der ersten 100 Jahre nach der Freisetzung 25-mal so stark zum Treibhauseffekt beiträgt wie ein Kilogramm CO2.

Das Treibhauspotential ist aber nicht mit dem tatsächlichen Anteil an der globalen Erwärmung gleichzusetzen, da sich die Emissionsmengen der verschiedenen Gase stark unterscheiden. Mit diesem Konzept können bei bekannten Emissionsmengen die unterschiedlichen Beiträge einzelner Treibhausgase verglichen werden.

Das GWP repräsentiert den kombinierten Effekt der unterschiedlichen Zeitdauer, für welche diese Gase in der Atmosphäre verbleiben, und des relativen Wirkungsgrades bei der Absorption der abgehenden thermischen Infrarotstrahlung. Das Kyoto-Protokoll beruht auf GWPs von Impuls-Emissionen in einem 100-Jahr-Zeitrahmen.

Globales Ozeanbeobachtungssystem (GOOS)

Das Global Ocean Observing System (GOOS) dient der dauerhaften Beobachtung des Ozeans. Es ist die ozeanographische Komponente des "Global Earth Observing System of Systems" (GEOSS). GOOS wurde entworfen, um Wetter und Klima zu überwachen, zu verstehen und vorherzusagen, um den Zustand des Ozeans und seines Lebens zu beschreiben und zu prognostizieren, um das Management von Ökosystemen und Ressourcen an und im Meer zu verbessern, um Leben und Eigentum zu schützen und wissenschaftliche Forschung zu ermöglichen.

GOOS Gorick Poster

The poster is a vivid depiction of dozens of technologies and systems which comprise the GOOS.

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Quelle: GOOS


GOOS
ist ein Gemeinschaftsprojekt von IOC, UNEP, WMO und ICSU, das durch deren Mitgliedstaaten, über Regierungsstellen, Marinen und ozeanographischen Forschungseinrichtungen umgesetzt wird. GOOS organisiert sich durch eine Vielzahl thematischer Gremien und regionaler Allianzen.

GLOBE

Engl. Akronym für Global Learning and Observations to Benefit the Environment; weltweites Programm, das Forschung und Bildung im Bereich Umwelt miteinander verknüpft. Schüler, Lehrer sowie Wissenschaftler arbeiten gemeinsam daran, durch langfristige Beobachtung umweltrelevanter Parameter ein tieferes Verständnis über das Zusammenwirken der einzelnen Umweltkompartimente Klima, Gewässer, Boden und Vegetation zu erreichen.
GLOBE geht auf eine Initiative des ehemaligen US-amerikanischen Vizepräsidenten Al Gore zurück, der GLOBE am 24. Earth Day (22.4.1994) ankündigte und alle Länder zur Teilnahme einlud. Die politische Zusage Deutschlands erfolgte im gleichen Jahr. Inzwischen beteiligen sich ca. 1.000 Schulen in 97 Ländern an GLOBE.
Die Erhebung und Auswertung von Umweltdaten erfolgen nach genau definierten Protokollen. Diese wurden von den beteiligten Wissenschaftlern für die Schüler ausgearbeitet. Künftig wird auch Fernerkundung eine wesentliche Rolle bei den Beobachtungsmethoden spielen.
Wegen ausbleibender Finanzierung liegt GLOBE Deutschland seit einigen Jahren brach (2011).

Weitere Informationen: http://www.globe-germany.de

Guano

Substanz, die hauptsächlich aus mineralreichem Vogelkot besteht, und die in Peru und auch auf Exportmärkten als Dünger dient. Der Begriff "Guano" oder "Huanu" entstammt der Inka-Sprache Quechua. Die Verwendung von Vogelexkrementen als Dünger ist für die Westküste Südamerikas jedoch schon für die Zeit zwischen dem 3. und 5. Jh. vor Chr. nachgewiesen (Beginn der Nazca-Kultur).

Guano wird im wüstenhaften Küstenklima vor allem auf Inseln vor der Küste Chiles und Perus akkumuliert. Dort ermöglichen die fischreichen Auftriebsgebiete des Humboldtstromes riesige Vogelpopulationen (überwiegend Kormorane, ferner Meerespelikane und Guanotölpel). Deren Kot wird wegen der Regenarmut nicht abgespült, sondern trocknet aus und reichert sich an.

Während eines El Niño-Ereignisses wird die Anchoveta-Population (Hauptnahrungsquelle der Guano-Vögel) stark reduziert. Ihrer Nahrung beraubt, sterben sehr viele Vögel. Als Folge kommt es zu einem drastischen Rückgang der Guano-Produktion. Bis in die frühen fünfziger Jahre kam in Peru keine kommerzielle Anchoveta-Fischerei auf, da die Guano-Industrie und die peruanischen Bauern gegen entsprechende Versuche opponierten. Ein Regierungswechsel in Peru und der gleichzeitige Niedergang der kalifornischen Sardinenfischerei bewirkten einen Wandel. Unternehmer sahen in Peru einen idealen Standort für die ungenutzten Fischereiflotten und Verarbeitungsanlagen. Die Guano-Produktion verlor seither stark an Bedeutung.

Weitere Informationen:

H

Hadley-Zelle

Mit der Hadley-Zelle wird die meridionale Luftzirkulation zwischen dem meteorologischen Äquator (im Mittel bei 5°N) und den subtropisch-randtropischen Hochdruckgürteln (srtH) beschrieben. Deren bodennahe Strömungen, der NO- und der SO-Passat strömen in der innertropischen Konvergenzzone zusammen. Dort steigen die Luftmassen auf, strömen in der Höhe wieder in außertropische Breiten zurück, sinken im Bereich der srtH zu Boden und speisen diese Hochdruckzellen, die wiederum die Passate entsenden. So beschreiben sie im statistischen Mittel einen geschlossenen Weg. Die Hadley-Zelle ist hauptsächlich auf der jeweiligen Winterhalbkugel ausgeprägt, auf der Sommerhalbkugel über den Landmassen findet man sie kaum.
Die mittlere Zirkulation, die durch die Hadley-Zelle beschrieben wird, gilt als extreme Vereinfachung. Die Beobachtungen zeigen, dass die in der ITC aufsteigende Luft sehr komplexen Bahnen folgt, die nur gemittelt über alle tropischen Längen zwischen 30°N und 30°S eine einfache Meridionalzirkulation nachzeichnen.
Die Hadley-Zelle dient wie die polwärts anschließende Ferrel-Zelle wird dem Transport von wärmerer Luft von den Tropen zu den Polen und von kälterer Luft von den Polen zu den Tropen.
Die Zirkulation wurde nach George Hadley benannt, einem britischen Juristen und Meteorologen (1685-1768), der als erster eine theoretische Erklärung für sie lieferte.

Bei einem El Niño-Ereignis ist die Hadley-Zirkulation intensiviert und die Ost-West gerichtete Walker-Zirkulation gleichzeitig abgeschwächt. Die verstärkte Hadley-Zirkulation überträgt Drehimpulse polwärts in den Subtropen-Jetstream und kräftigt die Westwinde der mittleren Breiten.

Hadley-Zellen im Kontext der globalen Zirkulation Hadley-Zellen im Kontext der globalen Zirkulation
Halokline

Syn. Salzgehaltssprungschicht; Wasserschicht in einer Tiefe von 300 bis 1.000 m, in der sich eine starke vertikale Änderung der Salzkonzentration vollzieht. In niederen Breiten trennt sie salzreiches Oberflächenwasser von relativ salzarmem Tiefenwasser, in hohen Breiten ist das Oberflächenwasser relativ salzarm.

arktische Halokline

Arktische Halokline

Wenn sich Meereis bildet, entlässt es Salz in die oberen Wasserschichten. Diese Wassermassen werden dadurch dichter, sinken ab und bilden dann die arktische Halokline, eine Schicht kalten Wassers, das als Barriere dient zwischen dem Meereis und dem tieferen wärmeren Wasser, welches das Eis schmelzen könnte.

(Illustration by Jayne Doucette, WHOI)

500 hPa-Niveau

Auf diesem Druckniveau der Atmosphäre liegt die Hälfte der Masse der Atmosphäre jeweils unter und über dieser Fläche gleichen Drucks. Das Niveau ist wichtig für das Verständnis des Wettergeschehens in tieferen Schichten, da die Winde in diesen Höhen die Sturmbahnen in tieferen Schichten bestimmen und damit eine enge Korrelation mit dem bodennahen Wettergeschehen haben. Die 500-300 hPa-Flächen sind das Niveau der Jetstreams.

Hoch(druckgebiet)

Syn. Antizyklone; Luftmasse, in der hoher Luftdruck herrscht (in Bodennähe meist >1.000 hPa). Vom Zentrum nach außen nimmt der Druck ab, entsprechend strömt in Bodennähe Luft zum tiefen Druck hin ab (Divergenz), allerdings durch die Corioliskraft auf der N-Halbkugel nach rechts abgelenkt. So erhalten die Hochs einen antizyklonalen Drehsinn. Im Hoch herrschen schwache Winde, absinkende Luftbewegung und als deren Folge adiabatische Erwärmung mit Wolkenauflösung und Austrocknung. Oft reicht die absinkende Luft nur bis zur Obergrenze der atmosphärischen Grenzschicht (im Durchschnitt 1.000 m), wo sich eine Absinkinversion bildet, unter der sich Staub und Verunreinigungen sammeln (Dunstschicht), bzw. unter der es auch zu Nebelbildung kommen kann.
Nach der Entstehung unterscheidet man zwei Typen von Hochs:

  1. Dynamische oder warme Hochs. Diese Druckgebilde sind sehr hochreichend (mehrere tausend Meter) auch hinsichtlich ihrer Wärmequalität. Lediglich die untersten Schichten können kalt sein. Sie sind nahezu stationär und langanhaltend wetterwirksam.
    Auch die Zellen des subtropisch-randtropischen Hochdruckgürtels, die sich aus absinkender Tropikluft aufbauen, gehören zu diesem Typ. Diese wiederum sind die Wurzelzone der Passate.
  2. Thermische oder Kältehochs. Sie bestehen aus Kaltluftmassen von sehr geringer vertikaler Mächtigkeit und sind nicht sehr beständig.
Holozän

Bezeichnung für die geologische Gegenwart, deren Einsetzen man mit dem Ende der letzten Kaltzeit (Würm/Weichsel) des Pleistozäns vor ca. 10.000 Jahren datiert.

Humboldtstrom

Auch als Perustrom bezeichnete, sogenannte kalte Meeresströmung an der Westküste Südamerikas. Er teilt sich bei ca. 40° S gleichsam unter der Hobelwirkung Feuerlands als nordwärts gerichteter Span aus der von der Westwinddrift angetriebenen zirkumpolaren Westströmung ab. In Höhe der Galápagos-Inseln schwenkt der Humboldtstrom unter Erwärmung nach W ab und geht in den Südäquatorialstrom über. Als Strömung gilt der Humboldtstrom heute als Erkenntnis von Satellitenbeobachtung eher als Mythos. Ebenso wenig wie andere Strömungen an den Westseiten der Kontinente besitzt er die Qualitäten der starken und auf wenige Kilometer Breite begrenzten Strömungen auf den Ostseiten (Golfstrom, Kuro Shio). Zwar verlangt die Kontinuität nach einem äquatorwärtigen Ausgleich für den polwärtigen Wassertransport, aber die Ausgleichsströmung des Humboldtstroms vollzieht sich mit großer Langsamkeit und verteilt über eine Breite von Tausenden von Kilometern vor der Küste (pers. Mitteilung David B. Enfield, NOAA/AOML/PHOD, Miami).

Friedrich Wilhelm Heinrich Alexander von Humboldt (1769 - 1859) der Namenspatron der Meeresströmung

Abb.: Alexander von Humboldt und der französische Botaniker Aimé Bonpland in der Urwaldhütte; gemalt von Eduard Ender um 1850

A. v. Humboldt war ein deutscher Naturforscher mit weit über Europa hinausreichendem Wirkungsfeld. In seinem über einen Zeitraum von mehr als sieben Jahrzehnten sich entfaltenden Gesamtwerk schuf er „einen neuen Wissens- und Reflexionsstand des Wissens von der Welt“ und wurde zum Mitbegründer der Geographie als empirischer Wissenschaft.

Seine mehrjährigen Forschungsreisen führten ihn nach Lateinamerika, in die USA sowie nach Zentralasien. Wissenschaftliche Feldstudien betrieb er unter anderem in den Bereichen Physik, Chemie, Geologie, Mineralogie, Vulkanologie, Botanik, Vegetationsgeographie, Zoologie, Klimatologie, Ozeanographie und Astronomie, aber auch zu Fragen der Wirtschaftsgeographie, der Ethnologie und der Demographie. Zudem korrespondierte er bei der Erstellung seines publizistischen Werkes mit zahlreichen international bedeutenden Spezialisten der verschiedenen Fachrichtungen und schuf so ein wissenschaftliches Netzwerk eigener Prägung.
In Deutschland erlangte er vor allem mit den Ansichten der Natur und dem Kosmos außerordentliche Popularität. Sein bereits bei Lebzeiten hohes Ansehen spiegelt sich in Bezeichnungen wie „der zweite Kolumbus“, „wissenschaftlicher Wiederentdecker Amerikas“, „Wissenschaftsfürst“ und „der neue Aristoteles“.

Am 5. Juni 1799 brach der 29jährige Alexander von Humboldt zu einer fünfjährigen Forschungsexpedition auf in das damalige südamerikanische Kolonialreich Spaniens, die heutigen Staaten Venezuela, Kuba, Kolumbien, Ecuador, Peru und Mexiko. Nie zuvor war ein Forschungsreisender auf eigene Rechnung und ohne politischen Auftrag so lange unterwegs gewesen. In malariaverseuchten Regenwäldern und beim Besteigen aktiver Vulkane hatte er sich in lebensgefährliche Situationen begeben, um zu neuen wissenschaftlichen Ergebnissen zu gelangen. v. Humboldt nahm die Welt nicht aus der Sicht einzelner Wissenschaften, sondern vernetzt und ganzheitlich wahr.

Zu größerer Darstellung auf Grafik klicken - Quelle: Bundeskunsthalle

 

Seine herkunftsbedingt (antarktische Gewässer) kalten Temperaturen werden wegen der geringen Geschwindigkeit bis zum Erreichen der nordchilenischen und peruanischen Küstenregionen schon deutlich erwärmt. Die dort aber tatsächlich anzutreffende Abkühlung geschieht durch kalte Auftriebswässer, meist aus Tiefen von 75 - 100 m. So liegt die durchschnittliche Wassertemperatur an der Westküste Südamerikas 7 - 8 °C niedriger als die Temperatur im freien Ozean auf gleicher Breite. Sein Sauerstoffreichtum geht ebenfalls auf seine Herkunft aus der stürmischen, das Meer aufwühlenden Westwinddrift zurück.

Teile der oberflächennahen Meeresströmungen im Pazifik

mit dem Humboldtstrom vor Südamerika

 

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Quelle:Wikimedia

Die durch Passat und Ekmantransport bewirkten Auftriebswässer liefern Nährstoffe in die euphotische Zone und ermöglichen dort eine umfangreiche Primärproduktion an Plankton. Das Plankton ist jedoch nicht gleichmäßig im Humboldtstrom verteilt, sondern in Ballungswolken verschiedener Größe, von einigen Metern bis zu einigen Kilometern Durchmesser. Entsprechend variiert die Verteilung der Fischschwärme der Anchovis.

Im Humboldtstrom sind über 225 Fischarten beschrieben, von denen 74 befischt werden. Nur zehn Arten sind wirtschaftlich wichtig, dazu gehören Anchovis, Bonito und Makrele, ferner Wale, Haie, Thunfische, Aale, Flundern, Oktopus und Krabben. Die Anchovis, die schon dem vorkolumbianischen Landbau als Düngemittel dienten, werden zum größten Teil zu Fischmehl verarbeitet.

Visuell zeigt sich der Kernbereich des Humboldtstroms im Bereich Chiles und Perus als flaschengrünes, ca. 80 - 150 sm breites Band, das sich relativ scharf von den nährstoffarmen, kobaltblauen Wassern des offenen Ozeans abhebt. Seine Strömungsgeschwindigkeit beträgt 0,4 bis 0,7 m/sec mit zunehmender Tendenz beim Übergang in den Südäquatorialstrom. Der Strom umfasst Wassermassen bis in 200 m Tiefe.

Auch für die benachbarten Landökosysteme sind die Qualitäten des Humboldtstromes bedeutsam. Durch das kalte Meerwasser kühlt sich die Luft ab. Ein Aufsteigen und Kondensieren wird dadurch verhindert. Im Zusammenwirken mit den absinkenden Luftmassen des SO-Passats wird die Verdunstungskraft erhöht, Wolken lösen sich auf und Niederschläge bleiben aus. So zählt der Küstenbereich des Humboldtstroms zu den niederschlagsärmsten der Erde. Dort fallen unter 100 mm Niederschlag pro Jahr (Küstenwüste).

Bright Waters Off Peru (23.2.2004)

The true-color image above shows a patch of bright water off the coast of Chincha Alta, Peru, roughly 200 km south of Lima. The scene was acquired by the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) aboard NASA’s Aqua Satellite. The bright yellow-green coloration of the water is probably the result of biological activity - possibly some species of algae.
The waters along the west coast of South America are some of the most biologically fertile in the world. This is due mainly to the Humboldt Ocean Current - a very cold, deep current flowing from Antarctica past the southern tip of Chile and northward to Peru. Off Peru, the icy waters of the Humboldt Current upwell and bring a steady supply of sulfates and phosphates from the depths to the surface. With an abundance of these nutrients brought up to the surface, a wide range of tiny ocean organisms flourish and reproduce in great numbers. Among these organisms are diatoms, phytoplankton, and zooplankton - collectively, forming the foundation of the marine food chain.
Most of these organisms are benign to their environments. However, some species can be poisonous to unsuspecting organisms that may feed on them, including fish, shellfish, and, indirectly, even humans. About 20 percent of the world’s commercial fish yield comes from the Humboldt Current’s marine ecosystem, including sardines, anchovies, and mackerel.
It is hard to identify exactly what is causing this bright water patch off Peru using only satellite data. While scientists continue to refine their algorithms in hopes of one day being able to accurately diagnose such events from space-based remote sensors, today the only way scientists can be sure is to collect water samples from the event while it is ongoing.

Zu größerer Darstellung auf Grafik klicken - Quelle: NASA Earthobservatory

 
Hurrikan

Ebenso wie die Begriffe Taifun (China, Japan), Zyklon (Bengalen), Willy-Willy (Australien) und Mauritius-Orkan eine regionale Bezeichnung für die allgemein als tropischer Wirbelsturm bekannte Erscheinung. Ein tropischer Wirbelsturm besteht aus einer nahezu kreisförmigen Wolkenmasse von 500-600 km Durchmesser und vielen tausend Metern Höhe. Seine Lebensdauer beträgt mehrere Tage bis zu über einer Woche.
Typisch ist das sogenannte Auge, der innerste Bereich mit einem Durchmesser von 20-40 km. Dort ist der Himmel heiter bis wolkenlos bei weitgehender Windarmut.

Sintflutartige Regenfälle sind üblich, ebenso wie hohe Windgeschwindigkeiten mit Spitzen von 80 m/sek (290 km/h) und darüber. Die Zone höchster Windgeschwindigkeiten liegt meist innerhalb von 30-50 km um das Zentrum.

Dies erklärt sich aus dem Kerndruck, der mehr als 50 hPa tiefer sein kann als außerhalb, im Extrem sogar bis 100 hPa. Tropische Wirbelstürme entstehen nur über den Ozeanen zwischen 5° und 20° beiderseits des Äquators. Nur dort treffen die Bedingungen einer ausreichenden Stärke der Corioliskraft und einer Wassertemperatur von wenigstens 26-27 °C zusammen. Den Energienachschub beziehen tropische Wirbelstürme aus der freiwerdenden Kondensationswärme des reichlich vorhandenen Wasserdampfes.

Wahrscheinlich entstehen tropische Wirbelstürme aus "easterly waves", die sich mit der Passatströmung nach Westen bewegen und dabei zu einem Wirbel entwickeln.

Beim Übertritt auf Land können tropische Wirbelstürme enorme Schäden anrichten und eine große Zahl von Menschenleben kosten. Verursacher sind Flutwellen an den Küsten, die hohen Windgeschwindigkeiten sowie die extremen Regenfälle mit nachfolgenden Überflutungen.

Anzahl von Hurrikanen in den Monaten
August - Oktober

über dem Atlantik

in Abhängigkeit von ENSO-Phasen

In den meisten El Niño-Jahren gibt es über dem Atlantik weniger, in den meisten La Niña-Jahren mehr Hurrikane als im langjährigen Durchschnitt. Die Beziehung zwischen ENSO und Hurrikan-Häufigkeit hat sich in den letzten 25 Jahren verstärkt.

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Quelle: IRI


Im Allgemeinen ist die atlantische Hurrikanaktivität während La Niña-Jahren stärker als im Durchschnitt und schwächer in El Niño-Jahren. Zwar haben La Niña and El Niño zunächst einmal Auswirkungen auf die Meerestemperaturen im tropischen Pazifik, aber sie verändern auch die großräumige atmosphärische Zirkulation derart, dass auch die Atlantikregion betroffen ist. In einem El Niño-Jahr erfahren die Luftmassen im westlichen Atlantik eine verstärkte generelle Absinktendenz, was die Wolkenbildung unterdrückt. El Niño verstärkt auch hochreichende Winde sowie vertikale Windscherungen in den unteren Schichten der Atmosphäre. Beide Erscheinungen verhindern oder schwächen Stürme. Bei La Niña-Ereignissen wird das weiträumige Absinken von Luft vermindert und die hochreichenden Winde sind allgemein schwächer, sodass die Entstehungsbedingungen für Stürme günstiger sind.

Mechanismus der Hurrikan-Häufigkeit

in Ostpazifik und Atlantik

unter El Niño-Bedingungen

 


Weitere Informationen:

Hydrologie

Lehre von den Eigenschaften und Erscheinungsformen des Wassers auf und unter der Landoberfläche einschließlich seiner räumlichen Verteilung und anthropogenen Beeinflussung. Im weiteren Sinne gliedert sie sich in die Hydrologie der Meere (Ozeanographie) und die Hydrologie des Festlandes (Gewässerkunde), zu deren Kerngebieten die Potamologie (Flusskunde), Limnologie (Seenkunde), Hydrogeologie (Grundwasserkunde) und Glaziologie (Entstehung und Verbreitung des Eises) zählen. Die moderne Hydrologie orientiert sich verstärkt an der Komplexität der hydrologischen Prozesse. Gleichzeitig führt die große Bedeutung des Wassers für zahlreiche wissenschaftliche Disziplinen zu einem stark interdisziplinären Ansatz der Wasserforschung.

Karte mit den Grundwasserressourcen

Mittel- und Südamerikas

 

 

 

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Quelle: BGR / UNESCO

Hydrosphäre

Die Hydrosphäre (von altgriech. ch ὕδωρ, hýdor = Wasser und σφαίρα, sphaira = Kugel) ist eine Teilhülle der Geosphäre der Erde und umfasst deren ober- und unterirdische Wasservorkommen. Sie durchdringt die Atmosphäre, die Lithosphäre, die Biosphäre und die Pedosphäre. Hierzu gehören die Weltmeere, Flüsse, Seen, aber auch das Grundwasser und das Wasser in der Atmosphäre. Damit umfasst der Begriff die Gesamtheit des irdischen Wassers und auch seinen globalen Kreislauf.

A Warmer World Might Not Be a Wetter One

In recent years, scientists have warned that the water cycle may be affected by temperature changes, as warmer temperatures can increase the moisture-holding capacity of air.
When NASA researchers studied precipitation simulated over land and sea, they found it decreased over land as the local recycling of water vapor was reduced. Oceanic precipitation, however, had an upward trend along with increased sea surface temperatures, consistent with historical data and earlier studies.
This animation illustrates the stages of the water cycle, a gigantic system powered by the sun, as individual water molecules travel between the oceans, water vapor in the atmosphere, water and ice on the land, and underground water.

Quelle: NASA

Hypothese

Wahrscheinlich richtige Annahme, die so formuliert ist, dass sie durch Erfahrung und Experiment bestätigt oder widerlegt werden kann. So können Hypothesen Basis für wissenschaftliche Theorien werden. Als Arbeitshypothesen dienen Hypothesen der Forschung als Orientierung. Ohne angenommene Hypothese wären beobachtete Phänomene bzw. errechnete oder gemessene Werte nicht erklär- bzw. deutbar. Eine Hypothese, die vielen empirischen Überprüfungen standgehalten hat, wird bewährt genannt.

hypsographische Kurve
Hypsographische Kurve Hypsographische Kurve

Bitte Grafik zum Vergrößern anklicken

Quelle: Lexikon der Geographie

Syn. hypsometrische Kurve; Darstellung der Topographie der Erdoberfläche in Gestalt der summarischen Prozentanteile der absoluten Höhen über und unter dem Meeresspiegel.

Die Abfolge der Elemente einer hypsographischen Kurve darf nicht als reale Abfolge der einzelnen Großformentypen verstanden werden, auch wenn die Kurve dies auf den ersten Blick vermuten lässt. Beispielsweise liegen Hochgebirge und Tiefseegräben in der Realität oft unmittelbar nebeneinander (z.B. Anden/Atacamagraben), in Darstellungen der hypsographischen Kurve gewöhnlich aber nicht.

I

IMARPE

Span. für Instituto del Mar del Pe; peruanisches Meeresinstitut mit wichtigen ozeanographischen Daten und Informationen zu ENSO.

IMPENSO

Engl. Akronym für Impact of ENSO (Der Einfluß von ENSO auf die Wasserressourcen und die lokale Bevölkerung in einem Regenwaldrandgebiet Indonesiens). IMPENSO ist ein Deutsch-Indonesisches Forschungsprojekt (2001-2006), das die Wasserressourcen und die landwirtschaftliche Produktion im Einzugsgebiet des Palu River in Zentralsulawesi (Indonesien) untersucht und Strategien für den Umgang mit ENSO-bedingten Niederschlagsschwankungen entwickelt.

Indischer Ozean Dipol (IOD)

Engl. Indian Ocean Dipole; eine unregelmäßig auftretende Oszillation der Meeresoberflächentemperaturen (SST-Anomalie) zwischen zwei Gebieten (oder Polen, daher Dipol) - und zwar am äquatorialen Ost- und Westende des Indischen Ozeans. Es werden 'positive', 'neutrale' und 'negative' Phasen unterschieden. Eine positive Phase sieht überdurchschnittliche Meeresoberflächentemperaturen und in der Folge höhere Niederschläge im westlichen Indik, was mit einer Abkühlung der Gewässer im östlichen Indik korrespondiert. Diese Abkühlung bedingt eine Tendenz zu Dürren in den benachbarten Landmassen von Indonesien und Australien. Die negative Phase des IOD bringt die gegenteiligen Verhältnisse mit sich, wärme Ozeantemperaturen und stärkere Niederschläge im Ostindik und kühlere und trockenere Verhältnisse im Westen.
Zum ersten Mal entdeckt wurde dieses Phänomen 1999. Allerdings belegen Proxydaten aus Korallenriffen, dass der IOD mindestens seit dem mittleren Holozän, d.h. seit etwa 6.500 Jahren besteht. Ähnliche Systeme sind in den anderen beiden Weltmeeren Atlantik (Atlantische Multidekaden-Oszillation) und Pazifik (Pazifische Dekaden-Oszillation) ebenfalls bekannt.

The Indian Ocean Dipole (IOD)

The IOD is a coupled ocean-atmosphere phenomenon in the Indian Ocean. A positive IOD is normally characterized by anomalous cooling of SST in the south eastern equatorial Indian Ocean and anomalous warming of SST in the western equatorial Indian Ocean. Associated with these changes the normal convection situated over the eastern Indian Ocean warm pool shifts to the west and brings heavy rainfall over the east Africa and severe droughts/forest fires over the Indonesian region.

SST anomalies are shaded (red color is for warm anomalies and blue is for cold). White patches indicate increased convective activities and arrows indicate anomalous wind directions during IOD events.

Quelle: JAMSTEC

 

Die Auswirkungen dieser Meerestemperaturen-Anomalie sind ziemlich unterschiedlich, vor allem im Bezug auf den indischen Monsun. Bei einem positiven IOD Ereignis fällt auf der Westseite des indischen Subkontinents weniger Niederschlag aufgrund des herabgesetzten Meer-Land Temperatur- und damit auch Druckunterschieds, welcher wiederum an der Ostküste nun stärker ausgeprägt ist und hier mehr Niederschlag fällt.

Der IOD teilt den Indik in zwei Regionen, zum Einen in die indonesisch-australische, welche als zusammengehörig zu betrachten ist, und zum Anderen in den Ostküstenbereich Afrikas. In diesen beiden Regionen ergibt sich bei einer nicht neutralen Phase jeweils immer eine der jeweils anderen Region entgegengesetzte niederschlagsarme oder niederschlagsreiche Phase. Die Niederschlagsverteilungen sind hier aber nicht von den monsunalen Luftströmungen wie in Indien bedingt, und damit auch nicht von den Land-/ Meerunterschieden hinsichtlich Temperatur und Druck.
Australien und Indonesien und der erwähnte Teil Ostafrikas befinden sich so nah am Äquator, dass die vorhandenen Druckverhältnisse nicht von den Land-Meer Temperaturunterschieden abhängig sind und der Niederschlag vornehmlich über die Verdunstung und Konvektion über dem Meer gesteuert wird. Dadurch kommt es bei einem regionalen Abfall der SST jeweils zu weniger Konvektion über dem Meer und dadurch weniger Niederschlägen und die Wahrscheinlichkeit einer Dürre wird erhöht. Bei einem positiven Ereignis gibt es also vor Australien und Indonesien niedrigere SST und damit verbunden weniger Niederschläge, während im äquatornahen Ostafrika erhöhte SST und damit einhergehend mehr Niederschläge fallen. Ein negatives Ereignis hat immer exakt die umgekehrten Folgen.

Dipole Mode Index (DMI)

The IOD is commonly measured by an index that is the difference between sea surface temperature (SST) in the western (50°E to 70°E and 10°S to 10°N) and eastern (90°E to 110°E and 10°S to 0°S) equatorial Indian Ocean. The index is called the Dipole Mode Index (DMI). The map shows the east and west poles of the IOD for November 1997 at the height of the 1997 positive IOD event. The east and west poles of the IOD are marked with black boxes.

 

Quelle: BOM

 

Wie ENSO ist der IOD ein gekoppeltes Ozean-/Atmosphären-Phänomen. Auch sind seit einigen Jahren Verbindungen zwischen dem IOD und ENSO bekannt. Da der ENSO-Index meist über den Luftdruckunterschied zwischen dem tiefen Druck im Bereich Indonesiens und dem hohen Druck vor der peruanischen Küste definiert wird, sind Wechselwirkungen nicht verwunderlich, da das indonesische Tief auch ein Teilelement des IOD ist. Ein positiver IOD kann von einem positiven ENSO-Ereignis ausgelöst werden, aber auch ein IOD-Ereignis kann ein positives ENSO-Ereignis auslösen.
Negative IOD sind wiederum mit La Niña verbunden. Die interne Variabilität dieses Systems erlaubt aber auch ein Vorkommen unterschiedlicher Phasen ohne äußere Einflüsse. Die vorhandenen Telekonnektionen funktionieren über die Atmosphäre, so kann eine positive IOD-Phase durch upwelling eine negative SST-Anomalie vor Indonesien und mit dem damit einhergehenden Druckabfall ein Eintreten eines positiven ENSO-Ereignisses bewirken.
Wenn der IOD und ENSO phasengleich verlaufen, sind die Auswirkungen von El Niño und La Niña beispielsweise in Australien oft höchst extrem, wohingegen die Auswirkungen von El Niño und La Niña verringert werden können, wenn sie gegenphasig verlaufen.

Weitere Informationen:

Innertropische Konvergenzzone (ITK)

Syn.: Äquatoriale Tiefdruckrinne, engl. intertropical convergence zone (ITCZ); erdumspannendes Band tiefen Luftdrucks über den Gebieten mit den am stärksten erwärmten Wasser- und Landmassen in den Tropen. In der durch ein flaches Luftdruckminimum geprägten ITK findet ein Zusammenströmen (Konvergenz) der sich hier auflösenden SO- und NO-Passate statt. Die geographische Lage der ITK (steiler Einfallswinkel der Sonnenstrahlen) und die Konvergenzvorgänge führen zu aufsteigender Luftbewegung (aufsteigender Ast der Hadley-Zelle), zu Wärme- und Feuchtigkeitsaufnahme und zu labiler Schichtung der Luftmassen mit entsprechenden konvektiven Niederschlägen. Die einzelnen Konvektionszellen dieser mächtigen Gewitter mit Cumulonimbus-Bewölkung können die in ca. 17 km Höhe liegende Tropopause durchstoßen und damit Luft in die Stratosphäre befördern.
Das deutsche Akronym ITK für 'innertropische Konvergenzzone' wurde in Anlehnung an Schönwiese (2003) übernommen.

Innertropische Konvergenzzone (Aufnahme des geostationären GOES-11 vom 17. Mai 2000)

 

In this poster, the GOES-11 visible images of the clouds are overlaid on a color map of the western hemisphere derived from NOAA's AVHRR observations from polar orbit (color land cover classification data).

The Intertropical Convergence Zone, or ITCZ, is the region that circles the Earth, near the equator, where the trade winds of the Northern and Southern Hemispheres come together. The intense sun and warm water of the equator heats the air in the ITCZ, raising its humidity and making it buoyant. Aided by the convergence of the trade winds, the buoyant air rises. As the air rises it expands and cools, releasing the accumulated moisture in an almost perpetual series of thunderstorms.

Seasonal shifts in the location of the ITCZ drastically affects rainfall in many equatorial nations, resulting in the wet and dry seasons of the tropics rather than the cold and warm seasons of higher latitudes. Longer term changes in the ITCZ can result in severe droughts or flooding in nearby areas.

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Quelle: NASA GOES Project

 

Die Cumulonimbuswolken sind weder gleichmäßig verteilt, noch zufällig verstreut. Vielmehr sind sie innerhalb von Wolkenclustern zu finden, von denen jedes einige hundert bis zu 1.000 km Durchmesser aufweist. Jedes Cluster enthält Gruppen (mesoskalige Zellen) mit Cumulonimbusaktivität, die typischerweise horizontale Größen von einigen Zehnern von Kilometern bis zu 100 km im Durchmesser haben. Die einzelnen Wolken sind ca. 10 km im Durchmesser. Sie besitzen einen 3-5 km breiten zentralen Kern. Innerhalb der Aufwinde werden Geschwindigkeiten von 10-15 m/s (37-55 km/h) erreicht.
Auf Satellitenbildern können mesoskalige Zellen und individuelle Cumulonimbuswolken nicht unterschieden werden, da sie von der ausgedehnten Zirrusbewölkung bedeckt wird, die sich aus den auseinanderströmenden Ambossen der Cumulonimbuswolken bildet.

In der ITK findet man schwache, oft westliche Winde. Sie können allerdings häufig in ihrer Richtung Hinundherspringen und werden deshalb als Mallungen oder Doldrums bezeichnet.

Die ITK ist kein stationäres Band, sondern wandert im Jahresverlauf der vom Zenitstand der Sonne abhängigen Zone stärkster Erwärmung mit ca. 1 Monat Verzögerung hinterher. Sie liegt - bedingt durch die größere Landmasse auf der Nordhemisphäre - im Mittel etwas nördlich des Äquators.

Über dem westlichen Pazifik besteht häufig noch eine zweite Zone mit konvergierenden Oberflächenwinden, die Südpazifische Konvergenzzone. Sie liegt im Durchschnitt einige Grad südlich des Äquators.

Während El Niño-Bedingungen ist die normale Wanderung der ITK wegen der außergewöhnlich warmen Meeresoberflächentemperaturen im tropischen Pazifik unterbrochen.

Globale Durchschnittswerte des Niederschlags gemittelt über die Jahre 1998-2011

Die nebenstehende Grafik wurde aus Daten des NASA/JAXA-Satelliten 'Tropical Rainfall Measuring Mission' (TRMM) erstellt. In dieser grafischen Datenauswertung wird die Konzentration der Bereiche höchster Niederschläge auf die Tropen deutlich. Gleichzeitig zeigt die dortige Niederschlagsverteilung Muster, die stark von der Land-/Wasserverteilung der Erdoberfläche geprägt sind.

Zu größerer Darstellung auf Grafik klicken

Für eine leicht ältere Version dieser Niederschlagskarte hat der Deutsche Wetterdienst eine kommentierte Fassung mit den Lagen der wichtigsten Intertropischen Konvergenzzonen (Monsuntröge) erstellt.

Quelle: NASA

 
interannuell

Syn. interannuär, in der klimatologischen Literatur häufig verwendeter, aus dem Englischen (interannual) eingedeutschter Begriff für "Jahr-zu-Jahr", um die Veränderlichkeit des Zustandes der Atmosphäre im angegebenen Zeitraum zu bezeichnen; vgl. Zeitskalen in der Atmosphäre

Inversion

Wenige Zehner bis wenige hundert Meter mächtige, als Grenze wirkende Luftschicht in der Atmosphäre, innerhalb derer die Temperatur mit der Höhe nicht ab- sondern zunimmt (Temperaturumkehr). Inversionen entstehen durch

  • das Übereinanderführen verschiedener Luftmassen
  • durch die Ansammlung kalter Luft am Boden (Strahlungsinversion)
  • durch das Absinken sich erwärmender Luftmassen in Hochdruckgebieten (Absinkinversion).

Sie wirken als Sperre für hochreichende konvektive Vorgänge und verursachen eine Anreicherung von Staub und Dunst an der Umkehrschicht. Gleichzeitig kann sich dort eine ausgeprägte Wolkendecke bilden.

IPCC

Engl. Akronym für Intergovernmental Panel on Climate Change (Zwischenstaatlicher Ausschuss über Klimaveränderung, im Deutschen oft als Weltklimarat bezeichnet); im November 1988 von WMO und UNEP eingerichtetes Gremium zur Bewertung aktueller wissenschaftlicher, technischer und sozio-ökonomischer Informationen, die für das Verständnis von Klimaveränderungen und deren Auswirkungen sowie für damit zusammenhängende Anpassungs- und Vorsorgemaßnahmen bedeutsam sind. Zielgruppen sind insbesondere politische Entscheidungsträger. Der Sitz des IPCC-Sekretariats befindet sich in Genf.
Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) richteten 1998 die Deutsche IPCC-Koordinierungsstelle am Projektträger des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Bonn ein.

Der IPCC betreibt selbst keine Forschung, sondern trägt die Ergebnisse der Forschungen in den verschiedenen Disziplinen zusammen, darunter besonders der Klimatologie. Er bildet eine kohärente Darstellung dieses Materials in so genannten Sachstandsberichten ab, den IPCC Assessment Reports. Die Berichte des IPCC werden in Arbeitsgruppen erstellt und vom Plenum akzeptiert. Jeder beteiligte Forscher kann in drei aufeinanderfolgenden Versionen Kommentare, Kritik und Vorschläge einbringen. Mehr als hundert Forscher haben dies getan; unabhängige Review Editors achten darauf, ob die Endfassung alles angemessen berücksichtigt.

Der IPCC organisiert sich in drei Arbeitsgruppen und einer Task-Force:

  • Arbeitsgruppe I befasst sich mit den wissenschaftlichen Aspekten des Klimasystems und der Klimaänderung.
  • Arbeitsgruppe II befasst sich mit der Verwundbarkeit von sozioökonomischen und ökologischen Systemen durch Klimaänderungen.
  • Arbeitsgruppe III befasst sich mit Maßnahmen zur Eindämmung des Klimawandels.
  • Eine Task Force befasst sich mit der Entwicklung von Methodologien und der Standardisierung von Verfahren beispielsweise bei der Erhebung von Emissionsdaten von Treibhausgasen in den einzelnen Ländern.

Der IPCC veröffentlicht Berichte in vier Kategorien:

  • Sachstandsberichte (assessment reports),
  • Sonderberichte (special reports),
  • technische Berichte (technical papers) und
  • methodologische Berichte (methodology papers).

Weitere Informationen:

Islandtief

s. Aleutentief

Isotherme

Linie gleicher Temperaturwerte

J

Jet-Stream (Strahlstrom)

Bandförmiger Luftstrom mit außerordentlich hohen Windgeschwindigkeiten (max. ca. 600 km/h) in der oberen Troposphäre oder unteren Stratosphäre, der durch große horizontale Temperaturunterschiede und die Corioliskraft verursacht wird. Länge: einige 1.000 km, Breite: einige 100 km, vertikale Mächtigkeit: einige km. Auf beiden Halbkugeln treten auf:

a) der sehr beständige, aber weniger intensive Subtropen-Jet über dem subtropischen Hochdruckgürtel etwa längs einer gedachten Linie von den Bermudas über die Kanaren, Nordafrika, den Persischen Golf, Indien, Südchina, den Pazifik bis Kalifornien. Auf der Nordhalbkugel liegt er im Sommer konstant auf ca. 40°N und im Winter ebenfalls konstant auf 30°N (zonales westliches Starkwindband). Seine mittlere Höhe beträgt etwa 12 km über Grund, also etwas unterhalb der dortigen Tropopause.

b) der wellenförmige, stellenweise unterbrochene Polarfront-Jet (Höhe ca. 10 km) in den höheren Mittelbreiten (zwischen 50° und 75° Breite). Seine geographische Lage ist eng an die der Polarfront (Grenze zwischen warmer und kalter Luft) gekoppelt und ist daher stark veränderlich. Wegen der hohen räumlichen Variabilität des Polarfront-Jets, der vor allem über den Ozeanen stark mäandriert, ist im Gegensatz zu modellhaften Darstellungen eine räumliche Trennung beider Jets, vor allem auf der Nordhemisphäre und speziell in den Westteilen von Atlantik und Pazifik schlecht oder gar nicht zu erkennen. Insbesondere in Karten mit zeitlichen Mittelwerten des 200 hPa-Niveau-Zonalwindes tritt der Subtropenjet viel deutlicher hervor, als der Polarfrontjet, da letzterer durch die großen Schwankungen der Polarfront ebenfalls großen Verlangerungen unterliegt. Daher wird oft vom Subtropenjet als dem Jetstream gesprochen.

Jet-Streams innerhalb der globalen Drucksysteme und Zirkulationszellen

Links: Jet-Streams innerhalb der globalen Drucksysteme und Zirkulationszellen

Quelle: RAO

 

Rechts: Jahreszeitliche Verlagerung des Polarfrontjets über den USA

Zu größerer Darstellung auf Grafik klicken

Quelle: UCAR - MetEd

Während eines El Niño-Ereignisses bewegen sich die Jet-Streams von Westen nach Osten über den nördlichen Golf von Mexico und Nordflorida. Daher treten in diesen Gegenden vermehrt Tornados auf.

Lage der Jet-Streams (Januar - März)
bei einem El Niño- und bei einem La Niña-Ereignis

 

Zu größerer Darstellung auf Grafik klicken

Quelle:NOAA - CPC

 

 

 

Während eines La Niña-Ereignisses verlagern sich die Jet-Streams allerdings von den zentralen Rocky Mountains ostnordöstlich zu den östlichen Grossen Seen. Das heisst, dass die Tornados mehr nördlich und westlich anzutreffen sind, als während El Niño.

Weitere Informationen:

JMA-Index

Syn. Niño3-Index; Index der Japan Meteorological Agency zur Abgrenzung von Warm-, Kalt- und Neutral-Phasen innerhalb des ENSO-Zyklus. Der Index beruht auf den Anomalien der Meeresoberflächentemperatur (SST) im Gebiet von 4°N bis 4°S und 150°W bis 90°W.
Von einem El Niño wird dann gesprochen, wenn der fünfmonatige Durchschnitt der SST-Anomalien während wenigstens 6 aufeinanderfolgenden Monaten größer als 0,5° ist. Das Ereignis muß vor September beginnen und die Monate Oktober, November und Dezember umfassen.
Für La Niña gilt Entsprechendes mit einem um 0,5°C unter dem Durchschnitt liegenden Wert. Jahre, die beide Bedingungen nicht erfüllen, werden als neutral eingestuft.

JMA Index 1976 - 2014

 

 

Quelle und aktuelle Version:
Center for Ocean-Atmospheric Prediction Studies

 

 

 

Im Kapitel 'Aktueller Zustand des Pazifiks' befinden sich Links zu Webseiten, auf denen man aktuell die neuesten Werte des JMA-Index findet.

Vor einigen Jahren wurde von amerikanischer Seite der Oceanic Niño Index (ONI) etabliert, der eine ähnliche Grundlage hat und inzwischen als einheitlicher Messindex und Definition für El Niño und La Niña herangezogen wird.

(vgl. Oceanic Niño Index, Multivariater ENSO Index, Southern Oscillation Index, TOPEX/Poseidon-El Niño-Index)

K

Katastrophe

Eine schwerwiegende Unterbrechung der Funktionsfähigkeit einer Gemeinschaft oder Gesellschaft, die umfangreiche Verluste an Menschenleben, Sachwerten und Umweltgütern verursacht und die Fähigkeit der betroffenen Gesellschaft, aus eigener Kraft damit fertig zu werden, übersteigt. Bei großen Katastrophen kann sich das betroffene Gebiet i.d.R. nicht mehr aus eigener Kraft helfen und benötigt Hilfe von außen.
Eine Katastrophe ist eine Funktion im Risikoprozess. Sie entsteht aus der Kombination von Gefahren, Anfälligkeiten und unzureichenden Kapazitäten oder Maßnahmen, um die möglichen negativen Folgen eines Risikos zu reduzieren.

El Niño (1997–1998) and its Impact on the Water and Sanitation Infrastructure in Peru

Recurrent phenomena such as El Niño in certain areas of Peru give rise to discouraging figures, as in the case of the impact on the water and sanitation systems during 1997–1998. According to information gathered by the Peruvian Ministry of Health and PAHO/WHO, rural areas reported the collapse of 199 water supply systems that served a population of 156,000.
The deterioration of health conditions, aggravated by shortages or worsening of the water and sanitation services were made evident by a 3.2 % increase in cases of acute gastrointestinal illnesses in the first months of El Niño.
As a result of damage to sewage systems and latrines in the area affected by El Niño, the Ministry of Health reported the installation of 3,532 latrines to serve a population of 17,600.

 

Quelle: ISDR 2006

 

Weitere Informationen:

Katastrophenmanagement

Syn. Risikomanagement; das systematische Management von Verwaltungsentscheidungen, Organisation, operationellen Kompetenzen und Fähigkeiten, um politische Prozesse, Strategien und Bewältigungskapazitäten einer Gesellschaft oder Gemeinschaft zu implementieren, um die Auswirkungen von Naturgefahren und ähnlichen Umwelt- und technologischen Katastrophen zu verringern. Dies beinhaltet alle Arten von Aktivitäten, einschließlich technischer und nichttechnischer Maßnahmen, um negative Effekte von Gefahren zu vermeiden (Vorbeugung) oder zu begrenzen (Schadenminderung und Vorbereitung auf den Katastrophenfall). Wichtiger Bestandteil sind Frühwarnsysteme und ausgearbeitete Katastrophenpläne für Entscheidungsträger und die Bevölkerung.

Eine besondere Stellung beim Katastrophenmanagement haben Fernerkundungsverfahren und die daraus abgeleiteten Geodaten. Deren Möglichkeiten, die von der Vorhersage etwa von Niederschlägen mit Satellitenbeobachtungen oder Radar bis zur Verwendung von GPS zur Lokalisierung von Einsatzfahrzeugen bei der Katastrophenhilfe reichen, werden heute intensiv erforscht und zur Einsatzfähigkeit entwickelt. So können Satellitenbilder nicht nur zur Erkundung schwer zugänglicher Gebiete dienen, sondern sie bieten darüber hinaus zahlreiche Einsatzmöglichkeiten direkt bei Eintritt einer Katastrophe. Für die Rettungskräfte tragen sie bei zu besserer Prävention und lageangepasster Einsatzvorbereitung, zu umfassender Lage- und Gefährdungsbeurteilung und zur Verbesserung der lageangepassten Einsatzdurchführung.

Die folgende Tabelle listet Einsatzmöglichkeiten von Fernerkundungstechniken im Katastrophenmanagement auf. Manche dieser Möglichkeiten sind derzeit noch nicht bis zur Einsatzreife entwickelt. Z.B. können Satellitenbilder üblicherweise noch nicht in Echtzeit zur Verfügung gestellt werden. Andererseits bieten Technologien wie GIS und GPS, vor allem in ihrer Kombination, neue Möglichkeiten zur Verbesserung des Einsatzes von Hilfsfahrzeugen.

Einsatzmöglichkeiten von Fernerkundungstechniken im Katastrophenmanagement
Katastrophenursache ermittelbare Parameter Sensoren/Satelliten
Erdbeben Topographie
digitale Höhenmodelle
Zustandsveränderungen
(Interferometrie)
SPOT
Landsat TM
ERS-1/-2
Radarsat
Dürre Niederschlag
Vegetationsindex
Vegetationszustand
Bodenfeuchte
NOAA-AVHRR
SPOT
Landsat TM
Meteosat, MSG
Flut (u.a. Hochwasser) Niederschlag
Topographie
Wolkenbedeckung
Überflutungsflächen
Schneebedeckung
Bodenfeuchte
NOAA-AVHRR
ERS-1/-2
Meteosat, MSG
Vulkanausbrüche Deformationen
Aufwölbungen
Eruptionswolken
Oberflächentopographie
Hangneigungen
ERS-1/-2
SPOT
Landsat TM
Stürme (Wind, Sandstürme) Wolkenbedeckung
Windfelder
Luftdruck
Niederschlag
Meteosat, MSG
NOAA-AVHRR
ERS-1/-2
GOES
Wildfeuer Oberflächentemperaturen
Vegetationsindex
Topographie
NOAA-AVHRR
ERS-1/-2
SPOT
Landsat TM
Hangrutschungen digitale Geländemodelle
Bodenfeuchte
Niederschlag
Zustandsveränderungen
SPOT
Landsat TM
ERS-1/-2
Massenschädlinge digitale Geländemodelle
Vegetationszustände
Bodentemperatur
Klimafaktoren
NOAA-AVHRR
ERS-1/-2
SPOT
Landsat TM

Weitere Informationen:

Katastrophenmonitoring

Das Monitoring (Überwachung) von katastrophenträchtigen Regionen bzw. Erscheinungen, z.B. von Vulkanen mit ihren präeruptiven Äußerungen (vulkanische Erdbeben, Aufbeulung der Erdkruste, verstärkte Gasemissionen, Aufheizung u.a.). Für Vulkane, die nicht mit konventionellen Methoden überwacht werden, erlaubt die Fernerkundung durch Satelliten nicht nur komplementäre Beobachtungen, sondern bietet auch neue Methoden, z.B. die Veränderung von Krustendeformationen über das synthetische Apertur-Radar. Daneben betrifft die satellitengestützte Vulkanüberwachung vor allem den Nachweis von Eruptionen, Überwachung thermischer Veränderungen sowie Überwachung der Eruptionssäulen. Gleichfalls zum Objekt des Katastrophenmonitorings gehören technologische Gefahren und Katastrophen (Dammbrüche, Terrorattacken).

Die wichtigsten Faktoren, die den Nutzen der Fernerkundungsdaten im Bereich von natürlichen und technologischen Gefahren bestimmen sind Massstab, räumliche, spektrale und zeitliche Auflösung, ferner Flächenabdeckung, radiometrische Eigenschaften, Datenkosten und -verfügbarkeit. Gerade in diesem Aufgabenfeld steigert sich die Bedeutung und der Wert der Fernerkundungsdaten durch sachkundige Interpretation in Verbindung von herkömmlichen Karten und bodengestützten Daten. Eine Extraktion der Informationen und deren Integration in ein GIS kann für die humanitäre Hilfe von großer Bedeutung sein.

Die Bedeutung von Sensoren im sichtbaren Teil des Spektrums ist wegen der häufigen Wolkenbedeckung von Vulkanen eingeschränkt. Radarsatelliten erlauben Datengewinnung bei jedem Wetter, können aber keine thermische Strahlung aufnehmen. Multispektrale Sensoren mit hoher räumlicher Auflösung eignen sich weniger gut zu einer häufigen Überwachung von Vulkanen als Sensoren mit geringer Auflösung.

Auch ENSO-begleitende Katastrophen (z.B. Waldbrände, Hochwasser, Dürren, Stürme) sind wie das Ozean/Klima-Phänomen selbst Gegenstand intensiven FE-Monitorings. Weitere Einsatzmöglichkeiten der Fernerkundung im Katastrophenmonitoring ergeben sich aus der Tabelle beim Stichwort Katastrophenmanagement.

Bis in die jüngere Vergangenheit hinein wurde bei Katastrophen mit Satellitenfernerkundung allerdings eher experimentell in der Nachsorge reagiert. Erst vor kurzer Zeit sind Weltraumagenturen wie NASA und ESA, koordiniert durch das globale Komitee der erdbeobachtenden Weltraumagenturen CEOS, sowie kommerzielle Datenanbieter dabei, sich stärker auf die Bedürfnisse von Anwendern in Hilfsorganisationen oder Versicherungen einzustellen. Sie entwickeln Hilfen für die Risiko- und Vulnerabilitätskartierung und Strukturen für raschere Informationsdienste. Eine operationelle Informationsversorgung bleibt Zukunftsaufgabe, da ein Beobachtungssystem aus einer ausreichenden Zahl von Satelliten für zivile Zwecke nach dem Muster der Wettervorhersage bislang fehlt.

Weitere Informationen:

Katastrophenvorsorge

Im Kontext der nachhaltigen Entwicklung umfasst Katastrophenvorsorge alle Elemente, die darauf ausgerichtet sind, Katastrophenanfälligkeit und Katastrophenrisiken in einer Gesellschaft zu minimieren, die negativen Effekte eines Schadensereignisses zu vermeiden (durch Prävention) oder zu begrenzen (durch Vorsorge, Schadenminderung und Notfallplanung).
Katastrophenvorsorge besteht aus:

  • Risikobewusstsein und -bewertung einschließlich Gefahrenanalysen und Vulnerabilitäts-/Kapazitätsanalysen
  • Wissenstransfer einschließlich Bildung, praktischer Ausbildung, Forschung und Information,
  • öffentliche Verpflichtungen und Schaffung eines institutionellen Rahmens
  • einschließlich organisatorischer, politischer, gesetzgeberischer und gesellschaftlicher Aktivitäten
  • Anwendung von Maßnahmen einschließlich Umweltmanagement, Raum-/Stadtplanung, Schutz kritischer Infrastruktur, Anwendung von Wissenschaft und Technologie, Partnerschaften und Netzwerken sowie finanzieller Instrumente
  • Frühwarnsysteme mit Vorhersagemodellen, festgelegten Verbreitungswegen von Warnmeldungen, Notfallplanung und Reaktionskapazitäten

Weitere Informationen:

Kelvin-Welle

Eine äquatoriale Kelvin-Welle ist eine lineare Welle mit entweder erhöhten oder verminderten Temperaturen. Die Wellen bewegen sich ostwärts entlang des Äquators mit einer Geschwindigkeit von ca. 2,5 m/s, dies entspricht ca. 200 km/Tag. Sie können so den Pazifik in 2-3 Monaten überqueren. Dabei umrunden sie etwa ein Drittel des Erdumfangs.

Die Kelvin-Welle hat ihre höchste Amplitude am Äquator und erstreckt sich mit abnehmender Intensität bis ca. 1.000 km nördlich und südlich des Äquators. Die Amplitude der Kelvin-Welle beträgt mehrere Zehner von Metern entlang der Thermokline, erscheint an der Wasseroberfläche aber nur 5-10 cm hoch. Die Thermokline dient der Kelvin-Welle als Leitfläche. Kelvin-Wellen sind meistens singuläre, großräumige Aufwölbungen und besitzen Wassertemperaturen, die ein paar Grad höher sind als umgebende Wasermassen.
Der Beginn der Kelvinwellen-Ausbreitung liegt in einem initialen Westwindstress im zentralen Pazifik, der bei einer Abschwächung der Passatwinde entsteht.

Links:

Schematische Darstellung einer äquatorialen Kelvinwelle

 

Rechts:

Auftreffen einer äquatorialen Kelvinwelle auf die Küste

 

 

Quelle:

Arntz/Fahrbach (1991): El Niño - Klimaexperiment der Natur

 

 

 

Generell sind bei der Kelvin-Welle wie bei der Rossby-Welle die Wellenlängen größer als die Wassertiefe.
Wenn eine Kelvin-Welle die Westseite Südamerikas erreicht, türmt sie sich auf und vertieft den Warmwasserkörper und damit die Thermokline entlang der Küste.
Die Küste lenkt die äquatoriale Kelvin-Welle wie eine Leitplanke nach Norden und Süden (Küsten-Kelvinwelle). Gleichzeitig wird eine nach Westen wandernde Rossby-Welle ausgelöst. Diese werden im Westen des Pazifiks reflektiert und kehren als Kelvinwellen nach Osten zurück. Dieses Mal transportieren die Kelvinwellen ein Abkühlungssignal, das Temperaturgefälle zwischen West- und Ostpazifik verstärkt sich. Als Folge kann die Gegenphase von El Niño, La Niña eingeleitet werden.

Den Durchgang von Kelvin- oder Rossby-Wellen kann man im Pazifik mit Hilfe des dort ausgelegten TAO-Bojenfeldes nachweisen. Dessen Wärmesensoren messen die Tiefenlage der Thermokline, die dort etwa mit der 18 °C-Isotherme gleichzusetzen ist und deren Lage sich beim Durchgang einer Welle verändert. Eine weitere Art Kelvin-Wellen nachzuweisen ist, sich die Anomalie der Temperatur entlang eines äquatorialen Zonalabschnittes durch den Pazifik anzusehen (Anomalie relativ zum Temperatur-Jahresgang).
Kelvin-Wellen sind nach Lord Kelvin (William Thompson), einem britischen Physiker aus dem 19. Jahrhundert benannt, der als erster theoretisch solche Wellen in rotierenden Flüssigkeiten vorhersagte.

Entwicklung der Temperatur-Anomalien in den oberen 400 m des äquatorialen Pazifiks Dezember 1996 - September 1998

Die zeitliche Entwicklung der Temperaturen in den oberen 400 m des äquatorialen Pazifiks zwischen Dezember 1996 und September. Dieser Zeitabschnitt ist durch die Entwicklung eines starken El Niño und einer starken La Niña gekennzeichnet. Die Temperatur-anomalien sind in Abständen von 3 Monaten gezeigt. Man erkennt deutlich zunächst die ostwärtige Wanderung einer warmen Anomalie, gefolgt von der Wanderung einer kalten Anomalie. Auf diesen Anomalien basiert das Vorhersagepotenzial von ENSO.

 

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Quelle: Latif 2004, Leibniz-Institut für Meereswissenschaften, Grafik von TAO

 
Kippelemente im Klimasystem

Kippelemente (tipping elements) sind Bestandteile des Erdsystems von überregionaler Größe, die schon durch kleine externe Störungen in einen neuen Zustand versetzt werden können. Diesem Verhalten liegen selbstverstärkende Prozesse zugrunde, die einmal angestoßen auch ohne weiteren externen Einfluss weiterlaufen. Der Übergang nach dem Überschreiten eines systemspezifischen Kipppunktes (tipping point) erfolgt in der Regel sprunghaft und ist häufig unumkehrbar. Seine Umweltauswirkungen sind weitreichend und könnten die Lebensgrundlagen vieler Millionen Menschen gefährden.

Kippelemente

Geographische Einordnung der wichtigsten Kippelemente im Erdsystem mit Angabe der Bevölkerungsdichte. Die Kippelemente lassen sich in drei Klassen einteilen: schmelzende Eiskörper, sich verändernde Strömungssysteme der Ozeane und der Atmosphäre, und bedrohte Ökosysteme von überregionaler Bedeutung. Fragezeichen kennzeichnen Systeme, deren Status als Kippelement wissenschaftlich noch nicht gesichert ist.

Zu größerer Darstellung auf Grafik klicken

Quelle: PIK

 

Der alle paar Jahre wiederkehrende El Niño im äquatorialen Pazifik ist zwar ein im Rahmen der natürlichen Klimavariabilität auftretendes Phänomen. Obwohl die Unsicherheiten noch groß sind, sagen einige Klimamodelle eine zunehmende Intensität von El Niño-Bedingungen durch den Einfluss des Menschen voraus. Normalerweise kommt es durch die Passatwinde zum Auftrieb von kaltem Wasser im Pazifik vor Südamerika. Warmes Oberflächenwasser strömt dann von Südamerika nach Südostasien. Unter El Niño-Bedingungen sind die Passatwinde abgeschwächt und es kann sogar eine entgegengesetzte Strömung entstehen. Als klassisches Muster erwärmt sich dann der südöstliche Pazifik vor Südamerika . Die Wirkung einer derartigen Veränderung der ozeanisch-atmosphärischen Zirkulationsmuster wäre um den ganzen Globus zu spüren, zum Beispiel in Form von Dürren in Australien und Südostasien und verstärktem Niederschlag an den westlichen Küsten Amerikas. Sogar ein Zusammenhang zwischen El Niño und ungewöhnlich kalten Wintern in Europa wird diskutiert.

Weitere Informationen:

Klima

Der Begriff Klima geht zurück auf das griech. Wort klimatos = Neigung, nämlich die Neigung der Erdachse gegen die Ebene ihrer Umlaufbahn um die Sonne.

Das Klima ist definiert als die Zusammenfassung der Wettererscheinungen, die den mittleren Zustand der Atmosphäre an einem bestimmten Ort oder in einem mehr oder weniger großen Gebiet charakterisieren.

Es wird repräsentiert durch die statistischen Gesamteigenschaften (Mittelwerte, Extremwerte, Häufigkeiten, Andauerwerte u. a.) über einen genügend langen Zeitraum. Im allgemeinen wird ein Zeitraum von 30 Jahren zugrunde gelegt, die sog. Normalperiode, es sind aber durchaus auch kürzere Zeitabschnitte gebräuchlich.

Klimaelement

Im Wesentlichen die mess- und beobachtbaren Elemente des Wetters (Zustandsgrößen der Atmosphäre), die zur Beschreibung des Klimas herangezogen werden. Klimaelemente sind u.a.: Temperatur, Luftdruck, Luftfeuchte, Wind, Niederschlag, Bewölkung, Sicht, Sonnenscheindauer. Ursächlich werden auch Größen der Strahlung und in Zusammenhang mit der allgemeinen Zirkulation der Atmosphäre auch die Gegebenheiten von Luftdruck und Vertikalbewegung als Klimaelemente betrachtet. Weiterhin erfordert das Konzept des Klimasystems zumindest noch die Hinzunahme ozeanischer Größen (z.B. Meeresoberflächentemperatur) als Klimaelement. Oberflächen- und Bodentemperatur werden in Lehrbüchern oft nicht bei den Klimaelementen aufgeführt. In der Geländeklimatologie werden diese Variablen jedoch zur Berechnung von Energiebilanzen benötigt. Die Werte der Klimaelemente und damit die klimatischen Bedingungen schwanken global gesehen in weiten Bereichen, und zwar nicht nur zwischen den unterschiedlichen geographischen Breiten sondern auch in einer Breitenlage. Aber auch kleinräumig können sehr unterschiedliche Werte gemessen werden. Die Größen, die Einfluss auf Wetter und Klima eines Ortes nehmen, werden als Klimafaktoren bezeichnet. Teilweise wird der Begriff ‚Klimaparameter‘ synonym verwendet.

Klimafaktor

Klimafaktoren, auch klimatologische Wirkungsfaktoren genannt, sind Faktoren, welche die Klimaelemente und damit das Klima eines Ortes beeinflussen.

Astronomische Klimafaktoren an einer bestimmten Station sind

  • die Länge von Tag und Nacht einschließlich ihrer jahreszeitlichen Variationen (solares Lichtangebot);
  • der mittlere solare Einstrahlungswinkel bzw. die integrale solare Energieflussdichte einschließlich ihrer jahreszeitlichen Variation (solares Energieangebot);
    die spektralen Charakteristika der solaren Strahlungsflussdichte, insbesondere der UV-Anteil.

Zum Teil überschneiden sich diese Gesichtspunkte mit den geographischen Klimafaktoren. Diese sind, ebenfalls bezogen auf eine bestimmte Station,

  • die geographische Breite (die mit den o.g. astronomischen Faktoren zusammenhängt);
  • die Höhe über dem mittleren Meeresspiegel (u.a. wegen der mittleren vertikalen Temperaturabnahme);
  • die Nähe bzw. Distanz zum Ozean oder anderen großen Wasserflächen (im Wesentlichen wegen der ozeanischen Dämpfungswirkung auf die tages- und jahreszeitliche Temperaturamplitude), Grad der Maritimität und Kontinentalität;
  • die Nähe bzw. Distanz zu größeren Eisgebieten (Inlandeisen, Gletschern);
  • topographische (= orographische) Besonderheiten wie Hangneigung, Exposition (d.h. Ausrichtung in eine bestimmte Himmelsrichtung), Mulden- bzw. Gipfellage, allg. Relief;
    Bodenbeschaffenheit und Bodenbedeckung (pedosphärisch und biosphärische Faktoren);
  • mögliche Stadt- bzw. Industrie- bzw. Verkehrseffekte u.ä.

Als weiterer Klimafaktor wird neben den genannten klimawirksamen Raumeigenschaften auch die Zusammensetzung der Atmosphäre angesehen, was mit ihrer aktuellen Bedeutung im Zusammenhang mit der Klimabeeinflussung durch den Menschen und der Änderung in der Entwicklung der Erdgeschichte begründet wird. In neueren Arbeiten wird auch die planetarische Zirkulation, die entscheidenden Einfluss auf die Ausgestaltung des Klimas hat, als sogenannter sekundärer Klimafaktor eingestuft. Die Bezeichnung 'sekundär' beruht darauf, dass sie ihrerseits selbst von den primären Faktoren gesteuert wird.

Klimamodell

Eine numerische Darstellung des Klimasystems für einen bestimmten Zeitabschnitt, die auf den physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften seiner Bestandteile, seinen Wechselwirkungen und Rückkopplungsprozessen basiert und alle oder einige seiner bekannten Eigenschaften berücksichtigt.

Das Modell basiert in der Regel auf einem Meteorologiemodell, wie es auch zur Wettervorhersage verwendet wird. Dieses Modell wird jedoch für die Klimamodellierung erweitert, um alle Erhaltungsgrößen korrekt abzubilden. In der Regel wird dabei ein Ozeanmodell, ein Schnee- und Eismodell für die Kryosphäre und ein Vegetationsmodell für die Biosphäre angekoppelt. Solche gekoppelten allgemeinen Atmosphären-Ozean-Meereis-Zirkulationsmodelle (AOGCM) bieten eine Darstellung des Klimasystems, die sich nahe am umfassendsten Ende des derzeit vorhandenen Spektrums befindet.

Mathematisch entsteht dadurch ein gekoppeltes System von nicht-linearen, partiellen und gewöhnlichen Differentialgleichungen, sowie einigen algebraischen Gleichungen. Die numerische Berechnung dieses Gleichungssystems erfordert eine sehr grosse Rechenleistung, wie sie von Supercomputern wie dem Earth Simulator (Tokio) bereit gestellt wird.

Mittel über alle IPCC-Modelle: Temperatur-Änderung im
Jahr 2070; IPCC SRES Szenarien a2 (links) und b2 (rechts)
Mittel über alle IPCC-Modelle: Temperatur-Änderung im Jahr 2070 - IPCC SRES Szenarien a2 (links) und b2 (rechts)

Um mögliche Folgen eines verstärkten Treibhauseffekts zu untersuchen, wird die weitere Entwicklung des Klimas in Computer-Modellen simuliert. Die Abb. zeigt die Ergebnisse von Modellberechnungen für die zu erwartende Temperaturänderung bis zum Jahr 2070 (Szenarien A2 und B2 vom IPCC).

Der Computer berechnet das Klima für Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft. Erst wenn die Berechnungen mit den Beobachtungen übereinstimmen, weiß man, dass das Programm zuverlässig läuft und für Modelle der Zukunft angewendet werden kann.

Simulationen vergangener Klimaschwankungen sollen den Wissenschaftlern dabei helfen, natürliche von menschengemachten Einflüssen zu unterscheiden. Hochrechnungen: Heutige Klimamodelle berechnen für die Erde als Ganzes, für Kontinente oder Ozeane statistische Durchschnittswerte der Temperatur, des Niederschlags oder des Meeresspiegelanstiegs. Sie ermitteln, wie sich diese Werte über Zeiträume von Jahrzehnten bis zu Jahrhunderten ändern: zum Beispiel die mittlere bodennahe Temperatur für Januar in dem Zeitraum 2020 bis 2030. Das Modell berücksichtigt auch wichtige Faktoren wie den Anstieg der CO2-Konzentration.

 

Dreidimensionales Gitternetz über die Erdatmosphäre
gelegt, dient als Hilfe für die Berechnungen

Dreidimensionales Gitternetz über die Erdatmosphäre gelegt, dient als Hilfe für die Berechnungen

Um die Bewegung von Gasen in der Luft oder in einer Flüssigkeit wie dem Ozean berechnen zu können, überzieht man die Erdatmosphäre sowie den Ozean mit einem relativ groben dreidimensionalen Gitternetz.

Eine typische Gitterzelle hat eine Länge und Breite von 500 km und ist 1 km hoch. Aus den Daten an den Rändern der Gitterzellen berechnet man dann die Bewegung der Gase nach Grundgleichungen der Physik. Daraus lassen sich Vorgänge wie die Wolkenbildung innerhalb einer Zelle ableiten.

Nicht ganz erfasst: Heutige Klimamodelle sind noch weit davon entfernt, die physikalische Komplexität des Klimasystems auch nur annähernd abzubilden. Noch beschränken sie sich auf Strömungsprozesse in Atmosphäre und Ozeanen. Für ein umfassenderes Modell des "Systems Erde" müssen sie erweitert werden. Solche Modelle erfordern immer größere Rechnerkapazitäten.

Gigantisch sind die Rechenleistungen des Earth Simulators: Das Parallelrechner-System enthält 640 Rechenknoten mit insgesamt 5120 CPUs und erreicht eine Rechengeschwindigkeit von maximal 40 Teraflops (40 Billionen Gleitkommaoperationen pro Sekunde). Der Gesamtspeicher umfasst 10 Terabytes.

Quelle: Deutsches Museum

Es werden globale Klimamodelle (sogenannte GCMs, global circulation models) und regionale Klimamodelle unterschieden. Der Hauptunterschied liegt zum einen darin, dass ein globales Klimamodell die gesamte Troposphäre beinhaltet, während ein regionales Modell in der Regel die gleiche Modellphysik abbildet, dies allerdings nur auf einen bestimmten geographischen Ausschnitt der Erde anwendet.

Ein globales Klimamodell beschreibt die wichtigsten klimarelevanten physikalischen Vorgänge in der Erdatmosphäre, den Ozeanen und auf der Erdoberfläche. Die Prozesse sind dabei aber sehr vereinfacht abgebildet. Vor allem die Prozesse in der Biosphäre werden im Augenblick noch als Größen und Parameter vorgegeben. Dieses Größen sind aber Systemgrößen und sollten sich während der Simulation dem globalen Wandel anpassen können, um realistische Projektionen auf die Zukunft abgeben zu können. Solche Rückkopplungsprozesse von gekoppelten Systemen sind im Augenblick die große Herausforderung in der Modellierung. Die Modelle sind so umfangreich, dass sie nur in sehr grober Auflösung (horizontal: mehrere hundert Kilometer Gitterweite, vertikal: 9-20 Schichten) betrieben werden können.

Regionale Klimamodelle betrachten lediglich einen Ausschnitt auf der Erde und benötigen deshalb zur Simulation geeignete Randbedingungen an den Rändern des Modellgebietes. Diese Randbedingungen stammen aus Szenarien der globalen Klimamodelle. Man sagt deshalb, ein regionales Klimamodell wird durch ein globales Klimamodell angetrieben. Man bezeichnet dies aus als "dynamic down scaling", also das Herunterskalieren der globalen Antriebsdaten auf eine sehr feine regionale Auflösung (bis zu einem Kilometer Gitterweite).

Zusammenhang von
globalen, regionalen und lokalen Modellen

Regional und global. Um die Folgen eines Klimawandels für die Menschen vorherzusagen, muss man die Veränderungen vor Ort untersuchen. Globale Modelle besitzen für kleinräumige Wetterphänomene wie Tornados und Gewitter eine zu große Maschenweite. Um abschätzen zu können, wie sich Wetterextreme und -katastrophen an einem bestimmten Ort entwickeln, braucht man Regionalmodelle.

Fein und grob. Für die Berechung von regionalen und lokalen Klimamodellen bettet man deren feinmaschige Gitterlinien in ein gröberes, globales Modell. Die Ergebnisse des globalen Modells bilden die Randbedingungen für das regionale Modell.

 

Quelle: Deutsches Museum

 

Heutige Klimamodelle sind noch immer weit davon entfernt, die physikalische Komplexität des gesamten Erdsystems nur annähernd abzubilden. Vielmehr geben sie überwiegend die Strömungsprozesse in der Atmosphäre und den Ozeanen wieder. Wichtige Teilmodelle für die Chemie der Atmosphäre, die Umsetzungen in der Biosphäre (Kohlenstoffkreislauf) oder die Spurenstoffkreisläufe in der Stratosphäre müssen in Zukunft noch ergänzt und an die bestehenden Modelle angekoppelt werden.

In Deutschland beschäftigt sich hauptsächlich das Max-Planck-Institut für Meteorologie in Hamburg mit der Klimamodellierung. Dort wurden die globalen Klimamodelle ECHAM-4 und ECHAM-5 entwickelt und auf großen parallelen Vektorrechnern betrieben. Die regionale Klimamodellierung wird hauptsächlich in den großen Forschungsinstituten mit verschiedenen regionalen Modellen durchgeführt. Zu diesen Forschungszentren gehört das Forschungszentrum Karlsruhe, das Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) und einige Universitäten.

Klimamodelle werden als Forschungsinstrument verwendet, um das Klima zu untersuchen und zu simulieren, aber auch für operationelle Zwecke, einschließlich monatlicher, saisonaler und jahresübergreifender Klimaprognosen.

Klimaparameter

Aus Klimafaktoren bzw. Klimaelementen abgeleitete Größen, die insbesondere in Klimamodellen als variable Kenngrößen verwendet werden.

Teilweise wird der Begriff auch mit 'Klimaelementen' gleichgesetzt.

Klimaprognose

Eine Klimaprognose oder Klimavorhersage ist das Resultat eines Versuchs, eine Schätzung der effektiven Entwicklung des Klimas in der Zukunft vorzunehmen, z.B. auf saisonaler, jahresübergreifender oder längerfristiger Zeitskala. Weil die zukünftige Entwicklung des Klimasystems stark von den Ausgangsbedingungen abhängen kann, bestehen solche Prognosen in der Regel aus Wahrscheinlichkeitsangaben. Siehe auch Klimaprojektion.

Klimaprojektion

Eine Projektion der Reaktion des Klimasystems auf Emissions- oder Konzentrationsszenarien von Treibhausgasen, Aerosolen oder Strahlungsantriebs-Szenarien, häufig auf Klimamodellsimulationen basierend. Klimaprojektionen werden von Klimaprognosen unterschieden, um zu betonen, dass Klimaprojektionen von den verwendeten Emissions-/Konzentrations- bzw. Strahlungsantriebs-Szenarien abhängen, die auf Annahmen z.B. über zukünftige gesellschaftliche und technologische Entwicklungen beruhen, die nur eventuell verwirklicht werden und deshalb mit erheblichen Unsicherheiten verbunden sind.

Klimarückkopplung

Ein Wechselwirkungs-Mechanismus zwischen Prozessen im Klimasystem wird Klimarückkopplung genannt, wenn die Wirkung eines ersten Prozesses Veränderungen in einem zweiten Prozess auslöst, welcher wiederum den ersten Prozess beeinflusst. Eine positive Rückkopplung verstärkt den ursprünglichen Prozess, eine negative Rückkopplung verkleinert ihn.

Klimasensitivität

In den Berichten des IPCC bezieht sich die (Gleichgewichts-) Klimasensitivität auf die (Gleichgewichts-) Änderung der globalen mittleren Erdoberflächentemperatur als Folge einer Verdoppelung der atmosphärischen CO2-Äquivalent-Konzentration.

Aufgrund von rechenbedingten Einschränkungen wird die Gleichgewichts-Klimasensitivität in einem Klimamodell gewöhnlich abgeschätzt, indem ein atmosphärisches allgemeines Zirkulationsmodell mit einem Mischungsschicht-Ozeanmodell gekoppelt wird, da die Gleichgewichts-Klimasensitivität hauptsächlich durch atmosphärische Prozesse bestimmt wird. Effiziente Modelle können mit einem dynamischen Ozean bis zum Gleichgewicht betrieben werden.

Die effektive Klimasensitivität ist eine damit verbundene Größe, welche die Bedingung des Gleichgewichts umgeht. Sie wird mit Modellberechnungen evaluiert, die nicht-Gleichgewichts-Bedingungen entwickeln. Sie ist ein Maß für die Stärke der Rückkopplungen zu einer bestimmten Zeit und kann aufgrund der Veränderungen der Einflussfaktoren und des Klimazustandes variieren. Der Klimasensitivitätsparameter (Einheit: °C/Wm-2) bezieht sich auf die Gleichgewichtsänderung des Jahresmittels der Erdoberflächentemperatur aufgrund einer Änderung des Strahlungsantriebs um eine Einheit.

Die Übergangs-Klimareaktion ist die Änderung der globalen Erdoberflächentemperatur, gemittelt über eine 20-Jahr-Periode, zentriert auf den Zeitpunkt der Verdopplung des atmosphärischen Kohlendioxids. Sie ist ein Maß für die Stärke und Geschwindigkeit der Reaktion der Erdoberflächentemperatur auf den Antrieb durch Treibhausgase.

Klimasystem

Das Klimasystem ist ein höchst komplexes System, das aus fünf Hauptbestandteilen besteht: der Atmosphäre, der Hydrosphäre, der Kryosphäre, der Landoberfläche und der Biosphäre sowie den Wechselbeziehungen zwischen diesen. Das Klimasystem verändert sich über die Zeit unter dem Einfluss seiner eigenen inneren Dynamik und durch externe Kräfte wie Vulkanausbrüche, solare Schwankungen und menschlich induzierte Einflüsse wie die Änderung der Zusammensetzung der Atmosphäre und Landnutzung.

Climate System

Main drivers of climate change. The radiative balance between incoming solar shortwave radiation (SWR) and outgoing longwave radiation (OLR) is influenced by global climate ‘drivers’. Natural fluctuations in solar output (solar cycles) can cause changes in the energy balance (through fluctuations in the amount of incoming SWR). Human activity changes the emissions of gases and aerosols, which are involved in atmospheric chemical reactions, resulting in modified O3 and aerosol amounts.
O3 and aerosol particles absorb, scatter and reflect SWR, changing the energy balance. Some aerosols act as cloud condensation nuclei modifying the properties of cloud droplets and possibly affecting precipitation. Because cloud interactions with SWR and LWR are large, small changes in the properties of clouds have important implications for the radiative budget. Anthropogenic changes in GHGs (e.g., CO2, CH4, N2O, O3, CFCs) and large aerosols (>2.5 μm in size) modify the amount of outgoing LWR by absorbing outgoing LWR and re-emitting less energy at a lower temperature. Surface albedo is changed by changes in vegetation or land surface properties, snow or ice cover and ocean colour. These changes are driven by natural seasonal and diurnal changes (e.g., snow cover), as well as human influence (e.g., changes in vegetation types).

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Quelle: IPCC, 2013: Climate Change 2013 - The Physical Science Basis (S. 126)

 
Klimatologie

Syn. Klimakunde; die Klimatologie und damit die Klimaforschung ist eine interdisziplinäre Wissenschaft vor allem der Fachgebiete Meteorologie, Physik, Geographie, Geologie, Ozeanographie und auch von Sozial- und Wirtschaftswissenschaften. Sie erforscht auf der Basis täglicher Beobachtungen die Gesetzmäßigkeiten des Klimas, also des durchschnittlichen Zustandes der Atmosphäre (Mittelwertsklimatologie) an einem Ort sowie der in der Atmosphäre wirksamen Prozesse. Daneben erklärt die Klimatologie den typischen jährlichen Witterungsablauf und dessen langfristige Schwankungen mit regionalem Bezug (Witterungsklimatologie). Die Aussagen beider Ansätze lassen sich in den Begriffen Klima und Klimaklassifikation zusammenführen.

Klimatologische Erkenntnisse ergeben sich aus der langfristigen Beobachtung und Modellierung der Klimaelemente und Klimafaktoren. Als weiterführende Aufgabe hat die Klimatologie die Jahrzehnte bis Jahrhunderte langen Messreihen, z.B. von Temperatur und Niederschlag auf Schwankungen und Klimaänderungen zu untersuchen sowie die statistischen Eigenarten der planetarischen Zirkulation (synoptische Klimatologie) darzustellen. Um vergleichbare Elemente zu erhalten, wählt man gewöhnlich Mittelwerte 30-jähriger Normalperioden aus. Für die Klimabeschreibung weiter zurückliegender Epochen (Paläoklimatologie) setzt man beispielsweise auch biologische oder chemische Methoden ein (Pollenanalyse, bzw. Sauerstoffisotope in Eisbohrkernen) .

Die dynamische Klimatologie setzt die dynamischen Prozesse in der Atmosphäre in Bezug zu den meteorologischen Erscheinungen und Wetterlagen. Für die belebte Umwelt ist die bodennahe Luftschicht und damit das Aufgabengebiet der Mikroklimatologie von besonderer Bedeutung. Die theoretische Klimatologie geht bei ihrer Behandlung klimatologischer Vorgänge von den Ursachen der Klimabildung und den dabei auftretenden Einflussfaktoren (z.B. Erdbahnelemente, solare Aktivität, Plattentektonik, Meeres- und Luftströmungen, Lage von Aktionszentren und Frontalzonen) aus. Die angewandte Klimatologie berührt vielfältigste Bereiche menschlicher Aktivitäten.

Als sehr komplexes und sich entwickelndes Fachgebiet gilt die Klimatologie nicht als scharf abgegrenzte, geschlossene Wissenschaft.

Folgt man der Entwicklung dieses Forschungszweiges beispielsweise aus dem sektoralen Blickwinkel der Physik, so kann man die Klimaforschung seit den 1970er Jahren zunächst als Wissenschaftszweig der angewandten Physik sehen. Forschungsschwerpunkte waren zu Anfang die quantitative Beschreibung der dynamischen und thermodynamischen Vorgänge in Atmosphäre und Ozean, die Wechselwirkungen zwischen den beiden Systemen, die Identifizierung von Schlüsselprozessen sowie die Antwort des Klimas auf externe Antriebe wie etwa Schwankungen der Sonnenstrahlung oder Änderungen der Zusammensetzung der Atmosphäre, beispielsweise durch den anthropogenen Ausstoß von Treibhausgasen wie Kohlendioxid.

Das Klimasystem als Gegenstand der Klimatologie


Die Klimatologie befasst sich als interdisziplinäres Fach mit den längerfristigen Zuständen der Atmosphäre und den dort stattfindenen Abläufen sowie der Interaktion der Atmosphäre mit den Gegebenheiten der Erdoberfläche in Raum und Zeit.

Die atmosphärischen Phänomene als Gegenstand klimatologischer Forschung besitzen unterschiedlicher räumliche und zeitliche Größenordnungen.

In der Klimatologie können Gebiete mit ähnlichen klimatischen Bedingungen nach verschiedenen Systemen (Klassifikationen) Klimazonen zugeordnet werden.

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Quelle: Bundeszentrale für Politische Bildung nach Wuppertal Institut

 

Über die letzten Jahre hat sich die Klimaforschung zunehmend zu einem interdisziplinären Fach entwickelt. Man untersucht heute nicht nur die physikalischen Vorgänge im System Ozean-Atmosphäre-Kryosphäre, sondern auch deren Wechselwirkung mit den biochemischen Kreisläufen, wie etwa dem Kohlenstoffkreislauf. Insofern spielen heute neben der Physik auch die Biologie, die Chemie, die Geologie und Geographie, aber in zunehmendem Maße die Sozial- und Wirtschaftswissenschaften eine bedeutende Rolle bei der Untersuchung und Bewertung des Klimaproblems. Hier hat sich als interdisziplinärer Forschungszweig die sogenannte Klimafolgenforschung etabliert, die klimabedingte Anfälligkeiten, implizite Risiken und Chancen auf unterschiedlichen Ebenen analysiert und mögliche Maßnahmen zur Anpassung an den Klimawandel identifiziert und plant.

Weitere Informationen: Klimaänderungen: Mögliche Ursachen in Vergangenheit und Zukunft (Martin Claussen)

Klimawandel

Klimawandel ist nach dem Verständnis des Weltklimarats (IPCC) eine Veränderung des Zustands des Klimas, die identifiziert werden kann (z.B. mit Hilfe statistischer Methoden) als Veränderungen der Mittelwerte und/oder der Variabilität seiner Eigenschaften. Diese Veränderungen bestehen für eine längere Zeit, typischerweise Dekaden oder länger. Diese Auffassung bezieht sich auf jegliche Art von Klimaänderung und kann somit natürlich oder anthropogen bedingt sein. Andere Institutionen (z.B. UNFCCC) oder auch einzelne Wissenschaftler benutzen den Begriff, um klimatische Folgen menschlicher Aktivitäten zu beschreiben.
Der aktuelle Klimawandel besteht eindeutig in einer Erwärmung, was durch die Zunahme der globalen Luft- und Meerestemperaturen belegbar ist, sowie durch das verbreitete Abschmelzen von Schnee- und Eisflächen und dem Anstieg des durchschnittlichen globalen Meeresspiegels.

Weitere Informationen:

Kohlenstoffkreislauf

Gesamtheit aller Prozesse, durch die Kohlenstoff und seine chemischen Verbindungen in der Geosphäre umgesetzt werden. Die Bedeutung des Kohlenstoffs gründet sich darauf, daß er Bestandteil aller organischen Verbindungen ist. Somit stellt der Kohlenstoffkreislauf einen der wichtigsten Kreisläufe des Lebens dar. In der Atmosphäre befinden sich die Kohlenstoffvorräte in gasförmigem Zustand. In der Hydrosphäre kommt Kohlenstoff in gelöstem Zustand vor, in anorganischen und organischen Verbindungen. Fest gebunden ist der Kohlenstoff in der Pedosphäre (Humus, Biomasse) und in der Lithosphäre (Kohle, Erdgas, Erdöl, Karbonatgesteine).

Das natürliche Gleichgewicht des atmosphärischen Kohlenstoffkreislaufs wird insbesondere durch die ansteigenden CO2-Emissionen als Folge des zunehmenden Verbrauchs fossiler Brennstoffe gestört. Die Rodung der Tropenwälder sowie die Verbrennung von Biomasse führt zu einem zusätzlichen indirekten Anstieg des atmosphärischen CO2, da diese Pflanzen nicht mehr an der Photosynthese teilnehmen. Obwohl ein Großteil dieser CO2-Menge wieder in den Ozeanen aufgenommen wird, steigt der Kohlenstoffgehalt (in Form von CO2) in der Atmosphäre an.

Carousel of Carbon

Round and round goes carbon around our planet. At the same time, figuratively, carbon makes the world go 'round. The element is the building block of life on Earth and, in the form of carbon dioxide gas in the atmosphere, it has a powerful impact on the planet's climate. In the process, carbon also goes through rivers, oceans, and the ocean's twilight zone (see interactive). Humans have intervened and interfered with the carbon cycle and quickly transferred carbon from slow to active pools by extracting large amounts of hydrocarbons from the Earth and burning them for fuel, putting an excess of heat-trapping carbon dioxide in the atmosphere. (Illustration by Jack Cook, Woods Hole Oceanographic Institution)

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Quelle: WHOI

 

Zur Quantifizierung der terrestrischen Kohlenstoffquellen und -senken (z. B. CO2, CH4) ist der Aufbau eines Expertensystems zur Erstellung der jährlichen Bilanz der Kohlenstoffflüsse notwendig (Kyoto-Protokoll). Ein solches Expertensystem wird im Augenblick am Potsdam Institut für Klimafolgenforschung (PIK) in Zusammenarbeit mit dem Max-Planck-Institut für Meteorologie (MPI-M, HH) entwickelt und wird im Rahmen einer Kooperation mit dem DFD in den nächsten Jahren getestet. Ziel dieser Kooperation ist die Bilanzierung des terrestrischen Kohlenstoff-Haushalts unter Verwendung von satellitengestützen Fernerkundungsinformationen und deren Assimilation in gekoppelte dynamische Vegetations- und Atmosphärenmodelle.

Die aus dem Expertensystem abgeleiteten Daten sind unter anderem die Nettoprimärproduktion (NPP) der terrestrischen Vegetation oder die Nettoökosystemproduktion (NEP), aber auch die Abgabe von Methan in die Atmosphäre. Die Integration von Daten aus Emissionskatastern über kohlenstoffhaltige Substanzen (z.B. Methan) von landwirtschaftlichen Flächen oder aus der Viehzucht in die Atmosphäre stellt eine weitere Herausforderung für die Zukunft dar, um eine realistische Kohlenstoffbilanz zu erzeugen.

Aufgrund der hohen räumlichen und zeitlichen Variabilität der terrestrischen Photosynthese, der mikrobiellen Aktivität von Bodenorganismen und der meteorologischen Parameter ist es notwendig, die in das Expertensystem eingehenden Daten flächenhaft mit ausreichend hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung zu erfassen. Hierfür geeignet sind Fernerkundungsdaten von polar umlaufenden Satelliten mit einer Wiederholrate von einigen Tagen (Landsat, IRS, SPOT). Daneben sollen auch die Daten geostationärer Satelliten wie z.B. "Meteosat Second Generation (MSG)" genutzt werden.

Die jährliche Variabilität der weltweiten Kohlenstoffkonzentration in der Atmosphäre wird vom ENSO-Zyklus gesteuert. Der äquatoriale Pazifik ist die größte natürliche Quelle für ozeanischen Kohlenstoff, der in die Atmosphäre gelangt, wobei er ca. 1 Mrd. Tonnen Kohlenstoff als CO2 pro Jahr ausgast. Dieser Kohlenstoff entstammt dem äquatorialen Auftrieb (upwelling), ein Vorgang bei dem Wasser, das reich an anorganischem Kohlenstoff ist, aus den Tiefen an die Oberfläche gelangt. Während El Niño-Ereignissen wird das äquatoriale Upwelling im östlichen und zentralen Pazifik unterdrückt, wobei die Zufuhr von CO2 an die Oberfläche deutlich reduziert wird. Als Ergebnis wird in der Anfangsphase eines El Niño die weltweite Zunahme an atmosphärischem CO2, die vor allem anthropogen zu erklären ist, in ihrem Ausmaß verringert. Allerdings steigen während der späteren Phase eines El Niño die globalen CO2-Konzentrationen stark an, was der verspäteten Reaktion der terrestrischen Biosphäre auf die El Niño-bedingten Änderungen der Witterungsmuster geschuldet ist. Verbreitete Trockenheit und erhöhte Temperaturen in den Tropen tragen zu häufigeren und intensiveren Waldbränden bei und damit zu einer Veränderung des Gleichgewichts zwischen Atmung und photosynthetischer CO2-Aufnahme von Landpflanzen. Diese Prozesse, die besonders ausgeprägt waren während der starken El Niño-Ereignisse von 1982–1983 und 1997–1998, führen zu einer anomalen CO2-Zufuhr in die Atmosphäre, und dies in einer Menge, die die reduzierte Ausgasung des äquatorialen Upwelling übertrifft.

Weitere Informationen:

Kondensation

Der Übergang des Wassers vom gasförmigen (Wasserdampf) in den flüssigen Zustand. Dabei wird die Energie, die für die Verdunstung benötigt und als latente Wärme im Wasserdampf gespeichert war, wieder frei gesetzt. Es handelt sich um ca. 585 Kalorien pro Gramm Wasser bei einer Temperatur von 20 °C.

Konvektion

In Klimatologie und Meteorologie Begriff zur Beschreibung für Bewegungsvorgänge, die durch den Auftrieb in einer Atmosphäre mit labiler Temperaturschichtung hervorgerufen werden (thermische Konvektion). Da in den höheren Luftschichten geringerer Luftdruck herrscht, dehnt sich das aufsteigende Luftpaket aus und kühlt sich dabei ab. Die entstehenden Bewegungsformen reichen von einzelnen Aufwinden bis hin zu geordneten Konvektionszellen, in denen die aufgestiegene Luft seitlich wieder abströmt.
Spielt die Kondensation von Wasserdampf keine Rolle, so spricht man von trockener Konvektion. Kondensiert in den aufsteigenden Luftpaketen der Wasserdampf (feuchte Konvektion), so führt dies bei Erreichen des Kondensationsniveaus zur Bildung von Konvektionswolken. Diese können sich wie im Fall der Cumulonimbus-Wolke bis zur Tropopause erstrecken. Die Konvektion sorgt besonders in der atmosphärischen Grenzschicht für einen effektiven vertikalen Wärmetransport zwischen dem durch solare Einstrahlung erwärmten Untergrund und der kühleren freien Atmosphäre.
Die Aufwärtsbewegung der Konvektionszelle, die in Form von einzelnen, in Bezug auf die Umgebungsluft wärmeren bzw. weniger dichten Luftkörpern erfolgt, wird als Thermik bezeichnet. Konvektion tritt hauptsächlich während der Tagstunden über durch Sonneneinstrahlung erwärmten Oberflächen auf, während sie nachts nur in geringem Maße und über Flächen mit großer Wärmekapazität, z.B. Gewässern oder Städten, vorkommt.
In der Physik wird als Konvektion grundsätzlich eine Wärmeströmung, also die räumliche Umverteilung von Teilchen, die eine bestimmte Wärme mitführen, bezeichnet. Daraus ergibt sich für die Ozeanographie, dass die Konvektion einen zentralen Prozess darstellt bei der Umverteilung der ozeanischen Kenngrößen wie Temperatur, Salzgehalt, gelöstem Sauerstoff oder dem Klimagas Kohlenstoffdioxid. Im Ozean wird Konvektion häufig durch die Abkühlung von Oberflächenwasser, durch Wärmeverluste an die Atmosphäre, verursacht. Das oberflächennahe Wasser wird dabei am stärksten abgekühlt und wird so, aus thermodynamischen Gründen, schwerer als das darunterliegende, wärmere Wasser. Es kommt zum vertikalen Absinken des abgekühlten Wassers – die Konvektion setzt ein.
Zentren tiefreichender Konvektion durch Abkühlung sind das Weddellmeer sowie die Grönlandsee und die Labradorsee. Salzanreicherung aufgrund erhöhter Verdunstung führt zu tiefreichender Konvektion im Europäischen Mittelmeer und im Roten Meer. Salzanreicherung tritt auch bei Eisbildung im Meer auf und führt zu intensiver Konvektion über den Arktischen und Antarktischen Schelfen. Der Konvektionsprozess gilt als Antrieb der thermohalinen Zirkulation und damit der Tiefenzirkulation im Weltmeer.

Korallen

Über 6.000 Arten umfassende Klasse mariner Wirbelloser, von denen viele Vertreter durch ein schützendes Kalk- und Hornskelett gekennzeichnet sind. Dieses Skelett wird ebenfalls als Koralle bezeichnet.
Zum Aufbau ihres Kalkskeletts nutzen die Korallen Kalzium und Bikarbonat aus dem Meerwasser und das als Endprodukt der Atmung anfallende Kohlenstoffdioxid.
Die Mehrzahl der Korallen lebt in Kolonien, Riffe bildende Korallen sind aber nur in flachen Meeren anzutreffen. Sie kommen nicht tiefer vor, als das Licht vordringt, denn die symbiotischen, als Zooxanthellen bezeichneten Algen, die in ihren Geweben leben, benötigen das Licht zur Photosynthese, und die Korallen können ohne die Algen nicht existieren. Die Alge liefert der Koralle Kohlenstoff und damit Energie. Die von der Koralle gefangene Nahrung (tierisches Plankton) kann beide Organismen mit Stickstoff und Phosphor versorgen. Auch hinsichtlich der Wassertemperaturen gedeihen Korallen nur in einem eng begrenzten Bereich, nämlich von ca. 18°C bis 28°C.

Tiefseekorallen vor Florida

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Quelle: Reefpix

Korallenbleichen (Fiji 2001)

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Quelle: Reefpix

Renilla Polypen

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Quelle: SERTC

Aufbau eines Polypen

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Quelle: NOS

Korallenriffe erhalten ihre Farbigkeit durch die erwähnten Algen. Längerfristig außergewöhnlich hohe Wassertemperaturen (>29°C) führen zu einem Ausbleichen der Korallen, d.h. die Korallen werden weiß. Man vermutet folgende Zusammenhänge als Ursachen für das Korallenbleichen bzw. -sterben:

  • Bei den, z.B. durch ein El Niño-Ereignis erhöhten Wassertemperaturen beschleunigen die symbiontischen Zooxanthellen die photosynthetischen Vorgänge, wodurch im Korallengewebe hohe Konzentrationen von freien Radikalen entstehen, die als Toxine wirken.
  • Die gestressten Korallenpolypen stoßen möglicherweise die Zooxanthellen ab, mit der Folge, dass die Koralle ihre Farbe verliert (Ausbleichen).
  • Gestresste Korallen geben den Algen weniger Nährstoffe weiter und veranlassen damit die Algen, die Korallen zu verlassen.
  • Globale Erwärmung und überhöhte UV-Strahlung durch die Schwächung der Ozonschicht werden als weitere Ursachen für das Ausbleichen der Korallen angeführt.

Verbreitung von Korallenbänken
und Schwerpunkte der Korallenbleichen

 

Korallenriffe sind in warmen, flachen und klaren Gewässern der tropischen Ozeane anzutreffen. Unter dem Einfluss von übermäßiger Erwärmung, UV-Strahlung und anderen Stress-Faktoren sind zweigbildende Korallen, wie die Acroporidae (Inlet-Foto), die ersten, die mit Ausbleichen reagieren. Das Ausbleichen geht mit dem Abstoßen von Dinoflagellaten (Zooxanthellen) vom Korallengewebe einher. Zweigbildende Korallen vermögen sich innerhalb von wenigen Jahren zu regenerieren, wohingegen andere Arten (boulder corals) bis zu mehreren 100 Jahren benötigen, um die ursprüngliche Größe wiederzuerlangen.

Quelle: http://biophysics.sbg.ac.at/atmo/el-scans/reefs.jpg

 

Ausgeblichene Korallen regenerieren sich nur sehr schwer (s. Coral Bleaching Hotspots).

Die Gefahr für die Korallenriffe besteht nicht nur im Ausbleichen, sondern auch in einem Nährstoffmangel, der unter El Niño-Bedingungen ja auch die Fischwelt befällt. Zudem nehmen die Hauptfeinde der jungen Korallen überhand - Meeresschnecken und Seeigel-, da das warme Wasser auch die Krustentiere dezimiert, die sich von ihnen ernähren. Unter El Niño-Bedingungen gilt als gravierendste Ursache für das Korallensterben die Wassertrübung durch die erdreichen Ausschwemmungen bei den Platzregen entlang der Küsten- und Inselränder, denn sie reduziert die Sonneneinstrahlung im Wasser ganz erheblich. Die Zerstörung von Korallenkolonien durch den El Niño von 1982/83 auf den Galápagos-Inseln wurde auf fast 95 % und an der Pazifikküste von Costa Rica, Panama, Kolumbien und Ecuador auf 70 % bis 95 % geschätzt.

Korallenriff

Festes Kalksteingebilde von vielen Kilometern Länge und Breite und Mächtigkeiten bis zu mehreren 100 m, vor allem in Senkungsgebieten in den oberen durchlichteten und sauerstoffreichen sowie warmen (mind. 18° C) Wasserschichten der Tropen und Subtropen, die von winzigen Polypen (Blumentieren) in großen Kolonien unter Mitwirkung der mit ihnen in Symbiose lebenden, lichtabhängigen blaugrünen Algen (Zooxanthellen) und mithilfe ihres carbonatischen Außenskelettes aufgebaut werden. Wegen der Bindung an warme und lichtreiche Oberflächengewässer und nährstoffliefernde Wasserbewegungen durch Wellen und Meeresströmungen finden sich Korallenriffe entlang von Küsten und um Inseln, d.h. in Flachwasserregionen.

Matangi Island (Fiji), umgeben von Korallenriffen

 

Meerestemperaturen, die nie 20 °C unterschreiten und auch an heißen Sommertagen nur bis 30 °C reichen, machen den Südpazifik über dem Fiji-Plateau zu einem idealen Ort für Korallenriffe. Riffe umgeben fast alle der etwa 840 Inseln des Staates, und Matangi Island ist keine Ausnahme. In diesem Ikonos-Bild bilden die Unterwasserriffe einen trüben blaugrünen Halo um die Insel.

Mit seiner Fähigkeit, in klares Wasser bis in eine Tiefe von 30 m hineinzusehen, kann der Ikonos-Satellit den Wissenschaftlern eine Darstellung von Flachwasserriffen liefern. In diesem Bild vom 21. November 2004 erscheinen die Riffe als gelbbraune Klumpen in einem Feld von Blassgrün, das die Insel umgibt. Es kann eine Herausforderung werden, ein klares Bild von Küstenriffen zu bekommen, wenn Sedimente und Algen über dem Riff treiben. Dies kann in der oberen rechten Ecke der Fall sein, wo gelbbraunes Sedimentmaterial von der Insel ausbeult. Algen bilden typischerweise grüne und blaue Wirbel im Ozeanwasser, was man in der sichelförmigen Bucht erkennen kann.

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Quelle: NASA

 

Die lebenden Strukturen werden am Rande (bei Absenkung des Untergrundes oder steigendem Meeresspiegel auch oben) stetig überwachsen, sterben ab und verdichten sich infolge Eintrag von Partikeln und Brandungstrümmern, sodass das Korallenriff allmählich seine ursprüngliche hohlraumreiche Struktur verliert. Die Brandung bewirkt an einem Korallenriff zweierlei: zum Einen garantiert sie ständigen Wasseraustausch zur Nährstoffversorgung der sessilen Organismen, weshalb die Korallenriffe gegen die Hauptbrandungsrichtung gewöhnlich deutlich besser und rascher wachsen, zum anderen kann bei besonders heftiger Brandung, wie sie in den Tropen und Subtropen durch Wirbelstürme gegeben ist, das Riff mechanisch beschädigt werden. Es vernarbt aber normalerweise an den so zerstörten Partien wieder.

Man unterscheidet drei Formen:

  • Saumriffe sind die häufigste Form der Korallenriffe. Sie sind meist an der Küste (aus Festgestein, sedimentarm) angewachsen und begleiten diese auf längere Strecken. Zwischen der Riffkrone nahe der aktiven Brandungszone und dem Festland liegt gewöhnlich die sog. Rifflagune, eingetieft durch Prozesse der Bioerosion. Dadurch entsteht insgesamt eine wallartige Struktur, daher auch die Bezeichnung Wallriff.
  • Barriereriffe sind deutlich vom Festland abgesetzte (mehrere Kilometer bis über 100 km), aber noch küstenparallel liegende Riffe, die Erhebungen des mittleren oder äußeren Schelfes aufsitzen können. Sie bestehen gewöhnlich aus lang gestreckten, seltener auch flächenhaften Riffkörpern (Plattformriffe) mit schmalen Durchlässen zum Festland, die eine beträchtliche Tiefe aufweisen. Das größte Barriereriff der Erde liegt vor der Nordostküste Australiens (Queensland) mit über 2000 km Länge. Es ist zugleich die größte, von Organismen jemals geschaffene Struktur unserer Erde.
  • Atolle gelten als Sonderform des Korallenriffes. Sie liegen meist weit vor der Küste isoliert auf Tiefseeerhebungen aufsitzend und sind mehr oder weniger ringförmige Gebilde von einigen Kilometern bis über 100 km Durchmesser mit einer deutlichen zentralen Vertiefung (Rifflagune) und einem oder mehreren schmalen Durchlässen geringerer Tiefe. Atolle entstehen gewöhnlich aus Saumriffen um ehemalige (meist vulkanische) Inseln, die bei steigendem Meeresspiegel oder absinkendem Untergrund ertrunken sind, während das Riffwachstum Anschluss an die Meeresoberfläche halten konnte. Daher können auch Riffmächtigkeiten von über 500 m vorkommen. Besondes zahlreich sind Atolle in der Südsee, weniger im Indischen Ozean, selten in der Karibik.

Nahezu alle Korallenriffe der Erde sind in den letzten Jahren stark gefährdet durch Ausbleichung und Absterben, was einerseits auf zunehmende Wasserverschmutzung, Störung und Zerstörung durch Tourismus, Taucher, Bootsbetrieb, Ankern etc. zurückgeht, andererseits jedoch auch auf eine allmähliche Erwärmung, die regional (z.B. durch El Niño-Effekte) stark ausfallen kann.

Küstenwüste

Durch extreme Trockenheit geprägtes Gebiet an den subtropischen Westseiten mancher Kontinente. Zu den markantesten Beispielen dieses Wüstentyps gehören etwa die Atacama nahe der pazifischen Küste von Südamerika oder die an der südwestlichen Küste Afrikas gelegene Namib. In Südamerika erstreckt sich dieser hyperaride Trockengürtel über fast 3.500 km und ist nur gelegentlich durch Flusstäler aus den Anden unterbrochen.

Links: Bromeliaceen der Gattung Tillandsia

Sie gedeihen in der Nebelstufe von peruanischen Vorbergen ohne Wurzeln girlandenartig am Boden. Sie wachsen nach Westen gegen die anströmenden Nebel, die sie über die Blätter mit Wasser versorgen (>300 m NN, Cerros Matabuey bei Lima/Peru). Die unteren Lagen der Vorberge sind vegetationslos.

 

Rechts: Küstenregion von Pachcamac bei Lima/Peru

An der pazifischen Küste ist die Wüste fast pflanzenfrei, nur im Kontakt mit kleinen Flüssen sind Bewässerungskulturen möglich.

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Quelle: Seibert, Paul (1996): Farbatlas Südamerika, Verlag Eugen Ulmer, Stuttgart

 

Die trockenen Bedingungen der küstennahen Bereiche sind eine Folge der subtropischen Hochdruckgebiete und des Auftretens von kaltem Wasser vor dem Festland. Hierbei kann es sich um Meeresströmungen handeln, die aus Gebieten niedrigerer geographischer Breite in Richtung Äquator fließen. Eine andere Erscheinung mit ähnlichen klimatischen Konsequenzen ist kaltes Auftriebswasser, das aufgrund der Verlagerung des Oberflächenwassers durch küstenparallele oder ablandige Winde nach oben gelangt. Durch Abkühlung der unteren Luftschichten wird eine thermisch stabile Schichtung innerhalb der Luftmasse erreicht, wodurch der vertikale Austausch unterbunden wird. Durch fehlende Konvektion unterbleibt auch die Bildung von Wolken, die den küstennahen Gebieten Niederschlag bringen könnten. Die Feuchtigkeit kondensiert überwiegend zu Nebel; bei über mehrere Monate optimalen Bedingungen für dessen Bildung entstehen Nebelwüsten.

Links: Flussoase im küstennahen Nordchile mit starkem Kontrast zwischen landwirtschaftlicher Nutzung und Wüste (Putre - Arica)

Quelle: Seibert, Paul (1996): Farbatlas Südamerika, Verlag Eugen Ulmer, Stuttgart

 

Rechts: Aride Küstenwüste in Peru

Details des Fotos zeigen tief eingeschnittene Canyons an der Südküste Perus zwischen 15,5° und 17° S. Die Flüsse Yauca und Acarí nähren kleine bräunliche Sedimentfahnen im Meer. Kleine dunkelgrüne Felder drängen sich an ihren Unterläufen. Starke Südwinde ließen Sanddünen entstehen. Küstenparallele gelbliche Linien markieren tektonisch gehobene Küstenverläufe.

Die Aufnahme wurde mit dem 180 mm-Objektiv einer Digitalkamera am 14.3.2003 von der ISS-Besatzung gemacht. Zu ausführlicheren Erläuterungen (engl.) hier klicken.

Quelle: NASA Earth Observatory

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Der pazifische Küstenstreifen Südamerikas von 5°S bis 24°S zählt zum Klimatyp BWhn der köppenschen Klassifikation (B=Trockenklima, W=Wüstenklima, h=heiß, Jahresmittel über 18°C, n=häufig Nebel).

Im Didaktik-Teil der DVD: "Die Entstehung von Küstenwüsten und ihre Anfälligkeit auf Störungen. - Eine Lernaufgabe zum Thema 'El Niño'"

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La Nada

Span. für 'das Nichts'; seit einigen Jahren bei manchen amerikanischen Wissenschaftlern und in amerikanischen Medien gebräuchlicher Begriff für den Neutralzustand des tropischen Pazifiks als Teil des ENSO-Phänomens. Hierbei bestehen bestehen weder El Niño- noch La Niña-Verhältnisse, eben La Nada. Der Begriff ist international nicht formell anerkannt.
Die Einführung des neuen Begriffes mag im nun erreichten Dreiklang der Termini El Niño, La Nada, La Niña begründet sein oder in der Tatsache, dass die USA einen großen spanisch sprechenden Bevölkerungsanteil haben, aber auch in der teilweise irreführenden Bezeichnung 'Neutralzustand'. Den Zwischenzustand als ‚neutral‘ zu bezeichnen legt den Eindruck nahe, die dabei auftretenden Wettererscheinungen als günstig oder moderat anzusehen. Aber wenn man die Wetterbedingungen der La Nada-Jahre in den USA ansieht, erkennt man, dass sich die Jet Streams recht "ungebührlich" verhalten, und dass das Wetter höchst sprunghaft und hart sein kann mit Dürren oder Niederschlägen im Übermaß.
Zumindest für die Vereinigten Staaten ist die Wettervorhersage ohne ein El Niño- oder La Niña-Signal deutlich komplizierter. Langfristige, saisonale Vorhersagen sind bei El Niño- und La Niña-Episoden am erfolgreichsten, weil diese Extremphasen einen dominanten Einfluss auf die Wetterentwicklung haben.
In den letzten Dekaden besaßen etwa die Hälfte der Jahre La Nada-Bedingungen, verglichen mit 20 % der Jahre, die geprägt waren durch El Niño und 30 % durch La Niña.

 

La Nada-Bedingungen im tropischen Pazifik am 25.12.2013

Fernerkundungsdaten des NASA-Satelliten Jason-2 zeigen weitgehend normale Meeresspiegelhöhen (sea-surface height, SSH) im Bereich des äquatorialen Pazifiks. Diese neutralen oder 'La Nada'-Verhältnisse dauern zum Aufnahmezeitpunkt bereits seit 20 Monaten ununterbrochen an und bleiben voraussichtlich bis in den Sommer 2014 bestehen.
Die beschriebenen SSH-Verhältnisse sind mit Hilfe der Farbleiste und dem dominierenden Grün auf dem Globus leicht erkennbar.

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Quelle: NASA JPL (hier auch die jeweils aktuellen Werte)

 

Bill Patzert vom JPL fand folgende Analogie anlässlich des La Nada-Winters 2004/05: "This season was what I call 'La Nada'. El Niño and La Niña tend to give structure to climate, but La Nada is like a teenager, without structure. The jet stream was on steroids, with wild fluctuations north and south."

La Niña

Spanisch für "Das kleine Mädchen", vereinfacht ausgedrückt das Gegenstück von El Niño. La Niña tritt zwischen den einzelnen El Niño-Ereignissen auf. Dabei sind die Oberflächentemperaturen des Wassers vor Peru und im äquatorialen Zentralpazifik unter dem langjährigen Mittel. Während La Niña ist die Walker-Zirkulation stärker ausgeprägt, und hochreichende Konvektion wird über dem äquatorialen Zentralpazifik unterdrückt.

Der Name wurde erst 1985 von George Philander (Princeton University) geprägt. Um diese Zeit erkannte die Wissenschaft, dass ENSO möglicherweise ein Zyklus ist, der gegenüber El Niño auch eine gegenteilige Phase haben könnte. Bis dahin hatte man El Niño für eine isolierte episodische Störung der normalen Verhältnisse angesehen. Das Aufkommen von gekoppelten Ozean-Atmosphäre-Modellen des Klimasystems und ihre Anwendung auf den tropischen Pazifik legte die Annahme einer echten Oszillation nahe.
Neben dem Ausdruck "La Niña" bestehen noch andere Bezeichnungen, wie z.B. "El Viejo" (der Alte), eingeführt von James O'Brien (Florida State University), ferner "anti-El Niño" oder einfach "Kalt-Ereignis" bzw. "Kalt-Episode". Der Ausdruck "anti-El Niño" sollte vermieden werden, da er übersetzt eigentlich "Antichrist" bedeutet. Der Begriff "El Viejo" wurde angeblich vorgeschlagen, um sexistische Terminologie zu vermeiden, möglicherweise aber auch aus dem Gefühl persönlicher Abneigung gegenüber Philander heraus.

Starke La Niña im Dezember 2010


Einigen Messungen zufolge war das Ende 2010 ausgebildete La Niña Ereignis das stärkste seit mindestens Mitte der 1970er Jahre und eines der fünf stärksten seit dem letzten Jahrhundert. Die atmosphärische Reaktion darauf war besonders stark mit einem Southern Oscillation Index, der seine höchsten Monatswerte seit 1973 im September und Dezember und sein höchstes Halbjahresmittel seit 1917 erreichte.

La Niña’s cold water signal is strong in the two images. The left image shows ocean surface temperatures on December 15, 2010, as measured by the Advanced Microwave Scanning Radiometer for EOS (AMSR-E) on NASA’s Aqua satellite. In December 2010, sea surface temperatures were colder than average across the equatorial Pacific.

The right image depicts the heat content of the ocean surface between December 14 and 16, 2010, as observed by the U.S.-French OSTM/Jason-2 satellite. Water expands as it warms, so warmer water has a higher surface elevation than cooler water. The blue valley streaking across the middle of the sea surface height image is the signature of La Niña. The intensity of the cold water and the depth and extent of the valley point to an intense event.

This image shows some of the unusual weather La Niña brought in December 2010, as observed by the Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) between November 23 and December 23, 2010. The image shows rainfall totals compared to average rainfall for the period, with above-average rain in blue and less-than-average rainfall in brown.

Quelle: WMO / NASA Earth Observatory

 

Über die Ursachen von La Niña bestehen noch größere Unsicherheiten als über jene ihres Gegenstücks El Niño, ebenso über ihre Telekonnektionen. Während einem La Niña-Ereignis tendieren der australische wie auch der asiatische Monsun zu einer stärkeren Ausprägung, und über Nordamerika ist der winterliche Jetstream eher zonal ausgerichtet. Als Folge wird der pazifische Nordwesten feuchter und der Südosten der USA trockener und wärmer.
Die meisten von La Niña bedingten Anomalien sind denen von El Niño-Ereignissen gegenläufig.
Gelegentlich wird die begriffliche Existenz von La Niña als eigenständiges Zykluselement gänzlich in Frage gestellt, oder es wird auch nur von den zwei Ausprägungen El Niño und La Niña gesprochen und die Neutralphase nicht zusätzlich unterschieden.

Eine operationelle Definition von La Niña liefert der Oceanic Niño Index (ONI), wonach ein La Niña-Ereignis dann gegeben ist, wenn die Meeresoberflächen-Temperatur in der Niño 3.4 Region des Pazifiks über mindestens fünf Monate hinweg mehr als 0,5°C niedriger als der Durchschnitt ist.

Large Marine Ecosystem

Engl. Begriff für große Meeresökosysteme ab einer Fläche von ca. 200.000 km². Sie umfassen Küstenbereiche von Flusseinzugsgebieten und Ästuaren bis zu den seewärtigen Grenzen der Kontinentalschelfe und den äußeren Rändern der wichtigsten und gut abgegrenzten Meeresströmungen, wie z.B. dem Humboldtstrom. Diese relativ großen Gebieten lassen sich charakterisieren durch ökologische Kriterien wie (1) bathymetrische Eigenheiten, (2) hydrographische Charakteristika wie Strömungen und Wassermassenstruktur, (3) marine Produktivität und (4) Nahrungsnetze.

Das System der LMEs wurde seit 1984 von der NOAA in Zusammenarbeit mit IOC, IUCN und UN-Organisationen entwickelt, um eine handhabbares Management auf Ökosystembasis zu erhalten, mit dem man Einflussgrößen von Umweltveränderungen transnational gut identifizieren, und Schutzmaßnahmen durchführen kann. Dies geschieht in einem internationalen Kontext und in Übereinstimmung mit internationalen Gesetzen wie dem Seerechtsübereinkommen der Vereinten Nationen von 1982.

Die Schutzmaßnahmen innerhalb des LME-Konzeptes basieren auf der Erkenntnis, dass die Küstengewässer der Erde degradiert sind als Folge von nicht nachhaltiger Fischerei, Habitatverlusten, Eutrophierung, Belastungen mit Giftstoffen und Aerosolen sowie der Ausbreitung von Krankheiten. Gleichermaßen entstand die Einsicht, dass Gegenmaßnahmen nur in koordinierten Aktionen von Regierungen und Zivilgesellschaften durchgeführt werden können.

Obwohl die LMEs nur die Kontinentalränder und nicht die Tiefseegebiete und Meeresinseln umfassen, produzieren die 64 LMEs 95 % der weltweiten Fischerträge.

 

Large Marine Ecosystems of the World and Linked Watersheds

Large Marine Ecosystems (LMEs) are relatively large areas of ocean space of approximately 200,000 km² or greater, adjacent to the continents in coastal waters where primary productivity is generally higher than in open ocean areas.

The LMEs produce about 80% of the annual world’s marine fisheries catch. Globally they are centers of coastal ocean pollution and nutrient overenrichment, habitat degradation (e.g. sea grasses, corals, mangroves), overfishing, biodiversity loss, and climate change effects. The $12.6 trillion in goods and services contributed annually by LMEs to the world’s economy is at risk from unsustainable utilization practices.

The physical extent of the LME and its boundaries are based on four linked ecological, rather than political or economic, criteria. These are: (i) bathymetry, (ii) hydrography, (iii) productivity, and (iv) trophic relationships. Based on the 4 ecological criteria, 64 distinct LMEs have been delineated around the coastal margins of the Atlantic, Pacific and Indian Oceans.

From a management perspective, it is essential to establish a baseline condition against which to measure the success or failure of actions to recover depleted fish stocks, restore degraded habitats, and reduce and control coastal pollution and nutrient overenrichment. 5 modules within the LME strategy are focused on the application of suites of indicators for measuring LME (i) productivity and oceanography, (ii) fish and fisheries, (iii) pollution and ecosystem health, (iv) socioeconomics and (v) governance.

Zu größer Darstellung auf die Grafik klicken - Quelle: NOAA (dort PDF mit optimaler Auflösung)

 
Lateinamerika

Lateinamerika (spanisch América Latina bzw. Latinoamérica, portugiesisch América Latina, französisch Amérique latine) ist ein politisch-kultureller Begriff, der dazu dient, die spanisch- und portugiesischsprachigen Länder Amerikas von den anglo-amerikanischen Ländern Amerikas abzugrenzen. Der Wortteil Latein- bezieht sich auf das Lateinische als Ursprung der romanischen Sprachen. In der heute üblichen Definition des Begriffs werden zu Lateinamerika nur die Länder gezählt, in denen das Spanische oder das Portugiesische vorherrschen. Dazu gehören die Länder Südamerikas (ohne Guyana, Suriname und Französisch-Guayana), Mexiko, Zentralamerika (ohne Belize) und die spanischsprachigen Gebiete der Karibik. Die Länder Lateinamerikas haben zusammen eine Fläche von etwa 20 Millionen km², und die Bevölkerung umfasst rund 500 Millionen Menschen. In den letzten Jahren ist die Armut in Lateinamerika so gering wie seit 20 Jahren nicht mehr, die Mittelschicht ist um 50 Prozent von 103 Millionen (2003) auf 152 Millionen (2009) angewachsen, doch weist der Kontinent vom Rio Grande bis Feuerland bis heute weiterhin die weltweit größte soziale Ungleichheit auf.

Nordamerika

Zentralamerika

Karibik

Südamerika

Mexiko Mexiko

Costa Rica Costa Rica

Dominikanische Republik Dominikanische Republik

Argentinien Argentinien

El Salvador El Salvador

Kuba Kuba

Bolivien Bolivien

Guatemala Guatemala

Puerto Rico Puerto Rico

Brasilien Brasilien

Honduras Honduras

Haiti Haiti

Chile Chile

Nicaragua Nicaragua

Ecuador Ecuador

Panama Panama

Kolumbien Kolumbien

Paraguay Paraguay

Peru Peru

Uruguay Uruguay

Venezuela Venezuela

Länder Lateinamerikas

Quelle: Wikipedia

 

 

 

 

 

 

 

 

Weitere Informationen:

Lomavegetation

Pflanzengesellschaften der eher höher gelegenen Teile der Küstenwüsten an der Westseite Südamerikas mit über 1.000 Arten von Büschelgräsern, Kräutern, Stauden, Dornsträuchern und Sukkulenten. Die Pflanzen sind hinsichtlich ihrer Wasserversorgung überwiegend von den Küstennebeln, in Peru garúa und in Chile caman chaca genannt.
El Niño-Ereignisse führen mit ihrem Feuchtigkeitseintrag zu außergewöhnlichem Aufkeimen.

Lomavegetation in Nordperu

Nolana humifusa (Gouan)

Quelle: O. Dillon, Michael. Andean Botanical Information System

Quelle: O. Dillon, Michael. Andean Botanical Information System

Weitere Informationen: Loma-Formationen der Küsten-Atacama/Nordchile unter besonderer Berücksichtigung rezenter Vegetations- und Klimaveränderungen, Diss. (N. Schulz, Uni Erlangen-Nürnberg)

Luftdruck

Engl. air/atmospheric pressure; Druck, der von der Masse der Luft unter der Wirkung der Erdanziehung auf eine Fläche ausgeübt wird. Der Druck ist in der Physik als Kraft pro Fläche definiert. Eine gedachte vertikale Luftsäule also, die vom Erdboden bis an den Rand der Atmosphäre reicht, übt auf eine Einheitsfläche im Durchschnitt das Gewicht (die "Gewichtskraft") von 1013,2 Hectopascal (hPa) aus.

Der Luftdruck wird meist mit dem Barometer gemessen, wobei oft noch veraltete Einheiten verwendet werden. Der Luftdruck nimmt mit der Höhe alle 5 km auf etwa die Hälfte ab; er beträgt in 32 km Höhe nur mehr 1 % und in 50 km nur mehr 1 ‰ (Promille) = 1 hPa.

Die Abnahme des Luftdrucks mit der Höhe erfolgt also exponentiell und zwar nach der barometrischen Höhenformel umso stärker, je niedriger die Lufttemperatur ist. Er schwankt mit den Wettervorgängen im Meeresniveau etwa zwischen 985 und 1035 hPa (absolute Extremwerte sind etwa 880 und 1080 hPa).

Damit in der Wetterkarte die wetterbedingten Unterschiede und nicht die Unterschiede infolge der unterschiedlichen Höhenlage der Messstationen zum Ausdruck kommen, muss der an der Station gemessene Luftdruckwert auf Meeresniveau umgerechnet ("reduziert") werden, wobei noch die aktuelle Lufttemperatur mitberücksichtigt wird.
Ferner ist noch eine Umrechnung auf 0°C und die Normalschwere (45° Breite) erforderlich.

Lumineszenzdatierung

Physikalische Altersbestimmung für quartäre Proben aufgrund eines mit dem Probenalter anwachsenden Strahlenschadens, der durch die emittierte Lumineszenz quantifiziert wird (Lumineszenz: Emission von Licht im sichtbaren, UV- und IR-Spektralbereich von Gasen, Flüssigkeiten und Festkörpern nach Energiezufuhr. Manche Minerale haben die Eigenschaft, kurz- oder langzeitig sichtbares Licht auszusenden, zu lumineszieren). Innerhalb der Lumineszenz-Datierungsmethoden unterscheidet man nach der verwandten Stimulationsenergie die Thermolumineszenz-Datierung und die Optisch Stimulierte Lumineszenz-Datierung. Alle Verfahren beruhen darauf, daß durch die Einwirkung ionisierender Strahlung, die in der Natur im wesentlichen von den instabilen Isotopen von U, Th und K ausgeht, Ladungsdefekte im Kristallgitter akkumuliert werden. Dabei werden Elektronen angeregt und in einem energetisch höheren Niveau als sog. Lumineszenzzentren fixiert, indem sie mit primären (Fremdatome, Gitterschäden) oder sekundären Defekten (durch Alpha-Strahlung entstanden) rekombinieren. Die Anzahl der Ladungsdefekte wächst in Abhängigkeit von der Dosisleistung und der Stabilität der Lumineszenzzentren zeitabhängig an. Bei Erreichen des Gleichgewichts von Neubildung und Zerfall der Zentren wird eine Sättigung erreicht, bei der das Lumineszenzsignal nicht weiter mit dem Alter anwächst und welche die theoretische Datierobergrenze definiert.
Die Rückstellung des Signals erfolgt durch Belichtung, Erhitzung oder Mineralbildung, so daß Sedimentations-, Abkühlungs- bzw. Kristallisationsalter bestimmt werden können.
Die Datierobergrenze der Lumineszenzmethoden liegt allgemein bei etwa 100.000-120.000 Jahren, kann jedoch in Abhängigkeit von Dosisleistung, Probenmaterial und Sedimenttyp höher oder geringer sein.

M

Madden-Julian Oscillation (MJO)

Bei der MJO handelt es sich um eine makroskalige intrasaisonale Zonalstörung in den Tropen mit atmosphärisch-ozeanischer Kopplung. Sie beeinflusst die gesamten Tropen, am markantesten im Bereich zwischen Indischem Ozean und westlichem Pazifik, und äußert sich in der Variabilität von Wind, Luftdruck, Wasseroberflächentemperatur (SST – "sea surface temperature"), Bewölkung und Niederschlag. Am schwächsten ist sie über dem Atlantik.
Mit einem 30- bis 60-tägigen Zyklus von steigendem und fallendem Luftdruck stellt die MJO eine wichtige Variabilität der tropischen Atmosphäre dar. Die MJO äußert sich in einer langsamen ostwärtigen Wellenbewegung atmosphärischer Störungen mit maximalen Amplituden in der östlichen Hemisphäre. Die erdumfassenden Wellen erstrecken sich über 20 Breitengrade beidseits des Äquators. Konkret bewirkt dieser Takt, dass in vielen tropischen Regionen erst mächtige Wolkenfelder von West nach Ost ziehen, denen dann eine Reihe von klaren, trockenen Tagen folgt.

MJO

Equatorial vertical cross section of the MJO as it propagates from the Indian Ocean to the western Pacific

Red arrows indicate direction of wind and red (blue) SST labels indicate positive (negative) SST anomalies respectively.
At the core of the MJO is the zonal wind. This is the wind that moves west to east in the tropical region, and brings us our weather from the ocean. The zonal wind can move, or propagate, storm systems across the Pacific Ocean where they can make an impact on the western North American coast. Generally, these storm systems develop in the Indian Ocean, with warm sea surface temperatures (SSTs) to the east. The warm SSTs drive warmer air to move upward in the atmosphere, helping to generate convection, similar to the type of afternoon thunderstorms we experience. The warm SSTs and rising air to the east encourage convection to move toward the east, leaving behind cool SSTs on the west side with cooler, sinking air.
Quelle: NOAA

 

Am besten ersichtlich ist ihre Erscheinung an der räumlichzeitlichen Entwicklung der von Satelliten beobachtbaren emittierten langwelligen Strahlung
(OLR – "outgoing longwave radiation"), denn der tropische Niederschlag ist überwiegend konvektiven Ursprungs und die kalten Wolken emittieren relativ wenig OLR. Da man der MJO vielfältige Wechselwirkungen mit anderen Phänomenen unterschiedlicher Skalen zuschreibt, erfährt sie beträchtliches wissenschaftliches Interesse. Beispielsweise nimmt man Interaktionen mit Änderungen der Meeresoberflächentemperatur an, verstärkende Einflüsse auf die Hurrikan-Tätigkeit im Golf von Mexiko und in der Karibik oder Bezüge zum Einsetzen von El Niño.
Intrasaisonale Oszillationen wie die MJO haben oft einen engen Bezug zur jeweiligen Phase des ENSO-Zyklus. Im Allgemeinen besteht während einer mäßig starken oder starken El Niño-Episode eine Neigung zu schwacher oder ausbleibender MJO-Aktivität. Demgegenüber ist die MJO-Aktivität während ENSO-Neutralphasen oder während La Niña-Episoden oftmals von beträchtlicher Stärke.
Während ihre Struktur bereits gut erfasst ist, sind Ursache und einige Aspekte ihrer Realisierung in der Natur noch weitgehend ungeklärt. Ein besseres Verständnis ist für die Wettervorhersage in den Tropen und auch der mittleren Breiten von großem Nutzen.

Die MJO trägt die Namen von Roland Madden und Paul Julian vom National Center for Atmospheric Research, die die Wellen in den frühen 70er Jahren des 20. Jahrhunderts entdeckt und beschrieben haben.

Link of the passage of the MJO across the Pacific to development of intense wintertime precipitation in western North America

The MJO has also been hypothesized to have broader atmospheric impacts: a Rossby wave train emanates into the Northern Hemisphere midlatitudes from the Maritime Continent during passage of the active phase of the MJO through this region.7 This leads to MJO modulation of midlatitude weather, especially in the boreal winter. For example, plumes of moisture (the "Pineapple Express"), flowing from MJO rainfall maxima over the central Pacific, lead to heavy precipitation and floods along the west coast of the United States and Canada.
In addition to the enhanced precipitation, winter cold air outbreaks over southern California and the southwestern deserts of North America47 are frequently timed with particular phases of the MJO.

Quelle: MetEd / UCAR

 
Makrelen

Fischfamilie mit 33 Gattungen, zahlreiche Arten sind wichtige Speisefische. Makrelen besitzen spitze Köpfe, ein weites Maul und einen festen, schlanken Körper, der sich kurz vor dem gegabelten Schwanz verjüngt. Makrelen schwimmen in großen Schwärmen nahe der Wasseroberfläche und ernähren sich von kleinen Fischen und Krebstieren. Sie laichen im offenen Wasser während des späten Frühjahrs und des Frühsommers. Makrelenfischerei ist in Europa und im Nordosten Amerikas, aber auch vor Peru und Chile ein bedeutender Industriezweig.

Weitere Informationen: FishFAQ

Mangrove

Tropisches Küstengehölz in gezeitenbeeinflussten Bereichen, das sich besonders günstig in geschützten Buchten, Lagunen und Flussmündungen auf Schlickböden entwickelt und eine Vielfalt an außergewöhnlichen Lebensformen beherbergt. Tiere und Pflanzen sind dort an die extremen Umweltbedingungen angepasst, die ein den Tiden ausgesetzter Standort mit sich bringt. Zur Mangrove gehören ca. 70 Baum- und Buscharten. Typischste Gattung ist Rhizophora (Mangrovenbaum) mit Stelzwurzeln sowie Avicennia mit Atemwurzeln.

Mangrovenwälder besitzen eine große Anzahl äußerst wichtiger Funktionen. Aufgrund ihrer hohen Produktion an Biomasse spielen sie eine nicht unwesentliche Rolle im globalen Kohlenstoffkreislauf. Abgestorbenes Tier- und Pflanzenmaterial, das aus den Mangroven ins Meer gespült wird, nährt die küstennahen Ökosysteme.
Die bei Niedrigwasser deutlich aus dem Wasser ragenden Stelzwurzelgerüste bremsen die Gezeitenströme, Erosion unterbleibt, vielmehr wird Feinsediment abgesetzt. Zudem behalten die Mangrovenwälder Schadstoffe und Sedimente aus Flusseinträgen zurück, bevor diese in die Küstenmeere gelangen und dort die Lebensgemeinschaften schädigen.
Für Küstenbewohner bietet die Mangrove traditionell vielfältige Möglichkeiten zur Selbstversorgung. So liefert die Rhizophora mangle ein rotes Holz, das zur Herstellung von Holzkohle verwendet wird und zur Gewinnung von Tanninen (Gerbsäuren), die bei der Lederherstellung eingesetzt werden. Die Küstenwälder bieten Bau- und Brennholz, Früchte und pflanzliche Heilmittel. Als Brutstätte und Aufwuchsgebiete für viele Krebstiere, Muscheln, Garnelenarten und Fische sichert die Mangrove, die eines der produktivsten Ökosysteme der Erde darstellt, die Ernährung der Bevölkerung, die traditionell vom Fischfang lebt. Überall dort, wo sie dem Städtebau und der Garnelenzucht weichen mussten, gingen die Erträge der Küstenfischerei drastisch zurück

Mapping Mangroves by Satellite

Mapping Mangroves by Satellite (global)

This map shows the location and relative density of mangroves, which cover roughly 137,760 km² of Earth’s surface. The forests can be found in 118 different countries and territories, though nearly 75 percent of their area occurs in just 15 countries.
They are most often found straddling the equator between 25º North and South latitude. About 42 % of the world’s mangroves are found in Asia, with 21 % in Africa, 15 % in North and Central America, 12 % in Australia and the islands of Oceania, and 11 % in South America.
Using digital image classification techniques, a research team from the U.S. Geological Survey compiled and analyzed more than 1,000 scenes from the Landsat series of satellites.


Quelle: NASA Earth Observatory

Weltweit bedecken die Mangrovenwälder eine Fläche von ca.15 Millionen ha, das entspricht der Hälfte der Fläche Deutschlands. Man schätzt jedoch, dass in den letzten 30 Jahren ihr Bestand um fast vier Millionen ha abgenommen hat. Es wird geschätzt, dass der 2010 existierende weltweite Mangrovenbestand lediglich der Hälfte der ursprünglichen Ausdehnung entspricht. Lediglich 6,9 % der Mangrovewälder in per Gesetz unter Schutz gestellt.
Im Verhältnis zur Gesamtfläche schwindet der Mangrovenwald schneller als der tropische Regenwald. Der Rückgang wird auf die Ausweitung landwirtschaftlicher Flächen (vor allem Reiskulturen und Weideland), Aquakulturen, Siedlungsausdehnung, Nachfrage nach Brennholz, Baumaterial und Zellstoff sowie Tourismus zurückgeführt.

Mapping Mangroves by Satellite (SE Asia)

Mapping Mangroves by Satellite (SE Asia)

Indonesia includes as many as 17,000 islands and nearly a quarter of the world's mangroves. Yet those forests have been cut in half in the past three decades, shrinking from 4.2 million hectares in 1982 to 2 million in 2000. Of the remaining forests, nearly 70 % are "in critical condition and seriously damaged," reported Fadel Muhammad, Indonesia's minister of fisheries and marine affairs.
Nearly a fifth of the coast of Australia (the north coast is shown left) is surrounded by mangrove-lined coast. Australia has the third largest area of mangroves in the world after Indonesia and Brazil, and approximately 6.4 % of the world’s total mangrove area.


Quelle: NASA Earth Observatory

Will man die Zerstörung der Mangroven verhindern, müssen nachhaltige Bewirtschaftungsformen gefunden werden. Dazu sind grundlegende Kenntnisse ihrer Struktur, ihrer ökologischen Funktionen und ihrer Nutzung durch den Menschen notwendig.

Als Folgen der Mangrovenzerstörung werden beispielsweise höhere Schäden und Menschenverluste bei Sturmfluten in Bangla Desh angesehen.
Alleine die Aquakulturen mit Garnelenaufzucht (shrimp farming) sind für 5-10 Prozent dieses Verlustes verantwortlich. In Ländern mit größerer Produktion wie Thailand sind es nahezu 20 %, auf den Philippinen sogar 75 Prozent.

Teilweise versuchen Garnelenproduzenten und Regierungen in jüngerer Zeit die Verluste durch Aufforstungen wieder auszugleichen.

Weitere Informationen:

Marikultur

Die Haltung und Zucht von marinen Organismen, gewöhnlich in Mündungsbereichen, Buchten oder anderen küstennahen Bereichen oder in speziellen Anlagen, die von Meerwasser durchflutet werden. Gelegentlich werden Marikulturen in der Nähe von Kraftwerken eingerichtet um das warme Kühlwasser zu nutzen.
Ranching ist eine Variante der Marikultur, bei der Jungtiere in bestimmten Gebieten gehalten, dann freigelassen werden, mit der Erwartung auf ihre Rückkehr im Reifesstadium. Der "Nest"-Instinkt beispielsweise von Lachsen macht dieses Verfahren recht erfolgreich, auch wenn nur 1 von 50 Lachsen zurückkehrt.

Meer

Syn. Ozean; die zusammenhängende Wasserfläche der Erde. Das Meer bedeckt mit einer Fläche von 361 Mio km² ca. 71 % der Erdoberfläche. Es enthält nahezu das gesamte (ca. 98 %) auf der Erde frei verfügbare, also nicht in Gesteinen und Mineralien gebundene Wasser. Lediglich ca. 2 % des irdischen Wassers ist in Gletschereis gebunden, 0,03 % befinden sich in Seen und Flüssen und 0,001 % in der Atmosphäre.
Die Lage der Kontinente bewirkt  eine Untergliederung in drei Großmeere mit jeweils selbständigen, aber auch untereinander kommunizierenden Strömungshaushalten: Pazifik, Atlantik, Indik. Deren Grenzen sind auf der Südhalbkugel durch die Längengrade 20° E (Kap Agulhas), 147° E (Südkap Tasmanien) und durch die kürzeste Verbindung über die Drake-Straße vom Kap Hoorn über Deception Island zur antarktischen Halbinsel festgelegt. Das Nordpolarmeer wird dem Atlantik zugeordnet. In der angelsächsischen Literatur wird das Südpolarmeer ohne präzise nördliche Grenzziehung oft wie ein vierter Ozean behandelt.

Die Weltmeere in Zahlen
Gesamtvolumen des Weltmeeres 1,35 · 1018 m3
Oberfläche des Weltmeeres 3,6 · 1014 m2
Gesamtmasse des Ozeans (0,024 % der Erdmasse) 1,4 · 1021 kg
Mittlere Tiefe aller Ozeane 3730 m
Maximale Tiefe (Marianengraben) 11.022 m

Vertikal lässt sich der Ozean in Kontinentalrand und Tiefsee sowie deren weitere Differenzierungen gliedern.

Begriffliche Gliederung des Meeresraumes Begriffliche Gliederung des Meeresraumes Quelle: Lexikon der Geographie (2001)
Häufigkeitsverteilung der Höhen und Tiefen auf der Erde Häufigkeitsverteilung der Höhen und Tiefen auf der Erde

Von den 8,4 % des Tiefenbereiches 0-1,0 km entfallen 5,3 % auf den Teilbereich 0-0,2 km und 3,1 % auf 0,2-1,0 km.

Quelle: Raith, Wilhelm (2001)

Weitere Informationen:

Meereis

Eis, das sich auf den Ozeanen bei etwa -1,9 °C bildet; in der Ostsee liegt der Gefrierpunkt bei etwa -0,53 °C. Der unterschiedliche Gefrierpunkt ergibt sich aus dem Salzgehalt des Meerwassers, der in der Ostsee wesentlich geringer ist als in den offenen Meeren, wo der durchschnittliche Salzgehalt 35 Promille beträgt. Auf der Nordhalbkugel unterliegt die Meereisbildung auch aufgrund der Land-Meer-Verteilung enormen Schwankungen. Der Mindestwert liegt mit rund 8,2 Millionen Quadratkilometern im September, während das Maximum der Eisbedeckung mit etwa 16,4 Millionen Quadratkilometern im März oder April erreicht wird. Die Südhalbkugel ist im Jahresmittel mit circa 22,6 Millionen Quadratkilometern Meereis bedeckt.

Meereis i.e.S. entsteht aus gefrierendem Meerwasser. Alle übrigen Eisarten im Meer bestehen aus Süßwassereis. Land- und Schelfeis an der Küste werden aus Firnschnee und Gletschern gespeist. Das Seeeis wird auf festländischen Seen und das Flußeis auf Flüssen aus Süßwasser gebildet und gelangt dann ins Meer. See- und Flußeis haben im im offenen Meer keine große Bedeutung.

Die Entstehung von Meereis erfolgt in mehreren Schritten. Ist der Gefrierpunkt des Wassers erreicht, bildet sich zunächst Neueis. Die Eiskristalle schweben frei im Wasser und ergänzen sich an der Wasseroberfläche zum so genannten Eisschlamm, der sich durch zusätzlichen Schneefall zu Schneeschlamm entwickelt. Aus diesem resultiert wiederum der Eisbrei; bei nicht turbulenter Meeresoberfläche entsteht aus den genannten Komponenten die Eishaut. Unterliegt das Meer Turbulenzen, bildet sich das so genannte Pfannkucheneis, das als Treibeis zu Treibeisdecken gefriert. Bei seitlichem Druck auf eine Eisdecke bildet sich Packeis. Durch die Überschiebungen der Eismassen kann das Packeis erhebliche Mächtigkeiten erreichen.

Meereis ist ein Mehrphasensystem, das ein komplexes Verhalten zeigt. Die nach Beginn der Meereisbildung durch Diffusion und Konvektion ausfließende Salzlauge erniedrigt den Salzgehalt des Meereises beständig. Mit dem Salzverlust geht ein Auffüllen der Ausflußkanäle mit Luft einher, so daß Meereis im Temperaturbereich zwischen dem Gefrierpunkt und -8,2 °C aus reinem Eis, Salzlauge und Luft besteht. Unterhalb dieser Temperatur kommen die ersten Salzkristalle vor. Bei -55 °C ist auch die verbleibende Lauge völlig erstarrt.

Meereskunde

Teils syn. zu Ozeanographie; bei einer engen Fassung des Begriffes Ozeanographie die Gesamtheit aller (naturwissenschaftlichen) marinen Fächer von der (Geo-)Physik, Chemie, Biologie, Geologie und Geographie.

Weitere Informationen:

Meeresspiegel

Syn. Meeresoberfläche; Grenzfläche zwischen Atmosphäre und Hydrosphäre. Der aktuelle Meeresspiegel unterliegt zahlreichen, räumlich und zeitlich stark variierenden Einflüssen. Oberflächenwellen werden durch Schwankungen des Wind- und Luftdruckfeldes angeregt. Der Meeresspiegel steigt und fällt vor allem an den Küsten durch die Anziehungskräfte von Sonne und Mond im etwa halb- und ganztägigen Rhythmus. Der Meeresspiegel tendiert dazu, Luftdruckschwankungen auszugleichen (inverser Barometereffekt). Schließlich ergeben sich Wasserstandsänderungen durch Verlagerung von Meeresströmungen und Dichteunterschiede des Wassers, die durch Veränderungen von Temperatur- und Salzgehalt verursacht werden. Sekundärkräfte wie die Corioliskraft, Reibung und Reflexion beeinflussen ebenfalls den Meeresspiegel.

Climate-sensitive processes and components that can influence global
and regional sea level

Changes in any one of the components or processes shown will result in a sea level change. The term ‘ocean properties’ refers to ocean temperature, salinity and density, which influence and are dependent on ocean circulation. Both relative and geocentric sea level vary with position. Note that the geocenter is not shown.

Zu größerer Darstellung auf Grafik klicken

 

Quelle: IPCC, 2013: Climate Change 2013 - The Physical Science Basis (S. 1143)

 

Der mittlere Meeresspiegel ist die über längere Zeiträume gemittelte Meeresoberfläche. Sie richtet sich in erster Näherung nach dem Erdschwerefeld, d.h. senkrecht zur Lotrichtung aus, fällt jedoch nicht völlig mit einer Äquipotentialfläche des Erdschwerefeldes, bzw. dem Geoid zusammen. Durch stationäre Strömungssysteme bildet sich zusätzlich eine permanente Meerestopographie von 1-2 m aus. Schließlich unterliegt der mittlere Meeresspiegel einer ständigen Deformation von ca. 0,1 - 0,2 m durch die permanente Tide von Sonne und Mond. Die genaue Kartierung des mittleren Meeresspiegels ist durch Satellitenaltimetrie möglich. Durch den dominanten Einfluss des Erdschwerefeldes und die unregelmäßige Verteilung der Erdmassen bilden sich im mittleren Meeresspiegel tektonisch-morphologische Strukturen wie Tiefseerinnen, Bruchzonen und unterseeische Berge ab.

Die Schwerkraft ist mit Abstand der wichtigste Einflussfaktor auf die Meereshöhe, er kann bis zu 150 m betragen. Alle anderen Faktoren tragen zusammen genommen weniger als 5 m bei.
Satellitenaltimeter machen seit dem Start von TOPEX/Poseidon im Jahre 1992 präzise Messungen des Meeresspiegels. Dieser Mission folgten 2001 Jason-1 und 2008 Jason-2. Im Frühjahr 2015 werden die NASA und ihre internationalen Partner (CNES, NOAA und EUMETSAT) Jason-3 starten und damit die Datenkontinuität gewährleisten.

IPCC: Fundamental Definitions and Concepts

The height of the ocean surface at any given location, or sea level, is measured either with respect to the surface of the solid Earth (Relative Sea Level (RSL*)) or a geocentric reference such as the reference ellipsoid (geocentric sea level). RSL is the more relevant quantity when considering the coastal impacts of sea level change, and it has been measured using tide gauges during the past few centuries and estimated for longer time spans from geological records.
Geocentric sea level has been measured over the past two decades using satellite altimetry. A temporal average for a given location, known as Mean Sea Level (MSL**), is applied to remove shorter period variability. It is common to average MSL spatially to define global mean sea level (GMSL***).
In principle, integrating RSL change over the ocean area gives the change in ocean water volume, which is directly related to the processes that dominate sea level change (changes in ocean temperature and land-ice volume). In contrast, a small correction (-0.15 to -0.5 mm yr-1) needs to be subtracted from altimetry observations to estimate ocean water volume change. Local RSL change can differ significantly from GMSL because of spatial variability in changes of the sea surface and ocean floor height (see FAQ 13.1 and Section 13.6).

*RSL: Sea level measured by a tide gauge with respect to the land upon which it is situated.
**MSL: The surface level of the ocean at a particular point averaged over an extended period of time such as a month or year. Mean sea level is often used as a national datum to which heights on land are referred.
***GMSL: fehlt im Glossar
Quelle: IPCC, 2013: Climate Change 2013 - The Physical Science Basis (S. 1142)

Weitere Informationen:

Meeresspiegelanstieg

Seit der Mitte des 19. Jahrhunderts in globaler Betrachtung deutlicher Anstieg des Meeresspiegels, der allein im 20. Jahrhundert bei etwa 17 cm gelegen hat. Der durchschnittliche Meeresspiegelanstieg im Zeitraum von 1901 bis 2010 wird im Fünften Sachstandsbericht des IPCC mit 19 ±2 cm angegeben. Seit 1993 steigt der Meeresspiegel um durchschnittlich 3,2 mm pro Jahr.

Eine Ursache des Anstiegs ist wahrscheinlich die globale Erwärmung. Die Klimaerwärmung führt aus zwei Gründen zum Meeresspiegelanstieg: Erstens kommt es durch die Aufheizung der Ozeane zur thermischen Expansion des Wassers, das folglich mehr Volumen einnimmt. Zweitens führen gestiegene Lufttemperaturen zum Verlust von Landeis in Form von Gletschern oder Eisschilden, was zusätzliches Wasser in die Ozeane einbringt. Wieweit säkulare Effekte mitspielen (z.B. die Geodynamik oder eine Gegenbewegung zur „Kleinen Eiszeit“) ist im Detail noch ungeklärt.

Einige neue Forschungsergebnisse lassen bis zum Jahr 2100 einen Meeresspiegelanstieg von mindestens einem halben bis zu zwei Meter erwarten. Innerhalb von 300 Jahren ist ein Anstieg um 2,5 m bis zu 5,1 m möglich.

Der Meeresspiegelanstieg bedroht besonders Inselstaaten und Länder mit breiter Küstenfläche sowie einem tief liegenden Hinterland, etwa Bangladesch und die Niederlande. Dabei sind ärmere Staaten deutlich mehr gefährdet als wohlhabende Industriestaaten, die sich kostspielige Küstenschutzmaßnahmen leisten können. Effektiver Küstenschutz kostet deutlich weniger – in den meisten Fällen weniger als 0,1 Prozent des BIP – als die Beseitigung der Schäden, die aus Inaktivität resultieren.

Weitere Informationen:

Meeresströmungen

Beständige, überwiegend horizontale Bewegungen von Wassermassen in den Meeren, die im Gegensatz zu Wellen und Turbulenzen längere Zeit andauern und sich über ein größeres Gebiet erstrecken. Die Strömungsgeschwindigkeiten bewegen sich im Bereich von mm/s bis m/s und erreichen zwischen 30 und 60 Kilometern am Tag. Bei den Meeresströmungen handelt es sich um mehr oder weniger geschlossene Zirkulationssysteme. Es werden Oberflächen- und Tiefenströmungen unterschieden.

Antreibende Kräfte der Oberflächenströmungen sind Druckgradientkräfte, die auf unterschiedlichen Temperaturen, Dichtewerten und Salzgehalten des Meerwassers beruhen, sowie der Impulseintrag von Winden, dessen Tiefenwirkung jedoch im Vergleich zu den Druckkräften geringer ist. Letztere können durch die Neigung der Meeresoberfläche oder die Schrägstellung der Linien gleicher Dichte bedingt sein. Auf den Verlauf der Strömungen hat darüber hinaus auch die ablenkende Kraft der Erdrotation maßgeblichen Einfluss. Sie bewirkt, dass die Meeresströmungen der Nordhalbkugel in der Regel im Uhrzeigersinn, auf der Südhalbkugel entgegengesetzt verlaufen.

Ocean Currents

Globales Muster der oberflächennahen Meeresströmungen

 

Quelle: Learner

 

 

 

 

 

Im Inneren der Ozeane sind die Meeresströmungen weitgehend durch das Kräftegleichgewicht der Geostrophie bestimmt, das einen direkten Zusammenhang zwischen den Strömungs- und Schichtungsverhältnissen bewirkt.

Auch Tiefenströmungen sind wesentlich am Austausch von Wassermassen beteiligt. Ausmaß und Geschwindigkeit sind bei ihnen auch vom Relief des Meeresbodens abhängig. So gibt es unter den Randströmen entgegengesetzte Unterströme. Auch im Äquatorialen Stromsystem treten Unterströme auf, die stärker sein können, als die Strömung an der Meeresoberfläche.
Starke räumliche Unterschiede bei horizontalen Meeresströmungen können als Ausgleichsbewegungen vertikale Auftriebsströmungen bewirken. Diese transportieren kaltes, nährstoffreiches Wasser vom Meeresboden an die Oberfläche. Das Auftreten kalter Auftriebswasser hat Auswirkungen auf das Klima küstennaher Bereiche. Die Luftmassen regnen sich bereits über dem kalten Wasser ab. Schon vor dem Übertritt auf das wärmere Festland sind sie trocken, was bei häufigem Auftreten dieses Prozesses zur Entwicklung markanter Küstenwüsten führt. Beispiele hierfür sind die Atacama im Norden Chiles und die Namib an der Küste Südwestafrikas.
Eine besondere Rolle spielt das Antarktische Zirkumpolarstrom, der die Strömungssysteme der einzelnen Ozeane verbindet und damit die Grundlage der globalen thermohalinen Zirkulation darstellt.

Meeresströmungen beeinflussen das Klima der angrenzenden Festländer nachhaltig, da sie ihre thermischen Eigenschaften auch über größere Entfernungen weitgehend beibehalten. Wenn das Ursprungsgebiet einer Strömung in Gebieten niedriger geographischer Breite liegt, also nahe dem Äquator, erreicht sie die polnäheren Bereiche als warme Meeresströmung. Beispiele hierfür sind Golfstrom, Kuroshio und Brasilstrom. Diese beeinflussen auch die Eigenschaften der sie überlagernden Luftmassen und bewirken höhere Lufttemperaturen als der geographischen Breite entspricht. Umgekehrt verhält es sich bei Strömungen, die aus Polargebieten äquatorwärts fließen, wie etwa Humboldtstrom, Kalifornischer Strom und Oyashio.

Meeresströmungen verursachen durch Advektion Wärme- und Stofftransporte (Salze). Sie sind daher die Grundlage der thermohalinen Zirkulation und bewirken die Verteilung von Nährstoffen, gelösten Gasen (z.B. CO2) und Schadstoffen. Deshalb werden sie im Rahmen der Klimaforschung und zur Beschreibung der Funktion von Ökosystemen untersucht.

Im Gegensatz zu Winden werden Meeresströmungen nach der Richtung bezeichnet, in die sie fließen. Eine Westströmung fließt also von Osten nach Westen. Die großräumigen Meeresströmungen werden von den Gezeiten überlagert, die periodisch auftreten. Mit Hilfe von Computermodellen konnte nachgewiesen werden, dass die Meeresströmungen instabil werden und unter bestimmten Bedingungen „umkippen” können.

Meeresströmungen können fernerkundlich mit Hilfe von satellitenbasierten Altimetern, auch in Kombination mit Scatterometern (Windmessung) beobachtet werden, sowie mit in-situ-Methoden, wie fest verankerten Bojen, profilierenden Treibkörpern (ARGO) oder (autonomen) Gleitern mit gesteuerten Routen und Tiefen.

Weitere Informationen:

Meeres(oberflächen)temperatur

Die durchschnittliche Meerestemperatur beträgt 3,8 °C; sogar am Äquator beträgt die Durchschnitttemperatur der gesamten Wassersäule lediglich 4,9 °C. Die Schicht, in der die Temperatur rasch mit zunehmender Tiefe abnimmt, befindet sich in einem Bereich mit Temperaturen von 8-15 °C und wird als Thermokline bezeichnet. In den Tropen befindet sich dieser Bereich in einer Wassertiefe von 150 - 400 m und von 400 - 1.000 m in den Subtropen.

In vielen Ozeanregionen nehmen sowohl die Temperatur wie auch die Salinität mit der Tiefe ab. Eine Temperaturabnahme bewirkt eine Dichtezunahme, folglich führt die gegebene Temperaturschichtung zu einer stabilen Dichteschichtung. Anderseits bewirkt eine Salinitätsabnahme eine Abnahme der Dichte, was zu einer unstabilen Dichteschichtung führen würde. Da aber im Meer die Auswirkung einer Temperaturabnahme stärker ist als der Effekt einer Salinitätsabnahme, ist der Ozean stabil geschichtet.

Die Meereoberflächentemperatur (engl. Sea Surface Temperature; SST) wird global durch den Wärmeüberschuss der Tropen gegenüber den höheren Breiten bestimmt, die sich durch die höhere Sonneneinstrahlung in den Tropen ergibt. Dies führt zu einer Differenz der SST zwischen Äquator und Polen von ca. 30 °C. In den Tropen, inklusive des tropischen Pazifiks, beträgt die höchste SST um 28 °C, maximal 30 °C. Dies ist beträchtlich kühler als die üblicherweise auf Land gemessene Höchsttemperatur von ca. 50 °C. Es wird angenommen, dass der wichtigste Regulationsmechanismus hinsichtlich der maximalen Ozeantemperaturen die Wolkenbildung ist. Die Wolkenbildung nimmt bei Wassertemperaturen von über 27,5 °C deutlich zu. Die dichtere Wolkendecke verstärkt die Albedo, welche die Menge der Sonnenstrahlung, die die Erde erreicht, reduziert und so eine weitere Erhöhung der SST verhindert.
Die Minimumtemperatur des Wassers an der Meeresoberfläche beträgt - 1,8 °C, der Wert, bei dem Meerwasser gefriert.

 

Durchschnittliche Monatstemperaturen (°C)

  • für Dezember 1998 (La Niña-Bedingungen),
  • Dezember 1993 (Normalbedingungen) und
  • Dezember 1997 (El Niño-Bedingungen)

 

La Niña is characterized by unusually cold ocean temperatures in the equatorial Pacific.

El Niño is characterized by unusually warm ocean temperatues in the Equatorial Pacific Ocean.

 

Zu größerer Darstellung auf Grafik klicken

 

Quelle: NOAA - TAO Project Office

 

Temperaturverhältnisse im tropischen Pazifik
Im tropischen Pazifik besitzt die SST keine einheitlichen Werte. Ein großer Warmwasserkörper ("warm pool") befindet sich im zentralen und westlichen Pazifik mit einem Ausläufer in den östlichen Indik. Das Oberflächenwasser im äquatorialen Ostpazifik ist einige Grad kühler als im Westen. Die thermische Vertikalstruktur des oberen Ozeans ist für diese Unterschiede verantwortlich. Im Westpazifik ist die Oberflächenschicht gut gemischt, ca. 100 m mächtig und über 28 °C warm. Direkt unter dieser Oberflächenschicht, im Bereich der Thermokline, nimmt die Temperatur rasch ab. Im zentralen und östlichen Pazifik ist die Oberflächenschicht flacher, weshalb kühleres Wasser und auch die Thermokline dichter an der Oberfläche zu finden sind. Auftriebsvorgänge im östlichen Pazifik bringt dieses kühlere Wasser an die Oberfläche und schaffen so die äquatoriale Kaltwasserzunge. Auftriebsvorgänge sind im Westpazifik schwächer als im Osten und bringen überdies nur warmes Wasser an die Oberfläche.

Auftriebsgebiete befinden sich entlang der Westküste Südamerikas vor Ecuador und Peru vor der Westküste von Mittel- und Nordamerika. Als Folge der Auftriebsvorgänge und der äquatorwärts fließenden Meeresströmungen sind die SST vor diesen Küsten relativ niedrig.

Unter der Meeresoberfläche nimmt die Temperatur bis zum Ozeanboden ab. Die deutlichste Abnahme vollzieht sich in den oberen 500 Metern, speziell in der Thermokline. Darunter ist die Veränderung nur noch graduell. In den größten Tiefen des tropischen Pazifik beträgt die Temperatur ca. 1,2 °C. Die Ausgangstemperatur und auch die Salinität allen Ozeanwassers wird an der Oberfläche festgelegt. Die Verteilung der SST zeigt, dass Wasser, das kälter als etwa 18 °C ist, aus Breiten über ca. 30° kommt. Wasser mit Temperaturen von etwa 4-6 °C kommt aus Breiten von ca. 40-45° N/S. Die kältesten Wasser entstammen der Antarktisregion. Diese südhemisphärischen Wassermassen, die den Pazifik unterhalb von 1.000 bis 1.500 m ausfüllen, sind Teil einer Zirkulation, die alle Ozeane durchströmt. Die tiefsten Wassermassen entstammen dem Weddell- und dem Rossmeer (Antarktis) und der Grönlandsee direkt nördlich des Nordatlantiks. Der Nordpazifik produziert solches Tiefenwasser nicht selbst, daher hat sein Tiefenwasser ungefähr 500 Jahre gebraucht um in den Nordpazifik zu gelangen und auch nur gering weniger zu den Tiefen des äquatorialen Pazifiks. Wassermassen, die lange Zeit weit von den Einflüssen an der Oberfläche entfernt sind (Erwärmen/Abkühlen, Verdunstung/Niederschlag) sind ziemlich homogen, da sie sich untereinander vermischen. Aus diesem Grunde enthält der tiefe Pazifik große Wassermengen mit relativ einheitlichen Temperaturen und Salzgehalten.

Meeresoberflächentemperaturen werden mit Hilfe satellitenbasierter Infrarot- und Mikrowellen-Altimeter gemessen, sowie mit in-situ-Methoden wie Treibbojen, profilierenden Treibkörpern (ARGO), verankerte Bojen, Instrumenten auf "Gelegenheitsschiffen" der Kriegs- und Handelsmarinen ("ships of opportunity").

Meerwasser

Meerwasser ist eine Mischung aus 96,5 % reinem Wasser und 3,5 % anderer Bestandteile, wie Salzen, gelösten Gasen, organischen Substanzen und ungelösten Partikeln. Die Zusammensetzung dieser Salzlösung ist nahezu konstant, besitzt aber unterschiedliche Konzentrationen.  Die mittlere Dichte des Meerwassers beträgt 1037 kgm-3, der pH-Wert bewegt sich zwischen 7,8 und 8,4.
Trotz der hohen Zahl von chemischen Elementen, die im Meerwasser gelöst sind (über 70), machen nur sechs von ihnen 99 % von allen Meerwassersalzen aus: Chlor, Natrium, Magnesium, Kalzium, und Schwefel. Speisesalz (Natriumchlorid) alleine macht 86% aus. Alle Salze kommen als Ionen vor (elektrisch geladene Atome) oder als Moleküle (Gruppen von Atomen). Der Salzgehalt des Meerwassers wird durch die Salinität angegeben.
Geochemiker gehen davon aus, dass sich die Zufuhr der meisten anorganischen chemischen Komponenten über Flüsse, Atmosphäre und hydrothermale Quellen seit Jahrmillionen im Gleichgewicht mit ihrer Entfernung aus der Wassersäule befindet. Dieses Gleichgewicht kann durch massive anthropogene Störungen außer Kraft gesetzt werden (z.B. Bleizufuhr aus Autoabgasen). Der Ozean stellt das bei weitem größte natürliche Kohlenstoffreservoir dar, das ein gewaltiges Aufnahmepotetial für anthropogen erzeugtes CO2 besitzt.

Meridionalschnitt der Sauerstoffkonzentration
im Pazifik entlang der Datumslinie

 

 

Der untere Teil der Abbildung ist eine Vergrößerung der oberen 1.500 m des gleichen Schnitts.

 

Deutlich ist die Abnahme der Sauerstoffkonzentration mit der Tiefe. An der Oberfläche liegt die Sauerstoffkonzentration über 7 ml/l in den Polarregionen und bei etwa 4,5 ml/l in den Tropen. Unter etwa 1.000 m fällt die Konzentration auf ca. 4 ml/l. Insbesondere die Tiefen des Nordpazifik sind sauerstoffarm (<2 ml/l). Solch extremen Werte sind nicht typisch für alle tiefen Ozeanbecken. Die niederen Sauerstoffkonzentrationen in der Tiefe haben meist ihre Ursache in der Sauerstoffaufnahme bei der Remineralisierung von Nährstoffen. Die Sauerstoffaufnahme durch Meeresorganismen besitzt nur eine sehr geringe Bedeutung.

Die physikalischen Eigenschaften des Meerwassers werden hauptsächlich durch die 96,5 % reinen Wassers bestimmt. Die anderen Komponenten können die meisten physikalischen Eigenschaften des Meerwassers lediglich zu einem gewissen Grade beeinflussen.

Zur weiteren Beschreibung des Zustandes von reinem Meerwasser werden neben dem Salzgehalt die Größen Temperatur (in °C) und Druck (in dbar, Dezibar) herangezogen. Es ist möglich, je eine dieser drei Zustandsgrößen durch andere, z.B. durch die elektrische Leitfähigkeit, die Schallgeschwindigkeit oder die optische Brechzahl zu ersetzen.

Weitere Informationen:

Meteorologie

Syn. Wetterkunde; eine überwiegend der Geophysik zugeordnete Disziplin, die sich mit der wissenschaftlichen Erforschung der gasförmigen Erdhülle befasst. Dabei untersucht die Meteorologie die physikalischen und z.T. auch chemischen Erscheinungen und Prozesse der Atmosphäre und ihre Wechselwirkungen mit der festen und flüssigen Erdoberfläche und mit dem Weltraum sowie die Eigenschaften, Ursachen und Wirkungen des täglichen Wettergeschehens. Die Grenzen zur Klimatologie sind unscharf.
Die theoretische oder dynamische Meteorologie befasst sich mit der physikalisch-mathematischen Beschreibung und Vorausberechnung der Bewegungsvorgänge in der Atmosphäre einschließlich der energetischen Prozesse.
Die synoptische (griech. 'zusammenschauende') Meteorologie beschäftigt sich mit der Diagnose der großräumigen Verteilung der atmosphärischen Zustandsgrößen Luftdruck, Wind, Temperatur, Feuchte und deren Auswirkung auf die lokalen und regionalen Wettererscheinungen. Diese zu festen Zeitpunkten durchgeführte, zusammenschauende Betrachtung geschieht i.d.R. zum Zwecke der Wettervorhersage.
Die angewandte Meteorologie widmet sich biologischen, agrarwissenschaftlichen, verkehrstechnischen, stadt- und raumplanerischen u.a. Aufgaben.
Die Untersuchung der Atmosphäre bis in eine Höhe von 80 km ist das Gebiet der Aerologie, während die Aeronomie sich der Höhen über 80 km widmet.
Beachten Sie die Wetterlexika von SF-Meteo, DWD.

Monsun

Monsune sind tropische Winde, die ihre Richtung jahreszeitlich um wenigstens 120° ändern. Sie überlagern die meridionale tropische Zirkulation der Hadley-Zelle und sind abhängig von der Wanderung der Innertropischen Konvergenzzone (ITK). Der Wintermonsun über Indien ist gleichzusetzen mit dem tropischen Nordostpassat, der trockene, kühle Kontinentalluft über den indischen Subkontinent zur ITK führt. Zum Sommer hin wandert die ITKüber Indien nach Norden bis zum Himalaya, wodurch der südhemisphärische Südostpassat die Nordhalbkugel erreicht und aufgrund der Rechtsablenkung durch die Corioliskraft auf der N-Halbkugel seine Richtung auf SW ändert. Die ozeanische Herkunft der Luftmassen führt über Indien und auch über SO-Asien zu den lebenswichtigen Monsunniederschlägen. Störungen im System Atmosphäre - Ozean können zu einer Verzögerung oder zu einem Ausbleiben der Niederschläge führen. Zusammenhänge von ENSO-Erscheinungen mit der Ausprägung der Monsune sind wahrscheinlich.

Oben: The monsoon regions as defined by Ramage (1971).

Unten: Global tropical monsoon systems near their peak periods.

The classical criteria for a monsoon as specified by Ramage (1971) are:

  • Prevailing wind shifts 120° between January and July
  • Average frequency of prevailing wind > 40%
  • Speed of mean wind exceeds 3 m s-1
  • Pressure patterns satisfy a steadiness criterion

The monsoon regions for which these criteria apply are shown in the left figure. The Indian monsoon matches these criteria. In the decades since, the monsoon regions have been expanded (right). The global monsoon systems now include regions of the Americas whose summer time precipitation and wind characteristics are similar to the Indian monsoons. However, as the left panels in the right figure show, those regions do not have a winter equivalent so do not match the classical criteria for a monsoon.

Quelle: Introduction to Tropical Meteorology (MetEd / UCAR, Anmeldung erforderlich, kostenlos!)

1877 erlebte der indische Subkontinent die schlimmste Hungerkatastrophe seiner Geschichte als Folge ausgebliebener Monsunregen. Um die Niederschlags-Schwankungen besser verstehen und deren Folge abmildern zu können, richtete die britische Kolonialverwaltung ein Observatorium ein. 1904 wurde Sir Gilbert Walker zu dessen Generaldirektor ernannt. Bei der Untersuchung globaler Wetterdaten erkannte er die Southern Oscillation und deren Korrelation mit weltweiten Klimavariationen.

Korrelation des indischen Monsuns
(Balkenlänge, Balkenrichtung)
mit ENSO (Balkenfarbe)

Das Diagramm korreliert die Intensität der Niederschläge über Indien mit Warm- und Kaltphasen des ENSO-Zyklus. Die Länge der Balken gibt die relative Stärke der indischen Monsun-Niederschläge wieder: positive Werte bedeuten mehr Niederschlag als normal, die negativen Werte stehen für Dürren. Die Farben stehen für die Intensität von ENSO-Erscheinungen: Rot ist ein El Niño-Ereignis, blau ein La Niña-Ereignis, der weißliche Farbton repräsentiert normale Temperaturen.
Es wird deutlich, dass die meisten Dürren während Warmphasen auftreten und selten während La Niña-Ereignissen.


Quelle: IRI (übersetzt)

multivariat

Syn. mehrdimensional; statistischer Begriff für die Verwendung von mehr als einer Variablen, Dimension usw.; Bspl.: 'Multivariater ENSO Index'

Multivariater ENSO Index (MEI)

Der Multivariate ENSO Index (MEI) ist ein Ansatz zur Messung von ENSO, der im Gegensatz zum Southern Oscillation Index (SOI), zum JMA-Index, zum Oceanic Niño Index (ONI) und zum TOPEX/Poseidon-El Niño-Index sowohl atmosphärische als auch ozeanische Variablen direkt berücksichtigt.

Der MEI ist ein ausgewogener Mittelwert der wichtigsten ENSO Merkmale, die durch die folgenden sechs Variablen repräsentiert werden:

  • Luftdruck an der Meeresoberfläche
  • zonaler oberflächennaher Wind (Ost-West-Richtung)
  • meridionaler oberflächennaher Wind (Nord-Süd-Richtung)
  • Wassertemperatur an der Meeresoberfläche
  • Lufttemperatur in 2 m Höhe
  • Wolkenbedeckung

Gemessen werden diese Werte von Bojen und Schiffen. Berechnet wird der MEI auch unter Berücksichtigung jahreszeitlicher Veränderungen. Positive Werte stehen für El Niño-, negative Werte für La Niña-Phasen. Da beim MEI jeweils ein zwei-monatiger Mittelwert gebildet wird (Jan/Feb, Feb/Mrz, etc.), verläuft die Kurve allgemein ausgeglichener als beim Southern Oscillation Index.

Multivariater ENSO-Index (MEI) von Januar 1990 bis Oktober 2013 Multivariater ENSO-Index (MEI) von Januar 1990 bis August 2012

rot = El Niño-Phasen; blau = La Niña-Phasen

Eigene Grafik nach Rohdaten der NOAA
Multivariater ENSO-Index (MEI) von 1950 bis 2013 Multivariater ENSO-Index (MEI) von 1950 bis 2012

Aus technischen Gründen (die Software konnte die vielen Monatswerte für einen so langen Zeitraum nicht zu einer Kurve verarbeiten) basiert diese Grafik jeweils auf dem Jahresdurchschnitt des MEI. Da El Niño jedoch gerade über den Jahreswechsel auftritt, zählen wir ein Jahr immer von Juli des Vorjahres bis Juni des eigentlichen Jahres (eine Art "ENSO-Jahr"). Ein Vergleich hat ergeben, dass diese Verfahrensweise wichtige El Niños deutlich besser abbildet als ein Durchschnitt für das jeweilige Kalenderjahr.

Deutlich erkennbar sind z.B. die starken El Niños 1982/83 und 1997/98 als stark positiver Ausschlag der Kurve.

stark negative Ausschläge = La Niña-Phasen
stark positive Ausschläge = El Niño-Phasen

Eigene Grafik nach Rohdaten der NOAA

Weitere Informationen: NOAA-CIRES Climate Diagnostics Center

N

Nährstoff

Korrekter 'Makronährstoff', jede lebensnotwendige Substanz, die ein Organismus aus seiner Umgebung erhält, und die funktional in die Stoffwechselprozesse lebender Organismen eingebunden sind, mit Ausnahme von Sauerstoff, Kohlendioxid und Wasser. Im Ozean sind dies Phosphor (P), Stickstoff (N) und Silizium (Si).

Die Nahrungskette der Ozeane basiert auf den sogenannten Primärproduzenten, einzelligen Algen (vor allem Diatomeen und Coccolithophoriden). Die Verbreitung der Primärproduzenten und damit generell die Bioproduktivität einer ozeanischen Region wird vor allem gesteuert und begrenzt durch die Verfügbarkeit von Licht und Makronährstoffen. Die Produktivität eines Ökosystems ist durch die Verfügbarkeit des Nährstoffs begrenzt, der zuerst verbraucht wird.

Global Rotation of SeaWiFS Biosphere Decadal Average with Land (4/23/2007)

The SeaWiFS instrument aboard the Seastar satellite has been collecting ocean data since 1997. By monitoring the color of reflected light via satellite, scientists can determine how successfully plant life is photosynthesizing. A measurement of photosynthesis is essentially a measurement of successful growth, and growth means successful use of ambient carbon. This animation shows an average of 10 years worth of SeaWiFS data. Dark blue represents warmer areas where there tends to be a lack of nutrients, and greens and reds represent cooler nutrient-rich areas which support life. The nutrient-rich areas include coastal regions where cold water rises from the sea floor bringing nutrients along and areas at the mouths of rivers where the rivers have brought nutrients into the ocean from the land. Note: This animation depicts the 10-year average from 1997 to 2007 of SeaWiFS ocean chlorophyll concentration and land Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) data on a rotating globe.

Zur Animation auf Grafik klicken - Quelle: NASA

 

Phosphor kommt im Ozean als anorganisches und organisches Phosphat vor. Es dient als Baustein der organischen Gewebe und wird in Hartteile (Zähne, Schuppen und Knochen) von Organismen eingebaut. Es wird dem Meerwasser überwiegend durch die bakterielle Oxidation organischer Materie, also durch Recycling von Biomasse zugeführt.

Stickstoff kommt im Ozean als Nitrat, Nitrit und Ammoniak vor. Es dient als Baustein der organischen Gewebe und wird dem Ozean durch die bakterielle Oxidation organischer Materie, Flusseintrag, sowie den Eintrag durch die Luft (Aerosole) zugetragen. Einige Cyanobakterien sind darüber hinaus in der Lage, Stickstoff aus der Luft zu binden.

Silizium dient vor allem als Baustein für Skelette von Diatomeen und Radiolarien. Es erreicht den Ozean durch Flusseintrag, Eintrag durch die Luft (Staub), sowie Gletschereintrag (Gletschertrübe) v. a. aus der Antarktis, sowie durch die Lösung von silikatischen Schalen.

Die Verteilungsmuster von Nährstoffen im Ozean zeigen ähnliche Muster und sind mit der Verteilung von Sauerstoff in den Ozeanen korreliert. Die Aufnahme von Nährstoffen durch Phytoplankton findet fast ausschließlich in der lichtdurchfluteten euphotischen Zone statt (Photosynthese). Durch das Absinken von Exkrementen und toten Organismen wird ein Teil dieser Nährstoffe in tiefere Bereiche entfernt. Die Organismen sind sehr effektiv darin, Nährstoffe an sich zu binden und letztlich aus der photischen Zone zu entfernen, daher sind die obersten Bereiche der Ozeane in der Regel nährstoffarme (oligotrophe) blaue Wüsten. Nur in der Nähe der Küsten (Schelfe) und in Auftriebsgebieten, d.h. dort wo Nährstoffe aus der Tiefe zurück zur Meeresoberfläche geführt werden, ist eine hohe Bioproduktion möglich.

In der Wassersäule wird die Biomasse bakteriell zersetzt, die Nährstoffe werden zum Teil wieder frei gesetzt, jedoch dort, dort wo keine Photosynthese möglich ist. Es kommt daher zur Anreicherung von Nährstoffen in der Tiefe, in der die Zersetzung am effektivsten wirkt. Der Effekt akkumuliert über die Zeit, dadurch gilt prinzipiell, dass der Nährstoffgehalt einer Wassermasse umso höher ist, je länger sie nicht mehr im Kontakt mit der Atmosphäre war.

Die Zersetzung von Biomasse verbraucht Sauerstoff, daher nimmt die Nährstoffkonzentration i.A. mit der Tiefe zu, die Sauerstoffkonzentration ab (gegenläufige Korrelation). Die höchste Nährstoffkonzentration befindet sich in der sogenannten Sauerstoff-Minimum-Zone (OMZ) zwischen 1000 und 2000 m Wassertiefe.


Meriodionalschnitt der Phosphat-, Nitrat- und Silikatkonzentration

der oberen 5.000 m im Pazifik entlang 170°W

 

Beachtenswert ist die starke Zunahme der Nährstoffkonzentration mit der Tiefe.



Nazca-Kultur

Kultur des Nazca-Volkes an der Südküste des heutigen Peru, deren Blütezeit um 200 v. Chr. begann und um 800 n. Chr. endete.

Ihre Zentren besaß die Kultur in den Flussoasen der Küstenwüste am Pazifik. Sie entwickelte sich zwischen 200 v. Chr. und 800 n. Chr. an der Pazifikküste unter extremen klimatischen Bedingungen. In der trockenen Wüste fällt oft jahrzehntelang kein Regen. Im Winter dehnen sich die Nebelbänke des Ozeans bis ins Landesinnere aus und sorgen dort für so viel Feuchtigkeit, dass sich Pflanzen entwickeln können. El Niño bringt in den letzten Jahren heftige Regenfälle ins Land und sorgt für massive Zerstörungen.

Luftbilder von Geoglyphen

Links: Dieses Bild der Nazca-Ebene in Südperu wurde von dem Sensor Compact High Resolution Imaging Spectrometer (CHRIS) an Bord des ESA-Satelliten Proba am 26. September 2003 aufgenommen. Es zeigt Wüstenstrassen und als feine Spuren die größeren der alten Nazca-Linien, die von vorkolumbianischen Indianern in die aride Landschaft gekratzt wurden. Von Sturzfluten geschaffene Wasserrinnen sind ebenfalls sichtbar sowie eine landwirtschaftlich genutzte Flussoase.

Zur nahezu gleichen Szene, im Jahr 2000 aufgenommen mit dem Instrument ASTER auf dem Satelliten Terra hier klicken! Die sichtbaren und infraroten Spektralbänder wurden dabei kombiniert, um ein Echtfarbenbild zu simulieren.

Rechts: Dieses Luftbild zeigt Beipiele der Nazca-Linien. Die Wasserrinnen rechts von der Mitte sind Belege für die erosive Tätigkeit von abfließendem Wasser aus den Anden.
Jüngste Untersuchungen lassen befürchten, dass einige der Linien und Figuren durch Erosion und Ablagerungen von Sturzfluten gefährdert sind, die sich von den Vorbergen der Anden hierher ergießen.

Quelle: ESA

Die Siedlungen der Nazca bestanden aus leichten Holz- und Schilfbauten. Massivere Bauten aus getrockneten Schilfziegeln (Adobe) wurden fast ausschließlich in der untergegangenen Stadt Cahuachi im Nazcatal gefunden.

Das Volk von Nazca war kein zentral verwaltetes Reich, sondern setzte sich aus mehreren kleinen Stämmen zusammen. Sie betrieben Ackerbau und bewässerten ihre Felder über ein künstliches unterirdisches Kanalsystem. Zur Versorgung pflanzten sie Bohnen, Kartoffeln, Kürbisse, Maniok, Avocados, Erdnüsse und Pfeffer an. Baumwolle, Schilfrohr und Binsen lieferten das Grundmaterial für das alltägliche Leben. Sie verwendeten bereits Netze für den Fischfang und jagten auch Robben. Die Nazca verstanden sich auf das Weben und stellten großartige Keramikarbeiten her, die sie mit leuchtenden Farben mit Szenen aus dem Alltag verzierten.

Auf der Hochebene zwischen dem Pazifik und den Anden schufen sie riesige Figuren, die Nazca-Linien, die sie in den Boden scharrten. Die Bilder selbst zeigen kilometerlange gerade Linien, oder riesige geometrische Flächen sowie Tierfiguren, von einer Grösse von 10 bis mehreren Hundert Metern, die Abbilder von Affen, Vögeln oder Walen o.ä. zeigen. Die Nazca-Linien gehören daher zu den global verbreiteten Geoglyphen. Entdeckt wurden die Nazca-Linien erst in den 1920er Jahren, als die ersten kommerziellen Fluglinien über die Nazca-Wüste flogen und Passagiere die Linien ausmachten. Entstanden sind die Bilder durch eine Entfernung des Wüstenlacks, der große Steinflächen der Wüste mit Eisen- und Manganoxiden überzieht. Nach einer Entfernung dieser Schicht sticht der helle Untergrund der Wüste durch und lässt die Figuren sichtbar werden. Die mysteriösen Zeichner lebten wahrscheinlich in der Stadt Cahuachi, welche von Archäologen in den letzten Jahren in der südlich der Wüste gelegene Pampa entdeckt haben. Sie wurde vor etwa 2000 Jahren erbaut und etwa 500 Jahre später aus bislang ungeklärten Gründen zerstört.

Links: Satellitenbild von Geoglyphen

Dieses Bild der Nazca-Ebene in Südperu wurde von dem Sensor Compact High Resolution Imaging Spectrometer (CHRIS) an Bord des ESA-Satelliten Proba am 26. September 2003 aufgenommen. Es zeigt Wüstenstrassen und als feine Spuren die größeren der alten Nazca-Linien, die von vorkolumbianischen Indianern in die aride Landschaft gekratzt wurden. Von Sturzfluten geschaffene Wasserrinnen sind ebenfalls sichtbar sowie eine landwirtschaftlich genutzte Flussoase.

Zur nahezu gleichen Szene, im Jahr 2000 aufgenommen mit dem Instrument ASTER auf dem Satelliten Terra hier klicken! Die sichtbaren und infraroten Spektralbänder wurden dabei kombiniert, um ein Echtfarbenbild zu simulieren.

Zum Vergrößern Bild anklicken!

 

Rechts: ESA-Satellit Proba

Der ESA-Satellit PROBA (Project for On Board Autonomy), beweist die Leistungsfähigkeit von Kleinsatelliten bei wissenschaftlichen Aufgaben und für Erdbeobachtungsmissionen.

Quelle: ESA

Gerade ihrer unbekannten Entstehung wegen wurden verschiedenste Theorien über diese Linien entwickelt. Wie konnten die Menschen der damaligen Zeit in der Lage sein, solche großformatigen Figuren zu zeichnen. Deutungen dieser Monumente beschäftigen viele Wissenschaftler. Die Erklärungen reichen von einem Sternenobservatorium über Ritualplätze, heilige Straßen bis zu Bewässerungssystemen, und manchmal ist sogar von Landeplätzen Außerirdischer die Rede. Noch ist vieles ungeklärt, jedoch wird eine Mischung aus agrikultureller, astronomischer und religiöser Bedeutung der Linien angenommen. So gibt es deutliche Zusammenhänge zwischen den Richtungen mancher Linien und Sonnwendpunkten, sowie zwischen den pfeilartigen Flächenzeichnungen und unterirdischen Wasservorkommen. Von den Tierfiguren wird angenommen, dass sie als rituelle Pfade bei Zeremonien dienten.

Die UNESCO erklärte 1994 die Bodenzeichnungen zum Weltkulturerbe.

Nebel

Eigentlich eine auf der Erdoberfläche aufliegende Wolke, mit Sichtweiten unter 1.000 m. Nebeltröpfchen sind mit Durchmessern von hunderstel Millimetern sehr klein. Es sind drei Grundarten der Entstehung zu unterscheiden, und zwar je nachdem, wie die Wasserdampfsättigung erreicht wird.
Abkühlungsnebel entstehen, wenn die Luft von der Erdoberfläche her abgekühlt wird. Erfolgt die Temperaturerniedrigung als Folge der Ausstrahlung an der Erdoberfläche, so spricht man von Strahlungsnebel. Bei Ausstrahlungswitterung sammelt sich die kälteste Luft in den tiefsten Geländeteilen, wodurch sich die Nebelverteilung eng an die Geländeformen anpasst. Von Advektionsnebel spricht man, wenn warmfeuchte Luft über eine kalte Unterlage geführt und dadurch bis zum Taupunkt abgekühlt wird. Zu dieser Gruppe gehören z.B. die berüchtigten Neufundlandnebel, die durch die Abkühlung subtropischer Warmluft über dem kalten Wasser des Labradorstroms entstehen.
Beim Verdunstungsnebel wird die Wasserdampfsättigung durch eine Erhöhung des augenblicklich vorhandenen Feuchtegehalts bei unveränderter Lufttemperatur erreicht. Dies kann geschehen, wenn im Herbst über warmen Seen die relativ hohe Verdunstung zur Bildung des sog. Dampfnebels führt.
Mischungsnebel bilden sich, indem Abkühlung der Luft und Erhöhung des Wasserdampfgehaltes gleichzeitig auftreten. Dies kann im Grenzbereich von wärmerer und kälterer Luft geschehen.

Nebelwüste

Saumartig ausgebildete, meist nur wenige Kilometer breite ökologische Sonderform der Küstenwüste an den wendekreisnahen Westküsten mancher Kontinente. Die Nebelwüste ist durch hohe Luftfeuchtigkeit (60-80%) geprägt sowie durch häufigen Nebel- und Taufall sowie Nieselregen.

An der Westküste Südamerikas ist als Beispiel die peruanische Sechura-Halbwüste zu nennen. Ihre klimatischen Verhältnisse werden durch den Humboldtstrom und durch ihre Nähe zur südostpazifischen Antizyklone bestimmt. Besonders im Winter kann der übliche (Hoch)Nebel landeinwärts ziehen und nachts auch zu leichtem Niesel, "garúa" genannt, führen. So kann auf Hügeln zwischen 200 und 700 m eine spezialisierte Krautflur, die Loma-Vegetation, gedeihen, welche für befristete Zeit den Weidegang von Rindern, Schafen und Ziegen erlaubt.

Die Gesamtheit der Küstennebelwüste im Westvorland der tropischen Anden erstreckt sich von ca. 4° S, dort wo bei Cabo Blanco die Küstenlinie von der NNO-SSW in die NNW-SSO-Richtung umschwenkt, bis zum anderen Richtungswechsel in die reine Süd-Richtung bei Arica in 18° S. Auf den dazwischenliegenden rd. 1.400 km beträgt die Breite des Gebirgsvorlandes zwischen der Küstenlinie und dem bei 800 bis 1.000 m anzusetzenden Anstieg zur weithin 5.000 m überschreitenden Westkordillere um die 30 bis 40 km. Ungefähr in der Mitte der Costa liegt Lima in der gleichen geographischen Breite wie San Salvador an der tropischen Atlantikküste Brasiliens. Die Meßwerte beider Stationen zeigen im Vergleich den Unterschied der Temperaturbedingungen zwischen einer Warm- und Kaltwasserküste der äußeren Tropen: Höchste Monatsmittel von 26 °C dort, 22 °C hier, niedrigste 23 °C dort, 15 °C hier, gemessen jeweils im Februar bzw. August. Die Verzögerung gegenüber dem Strahlungsgang an beiden Küsten ist die Konsequenz des starken maritimen Einflusses, das gemäßigte thermische Niveau in der Costa Perus die der Kaltwasserkühlung durch den Humboldtstrom mit seinen Auftriebswässern.

Links: Vom Pazifik südlich Antofagasta (Nordchile) aufsteigender Küstennebel

Copyright Jürke Grau, München

 

Rechts: A parched inland village in Peru has an innovative water resource thanks to a simple ‘fog harvesting’ system installed by two University of Sydney honours students.

The project is underway in the shanty-township of La Rinconada De Pamplona Alta, on the outskirts of the capital Lima.

Quelle: econews

Nekton

Gesamtheit der Organismen, die sich im freien Wasserraum aktiv, unabhängig von der Wasserströmung, bewegen. Hierzu zählen Fische, Kopffüßer, einige Krebstiere, Reptilien und Säugetiere wie Wale.

Nettoprimärproduktion

Pflanzen nehmen Kohlendioxid auf und emittieren es aber auch. Die Nettoprimärproduktion ist die Nettomenge an CO2, die von der Vegetation in einer bestimmten Region aufgenommen wird. Sie ist ein wichtiges Element im Gleichgewicht des Kohlenstoffaustausches zwischen Erde und Atmosphäre.

NOAA

Engl. Akronym für National Oceanic and Atmospheric Administration; eine dem U.S. Department of Commerce nachgeordnete Behörde, die durch Vorhersage und Forschung im Bereich von Meteorologie und klimabezogenen Ereignissen dazu beitragen soll, die ökonomische und nationale Sicherheit der USA zu gewährleisten, und die mit der Betreuung der natürlichen Ressourcen an Küsten und in Meeresgewässern der USA unter Umweltgesichtspunkten beauftragt ist.

NOAA Niño Index

Relativ neuer, von der NOAA eingeführter und von einigen nord- und mittelamerikanischen Mitgliedstaaten der WMO übernommener Index zur Definition von Warm- und Kaltphasen des ENSO-Zyklus. Ein diskutiertes Akronym ist 'NNI'. Seine bisherige und zum Teil noch beibehaltene Bezeichnung war Oceanic Niño Index (ONI). Im Kontext der WMO wird er als WMO RA IV Consensus Index and Definitions of El Niño and La Niña bezeichnet. Eine Übernahme des Index auf globaler WMO-Ebene wird angestrebt bei gleichzeitiger Offenheit gegenüber Modifikationen in Abhängigkeit vom wissenschaftlichen Kenntnisstand.

Der Index ist definiert als eine dreimonatige mittlere Abweichung der Meeresoberflächentemperaturen vom normalen Zustand, bezogen auf eine bestimmte Region im äquatorialen Pazifik (Niño 3.4-Region; 120°W-170°W, 5°N-5°S). Dieses Gebiet enthält die sogenannte "äquatoriale Kaltwasserzunge", ein Band kühlen Wassers, das sich von Südamerika entlang des Äquators bis in den zentralen Pazifik erstreckt. Abweichungen von den mittleren Meeresoberflächentemperaturen in diesem Gebiet geben entscheidende Hinweise auf Veränderungen der Niederschlagsmuster in den Tropen, welche ihrerseits die Jetstreams sowie die Temperatur- und Niederschlagsmuster auf der gesamten Erde beeinflussen können.

Lage der Niño 3.4-Region Lage der Nino 3.4-Region Quelle: NOAA Climate Prediction Center

Die operationellen Definitionen für El Niño and La Niña lauten:

  • El Niño: Ein Phänomen im äquatorialen Pazifik, das durch eine positive Anomalie der Meeresoberflächentemperatur gekennzeichnet ist, und zwar gegenüber dem für die Zeit von 1971-2000 als Basisperiode ermittelten Normalzustand. In der Niño 3.4-Region muss dann die Abweichung im Mittel oder in drei aufeinanderfolgenden Monaten größer oder gleich 0,5 °C sein.
  • La Niña: Ein Phänomen im äquatorialen Pazifik, das durch eine negative Anomalie der Meeresoberflächentemperatur gekennzeichnet ist, und zwar gegenüber dem für die Zeit von 1971-2000 als Basisperiode ermittelten Normalzustand. In der Niño 3.4-Region muss dann die Abweichung im Mittel oder in drei aufeinanderfolgenden Monaten größer oder gleich 0,5 °C sein.

Die NOAA begann am 1. September 2003 mit operationellen Nutzung des Index und der Definitionen. Die Behörde veröffentlicht Einschätzungen des ENSO-Zustandes im Monthly Climate Diagnostics Bulletin, in der ENSO Diagnostic Discussion und dem Weekly ENSO Update.

Nordatlantik-Oszillation (NAO)

Bezeichnung für das starken interannuellen und dekadischen Schwankungen unterworfene Luftdrucksystem über dem nördlichen Atlantik. Das Drucksystem ist durch das Zusammenspiel von zwei unterschiedlichen Druckgebilden, dem Islandtief und dem Azorenhoch, geprägt, was wiederum große Bedeutung für das Wetter über Europa, Nordamerika und Nordafrika besitzt.

Der NAO-Index ändert sich zeitlich stark. Anhand der statistischen Daten lassen sich verschiedene Typen von zeitlichen Änderungen ableiten. So gibt es neben den kurzfristigen Schwankungen im Bereich von zwei bis fünf Jahren noch dem überlagerte periodische Schwankungen mit einem Rhythmus von 12-15 Jahren (dekadische Oszillation) und etwa 70 Jahren (Atlantische Multidekaden-Oszillation, AMO).

Nach El Niño ist das NAO-Muster einer der dominierendsten Modi globaler Klimavariabilität. Erstmals beschrieben wurde das Phänomen durch den dänischen Missionar Hans E. Saabye in seinem Tagebuch der Jahre 1770-1778: "In Greenland, all winters are severe, yet they are not alike. The Danes have noticed that when the winter in Denmark was severe, as we perceive it, the winter in Greenland in its manner was mild, and conversely."
Diese Temperaturschaukel ist Ausdruck der NAO.

NAO-Index

Nordatlantik-Oszillation Index (1864-1995)

Als Maß für die NAO wird, vergleichbar dem SOI, ein Index der Luftdruckunterschiede an repräsentativen Stationen benutzt. Es sind dies Stykkysholmur auf Island und Ponta del Gada auf den Azoren. Ein anderer verwendet anstelle der Station von Ponta del Gada die Station auf Gibraltar. Allgemein gilt, dass der NAOI die Differenz der Druckanomalie auf den Azoren minus der auf Island ist.

Quelle: David B. Stephenson

Die Winter und Frühjahre der Jahre 1989, 1990 und 1995 mit hohem Index wurden verursacht durch die Verlagerung von Luftmassen aus der Arktis und dem Gebiet um Grönland in die Subtropen um die Azoren und die iberische Halbinsel. Dies hatte eine Verstärkung der Westwinde über dem Nordatlantik zur Folge. Stärkere Westwinde bringen mehr warmfeuchte Luftmassen nach Europa und bedingen mildere maritime Winter. Die Low-Index Winter und Frühjahre der Jahre 1917, 1936, 1963 und 1969 hatten schwächere Westwinde über dem Nordatlantik mit entsprechend kühleren Temperaturen gegenüber den Normalwerten. Die verstärkten oder geschwächten Westwinde haben auch markante Auswirkungen auf die ozeanischen Ökosysteme und letztlich auch auf die Fischbestände im Nordatlantik.
Häufig sind beide Druckgebiete gleichzeitig stark ausgeprägt. Umgekehrt ist schwacher Tiefdruck bei Island meist auch nur mit mäßigem Hochdruck westlich von Gibraltar verbunden. Im ersten Fall ist der Luftdruckgradient zwischen Azoren und Island besonders steil. In der Folge herrschen Westwinde über dem Nordatlantik vor (Zonalität); feuchte, milde Meeresluft strömt zusammen mit wandernden Zyklonenfamilien nach Europa und verdrängt arktische Luftmassen.

Positiver NAO-Index

Situation bei positivem NAO-Index

Bei einem positiven NAO-Index sind sowohl Azorenhoch als auch Islandtief gut ausgebildet. Dies führt in den meisten Fällen zu einer starken Westdrift, die milde und feuchte Luft nach Europa führt. In Extremfällen bringt diese sogar zahlreiche Stürme mit sich. So resultierten die Winterstürme und Orkane 1999 (Anatol, Lothar, Martin) aus solch einer Lage.

Quelle: David B. Stephenson

Ist der NAO-Index dagegen niedrig oder negativ, so ist der zonale Grundstrom schwach, meridionale, blockierende Wetterlagen überwiegen. Die Winter in Europa werden kälter.

Negativer NAO-Index

Situation bei negativem NAO-Index

Bei einem negativen NAO-Index sind die Aktionszentren nur schwach ausgeprägt, womit auch die Westdrift "einschläft". So führen häufige Kaltlufteinbrüche aus Nordosten in Mitteleuropa immer wieder zu entsprechend kalten Wintern. Die abgeschwächte Westwinddrift verlagert sich südwärts und führt im Mittelmeerraum zu feuchterem Wetter.
Hat das Azorenhoch den Platz des Islandtiefs eingenommen, und umgekehrt, so ist der NAO-Index stark negativ. In der Fachwelt spricht man dann häufig von einer High-over-Low-Lage. Kalte, kontinentale Luft ausgehend vom asiatischen Hoch, welches umgangssprachlich auch Sibirienhoch genannt wird, kann in diesem Fall bis weit nach Mitteleuropa vordringen.

Quelle: David B. Stephenson

Während der SOI sich auf Druckdifferenzen von Stationen in niederen Breiten mit unterschiedlichen Längen bezieht, wird die NAO an zwei Stationen mit ungefähr gleicher Länge, aber stark unterschiedlicher Breite gemessen. Der SOI ist ein Maß für die Stärke der Passate, die fast immer aus östlicher Richtung kommen, während sich der NAO-Index sich auf die Geschwindigkeit Westwinden der Mittelbreiten bezieht.
Der Mechanismus der NAO ist deutlich weniger verstanden als der der Southern Oscillation. Es scheint übrigens geklärt, dass zwischen NAO und El Niño nur schwache Beziehungen bestehen.

Nordeste

Portugiesische Bezeichnung für den brasilianischen Nordosten, der neun Bundesstaaten umfasst, welche sich über 3.500 km an der Atlantikküste entlangziehen. Ihnen sind viele klimatische und geographische Merkmale sowie sozioökonomische Probleme gemeinsam. Der südliche, nach O gewandte Küstenstrich verfügt über eine einhundert km breite, fruchtbare Zone mit ausreichend Regen, in der Zuckerrohr, Baumwolle und Kakao gedeihen. Landeinwärts folgen im Bereich ursprünglichen Trockenwaldes Ländereien für Viehhaltung und mit weniger wertvollem Ackerland, auf dem Maniok, Tabak und Bohnen angebaut werden. Weiter im Inneren und teils bis an die nördliche Küste des Nordeste reichend erstreckt sich die Dornstrauch-Sukkulentenvegetation der Caatinga. Die natürliche Vegetation wie auch die landwirtschaftliche Nutzung leidet hier unter extremen interannuellen Niederschlagsschwankungen. Der Einfluß wiederkehrender Niederschlagsarmut macht die wörtliche Bedeutung des Begriffes 'Caatinga' verständlich: 'weißer Wald', als Folge des Verlustes von jeglichem Grün.

Dürreperioden (sêcas) fallen oft mit El Niño-Ereignissen zusammen (vgl. Diercke Weltatlas S. 208, Karte 4). Gleichzeitig besteht im Nordeste eine verbreitete Großgrundherrschaft mit ungerechten Abhängigkeitsstrukturen gegenüber ca. 20 Mio abhängigen Bauern. Beide Faktoren bewirken seit langem eine starke Abwanderung der relativ dichten Bevölkerung.

Beachten Sie die umfangreichen Zusatzmaterialien zum WAVES-Projekt im Anhang.

O

Oceanic Niño Index (ONI)

Der relativ neue von der amerikanischen NOAA entwickelte Oceanic Niño Index (ONI) ist ein Ansatz zur operationellen Messung und Vorhersage von ENSO. Ähnlich wie der japanische JMA-Index basiert er auf Abweichungen der Meeresoberflächen-Temperatur (SST) vom Durchschnitt. Mit der Nino 3.4 Region legt er allerdings ein etwas anderes Gebiet des Pazifiks für die Messung zugrunde. Außerdem wird ein dreimonatiger Mittelwert gebildet (im Gegensatz zu fünf Monaten beim JMA-Index). Die Abweichungen beziehen sich auf einen Satz von sogenannten verbesserten homogenen historischen SST-Analysen (Extended Reconstructed SST). Dies dient der Einordnung der aktuellen ENSO-Verhältnisse in eine historische Perspektive.

Nino 3.4-Region

Niño 3.4 Region

The shaded rectangle shows the Niño 3.4 region, the area of the Pacific Ocean where observed sea surface temperature is compared to average sea surface temperature to calculate the Oceanic Niño Index. The region spans a swath from 5ºN to 5ºS latitude and 120ºW to 170ºW longitude.

Quelle (beide Grafiken): NOAA Climate Watch Magazine

El Niño-Bedingungen liegen vor, wenn der ONI einen positiven Ausschlag von 0,5 °C oder mehr im dreimonatigen Mittel aufweist. Entsprechend liegen La Niña-Bedingungen bei einem negativen Ausschlag von mindestens 0,5 °C im dreimonatigen Mittel vor. Wenn der ONI-Wert zwischen +0,5 und -0.5 liegt, besteht eine Normal- oder Neutralphase des ENSO-Zyklus.

Die NOAA sieht ein voll entwickeltes El Niño- oder La Niña-Ereignis dann als gegeben an, wenn der ONI über mindestens fünf aufeinanderfolgende Drei-Monatseinheiten ("a minimum of 5 consecutive over-lapping seasons") seinen Schwellenwert erreicht oder über- bzw. unterschreitet. Eine Tabelle mit den Drei-Monatswerten des ONI ist beim Stichwort ENSO angeführt.

ONI-Zeitreihe

Monthly values of the ONI

This graph shows monthly values of the ONI from 1950 through present.
To filter out month-to-month variability, average sea surface temperature in the Niño 3.4 region is calculated for each month, and then averaged with values from the previous month and following month. This running three-month average value is compared with average sea surface temperature for the same three months during 1971 – 2000. The departure from the 30-year average of the three-month average is known as the ONI.

Laut einer Pressemitteilung der NOAA vom September 2003 sind dieser Index und diese Definition ein einvernehmlicher Beschluss von Regierungs-Experten und Wissenschaftlern aus den Vereinigten Staaten, der eine einheitliche operationelle Definition und einen einheitlichen Messindex für El Niño und La Niña etablieren soll.

Diese Notwendigkeit besteht vor dem Hintergrund, dass es derzeit konkurrierende Indizes zur Messung von ENSO gibt, nämlich den Southern Oscillation Index (SOI), den JMA-Index, den Multivariaten ENSO Index (MEI) und den TOPEX/Poseidon-El Niño-Index.

In einer neuen Entwicklung wird der ONI als NOAA Niño Index geführt, und da einige nord- und mittelamerikanische Mitglieder der WMO den Index übernommen haben (2005), ist zumindest vorübergehend die Bezeichnung WMO RA IV Consensus Index and Definitions of El Niño and La Niña gebräuchlich.

Ökosystem

Räumlich abgegrenztes Wirkungsgefüge aus Lebewesen, unbelebten natürlichen und vom Menschen geschaffenen Bestandteilen, die untereinander und mit ihrer Umwelt in energetischen, stofflichen und informatorischen Wechselwirkungen stehen (offenes System). Ökosysteme sind zur Selbstregulation und zur Selbstorganisation befähigt und befinden sich in einem dynamischen Gleichgewicht.
Ökosysteme können sich verändern und somit langsam in ein anderes Ökosystem übergehen (Sukzession). Sie können auf Störungen empfindlich reagieren ("umkippen") oder aber elastisch in den Ausgangszustand zurückkommen (d.h. belastbar sein).

OLR

Engl. für outgoing longwave radiation, ausgehende Langwellenstrahlung; die Energiemenge, die von der Erde in den Weltraum abgestrahlt wird, gemessen an der Obergrenze der Atmosphäre (top of the atmosphere, TOA).
Die langwellige Strahlung variiert in Abhängikeit vom Bewölkungsgrad. In wolkenarmen Gebieten wird verhältnismäßig viel langwellige Strahlung ausgesendet (240-280 W/m²). In stark bewölkten Regionen, besonders in den tropischen, konvektiven Niederschlagsgebieten, wird nur die langwellige Strahlung emittiert, die von der TOA beziehungsweise der Wolkendecke reflektiert wird, welche wiederum niedrig ist. Die Temperatur über der Wolkendecke ist sehr gering. Zudem wird langwellige Energie zwischen der Erdoberfläche und der Wolkendecke festgehalten.
OLR ist somit ein Indikator dafür, wie warm die Erdoberfläche und wie klar die Atmosphäre darüber ist. Insbesondere dient sie als Proxy für tiefreichende tropische Gewitteraktivität innerhalb von 20 Breitengraden beidseits des Äquators.

OLR

Outgoing Longwave Radiation

A satellite map of the outgoing longwave radiation emitted by Earth in September 2008 demonstrates not only geographical variations but also those caused by cloud presence. More heat escapes from areas just north and south of the equator, where the surface is warmer and there are fewer clouds.
(Image: NASA/Earth Observatory/Robert Simmon from CERES data.)

Quelle: NASA

AVHRR-Sensoren in polarumlaufenden NOAA-Satelliten zeichnen OLR auf. Warme Oberflächen strahlen mehr im langwelligen Bereich aus. Niedrige OLR-Werte sind typisch für bewölkte Gebiete, denn die Ausstrahlung der Erdoberfläche wird von den Wolken abgefangen, und die Temperatur der Wolkenoberfläche bestimmt letztlich die Menge an langwelliger Strahlung, die in der äußeren Atmosphäre gemessen wird. So ist die OLR ein Maß für die Temperatur an der Wolkenoberfläche. Wenn über einem Gebiet eine niedrige Temperatur gemessen wird, so ist die Wolkenoberfläche hoch, was auf Konvektion und damit auch Niederschlag in der betreffenden Region hinweist.

Unter dem folgenden Link finden Sie Zeit-/Längen-Diagramme des tropischen Pazifiks von früheren El Niño- und La Niña-Ereignissen auf der Grundlage von OLR-Daten, aufbereitet von der NOAA.

Die folgenden Karten enthalten für eine 6-jährige Beobachtungsreihe die saisonalen Durchschnittswerte von OLR. Gebiete mit Werten unter 220 W/m² sind kreuzschraffiert, um die möglicherweise vorhandene hohe Konvektion und Konvektionsniederschläge hervorzuheben. Saisonale Änderungen in den Konvektionsmustern kommen deutlich zum Ausdruck, wobei die Achse mit niederen Werten sich in den Monaten DJF südlich des Äquators befindet und in den Monaten JJA nördlich davon. Im DJF erstreckt sich ein breites Konvektionsband bis in subtropische Breiten der Südhemisphäre über dem zentralen Pazifik. Dieses markiert die Lage der Südpazifischen Konvergenzzone (SPCZ). Die südostwärtige Erstreckung der SPCZ ist im DJF am ausgeprägtesten. Man erkennt auch eine Achse mit maximaler Konvektion quer über den Pazifik um 5° - 10°N, die zu allen Jahreszeiten besteht. Hierbei handelt es sich um die ITK. Dieses schmale Konvektionsband ist im späten Sommer und frühen Herbst am deutlichsten.

Durchschnittliche OLR (W/m²) für DJF

OLR für DJF

Durchschnittliche OLR (W/m²) für MAM

OLR für MAM

Vierteljährliche Durchschnittswerte der OLR

 

Quelle:

Purdue University - Department of Earth and Atmospheric Sciences

 

 

Durchschnittliche OLR (W/m²) für JJA

OLR für JJA

Durchschnittliche OLR (W/m²) für SON

OLR für SON

Oszillation

Syn. Schwingung; im engeren Sinne die zeitlich periodische Änderung einer oder mehrerer physikalischer Größen um einen Mittelwert, im weiteren Sinne auch Vorgänge, deren Zeitabhängigkeit mehr oder weniger stark von einer genauen Periodizität abweicht.

Otolith

Gehörsteinchen aus Calciumcarbonat, die sich im Labyrinthorgan von Fischen finden. Das Besondere an diesen Gehörsteinchen ist, dass sie ein zonares Wachstum aufweisen. Ganz ähnlich wie die Ringe eines Baumes, zeugen auch die einzelnen Zonen der Otolithen vom Alter des Fisches. Und je nachdem, wie kalt es ist, ändert sich in dem neugebildeten Carbonat das Verhältnis des schweren Sauerstoff-18- zum leichteren Sauerstoff-16-Isotop, sodass in den einzelnen Schichten der Otolithen die jahreszeitlichen Temperaturen zu Lebzeiten des Fisches erhalten bleiben.

Damit können sie als Klimaproxy dienen. Beispielsweise hat eine Arbeitsgruppe unter der Leitung von Fred Andrus von der University of Georgia Otolithen in den peruanischen archäologischen Ausgrabungsstätten Ostra und Siches untersucht, um Informationen über das Alter des ENSO-Phänomens zu finden. Die Forscher haben sich auf die Otolithen des peruanischen Kreuzwelses (Galeichthys peruvianus) konzentriert, weil diese Fische kaum herumziehen und ihr ganzes Leben in kleinen, küstennahen Regionen verbringen. Und da sie die Flussmündungen mit ihren Süßwasserzuflüssen meiden, waren keine Verfälschungen der 18O/16O-Verhältnisse zu erwarten.

Die Ergebnisse scheinen eindeutig: Die regelmäßige Erwärmung des tropischen Pazifiks um die Weihnachtszeit ist erst seit etwa 5.000 Jahren zu beobachten. Angesichts der enormen globalen Auswirkungen El Niño folgt daraus die Erkenntnis, wie variabel das natürliche Klima ist, und dass sich das Klima innerhalb kurzer Zeit deutlich verändern kann. Möglicherweise können derlei historische Daten von El Niño eines Tages zu einer zuverlässigen Vorhersage des Phänomens führen.


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Quelle: NOAA

Photomicrograph of a modern otolith in thin section. The field of view is ~1 cm. d18O values follow ontogeny.

Map of the research area showing archaeological sites, modern collection sites, and JISOA SST data stations mentioned in the text. The inset shows an outline of the study area

The beach near where the fisherman who collected specimens for this study lived. The boats drying on the stand in the background are similar to the type seen on the earliest depictions on artifacts.

Ozeanbeobachtung

Ozeanbeobachtungen kommen aus verschiedenen Quellen, wie satellitenbasierte Instrumente, in-situ-Plattformen wie an der Oberfläche oder im Wasserkörper befindliche Bojen oder Treibkörper, sowie freiwillige Beobachtungsschiffe.
Satelliten werden seit den siebziger Jahren des vergangenen Jahrhunderts zur Ozeanbeobachtung benutzt. Die folgende Tabelle gibt beispielhaft einen Überblick über operationell von dem europäischen Projekt MyOcean genutzte Instrumente und Satellitenmissionen. Daneben werden auch Daten genutzt, die von vergangenen Missionen geliefert wurden oder solchen, die keine Echtzeitdaten liefern.

 

Instrument type

Ocean parameter measured

Instrument name

Satellite

Spectroradiometer

  • Chlorophyll content
  • Organic and mineral content
  • Sea surface temperature
  • Sea Ice Cover

MODIS
MERIS

 

Aqua (NASA, USA)
Envisat (ESA, Europe)
 

Infrared radiometer

  • Sea surface temperature (SST)

AVHRR
AATSR
MODIS
SEVIRI
GOES

(NOAA, USA) + METOP (Eumetsat, Europe)
Envisat (ESA, Europe)
Aqua, Terra (NASA, USA)
MeteoSat ( Eumetsat, Europe)
(NOAA, USA)
DMSP (NASA, USA)

Microwave radiometer

  • Atmospheric water vapor content
  • Atmoshperic water liquid content (cloud)
  • Rain rates
  • Sea-ice concentration, type, extent
  • SST
  • Salinity 

SSM/I
TMI
AMSR-E
MWR
JMR, AMR 

DMSP (NASA, USA)
TRMM (NASA, USA)
Aqua (NASA, USA) + (developed by JAXA, Japan)
Envisat (ESA, Europe)
Jason-1, Jason-2 (Cnes, France + NASA, USA)  

Altimeter

  • Sea-surface height
  • Ocean surface wind speed
  • Wave height
  • Sea ice 

Poseidon-2
RA-2
Poseidon-3 

Jason-1 (CNES, France + NASA, USA)
Envisat (ESA, Europe)
Jason-2 (CNES, France + NASA, NOAA, USA + Eumetsat, Europe)  

Scatterometer

  • Wind speed and heading (10 m above ocean surface)
  • Rain
  • Sea ice concentration 

ASCAT 

Metop (Eumetsat, Europe)

Synthetic Aperture Radar (SAR)

  • Wind
  • Surface wave field
  • Sea ice monitoring 

 

Radarsat-1, Radarsat-2 (Canada)
Envisat (Europe)


Ozeanographen benutzen in-situ-Plattformen für Instrumente und Sensoren schon seit langer Zeit. Heute sind in-situ-Beobachtungen sehr wichtig als Ergänzung für satellitenbasierte Beobachtungen. Wenn sie in numerische Modelle eingebunden werden, dienen in-situ-Beobachtungen als Referenz, und sie werden genutzt um das jeweilige Modell zu kalibrieren.
Viele in-situ-Beobachtungssysteme nutzen Satelliten, um Daten aus abgelegenen Regionen (Meere, Polargebiete) an Wissenschaftler zu Forschungszwecken oder zur operationellen Nutzung zu übertragen.
Das Projekt beipielsweise benötigt in-situ-Daten aus verschiedenen Gründen:

  • zur Beschränkung von Modellen (“Datenassimilation”): Dies umfasst Parameter wie Temperatur und Salinität vom Meeresboden bis zur Oberfläche,
  • zur periodischen Validierung von Modellen: Strömungen, Meeresspiegel, Chlorophyll, Sauerstoff, Nährstoffgehalt usw.,
  • zur Validierung von Satellitenbeobachtungen,
  • zur Bereitstellung von Beobachtungsprodukten für Nutzer von MyOcean.

Weitere Informationen:

Ozeanographie

Syn. Meereskunde, Ozeanologie;  die Wissenschaft vom Meer und seinen Erscheinungen. Sie beschäftigt sich mit den Eigenschaften des Meerwassers, dem Wasser-, Stoff- und Wärmehaushalt und den Bewegungsvorgängen des Meeres (Gezeiten, Meeresströmungen, Wellen) sowie mit den im Meer lebenden pflanzlichen und tierischen Organismen. Ferner untersucht die Ozeanographie die Wechselwirkungen zwischen dem Meer und seiner Umgebung, das heißt der Atmosphäre, dem Meeresboden und den angrenzenden Küsten. Mitunter wird der Begriff "Ozeanographie" auf den physikalisch-chemischen Teil der Meereskunde, teils sogar auf den rein physikalischen Teil beschränkt und der biologische Bereich "Meeresbiologie" genannt.
Forschungsschwerpunkte befassen sich z.B. mit Rückkoppelungsmechanismen zwischen den Ozeanen und dem globalen Klima, der Erschließung von Rohstoffvorkommen im Bereich des Meeresbodens, der Sicherung und Ertragssteigerung der Seefischerei, der Bekämpfung der Meeresverschmutzung oder der Erkundung geologischer Strukturen wie den Mittelozeanischen Rücken oder den Subduktionszonen.

Ozeantopographie

Differenz zwischen dem aktuellen Meeresspiegel und dem Geoid. So wie es auf den Kontinenten eine Topographie mit Bergen und Tälern gibt, existiert auf den Ozeanen eine Meerestopographie. Im Vergleich zum Geoid, welches wir uns als Meeresfläche im Ruhezustand vorstellen können, sind diese „Berge und Täler" der Ozeane aber höchstens ein bis zwei Meter hoch oder tief.
Sie beträgt ca. 1 - 2 m und bildet sich durch nichtgravitative Kräfte wie hydrostatische und hydrodynamische Vorgänge aus. So entsteht eine dynamische Ozeantopographie, die mit Strömungen wie dem atlantischen Golfstrom oder dem Antarktischen Zirkumpolarstrom ein Gleichgewicht darstellt. Die Meerestopographie läßt deshalb grundsätzlich Rückschlüsse auf Meeresströmungen zu, ist aber mit ausreichender Genauigkeit schwierig zu bestimmen. Eine geometrische Bestimmung durch Differenzbildung von Meeresspiegel und Geoid ist nur für langwellige Strukturen sinnvoll, solange das Geoid für kurze Wellenlängen keine cm-Genauigkeit aufweist. Mit Hilfe der Bahnverfolgung von Satelliten und den Messungen der Altimetrie werden Meerestopographie und Schwerefeld gemeinsam geschätzt. Das Fehlerbudget erzwingt dabei jedoch auch eine Beschränkung der Meerestopographie auf großskalige Strukturen. Die dynamische Topographie liefert nur relative Höhen und beruht nur auf hydrostatischen Annahmen. Sie kann deshalb nur einen Teil der Meerestopographie und diesen nur relativ approximieren.

Weitere Informationen:

Ozeanversauerung

Engl. „ocean acidification“; im dt. auch als „Versauerung der Meere“ geläufiger Begriff für die Abnahme des pH-Wertes des Meerwassers. Verursacht wird die Ozeanversauerung durch die Aufnahme von Kohlenstoffdioxid (CO2) aus der Erdatmosphäre. Der Vorgang zählt neben der globalen Erwärmung zu den Hauptfolgen der menschlichen Emissionen des Treibhausgases Kohlenstoffdioxid. Während Kohlenstoffdioxid in der Erdatmosphäre physikalisch zu steigenden Temperaturen auf der Erde führt, wirkt es im Meerwasser chemisch. Die Versauerung durch Gase lässt sich ausschließlich auf CO2 zurückführen, die Emissionen anderer Treibhausgase wie Methan oder Lachgas tragen nicht dazu bei. Darüber hinaus spielen Säureeinträge wie Dünnsäure und andere Umweltverschmutzungen eine gewisse Rolle.

Dadurch dass immer ein Konzentrationsausgleich zwischen Atmosphäre und Ozean stattfindet, führen Steigerungen des CO2-Gehalts der Luft zu Steigerungen im Kohlendioxid-Gehalt des Oberflächenwassers. Das gelöste Kohlendioxid reagiert mit dem Wasser und verwandelt sich in Kohlensäure. Diese Kohlensäure kann Wasserstoffionen, sogenannte Protonen, hier rot, abgeben. Diese machen das Seewasser saurer.

 

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Quelle: AWI

 

Die Folgen dieser Versauerung betreffen zunächst kalkskelettbildende Lebewesen, deren Fähigkeit, sich Schutzhüllen bzw. Innenskelette zu bilden, bei sinkendem pH-Wert nachlässt. Weil diese Arten oft die Basis der Nahrungsketten in den Ozeanen bilden, können sich daraus weitere schwerwiegende Konsequenzen für die zahlreichen von ihnen abhängigen Meeresbewohner und in der Folge auch für die auf diese angewiesenen Menschen ergeben.

Das Meerwasser ist mit einem pH-Wert um 8 leicht basisch. Nach einer Zusammenfassung der britischen Royal Society weist das Oberflächenwasser der Meere heute bis in eine Tiefe von 50 m typischerweise pH-Werte zwischen 7,9 und 8,25 auf, mit einem Durchschnittswert von 8,08. Die wichtigsten Ursachen für diese Differenz um 0,25 Einheiten sind die Temperatur des Wassers, der lokale Auftrieb von kohlenstoffdioxidreichem Tiefenwasser, sowie die biologische Produktivität, die dort, wo sie hoch ist, in Form von Meereslebewesen viel Kohlenstoffdioxid bindet und in tiefere Wasserschichten transportiert.

Eine Möglichkeit, frühere pH-Werte zu rekonstruieren, bietet die Analyse von Sedimenten. Aus der isotopischen Zusammensetzung von Borhydroxiden lässt sich bestimmen, dass der pH-Wert an der Meeresoberfläche vor etwa 21 Millionen Jahren etwa 7,4 ±0,2 betrug, bis er vor ungefähr 7,5 Millionen Jahren auf den Wert von 8,2 ±0,2 stieg. Da der pH-Wert der Meere über den Henry-Koeffizienten direkt mit der Kohlenstoffdioxidkonzentration der Atmosphäre gekoppelt ist, lassen sich so auch Paläo-CO2-Konzentrationen bestimmen. Bis zum Beginn der ozeanischen Versauerung infolge der einsetzenden Industrialisierung im 18. Jahrhundert und des steigenden Kohlenstoffdioxidausstoßes blieb dieser Wert in etwa konstant.

Entwicklung des pH-Wertes der Ozeane

Compared with preindustrial levels shown here, the projected increase in ocean acidity is about 170% by 2100 if high CO2 emissions continue.

 

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Quelle: UNESCO IOC

 

Die Ozeane spielen im Kohlenstoffkreislauf der Erde als Kohlenstoffsenke eine wichtige Rolle, da 70 % der Erdoberfläche von Wasser bedeckt sind. In der gesamten Hydrosphäre sind schätzungsweise 38.000 Gigatonnen (Gt) Kohlenstoff gespeichert. Das Kohlenstoffdioxid gelangt aufgrund der Differenz im CO2-Partialdruck in den Ozean. Ein Gas strömt immer vom Bereich des höheren Partialdruckes (Atmosphäre) in den Bereich des niedrigeren Drucks (Ozean).

Kohlenstoffdioxid wird so lange im Meer gelöst, bis der Partialdruck in der Atmosphäre und im Meer gleich ist. Umgekehrt entweicht es auch wieder, wenn der Druck in der Atmosphäre geringer als im Meer ist. Die Temperatur eines Meeres beeinflusst ebenfalls die Aufnahme von Kohlenstoffdioxid, da Wasser bei steigender Temperatur weniger Kohlenstoffdioxid aufnehmen kann.

Der aus der Atmosphäre aufgenommene Kohlenstoff verteilt sich im Ozean innerhalb einiger weniger Jahre in der von der Sonne durchleuchteten Schicht des Meeres. Um in noch größere Tiefen zu gelangen, gibt es zwei Mechanismen. Am wichtigsten ist die so genannte physikalische Kohlenstoffpumpe, wobei sich das kohlenstoffreiche Oberflächenwasser in der Arktis abkühlt und schwerer wird, absinkt und über die kalte Tiefenströmung des Globalen Förderbandes weiträumig in den Tiefen der Ozeane verteilt wird. Weniger wichtig, aber dennoch nicht unbedeutend, ist die sogenannte biologische Kohlenstoffpumpe, bei der Kohlenstoff als Meeresschnee (biogener Teilchenregen) in tiefere Regionen absinkt. Es dauert hunderte bis tausende von Jahren, bis das aus der Atmosphäre aufgenommene anthropogene CO2 von den Ozeanen in die tiefsten Wasserschichten vorgedrungen und verteilt ist, heute ist es bis in eine Wassertiefe von durchschnittlich 1.000 m nachweisbar.

Ausschnitt aus der Infografik
'Ocean pH in 2010'

Die Infografik befindet sich in dem Bericht:

Ocean Acidification Summary for Policymakers – Third Symposium on the Ocean in a High-CO2 World

 

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Quelle: UNESCO IOC

 

Bei marinen Lebewesen, die dem Meerwasser mit erhöhtem CO2-Gehalt ausgesetzt sind, spielt sich ein Prozess ab, der der Lösung von CO2 im Ozean sehr ähnlich ist. CO2 kann als Gas ungehindert durch Zellmembranen wandern und verändert so den pH-Wert der Körperzellen und des Blutes. Die Veränderung des natürlichen Säure-Base-Haushalts muss vom Organismus kompensiert werden, was manchen Tierarten besser und anderen schlechter gelingt. Eine dauerhafte Verschiebung der Säure-Base-Parameter innerhalb eines Organismus kann das Wachstum oder die Fortpflanzungsfähigkeit beeinträchtigen und so im schlimmsten Fall das Überleben einer Art gefährden.

Die Lösung von Kohlenstoffdioxid bremst zwar die Erderwärmung, die daraus folgende langsame Versauerung der Ozeane kann aber schwerwiegende Folgen unter anderem für Tiere mit einem Schutzmantel aus Calciumcarbonat (Kalk) nach sich ziehen. Wie oben beschrieben, verschiebt sich das chemische Gleichgewicht der Ozeane zu Lasten der Carbonat-Ionen. Deren Verbindung mit Calcium im Meerwasser zu Calciumcarbonat ist jedoch von vitaler Bedeutung für Kalkschalen bildende Meereslebewesen. Ein saurer werdender Ozean behindert die Biomineralisation von Korallen sowie von Kleinstlebewesen wie winzigen Meeresschnecken und Zooplankton, obwohl einige dieser Lebewesen den pH-Wert des Wassers gezielt erhöhen, indem sie die gelöste Menge an Kohlenstoffdioxid bei der Erzeugung der Kalkkristalle in den eigenen Zellen verringern.

Korallen produzieren mit Aragonit die neben Calcit am häufigsten vorkommende Kalkform im Meer. Aragonit ist eine besonders leicht durch Kohlensäure lösbare Form von Kalk, was das Risiko für die Korallen durch saurer werdende Ozeane erhöht.

Ausschnitt aus der Infografik
'Aragonite Saturation in 2010'

Die Infografik befindet sich in dem Bericht:

Ocean Acidification Summary for Policymakers – Third Symposium on the Ocean in a High-CO2 World

 

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Quelle: UNESCO IOC

 

Weitere Informationen:

P

Pacific Decadal Oscillation (PDO)

Pazifische Dekaden-Oszillation; Hypothese von einer langzeitigen, ENSO-ähnlichen Temperatur- und Wasserspiegelfluktuation des Pazifiks mit einem Rhythmus von ca. 20 bis 30 Jahren. Ihre Ursache ist unbekannt. Daten des TOPEX/Poseidon-Satelliten und andere Datenquellen über Ozean und Atmosphäre lassen Wissenschaftler annehmen, dass wir 1999 in die kühle Phase der PDO eingetreten sind. Gegenüber der Normalsituation wird die kühle Phase gekennzeichnet durch einen Keil mit niedrigeren Oberflächentemperaturen und eine tiefer liegende Meeresoberfläche im östlichen äquatorialen Pazifik sowie ein warmes "Hufeisen" mit erhöhter Meeresoberfläche, das den nördlichen, westlichen und südlichen Pazifik verbindet. In der warmen oder positiven Phase, die offensichtlich von 1977 - 1999 andauerte, wird der westliche Pazifik kühl und der Keil im Osten erwärmt sich.

Typische Abweichungsmuster von Winter-SST (Farben), Luftdruck auf NN (Konturen)
und Oberflächen-Winden (Pfeile) während Warmphasen und Kaltphasen der PDO

Warmphase                                                                           Kaltphase Typische Abweichungsmuster von Winter-SST (Farben), Luftdruck auf NN (Konturen) und Oberflächen-Winden (Pfeile) während Warmphasen und Kaltphasen der PDO - links Warmphase, rechts Kaltphase Quelle: Joint Institute for the Study of the Atmosphere and Ocean
Monatswerte für den PDO-Index: 1900 bis 2012

Verschiedene unabhängige Studien belegen für das vergangene Jahrhundert zwei komplette PDO-Zyklen: 2 Kaltphasen (1890-1924, 1947-1976) und zwei Warmphasen (1925-1946, 1977-mind. Mitte der 90er)
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Quelle: Joint Institute for the Study of the Atmosphere and Ocean

Während PDO und ENSO ähnliche räumlich-klimatische Fingerabdrücke aufweisen, so ist ihr zeitliches Verhalten doch sehr verschieden. Zwei Haupmerkmale unterscheiden PDO von ENSO: Zum Einen hatten die PDO-Ereignisse des 20. Jh. eine Dauer von 20-30 Jahren, wohingegen typische ENSO-Ereignisse 6-18 Monate dauern. Zum Anderen sind die klimatischen Fingerabdrücke der PDO am deutlichsten im Bereich Nordpazifik/Nordamerika sichtbar, während in den Tropen nur sekundäre Signaturen auftreten. Für ENSO trifft das Umgekehrte zu.

El Niño und La Niña werden nach der PDO-Hypothese weiterhin auftreten. Sie sind danach als Muster zu verstehen, das der durch die PDO bestimmten, großskaligen Temperaturverteilung aufgesetzt ist. Eine Pressemitteilung des Jet Propulsion Laboratory findet die Metapher: "If El Niño is a brief sonata, then the Pacific Decadal Oscillation is a much larger symphony." In der aktuell angenommenen kühlen Phase rechnet mit weniger El Niños und häufigeren La Niñas.

Als wesentliche Auswirkungen bestimmt PDO die Lage der Jet Streams, den Wassergehalt der Luft und Luftströmungen. Gegenüber El Niño, der seine stärksten Auswirkungen auf das Wetter in einem Streifen von jeweils 1.000 Meilen beidseits des Äquators besitzt, nimmt man an, dass Änderungen der PDO vor allem in den Mittelbreiten der Nordhalbkugel spürbar sind.Markante Veränderungen in den marinen Ökosystemen des nordöstlichen Pazifiks konnten mit Phasenveränderungen der PDO korreliert werden: warme Phasen zeigen eine verstärkte biologische Produktivität vor den Küsten Alaskas und verringerte Produktivität vor der Westküste des Kernraumes der USA. Demgegenüber weist die Kaltphase ein umgekehrtes N-S-Muster bezüglich der marinen Produktivität auf.

Der Begriff 'PDO' wurde 1996 vom Fischereiwissenschaftler Steven Hare von der University of Washington geprägt. Er entdeckte das Muster, als er zusammen mit Kollegen Fluktuationen von Fischpopulationen in Abhängigkeit vom pazifischen Klima untersuchte. Die Hypothese wird intensiv diskutiert. Allerdings halten viele Wissenschaftler es für wahrscheinlicher, dass das PDO-Muster doch rein zufällig fluktuiert und keinen nachvollziehbaren Regeln folgt. Und so wenig wie die Gründe für die PDO bekannt sind, so wenig vermag man z.Z. über die Voraussagbarkeit dieser Klimaoszillation sagen.

Weitere Informationen unter:

Pazifisch-Nordamerikanische Telekonnektion (PNA)

Engl. Pacific-North American teleconnection pattern; klimatologischer Begriff zur Beschreibung für ein großskaliges Wettermuster mit zwei Modi (als positiv und negativ bezeichnet), das die atmosphärischen Zirkulationmuster über dem Nordpazifik und Nordamerika in Beziehung setzt. Das PNA-Muster, das von Wallace und Gutzler 1981 zuerst beschrieben wurde, besteht aus statistisch deutlich erkennbaren Korrelationen zwischen vier Aktionszentren: zwei Hochdruckzellen über Hawai'i und dem westlichen Nordamerika und zwei Tiefdruckzellen über dem Nordpazifik und der Golfküste der USA (kartographische Darstellung unter: http://www.cpc.noaa.gov/data/teledoc/pna_map.shtml). Dieses Muster beschreibt die Klimavariabilität auf zwischensaisonalen, saisonalen und dekadischen Zeitskalen und wird vermutlich durch ein tropisches Signal ausgelöst, wie z.B. verstärkte Konvektion in einem Teilraum der Tropen. Dies macht es vergleichbar dem ENSO-Phänomen.
Der Mechanismus, über den die PNA das Wetter in Nordamerika beeinflusst, erfolgt über die Stärke und die Lage des ostasiatischen Jetstreams, was letztlich das Wetter bestimmt, das der Jet nach Amerika mitbringt.
Die positive Phase der PNA ist durch ein Muster mit überdurchschnittlich hohem Luftdruck in der Nähe von Hawai'i und über den Gebirgsregionen des westlichen Nordamerika, sowie unterdurchschnittlichem Luftdruck südlich von Alaska und über dem SO der USA gekennzeichnet.
Diese Druckverteilung verstärkt den Jetstream der Mittelbreiten auf seinem Weg von Ostasien über den Pazifik. Sie erhöht die Wahrscheinlichkeit von überdurchschnittlich hohen Temperaturen im westlichen Kanada und den westlichsten Staaten der USA und gleichzeitig die Wahrscheinlichkeit für unterdurchschnittliche Temperaturen in den mittleren Südstaaten und den Staaten im SO der USA.
Im Winter ist die positive Phase auch verknüpft mit unterdurchschnittlichen Niederschlagsmengen im pazifischen Nordwesten und in der Osthälfte der USA.
Die negative Phase des PNA-Musters ist verbunden mit einem schwächeren Jetstream über dem zentralen Pazifik, einer durch hohen Druck bedingten Blockade der atmosphärischen Strömung in den höheren Breiten des Nordpazifiks und einer Aufspaltung des Jetstreams über dem zentralen Nordpazifik. Die Temperatur- und Niederschlagsabweichungen gegenüber normalen Verhältnissen sind im Allgemeinen invers zu denen der positiven Phase.

PNA-Index

PNA-Index
Quelle: NOAA

Obwohl das PNA-Muster ein eigenständiger Modus von Klimavariabilität ist, wird es auch vom ENSO-Zyklus beeinflusst. Die positive Phase des PNA-Musters ist eher mit El Niño-Bedingungen verknüpft und die negative Pase eher mit La Niña-Bedingungen.

Pacific Disaster Center (PDC)

Dem US-amerikanischen Verteidigungsministerium unterstellte zivile Behörde zur Katastrophenvorsorge und -hilfe im pazifischen Raum. Das PDC wird in organisatorischer und technologischer Hinsicht als Modell für globales, nationales und lokales Katastophenmanagement aufgebaut.

Paläoklima

Bezeichnung für das Klima bzw. die Klimaentwicklung in Zeiten vor der Entwicklung von Messinstrumenten, einschließlich historische und geologische Zeiträume, für die nur indirekte Daten (Proxydaten) verfügbar sind.

Als besonders geeignete Zeugen unterschiedlichster Vorzeitklimate gelten Sedimente mit Ablagerungen von tierischen und pflanzlichen Organismen, Lagerstätten, vulkanischen Ablagerungen und Vorgänge, Meeres- und Seespiegelstände, glaziale Ablagerungen, Periglazialerscheinungen, fossile Bodenhorizonte, Lößstratigraphien, Gletscherbewegungen, Inlandeisverbreitung und Flussterrassen.

Wichtige paläoklimatische Datenerhebungs- und Datierungsmethoden:

  • Radiokarbonmethode (14C-Datierung): Physikalisches Verfahren zur absoluten Altersbestimmung; es basiert auf dem Zerfall des radioaktiven Kohlenstoff-Isotops 14C, das in Organismen und Sedimenten eingebaut wird und mit konstanter Rate zerfällt.
  • Lumineszenzdatierung, physikalische Altersbestimmung für quartäre Proben aufgrund eines mit dem Probenalter anwachsenden Strahlenschadens, der durch die emittierte Lumineszenz quantifiziert wird. Die Datierobergrenze der verschiedenen Lumineszenzmethoden liegt allgemein bei etwa 100.000-120.000 Jahren, kann jedoch in Abhängigkeit von Dosisleistung, Probenmaterial und Sedimenttyp höher oder geringer sein.
  • Thermolumineszenz (TL-Methode): Verfahren für Altersbestimmungen an Scherben, gebrannten Tonen, ausgeglühten Böden, Steinen und Schlacken etc. Günstig bis 15.000 Jahren v.h., vor allem im Zusammenhang mit 14C-Datierungen.
  • Sauerstoff-Isotopen-Verfahren (16O/18O): Verfahren zur Ermittlung von Temperaturen; es ist in jüngerer Zeit erfolgreich an Bohrkernen in Meeressedimenten und im grönländischen und antarktischen Inlandeis angewandt worden.
  • Kalium-Argon-Methode (40K/40A): Physikalische Altersbestimmung mittels des Zerfalls von 40K in 40Ar. Als Edelgas geht Letzteres keine Bindung ein und entweicht bei der Gesteinsbildung. Im abgekühlten Gestein reichert es sich in Abhängigkeit von der Zeit wieder an. Die Methode erlaubt sehr hohe Alter zu bestimmen, allerdings blieb bei der Gesteinsbildung oft doch etwas Argon erhalten oder konnte später diffundieren. Sie wird meist in Verbindung mit der Feststellung des Wechsels im erdmagnetischen Feld angewandt.
  • Proactinium-Ionium-Methode: Wie die vorgenannte Methode ein Verfahren, das sich jenseits der Grenze möglicher 14C-Datierungen anwenden lässt. Sie beruht auf dem radioaktiven Zerfall von Uran 238 und Uran 235.
  • Warven-Chronologie: Verfahren, das auf der Auswertung von geschichteten Ablagerungen (meist Bändertonen), die den Wechsel von Jahreszeiten repräsentieren und somit eine Jahreszählung gestatten.
  • Dendrochronologie: Methode, die zur Altersbestimmung die Jahresringe von Bäumen benutzt.
  • Pollenanalyse: Methode, die die in Sedimenten (vorwiegend Mooren) enthaltenen Blütenstaubablagerungen zur Rekonstruktion früherer Vegetationsbestände auswertet. Diese lassen Rückschlüsse auf das jeweilige Klima zu.

Standardmethoden zur Erfassung der Klimaschwankungen der vergangenen 40.000 Jahre sind Warvenzählung, Dendrochronologie, Radiokarbon- und Thermolumineszenzverfahren zusammen mit der Pollenanalyse. Für die Rekonstruktion des pleistozänen Klimas werden auch eine sehr verfeinerte Lößstratigraphie und Untersuchungen fossiler Böden in Verbindung mit Meeres- und Seespiegelständen sowie der Lage und Abfolge von Flussterrasen und Moränen angewandt.

Verständlicherweise werden Aussagen zum Paläoklima umso unsicherer, je weiter man in die Erdgeschichte zurückgeht.

Weitere Informationen:

Passatcumulus

Großräumige Absinktendenzen sorgen im Bereich der subtropischen Hochdruckgürtel für die Ausbildung einer markanten Inversion, der Passatinversion. Als statisch stabile Schicht verhindert diese sehr effizient die Bildung hochreichender Cumuluswolken. Deswegen wird die Obergrenze der Cumuluswolken in den Passatregionen (subtropische Hochdruckgürtel) durch die Passatinversion festgelegt. Gleichzeitig ist die Passatinversion auch die Oberkante der recht gut durchmischten planetarischen Grenzschicht in der Passatregion. Da Passatcumuli nicht besonders hochreichend sind, fällt aus ihnen normalerweise kein Regen.

Passatwolken vor den Kanaren

Passatcumuli im N und NO der Kanaren

Die Obergrenze der Cumuluswolken in den Passatregionen (subtropische Hochdruckgürtel) wird durch die Passatinversion festgelegt. Die Passatinversion ist gleichzeitig auch die Oberkante der recht gut durchmischten planetarischen Grenzschicht in der Passatregion.
Weil Passatcumuli nicht sehr hochreichend sind, fällt aus ihnen normalerweise kein Regen. Die Ausnahme bilden die Luvseiten von Gebirgen, die eine staubedingte Konvektion verursachen (La Palma - die 'isla verde' der Kanaren).

Quelle: NASA, ISS-Aufnahme

Passate

Beidseitig des Äquators bis ca. 25° N und S auftretende Winde, die zum Druckausgleich aus den Hochs der Rossbreiten in Richtung der äquatorialen Tiefdruckrinne strömen. Für die Südhalbkugel z.B. ergibt sich daraus eine allgemeine Strömungsrichtung Südost bis Süd aus dem pazifischen Hoch. NO-Passat (N-HK) und SO-Passat (S-HK) wehen beständig und sind 20-25 km/h schnell. In den Passatzonen sinkt Luft ab. Luft, die wegen der Erwärmung des Bodens aufsteigt, wird deshalb am weiteren Aufstieg gehindert, kann nicht abkühlen, nicht kondensieren und keine Niederschlagswolken bilden (Passatinversion). Erst beim Zusammenströmen der Passate in der äquatorialen Tiefdruckrinne werden die Luftmassen zum Aufsteigen gezwungen und regnen sich aus. Lediglich an Küsten mit kalten Meeresströmungen kann es zu ausgeprägter Nebelbildung, aber nicht zu Regenniederschlag kommen. Während der Wintermonate sind die Passate der betreffenden Halbkugel besonders markant.

Mustergültig sind die Passate über dem Pazifik in ein Ozean-Atmosphäre-System mit positiven Rückkopplungen eingebunden. Hier die Verhältnisse während einer Normal- und einer Kaltphase von ENSO:

  • Der Windstress der Passate trägt zum äquatorialen O-W Temperaturgradienten der Meeresoberfläche bei, insbesondere durch den Auftrieb kalten Wassers im Osten.
  • Auf ihrem Weg über den Pazifik nehmen die Passate Hitze und Feuchtigkeit auf, die als Energiequelle für die Konvektion über dem westlichen Äquatorialpazifik, Asien und Australasien dienen.
  • Über den Kaltwassermassen des östlichen Pazifik wird hoher Atmosphärendruck begünstigt.
  • Der den Pazifik überspannende Luftdruckgradient erhält die Stärke der Passate.

Während eines El Niño-Jahres schwächen sich die Passate über dem Pazifik ab. Über dem Westpazifik kehren sie sogar ihre Richtung um, sogenannte Westwindausbrüche treten auf. Die Ursache für das Abflauen der Passate ist ungeklärt.

Passatinversion

In etwa 500 m (Nähe Subtropenhoch) bis 2.500 m (Nähe ITK) Höhe gelegene Temperaturumkehrschicht, in der die vom Boden nach oben abnehmende Lufttemperatur wieder zunimmt. Besonders im Bereich der Ostflanken der subtropischen Hochdruckgebiete, wo die Absinkbewegungen ihre größte Intensität erreichen, ist die Höhenlage der Passatinversion sehr gering.
Sie trennt relativ wasserdampfhaltige, etwas kühlere Luft unten von etwas wärmerer und trockenerer Luft oben. Diese Absinkinversion unterbindet das Aufsteigen von am Boden erhitzter Luft und damit die Ausbildung von Konvektionswolken. Diese sind aber Voraussetzung für Regen. Unmittelbar unterhalb der Passatinversion bilden sich in der recht gut durchmischten Grundschicht lediglich - meist sehr regelmäßig angeordnete - Passatcumuluswolken aus.

Passatwolken Teneriffa Absinkinversion

Links: Passatwolken im Norden von Teneriffa (Februar 2009)

Die markante Obergrenze ergibt sich durch die Absinkinversion.
Foto: Sybal

 

Rechts: Ozeanische Luftschicht, von einer Absinkinversion gedeckelt
Quelle: University of California

Das Absinken von Luftmassen der äquatorwärts wehenden Passate ergibt sich aus der Verbreiterung der Flächen zwischen den Längengraden (Flächendivergenz). Dadurch muss eine meridional äquatorwärts bewegte Luftmasse ihre anfänglich eingenommene Grundäche laufend vergrößern. Dies ist jedoch nur möglich, wenn sie ihre Schichtdicke verringert. Aus dieser vertikalen Schrumpfung folgt ein Absinken von Luft aus größerer Höhe mit entsprechender Erwärmung und Bildung einer Absinkinversion. In einer Passatströmung herrscht somit durch Flächendivergenz und Absinkinversion eine weitgehend stabile atmosphärische Schichtung, die sich im Bereich der innertropischen Konvergenzzone jedoch auflöst.

Pazifischer Ozean

Syn. Pazifik oder Stiller Ozean; mit 179,7 Mio km² Fläche der größte Ozean der Erde.

Der Pazifik, der sich auf der West- und Osthalbkugel der Erde befindet, liegt zwischen der Arktis im Norden, Nordamerika im Nordosten, Mittelamerika im Osten, Südamerika im Südosten, der Antarktis im Süden, Australien im Südwesten, Ozeanien im Westen und Asien im Nordwesten. Im Norden grenzt er an das Nordpolarmeer, im Süden an das Südpolarmeer.

Die Fläche des Pazifischen Ozeans macht rund 35 Prozent der gesamten Erdoberfläche und die Hälfte der Meeresfläche der Erde aus. Das Wasservolumen beträgt 723,7 Mio. km³. Während seine mittlere Tiefe 4.028 m (andere Angaben siehe hier) beträgt, liegt seine tiefste Stelle bei 11.034 m unter NN (s.u.).

Links: Oberflächenströmungen im Pazifik

Abbreviations: Mindanao Eddy (ME), Halmahera Eddy (HE), New Guinea Coastal (NGCC), North Pacific Current (NPC), Kamchatka Current (KC), Subtropical Front (STF), Subantarctic Front (SAF), Polar Front (PF), Continental Water Boundary (CWB), Weddell Gyre Boundary (WGB). The shaded region indicates banded structure (Subtropical Countercurrents).

Quelle: Tomczak

Rechts: Ozeanboden des Pazifik (Ausschnitt aus der GEBCO World Map)

Quelle: GEBCO

Im Pazifik liegt die tiefste Stelle des Weltmeeres, die sich im Marianengraben befindet; dies ist die 11.034 m unter NN liegende Witjastiefe 1.

Der Name Pazifischer Ozean kommt vom spanischen bzw. portugiesischen Wort pacífico – friedlich. Ferdinand Magellan hatte ihn so benannt, weil ihm 1521 die Winde bei seiner Weltumsegelung auf diesem Meer wohl gesonnen waren. Als erster Europäer seit Marco Polo hatte der Spanier Vasco Núñez de Balboa 1513 den Pazifik erreicht.

Innerhalb des Pazifiks bzw. auf dessen Meeresboden befinden sich teils hohe und langgestreckte Mittelozeanische Rücken, viele niedrigere Schwellen, riesige Tiefseebecken, Tiefseerinnen, verschiedene Meerestiefs und der Pazifische Feuerring.

Zu den Mittelozeanischen Rücken gehört insbesondere der Ostpazifische Rücken, der sich durch den Südosten des Stillen Ozeans zieht. Zu den Tiefseerinnen bzw. Meerestiefs gehört der Marianengraben mit seiner 11.034 m unter NN liegenden Witjastiefe 1, welche die tiefste Stelle des Pazifiks darstellt. Zu den Tiefseebecken gehört das äußerst große Nordpazifische Becken, das den Großteil des nördlichen Pazifiks ausmacht, in Richtung Süden sogar über den Äquator hinaus reicht und nur wenig von Mittelozeanischer Rücken und Schwellen durchzogen ist.

Der Pazifische Feuerring


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Quelle: MetEd

Am Pazifischer Feuerring (Ring of Fire), ein weitausgedehnter bzw. um den Ozean verlaufender Ring von aktiven Vulkanen verbunden mit Tiefseerinnen, fanden bezeichnenderweise einige der gewaltigsten Erdbeben des 20. Jahrhunderts statt (z. B. in Chile 1960 und 1923 in der japanischen Stadt Kobe). Eine weitere Gefahr sind die Seebeben, die meterhohe Flutwellen mit vernichtender Wirkung auslösen können, die Tsunamis.

Die zahllosen Inseln der Südsee werden mehr nach kulturellen als nach geographischen Gesichtspunkten in die Archipele Melanesien, Polynesien und Mikronesien unterteilt.

Die am Pazifik und an seinen Randmeeren liegenden Küstenstaaten sind:
Russland, Japan, Nordkorea, Südkorea, Volksrepublik China, Taiwan, Philippinen, Vietnam, Thailand, Kambodscha, Malaysia, Brunei, Palau, Mikronesien, Marshallinseln, Australien, Neuseeland, Papua-Neuguinea, Salomonen, Vanuatu, Nauru, Tuvalu, Kiribati, Fidschi, Tonga, Samoa, Chile, Peru, Ecuador, Kolumbien, Panama, Costa Rica, Nicaragua, Honduras, El Salvador, Guatemala, Mexiko, USA, Kanada.

Weitere Informationen:

Pegel

Eine Vorrichtung an einer Küstenstelle (und an einigen Stellen in der Tiefsee), die laufend die Höhe des Meeres in Bezug auf das angrenzende Land messen. Der Durchschnitt über die Zeit des so aufgezeichneten Meeresspiegels ergibt die beobachtete relative Meeresspiegeländerung.

Pelagial

Bereich des freien Wassers in einem Meer oder einem Binnensee. Die oberste, von Licht durchflutete Schicht wird epipelagial genannt. Hier entwickelt sich das Phytoplankton. Die zur Tiefsee gehörenden Regionen werden zwischen 800 und 2.400 m Tiefe als hemipelagial, die noch tieferen als eupelagial bezeichnet. Die im Pelagial vorherrschenden Organismen stehen nicht mehr mit dem Meeresgrund in Verbindung. Sie bildeten besondere Fähigkeiten aus, etwa wie das Plankton zu schweben oder wie das Nekton (Fische, Krebstiere u. a.) aktiv, auch gegen die Strömung, zu schwimmen. Das Pleuston existiert auf der Wasseroberfläche als eine Lebensgemeinschaft von Schwimmpflanzen und -tieren.

Photosynthese

Grundlegende Stoffwechselreaktion chlorophyllhaltiger (autotropher) Organismen (Samenpflanzen, Farne, Moose, Algen, Cyanobakterien und andere phototrophe Bakterien), bei der aus anorganischen Stoffen unter katalytischer Mitwirkung des Blattgrüns und unter Ausnutzung der Sonnenenergie organische Stoffe (Kohlehydrate) aufgebaut werden. Die Photosynthese verläuft nach der Gleichung:

6 CO2 + 6 H2O Pfeil C6H12O6 + 6 O2

Bei dieser oxygenen Photosynthese wird Wasser gespalten. Der heutige Sauerstoffgehalt der Atmosphäre (21%) beruht allein auf der Sauerstofffreisetzung durch die Photosynthese. Ohne den freigesetzten Sauerstoff und die aufgebaute Glucose wäre ein Leben für Tiere und Menschen auf der Erde unmöglich. Die Photosynthese ermöglicht eine Primärproduktion, von der letztlich auch die nicht zur Photosynthese fähigen heterotrophen Organismen leben.

Planetarische Zirkulation

Syn. allgemeine Zirkulation der Atmosphäre; nach Weischet (1977) der mittlere Zirkulationsmechanismus in der Lufthülle der Erde, welcher sich, von der solar bedingten unterschiedlichen Energiezufuhr in Gang gesetzt, zum großräumigen Ausgleich von Masse, Wärme und Bewegungsenergie unter den erdmechanischen und geographischen Bedingungen einstellt. Danach ist die planetarische Zirkulation der mittlere Ablauf eines weltweiten Austauschvorganges in der Atmosphäre.

Die planetarischen Wind- und Luftdruckgürtel Die planetarischen Wind- und Luftdruckgürtel Quelle: http://www.medienwerkstatt-frank.de/Beispiele/
Plankton

[Altgriechisch "das Dahintreibende"]; Sammelbegriff für alle Organismen sowie deren Eier und Entwicklungsstadien, die sich in Seen oder Meeren schwebend aufhalten. Diese Mikroorganismen und kleinwüchsigen Pflanzen und Tiere vermögen sich nicht mit eigenen Mitteln und eigener Kraft fortzubewegen oder Wasserströmungen zu widerstehen. Größere Angehörige tierischen Planktons vermögen allerdings z.T. ausgedehnte, periodische Vertikalwanderungen durchzuführen. Die zum Plankton gehörenden Lebewesen bezeichnet man als Planktonten oder Plankter. Ein übliches Gliederungskriterium des äußerst heterogenen Planktons ist die Unterscheidung nach Phytoplankton (pflanzliches Plankton) und Zooplankton (tierisches Plankton).

Das assimilatorisch aktive Phytoplankton ist, was seine Biomasse und seine Produktionsmenge anbetrifft, der Hauptträger der marinen Primärproduktion. Es besteht fast ausnahmslos aus mikroskopisch kleinen, einzelligen Organismen, deren Aufenthaltsraum jener bis in ca. 200 m Tiefe reichende Wasserkörper ist, in dem das für die Photosynthese erforderliche Sonnenlicht zur Verfügung steht. Die Vermehrung der dahintreibenden Einzeller erfolgt vorwiegend durch deren vegetative Zweiteilung. Die Intensität dieser sogenannten Phytoplanktonblüte ist abhängig von der Einstrahlung des Sonnenlichts, vom Angebot an CO2, von der Düngung, d.h. vom Gehalt des Wassers an stickstoff-, phosphor- und schwefelhaltigen Anionen, sowie - im Falle der Kieselalgen (Diatomeen) - von der Verfügbarkeit der Kieselsäure, die sie für ihre aus SiO2 bestehende Zellenhülle benötigen.
Mit bloßem Auge betrachtet, hinterläßt eine angereicherte Phytoplanktonprobe den Eindruck einer braun-grünlichen Suppe. Erst mit dem Mikroskop wird der Reichtum an formschönen bis bizarren Gestalten deutlich. Zu den größeren Vertretern des Phytoplanktons gehören Diatomeen und Dinoflagellaten, zu den kleineren die Flagellaten.
Die Verteilung des Phytoplanktons im Meer wird seit 1979 von speziellen satellitengestützten Instrumenten gemessen. Diese Instrumente, sogenannte Ocean Colour Scanner messen die Farbe des Meeres. Die Meeresfarbe ist proportional zur Menge der oberflächennahen Chlorophyllpigmente mit Ausnahme der sedimentreichen Gewässer in unmittelbarer Küstennähe. Die Menge des Chlorophylls wiederum ist proportional zur Menge des Phytoplanktons im Wasser. Wasser mit viel Phytoplankton ist grün, reines Ozeanwasser erscheint tief marineblau.

Das Phytoplankton ist ein sehr bedeutender Sauerstofflieferant. Ferner entwickeln sich auf Kosten des Phytoplanktons das heterotrophe Zooplankton, wie auch höhere marine Tiere.
Das aus heterotrophen Konsumenten zusammengesetzte Zooplankton ist, hinsichtlich Größe und systematischer Zugehörigkeit deutlich vielfältiger als das Phytoplankton. Zum Zooplankton gehören Protozoen (Einzeller), kleine Krebstiere, Quallen, Würmer und Mollusken sowie die Eier und Larven vieler meeres- und süßwasserbewohnender Tierarten.
Alle Planktonten sind wichtige Glieder der Nahrungsketten. Viele Fische und die Bartenwale ernähren sich ausschließlich von Plankton.

Pleistozän

Das Eiszeitalter der jüngeren Erdgeschichte, das vor ca. 2,3 Millionen Jahren einsetzte und vor ca. 10.000 Jahren vom Holozän abgelöst wurde. Das Pleistozän ist durch wenigstens 4 Eiszeiten und dazwischen liegende Warmzeiten geliedert.

Pollenanalyse

Pflanzengeographische Methode zur Ermittlung der historischen Floren- und Vegetationsverhältnisse anhand von fossil abgelagerten Pollenkörnern und Sporen. Ermöglicht wird die Pollenanalyse durch die Resistenz der Pollenkörner gegenüber Zersetzung. Besonders unter anaeroben Bedingungen, wie sie in Sedimenten, Torfen etc. herrschen können, sind die Außenwände des Pollens (Exine) extrem haltbar. Die charakteristisch ausgeprägten Strukturen der Exine ermöglichen eine systematische Zuordnung zu den entsprechenden Pflanzensippen. Für die Pollenanalyse genutzt wird vor allem der Pollen windblütiger Pflanzenarten, weil nur dieser flächendeckend verbreitet und sedimentiert wird. Daraus folgt, dass die Pollenanalyse kein reales Abbild der wahren Vegetationsverhältnisse vergangener Perioden rekonstruieren kann, da z.B. der Pollen insektenblütiger Arten keine vergleichbar starke Verbreitung findet. Anhand der Mengenverhältnisse bestimmter Pollengruppen können Rückschlüsse auf die nacheiszeitliche Klimaentwicklung sowie auf menschliche Einflüsse auf die Pflanzendecke gezogen werden. Dies wird dadurch ermöglicht, dass sowohl die wichtigsten Baumarten Mitteleuropas wie auch die Süßgräser zu den windblütigen Pflanzensippen gehören.

Besonders für die Abschätzung anthropogener Einflüsse wie Rodungen oder die Zunahme von Ackerflächen spielt das Verhältnis von Baumpollen zu Nichtbaumpollen (NBP) eine wichtige Rolle. Die Bestimmung von Pflanzenarten anhand ihres Pollens kann sehr schwierig sein, daher erfolgt teilweise eine Zusammenfassung zu Gruppen (z.B. Gräserpollen). Durch Pollendiagramme lässt sich besonders gut die nacheiszeitliche Vegetationsentwicklung und der Wechsel der dominierenden Gehölze darstellen. Dies wird ermöglicht durch mächtige Torflagerstätten, die durch ihr permanentes Wachstum während des Holozäns ein lückenloses Pollenarchiv darstellen können. Bei dieser Darstellungsform werden Mengenanteile von Pollen gegen eine Zeitskala aufgetragen. Diese Zeitskala wird häufig in Pollenzonen unterteilt. Pollenzonen kennzeichnen die Mengenverhältnisse von Pollen, die durch die Gesamtheit von klimatischen, ausbreitungsbiologischen und anthropogenen Faktoren bedingt werden. Eine wichtige Anwendung der Pollenanalyse ist die Datierung von Torfen, Sedimenten oder Böden.

Hasel- und Eichenpollen zeigen eine Warmzeit an, Kiefern und Birken wachsen dagegen stärker in Kaltzeiten. Findet man frostempfindliche Pflanzenpollen wie Ilex und Efeu, müssen die Winter relativ mild gewesen sein.

Pollendiagramm aus dem Meerfelder Maar (Eifel)
von 15.000 vor heute bis zur Gegenwart

Anhand der Pollenfunde im Meerfelder Maar in der Eifel lassen sich die verschiedenen Zeitabschnitte charakterisieren: Die in der Eiszeit entstandenen Sedimente enthalten Birken-, Kiefern-, Süßgras- und Kräuterpollen. Die Baumpollen machen nur einen kleinen Teil der gefundenen Pollen aus. Es gab keine Wälder. Die Klimaerwärmung zeigt sich an der Zunahme von Hasel- und Eichenpollen.

Quelle: http://www.deutsches-museum.de/dmznt/klima/antarktis/messungen/eis/

 
Primärproduktion

Menge der Biomasse, die von den grünen Pflanzen, somit auch vom pflanzlichen Plankton, aus anorganischen Verbindungen während einer bestimmten Zeitspanne aufgebaut wird. Dieser Prozess vollzieht sich ganz überwiegend mit Hilfe der Photosynthese, die im Wasser nur in den oberen, lichtdurchfluteten Schichten möglich ist. Einige wenige, relativ einfache Lebensformen stellen mit Hilfe der Chemosynthese direkt aus energiereichen anorganischen Molekülen in ihrer Umgebung nutzbare Energie her und tragen zur Primärproduktion bei.

Primärproduktion wird oft als die in Gramm angegebene Masse oder das Trockengewicht von organischem Kohlenstoff definiert, der unter einem Quadratmeter Meeresoberfläche pro Zeiteinheit (gC/m²/Zeiteinheit) entstanden ist. Obwohl 71 % der Erdoberfläche vom Meer bedeckt sind, entfallen auf die Ozeane nur ca. 44 % der gesamten Bruttoproduktion der Biosphäre und lediglich ca. 32 % von der Nettoproduktion. Die Hauptmenge mariner Produktion leisten die mikroskopischen Algen des Phytoplanktons mit ca. 95 %.

Primärproduktion im Meer vollzieht sich vor allem in Auftriebsgebieten, in denen aufquellendes Tiefenwasser die Nährstoffe (vor allem Phosphat, Nitrat und Silikat) in die euphotische Zone liefert. Das Silikat-Ion SiO4- wird für den Aufbau der äußeren Schale der einzelligen pflanzlichen Diatomeen und des Skeletts einiger Protozoen benötigt.

Primärproduktion stellt die erste Stufe trophischer (die Nährstoffversorgung betreffend) Ebenen innerhalb einer Nahrungskette - z.B. vom Phytoplankton zum Killerwal - dar. Die durchschnittliche Effizienz des Energietransfers von einer trophischen Stufe zur nächsten innerhalb einer Nahrungskette im offenen Meer beträgt etwa 10 Prozent. Würde darüber hinaus ein Mensch ein Kilogramm an Körpergewicht zunehmen wollen, benötigte er 10 kg Lachs. Die jeweils nächstniedrigere Stufe müsste folgende Massen bereitstellen um das erstgenannte Ziel zu erreichen: 100 kg kleine Fische, 1.000 kg fleischfressendes Zooplankton, 10.000 kg pflanzenfressendes Zooplankton, 100.000 kg Phytoplankton. Der 90-prozentige Energieverlust auf jeder Trophiestufe erklärt sich aus dem Energiebedarf für Stoffwechselvorgänge, Atmung, Bewegung, Fortpflanzung, Fütterung und Wärmeverlust.

In Auftriebsgebieten ist die Nahrungskette kürzer, da die dort fischereiwirtschaftlich wichtigen Fische wie Anchoveta und Sardinen direkt Phytoplankton aufnehmen und so die Effizienz deutlich erhöhen können. Dies ist auch eine Erklärung für den dortigen Fischreichtum.

Bitte beachten Sie auch die Abbildungen zu Formen des Planktons im Anhang.

Proxydaten

Auch Proxy oder Proxy-Klimaindikator; dies sind näherungsweise Daten über hydrologische und meteorologische Bedingungen in historischen und prähistorischen Zeiten, die unter Anwendung physikalischer und biophysikalischer Methoden aus der Analyse von lokalen Datenquellen, den Proxies gewonnen werden. Solche Indikatoren für Paläoklima sind Eisbohrkerne, Pollen, Warven, Baumringe, Speläotheme, Eigenschaften von Korallen, Hinweise auf Gletscherstände, historische Quellenangaben, Ernteertragszahlen, phänologische Phasen, Vereisungs- und Hochwasserangaben, Zerfallseigenschaften von Isotopen. Meist wird bei der Analyse nach dem Prinzip des Aktualismus verfahren.

Zeitlicher Bereich und potentieller Informationsgehalt von paläoklimatischen Proxies
Proxy-Typ Proben-
Intervall
(min.)
Zeitbereich
(Einheit: a)
Temp. Niederschlag
oder Wasserbilanz
Chem. Zusam-
mensetzung
(Luft oder Wasser)
Biomasse
oder Vegetation
Vulkan-
ausbrüche
Meeres-
spiegel
Sonnen-
Aktivität
Historische Aufzeichnungen d/h ~103 X X X X X X X
Baumringe a/Jahreszeit ~104 X X 0 X X 0 X
Seesedimente a - 20 a ~104~106 X X 0 X X 0 0
Korallen a ~104 X X X 0 0 X 0
Eisbohrkerne a ~5 X 105 X X X X X 0 X
Pollen 20 a ~105 X X 0 X 0 0 0
Speleotheme 100 a ~5 X 105 X X X 0 0 0 0
Loess 100 a ~106 0 X 0 X 0 0 0
Geomorphologische Charakteristika 100 a ~106 X X 0 0 X X 0
Meeressedimente 500 a ~107 X X X X X X 0
Quelle: http://www.ngdc.noaa.gov/paleo/ctl/about2.html#proxies (übersetzt)

Proxydaten werden zu Zeitreihen aufbereitet und mit statistischen Methoden kalibriert, d. h. zu Klimaparametern (Hilfsgrößen) in Beziehung gesetzt. Zeitreihen aus natürlichen Archiven reichen Tausende, ja Hunderttausende von Jahren in die Vergangenheit zurück. Ihr zeitliches Auflösungsvermögen ist jedoch für historische Klimawirkungsforschung unzureichend, die auf zeitlich hoch aufgelöste jahreszeitliche oder monatliche Daten angewiesen ist. Wesentlich größere Bedeutung kommt diesbezüglich den frühinstrumentellen Messreihen der Temperatur und des Niederschlags zu, die von Meteorologen aufgearbeitet und homogenisiert, d. h. mit den späteren Messungen vergleichbar gemacht worden sind. Die längste dieser Messreihen, jene von Zentralengland, reicht bis ins Jahr 1659 zurück.

Für die Daten aus den Archiven der Gesellschaft hat sich seit einigen Jahren der Begriff documentary data eingebürgert. Der Begriff des Dokuments für diese Quellengattung ist insofern gut geeignet, als er neben Text- auch Bild- und Tondokumente einschließt. Wer genau hinsieht, kann außerdem Informationen über das Klimageschehen in alten Karten, Plänen, Zeichnungen und Gemälden finden - man denke nur an die Winterszenen auf den Gemälden von Pieter Breughel d.Ä. aus dem 16. Jahrhundert oder an Jahreszeitenbilder, auf denen erstmals im 14. Jahrhundert realistisch Schnee dargestellt wurde.

„Proxi“ war ursprünglich ein Etikett, das Klimatologen den biotischen Aufzeichnungen wie Pollen gaben, weil daraus das Klima nur approximativ, also annähernd zu ermitteln ist.

Pyknokline

Dichtesprungschicht, in der sich eine starke vertikale Veränderung der Dichte vollzieht. Sie liegt gewöhnlich in Tiefen zwischen 300 m und 1.000 m Tiefe. Ist eine Pyknokline ausgebildet, so stellt sie eine sehr starke Behinderung für die Mischung der oberen, weniger dichten Wasserschicht (Deckschicht) und der darunter liegenden, dichteren Wasserschicht dar. So stellt sie den Boden für die Oberflächenzirkulation mit ihren saisonalen Temperatur- und Salinitätsänderungen dar. Nur in höheren Breiten und in Polarregionen, wo gewöhnlich keine Pyknokline und keine Deckschicht ausgebildet sind, sind Tiefenwässer der Atmosphäre ausgesetzt und können Gase (z.B. CO2) austauschen.
Die Pyknokline entsteht aus der kombinierten Wirkung der Thermokline und der Halokline, da sowohl Temperatur, wie auch Salzgehalt die Dichte beeinflussen.

eutrophication

Pyknokline

Die Schichtung in diesem Schema verläuft horizontal zwischen der trophogenen Zone (obere, helle, salzarme, warme Schicht) und der tropholytischen Zone (untere, dunkle, salzreiche, kalte Schicht) (engl. Beschriftung)
Die Abtrennung wird durch die Pyknokline mit ihrem markanten, vertikal verlaufender Dichtegradienten gewährleistet.

Quelle: Wikipedia, 18.11.10

Q

R

Radiokarbonmethode

Syn. 14C-Datierung; physikalisches Verfahren zur absoluten Altersbestimmung; es basiert auf dem Zerfall des radioaktiven Kohlenstoff-Isotops 14C, eines kosmogenen Nuklids. Dieses verteilt sich in der Atmosphäre und unterliegt dem Zerfall, sodass sich eine Gleichgewichtskonzentration einstellt. Entsprechend assimilieren Organismen das 14C. Nach deren Absterben zerfällt es mit der Zeit ohne Nachlieferung bei konstanter Rate (Halbwertszeit von 5730±40 Jahre). Auch Sedimente nehmen 14C durch Carbonatausfällung auf. Als datierbare Materialien eignen sich alle Organika (bes. Holz, Knochen), Kalkfossilien, Travertin, Keramik, Eis und Grundwasser.

Für die Messung wird der Kohlenstoff einer Probe extrahiert und die 14C-Konzentration entweder indirekt als Beta-Strahlung oder durch Direktmessung (Beschleunigungsmassenspektrometrie, AMS) erfasst. Probleme ergeben sich aus Messungenauigkeiten, durch Kontamination der Probe mit älterem oder jüngerem Kohlenstoff und daraus, dass die primäre Produktion im Laufe der Erdgeschichte nicht konstant war, was eine Eichkurve nötig macht (Dendrochronologie). Aufgrund dieser Probleme und der exponentiellen Zerfallskurve des 14C ist der erfassbare Zeitraum auf 30-50.000 Jahre, in günstigsten Fällen etwas mehr, beschränkt. Präzise Eichkurven gibt es für ca. 12.000 Jahre. Innerhalb dieses Zeitraums können Alter in kalibrierte Daten (Kalenderjahre) umgerechnet werden.

Radiometer

Gerät zur Feststellung und Messung von Wärmeenergiestrahlung, insbesondere von Infrarotstrahlung. Ein Radiometer besteht im Wesentlichen aus einem teilweise evakuierten (leergepumpten) Glas- oder Quarzgefäß, in dem sich eine einseitig berußte Glimmerplatte und ein Gegengewicht befinden. Beide sind an einem Quarzfaden aufgehängt. Wenn die zu messende Strahlung auf die Glimmerplatte trifft, werden die beiden Seiten unterschiedlich aufgeheizt. Durch diesen Prozess werden im Prinzip die statistisch auftreffenden Gasmoleküle mit verschiedenen Geschwindigkeiten reflektiert. Die dabei wirkenden Radiometerkräfte verursachen eine Ablenkung der Platte. Diese Auslenkung lässt sich mit Hilfe eines Drehspiegels mit Lichtzeiger sichtbar machen.

Satelliten-gestützte Radiometer erfassen die von der Erde emittierte Infrarotstrahlung. Die Messdaten dienen der Erzeugung von Infrarotbildern, die die Verteilung der Meeresoberflächentemperaturen und die Bewölkung darstellen können. Ein solches Instrument ist das Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) an Bord von NOAA-Satelliten.

Red Tide

Ein eher populärer Ausdruck für das korrektere algal bloom (Algenblüte), eine natürlicherweise auftretende, anomal hohe Konzentration der Alge Gymnodinium breve. Dieser Organismus produziert ein Toxin, das das zentrale Nervensystem beeinträchtigt, sie dadurch lähmt und ihr Atmen verhindert. Wenn diese Algen sich stark vermehren ("Blüte"), sind sie als oft rote Flecken im Ozean erkennbar. Zum Ausbruch einer Red Tide ist die Kombination bestimmter Temperatur- und Salinitätswerte sowie bestimmte Nährstoffkonzentrationen nötig, wobei die genauen Zusammenhänge noch ungeklärt sind.

Red Tide, NZ

Red Tide

Eine nicht-toxische rote Algenblüte von Noctiluca scintillans in Neuseeland.
(M. Godfrey)

Quelle: Woods Hole Oceanographic Institute

Rift Valley Fieber

Syn. Rifttalfieber; eine durch Arboviren hervorgerufene, fieberhafte Leberentzündung bei Schafen, Rindern und Ziegen im östlichen, südlichen und nördlichen Afrika. Die Viren werden durch Moskitos übertragen, welche sich besonders gut in stehendem Wasser entwickeln.  Das Rifttalfieber kann auch auf Menschen übertragen werden. Symptome des Rifttalfiebers sind vor allem plötzliches Fieber, Nasenausfluss, Durchfall und Übelkeit. Anfang 1998 gab es in Ostafrika einen Ausbruch von Rifttalfieber, der wahrscheinlich durch heftige Regenfälle verursacht wurde. Laut offiziellen (wenn auch ungenauen) Schätzung wurden 89.000 Menschen infiziert, ca. 200 starben, und etwa 90% der Herdenbestände gingen ein. Es gibt Hinweise darauf, dass die starken Regenfälle in Verbindung mit El Niño stehen, insbesondere wenn sich neben dem Pazifik auch der westliche Indik anomal erwärmt.

Rossbreiten

Bezeichnung für den subtropisch-randtropischen Hochdruckgürtel, der aus mehreren in dieser Zone auftretenden, dynamischen und somit hochreichenden Hochdruckgebieten besteht. Es ist der Bereich, in dem der polwärtige Ast der Hadley-Zelle absteigt. Die absteigende Luft bewirkt Wolkenauflösung und in der Folge Niederschlagsarmut. Die Zone ist ausgesprochen windarm (Kalmenzone). Zur Zeit der Segelschifffahrt war ein Weiterkommen extrem erschwert, die mitgeführten Rösser aus Wassermangel verendeten oder notgeschlachtet werden mussten.

Rossby-Welle

Im Unterschied zu gewöhnlichen Oberflächenwellen eine große Aufwölbung der gesamten Ozeanmasse, die Signale von einem Ufer zu einem anderen transportiert und dies über einen Zeitraum von Wochen, Monaten und Jahren.

So wie Kelvin-Wellen entstehen, wenn sich ein El Niño herausbildet, so entstehen Rossby-Wellen wenn er sich auflöst. Diese Wellen bewegen sich dann westwärts und tragen dazu bei, dass sich die Thermokline wieder in den Normalzustand einpendelt - tief im Westen (downwelling) und hoch im Osten des Pazifiks.

Signale von Rossby-Wellen an der Meeresoberfläche sind schwer nachzuweisen, da sie Höhenänderungen von weniger als 10 cm und Wellenlängen von hunderten bis tausenden von Kilometern aufweisen. Allerdings sind die TOPEX/POSEIDON-Höhenmesser präzise genug, um dies zu leisten. Entsprechend der Wellenlänge können mehrere Wellenkämme entlang eines Breitenkreises auftreten.

Rossby- und Kelvin-Wellen lassen sich auch anhand der Verlagerung der Thermokline nachweisen. Technisch geschieht dies mit Hilfe der Bojen des TAO-Messnetzes.

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Rossby-Wellen ist abhängig von der geographischen Breite, in jedem Falle aber deutlich geringer als die der Kelvin-Wellen. In Äquatornähe benötigt eine Rossby-Welle ca. 9 Monate, um das pazifische Becken zu durchqueren, in 12° N/S dauert es bereits ca. 4 Jahre. Beständige Passat-Winde gelten als Voraussetzung für die Entstehung von Rossby-Wellen.

Rossby-Wellen spielen in einem Erklärungsmodell für ENSO eine wichtige Rolle.

Rossby-Wellen sind nach dem schwedischen Meteorologen Carl-Gustaf Rossby benannt, der 1930 als Erster diese Wellenart in der Atmosphäre entdeckte.

Rückkopplung

Eine in sich geschlossene Kette von Ursachen und Wirkungen. Generell gehen Rückkopplungen von einer Zustandsgröße aus über Flüsse und Entscheidungsglieder und wirken auf die Zustandsgröße so zurück, daß sich diese ändert. Bei einer negativen Rückkopplung wird eine Veränderung so weitergegeben, daß sich eine weitere Veränderung gegensinnig zur ursprünglichen Veränderung ergibt. Diese wird demnach reduziert oder gedämpft. Eine positive Rückkopplung entsteht, wenn eine Veränderung so weitergegeben wird, daß sich eine gleichsinnige, noch stärkere Veränderung ergibt. Positive Rückkopplungen tendieren zu ungebremstem Wachstum, während negative Rückkopplungen das Wachstum regulieren und dazu tendieren, ein System in akzeptablem Zustand zu halten bzw. es zu stabilisieren.

S

Salinität

Engl. Sea Surface Salinity (SSS); Begriff zur Bezeichnung des Salzgehaltes des Meerwassers. Salinität wird angegeben in Gramm des gesamten, in einem kg Wasser gelösten Salzes. Sie wird gewöhnlich durch die Messung der elektrischen Leitfähigkeit des Meerwassers bestimmt. Je höher die Salinität, umso geringer ist der Widerstand oder umso größer ist die Leitfähigkeit der untersuchten Meerwasserprobe. Meersalz, eine Kombination aus verschiedenen Salzen, entstammt vorwiegend drei Quellen: Vulkanausbrüchen, chemischen Reaktionen zwischen Meerwasser und heißen, neu gebildeten Krustengesteinen sowie Verwitterungsvorgängen auf Land. Die Zusammensetzung des Meersalzes ist seit Hunderten von Millionen Jahren, möglicherweise seit Milliarden Jahren konstant.

Der Grad der Salinität wird mit Hilfe der "Praktischen Salinitätsskala" (Practical Salinity Scale) angegeben und hat keine Einheitenbezeichnung.

Zu Dichteunterschieden des Meerwassers trägt die Salinität üblicherweise in geringerem Maße als die Temperatur bei. Falls aber salzhaltigeres Wasser über salzärmerem Wasser liegt, dann muss die Temperaturdifferenz zwischen beiden groß genug sein, um eine stabile Schichtung (weniger dichtes Wasser über dichterem Wasser) zu gewährleisten. Polnahes Meerwasser weist die höchsten Salzgehalte weltweit auf. Trotz der Offenheit der Struktur des Eises passen die meisten Unreinheiten (Salz) nicht zwischen seine Molekularstruktur. Deshalb "fällt" beim Gefriervorgang Salz "aus" -  Süßwassereis entsteht, nicht gefrorenes Wasser wird salzhaltiger.

Die Oberflächensalinität im Pazifik spiegelt deutlich die Einflüsse der planetarischen Zirkulation der Atmosphäre wider. Wolkenbildung und starker Niederschlag erfolgt in Gebieten mit aufsteigender Feuchtluft, welche verknüpft sind mit niedrigem Luftdruck über der Meeresoberfläche, Bedingungen, wie man sie in der ITK und in subpolaren Gebieten polwärts von 40° antrifft. Oberflächensalinität ist niedrig wo der Niederschlag hoch ist. Verdunstung und damit die Oberflächensalinität sind hoch, wo die Luft wie in den Hochdruckgebieten trocken ist.

Temperatur- und Salinitätsverhältnisse in Vertikalschnitten der
oberen 1.500 m im Pazifik als Funktionen von geographischer Breite
und Wassertiefe; ganz rechts das Nordpolarmeer Temperatur- und Salinitätsverhältnisse in Vertikalschnitten der oberen 1.500 m im Pazifik als Funktionen von geographischer Breite und Wassertiefe; ganz rechts das Nordpolarmeer

Die höchste Temperatur in den Tropen liegt über 28 °C. Unter 1.200 m Wassertiefe ist die Temperatur unter 4 °C. Die permanente Thermokline ist der Bereich mit rascher Temperaturänderung. Er liegt in den Tropen in 150 - 600 m Tiefe.
Auch die Salinität unterliegt in den oberen 500 m großen Veränderungen, hauptsächlich durch das Wechselspiel von Niederschlag und Verdunstung bedingt. Im Bereich von 800 bis 1.500 m Tiefe ist die Salinität mit 34,5 im größten Teil des Pazifik recht einheitlich.

Da die Temperatur die vertikalen Dichteunterschiede im Ozean dominiert, nimmt sie fast überall mit zunehmender Tiefe ab. Demgegenüber ist die Salinitätsverteilung komplexer. Es können Schichten mit salzhaltigerem Wasser über frischerem Wasser liegen und umgekehrt. In S-N-Schnitten reicht die hohe Salinität im Bereich der Verdunstungsgebiete bis hinunter zur Thermokline. Auch das mit der ITK verbundene frischere Wasser ist ziemlich tiefreichend. Unter dem salzreicheren Oberflächenwasser befindet sich eine Schicht mit salzärmerem Wasser, die sich von den regnerischen, subpolaren Breiten bis zum Äquator erstreckt. Darunter ist der tiefe Pazifik mit salzreicherem Wasser angefüllt, das den antarktischen und nordatlantischen Tiefenwassern entstammt.
Entlang des Äquators ist die Oberflächensalinität im westlichen Pazifik als Folge der hohen Niederschläge am geringsten. Bei El Niño-Ereignissen verlagert sich diese Zone in den zentralen und östlichen Pazifik.
Die Salzgehaltsbestimmung erfolgt über Schöpferproben aus dem Chloridgehalt mit einem Titrationsverfahren. Genauer sind Bestimmungen über eine Messung der elektrischen Leitfähigkeit. Bei profilierenden Messungen (z.B. Erstellung von Tiefenprofilen) werden CTD-Sonden eingesetzt.

Der Grad der Salinität wird seit 1978 mit Hilfe der "Praktischen Salinitätsskala" (Practical Salinity Scale, PSS78) angegeben und hat keine Einheitenbezeichnung, obwohl darunter natürlich die Masse Salz in g pro kg Meerwasser verstanden werden muß.

S = 0,0080 - 0,1692 · K151/2 + 25,3851 · K15 + 14,0941 · K153/2 - 7,0261 · K15 2 + 2,7081 · K155/2

Dabei ist K15 das Leitfähigkeitsverhältnis der Meerwasserprobe zu einer definierten Kaliumchlorid-Referenzlösung (Standardmeerwasser). Die PSS78-Gleichung gilt für Salzgehalte zwischen 2 und 42 und nur für Messungen bei 15 °C und einer "Standardatmosphäre" von 1013,25 hPa. Für die Umrechnungen von anderen Temperaturen und Drucken auf K15 existieren Algorithmen. Die PSS78-Definition hat gegenüber den früheren chemischen Gleichungen den Vorteil, dass sie a) unabhängig von der genauen Kenntnis der ionalen Zusammensetzung des Meerwassers ist, b) die Grundlage für die Berechnung wesentlich genauerer Dichtewerte bildet und c) für in situ-Messungen mittels CTD-Sonden angewendet werden kann. Die Eichung solcher Sonden sowie die Messung des Salzgehaltes in Einzelproben erfolgt heute ausschließlich mit Hilfe von Salinometern unter Verwendung von Standardmeerwasser. Die in der Ozeanographie verbreiteten Instrumente verwenden die galvanische  (über Elektroden) oder induktive Meßmethode. Moderne Salinometer erzielen Genauigkeiten von S = 0,001.Zu Dichteunterschieden des Meerwassers trägt die Salinität üblicherweise in geringerem Maße als die Temperatur bei. Falls aber salzhaltigeres Wasser über salzärmerem Wasser liegt, dann muss die Temperaturdifferenz zwischen beiden groß genug sein, um eine stabile Schichtung (weniger dichtes Wasser über dichterem Wasser) zu gewährleisten. Polnahes Meerwasser weist die höchsten Salzgehalte weltweit auf. Trotz der Offenheit der Struktur des Eises passen die meisten Unreinheiten (Salz) nicht zwischen seine Molekularstruktur. Deshalb "fällt" beim Gefriervorgang Salz "aus" -  Süßwassereis entsteht, nicht gefrorenes Wasser wird salzhaltiger.

Sea surface salinity - Long-Term Composite Image: 25 August 2011 to 07 July 2012

Sea surface salinity data taken by the NASA Aquarius instrument. Reds show higher salinity (40 g/kg) and purples show relatively low salinity (30 g/kg). Low salinity values immediately adjacent to land and ice-covered areas are due to proximity to coastlines or ice edges, which introduces errors into the data. The maps show several well-known ocean salinity features such as higher salinity in the subtropics; higher average salinity in the Atlantic Ocean compared to the Pacific and Indian oceans; and lower salinity in rainy belts near the equator, in the northernmost Pacific Ocean and elsewhere. These features are related to large-scale patterns of rainfall and evaporation over the ocean, river outflow and ocean circulation.

Zu größerer Darstellung auf Grafik klicken - Quelle: NASA

 

Die Salinität der Meere wird mit Hilfe satellitengestützter Mikrowellenradiometer gemessen (beginnend mit dem Start von SMOS 2009, danach Aquarius 2011), sowie mit in-situ-Methoden wie profilierenden Treibkörpern oder fest verankerten Bojen.
Bis zum Start von SMOS war es sehr schwierig und teuer, die Meeressalinität (Sea Surface Salinity, SSS) zu messen, so dass die Kenntnisse über die räumliche Verteilung und die zeitliche Variabilität noch sehr gering sind. Numerische Modelle sind daher von entscheidender Bedeutung um diesen Parameter abzuschätzen. Mit einem ozeanischen mixed-layer-Modell (zwischen 50 und 1.000 m Tiefe) kann die Meeressalinität abgeschätzt werden, indem man modellhaft externe Einflüsse wie z. B. Winde, Niederschlag/Verdunstung, Abflussmengen von Flüssen usw., wie auch interne Einflüsse (horizontaler Transport, vertikale Durchmischung usw.) modellhaft darstellt.

Salinometer

Instrument zur Messung der Salinität einer Lösung. Es gibt zwei Haupttypen: Der eine ist ein Hydrometer zur Messung der Dichte von Flüssigkeiten. Der andere ist ein Gerät zur Messung der elektrischen Leitfähigkeit der Lösung.

Sardellen

Fischart, zur Familie der Heringsfische gehörend mit 15 Gattungen und etwa 100 Arten, u.a. die vor Chile und Peru gefangene Südamerikanische Sardelle (Engraulis ringens). Gelegentlich wird für die Südamerikanische Sardelle der Name Anchovis verwendet, eine Bezeichnung, die für die Europäische Sardelle üblich ist.

Sardellen haben einen schlanken Körper mit rundem Querschnitt. Die Oberseite ist grünlich bis bläulich, die Unterseite und die Seiten sind wie beim Hering silbrig gefärbt. Charakteristisch ist das große, unterständige Maul mit stark vorspringendem Oberkiefer.

Sardellen leben als Schwarmfische in den Küstengebieten der tropischen und gemäßigten Meere, wo sie sich meist von tierischem Plankton ernähren. Manche Arten trifft man auch im Süß- oder Brackwasser an. Aufgrund ihres Massenauftretens haben Sardellen erhebliche wirtschaftliche Bedeutung, u. a. hinsichtlich der Herstellung von Fischmehl und -öl.

Sardinen

Gattung (Sardina) der Heringe mit einer Art. Die an europäischen und nordwestafrikanischen Küsten vorkommenden Sardinen bilden riesige Schwärme und sind von großer fischereiwirtschaftlicher Bedeutung.

Die Falschen Sardinen bilden eine andere Gattung (Sardinops) und besiedeln die Tropen und Subtropen.

Sauerstoff-Isotopen-Verfahren

Methode zur zur Aufstellung von Paläotemperaturkurven, angewandt an Bohrkernen aus marinen oder limnischen Sedimenten und Gletschereis (Eiskernbohrungen). Das Sauerstoffisotopenverfahren ist eines der wichtigsten Hilfsmittel zur Rekonstruktion der quartären Klimageschichte. Sie beruht auf dem temperaturabhängigen Mengenverhältnis des in die Kalkschalen von Organismen (am geeignetsten sind Foraminiferenschalen) oder im Gletschereis eingebauten Sauerstoffisotops 16O gegenüber dem schwereren Sauerstoffisotops 18O. Außer der Ermittlung der Temperaturen des Bildungsmilieus zu den Lebzeiten der Organismen oder der Entstehung des Gletschereises erlaubt die Sauerstoff-Isotopenanalyse an Tiefseebohrkernen, auch in über das Quartär gleichbleibend warmen Meeresbereichen, Rückschlüsse auf das Volumen der weltweiten Eismassen, da die stärker von der Meeresoberfläche verdunstenden 16O-Isotope während der Kaltzeiten in den Gletschern der Erde zurückgehalten und angereichert wurden, während sich ein höherer Anteil schwererer 18O-Isotope in den Fossilien der marinen Sedimente einstellte.

Sauerstoffminimumzone

Engl. oxygen minimum zone; intermediärer Bereich im Ozean der Tropen und Subtropen unterhalb des Oberflächenwassers (ca. 200m bis 1000 m Tiefe) mit niedriger Sauerstoffsättigung. Der Sauerstoff wird durch Respiration von Organismen sowie durch anaerobe Ammoniak-Oxidation und Denitrifikation herabsinkender organischer Substanz in der Wassersäule verbraucht (durch anaerobe Atmung von Bakterien entsteht molekularer Stickstoff, der aus dem Wasser in die Luft entweicht).. Die Neuzufuhr von Sauerstoff ist nur im Kontaktbereich von Ozean und Atmosphäre an der Wasseroberfläche möglich. Die starke Dichtestratifizierung zwischen Oberflächen- und intermediärem Wasser verhindert die Zirkulation und Durchmischung beider Wassermassen und limitiert die Neuzufuhr von Sauerstoff. Die Sauerstoffminimumzone entsteht vorrangig an den Osträndern der Ozeane und ist heute vor der Westküste Amerikas, im Arabischen Meer, der Bucht von Bengalen, und vor Nordwest-Afrika ausgebildet.

Die Sauerstoffminimumzonen sind für ca. 20 - 40 % des Sickstoffverlustes der Ozeane verantwortlich, auch wenn sie nur 0,1 % des Meeresvolumens ausmachen.

Schelf

Flacher Teil der Kontinentalmasse, der wasserüberflutet zwischen Küstenlinie und 200m-Tiefenlinie liegt und dort vom in die Tiefsee überleitenden Kontinentalabhang abgelöst wird. Vor der Westküste Südamerikas ist der Schelf sehr schmal und leitet abrupt in Tiefseerinnen (Atacamagraben) über.

sêcas

Port. Begriff für die katastrophalen Dürren im Nordeste Brasiliens. Als sêcas grandes gelten solche mit zwei aufeinanderfolgenden Trockenjahren. Unter ihrem Einfluß kommt es zu Hungersnöten, Massenwanderungen und sozialen Unruhen.

Wenn die Trockenkalamitäten auch direkt durch Zirkulationsabweichung über dem tropischen Südatlantik verursacht werden, so besteht doch offensichtlich ein Zusammenhang mit Zirkulationsanomalien in weit abgelegenen Regionen. Caviedes (1973) hat vermutlich als erster die zeitliche Koppelung von sêcas in NO-Brasilien und El Niño-Ereignissen an der peruanischen Westküste aufgezeigt und als Ursache eine gegenläufige Lageänderung der südhemisphärischen subtropischen Antizyklonen auf der West- und Ostseite Südamerikas postuliert. Dadurch ist auf der pazifischen Seite ein außergewöhnliches Ausgreifen der ITK weit nach Süden ermöglicht, während gleichzeitig auf der atlantischen Seite Stärke und äquatornahe Lage der Antizyklone ein Vordringen der ITK bis in die normale Position verhindert.

Durch weitere Untersuchungen gilt inzwischen die Verbindung von Niederschlagsanomalien im Nordeste mit der Südlichen Oszillation als gut belegt.

Secchischeibe

Weiße, runde Scheibe mit ca. 30 cm Durchmesser zur Bestimmung der Wassertrübung/-klarheit. Die Scheibe wird an einer markierten Leine ins Wasser eingetaucht. Die Tiefe, in der sie nicht mehr von der Oberfläche erkennbar ist, gilt als Maß für die Wasserklarheit. Diese kann beispielsweise durch die Anzahl von Mikroorganismen oder aufgewühlte Partikel beeinträchtigt sein. Die Scheibe wurde nach ihrem Erfinder, dem italienischen Astronom Angelo Secchi benannt, der sie 1865 erstmals einsetzte.

Shrimp Farming

Nachhaltige, die Bedürfnisse der lokalen Bevölkerung befriedigende Aquakulturen haben eine lange Tradition. Moderne, industrielle Formen wurden in den sechziger und siebziger Jahren des 20. Jahrhunderts analog zur Grünen Revolution als "Blaue Revolution" bezeichnet.

"Shrimp Farming" ist Garnelen-Aufzucht in Aquakulturen, vorwiegend an tropischen Küsten. Einst von der FAO als Lösung des Eiweiß-Problems in der Dritten Welt propagiert, werden die Zuchtgarnelen heute fast ausschließlich nach Japan, USA und Europa exportiert. Rund ein Drittel der weltweit gehandelten Garnelen werden in Aquakulturen produziert. Haupterzeuger sind Thailand, Ecuador und Indien.

Litopenaeus vannamei

Eine aus dem östlichen Pazifik stammende Garnele, die zu den wichtigsten Zuchtgarnelen zählt und weltweit verkauft wird.

Zu größerer Darstellung auf Grafik klicken

Quelle: Wikipedia

 

Shrimp Farm in Honduras

 

Quelle: ThinkShrimp

 

Shrimp-Aquakulturen mit großflächigen Becken werden bevorzugt im Bereich der Mangrove angelegt, da die hier anzutreffende Mischung aus Salz- und Süßwasser ideale Lebensbedingungen für Garnelen darstellen. Hohe Besatzdichten von bis zu 600.000 Tieren pro Hektar Fläche und die Zufütterung von eiweißreichem Fischmehl ermöglichen höchste Erträge. Diese Massentierhaltung auf engstem Raum ist sehr störanfällig, erfordert die ständige Kontrolle der Wasserqualität sowie einen täglichen Wasseraustausch in den Zuchtbecken. Massiver Einsatz von Antibiotika, Fungiziden, Parasitiziden, Algiziden und Pestiziden sowie eine regelmäßige Chlorung des Wassers sollen Krankheiten vorbeugen. Infektionen vernichten immer wieder ganze Bestände. Da Garnelen schlechte Futterverwerter sind, werden für die Produktion von 1 kg Shrimps 2 - 3 kg Fischmehl verfüttert. Im Anhang befindet sich eine Grafik zum Wirkungsgefüge der Fischmehlthematik.

Als Folgen des Shrimp-Farming sind zu nennen: die Versalzung der umliegenden Böden und die Überdüngung der Küstengewässer durch die Abwässer, die Absenkung des Grundwasserspiegels durch den hohen Süßwasserbedarf, die Belastung der Gewässer mit Pharmaka, der Rückgang der Küstenfischerei, da der Nachwuchs aus den Mangroven ausbleibt, der Verlust traditioneller Lebensgrundlagen in der Mangrove, Ernteeinbußen durch versalzte Böden.

Die FAO sieht das "nomadic farming" als Wesensmerkmal der Shrimpszucht. Das bedeutet, dass die Betreiber keine Verantwortung für eine nachhaltige Produktion übernehmen müssen. Sobald sich an einem Standort die Zucht nicht mehr lohnt oder häufig auch sobald die Farmen von Viren oder anderen Pathogenen befallen sind, zieht man einfach weiter ("rape and run"). Die aufgegebenen Flächen sind wegen ihrer hohen Salzkonzentration in Boden und Grundwasser auch für die Landwirtschaft nicht nutzbar. Die ökologischen und sozialen Folgekosten (negative externe Kosten), die vor allem unterprivilegierte Gesellschaftsgruppen belasten, lässt man der örtlichen Bevölkerung zurück. Positiv ist zum Shrimp-Farming anzumerken, dass es den Shrimpfang im offenen Meer entlastet. Dieses shrimp trawling hat die größten Mengen an Beifang von allen Fischereiarten. Gleichzeitig wird mit den engmaschigen Netzen der Ozeanboden zerstört.

Allerdings ist die Beifangquote beim Sammeln der Shrimplarven für die Zuchtfarmen erheblich höher. Für einen Zuchtshrimp werden 100 Fische oder Shrimps mit aus dem Meer gezogen, ohne verwertet zu werden. Generell sind die sozialen und ökonomischen Auswirkungen der Shrimpzucht sehr kritisch zu sehen. Der oberste indische Gerichtshof stellte z.B. schon 1996 fest, dass die von der Shrimpindustrie verursachten Schäden an Umwelt und lokaler Wirtschaft die Gewinne aus deren Export weit übersteigen. Die zu 100 % exportorientierte Shrimp-Produktion entspricht der Notwendigkeit, Devisen zu erwirtschaften und die hoch verschuldete Wirtschaft Indiens zu entlasten, die im Teufelskreis von IWF, Weltbank, neo-ökonomischer Politik und Handelsliberalisierung gefangen ist.

Sonnenaktivität

Zyklisch veränderliche Eigenschaften der Sonne, die mit den Turbulenzen ihres heißen Gases und laufenden Änderungen des Magnetfeldes zusammenhängen. Diese Aktivität zeigt sich am auffälligsten in wechselnder Häufigkeit der Sonnenflecken und ihrer Lage zum Äquator. Der Sonnenfleckenzyklus hat eine mittlere Periode von 11 Jahren (solarer Zyklus), kann aber über längere Zeiträume zwischen 9 und 13 Jahren liegen. Die mittlere Zahl der Sonnenflecken schwankt von 0 bis 5 im Sonnenfleckenminimum bis über 100 (um 1960 sogar an die 200) im Maximum. Zu diesem Phänomen kommen noch unregelmäßige Gas- und Strahlungsausbrüche (Flares), Änderungen im Sonnenwind, vereinzelte Sonnenstürme und Protonenschauer, und die riesigen Gasfontänen der Protuberanzen.

Obwohl die Sonnenflecken eine um etwa 1000 °C niedrigere Temperatur als die übrige Sonnenoberfläche (5500 °C) haben, strahlt die Sonne während des Aktivitätsmaximums mit einer geringfügig höheren Leistung als im Sonnenfleckenminimum. Dazu tragen vor allem die Sonnenfackeln (heißere Gebiete mit etwa 7000 °C) bei. Die Sonnenaktivität ist verantwortlich für Ereignisse des Weltraumwetters und wirkt sich direkt auf Satelliten, aber auch auf technische Einrichtungen auf der Erde aus. Sie beeinflusst darüber hinaus das Polarlicht, die Ionosphäre und damit die Ausbreitung der Radiowellen auf der Erde.

Sonnenstrahlung

Syn. Solarstrahlung, solare Strahlung; die von der Photosphäre der Sonne emittierte elektromagnetische Strahlung, die nach dem Planck'schen Strahlungsgesetz der Strahlung eines Schwarzen Köpers der Temperatur 6000 K entspricht. Sie wird auch als Kurzwellen­strahlung bezeichnet.

Der größte Teil der solaren Strahlung gelangt bis zur Erdoberfläche. Diesen Vorgang, bei dem sich Strahlung unbeeinflusst durch ein Medium (hier die Atmosphäre) ausbreitet, nennt man Transmission. Allerdings hat die Atmosphäre auch Einfluss auf die Sonnenstrahlung durch:

  • Reflexion
  • Absorption und
  • Streuung.

Diese Vorgänge führen zu einer Schwächung der Sonnenstrahlung, die als Folge der wechselnden atmosphärischen Bedingungen räumlich und zeitlich variabel ist.

Der mittlere Energiefluss der Sonnenstrahlung an der Obergrenze der Atmosphäre (extraterrestrische Sonnenstrahlung) wird als Solarkonstante bezeichnet. Das Maximum der spektralen Energieverteilung tritt im sichtbaren Bereich nach dem Wien'schen Verschiebungsgesetz bei 0,5 μm auf.

Das solare Strahlungsspektrum wird in drei Bereiche eingeteilt. 99 % der Energieabstrahlung erfolgt im Wellenlängenbereich 0,23-5 μm. An der Obergrenze der Atmosphäre sind davon 9 % UV-Strahlung, 45 % sichtbares Licht und 46 % Infrarotstrahlung. Beim Durchgang durch die Atmosphäre wird die Sonnenstrahlung insgesamt abgeschwächt (Extinktion), in einigen Wellenlängenbereichen erfolgt sogar eine fast gänzliche Auslöschung der Strahlung durch die atmosphärischen Gase und Spurenstoffe. Dies gilt u.a. für Wellenlängen < 0,29 μm, die in der zwischen 20-50 km auftretenden Ozonschicht weitestgehend absorbiert werden. Dadurch wird das Leben auf der Erde vor der gefährlichen UV-Strahlung geschützt. Weitere Schwächungen erfolgen durch die Streuung an Stickstoff- und Sauerstoffmolekülen sowie den Dunstpartikeln. Besonders im Infrarotbereich wird die Sonnenstrahlung von Wasserdampf- und Kohlendioxidmolekülen absorbiert, während das gesamte Spektrum durch die Dunstabsorption erheblich abgeschwächt wird.

Die Sonne ist mit ihrer Strahlung die Energiequelle, die Leben auf der Erde möglich macht. Sie stellt die Energie bereit, die Primärproduzenten (grüne Pflanzen, Algen) zum Aufbau von Biomasse nutzen. Sie treibt die Energietransporte in Atmosphäre und Ozeanen an.

Der Strahlungsantrieb durch die Sonne selbst unterliegt ebenfalls Schwankungen aufgrund variabler Solaraktivität, die nicht nur die häufig als Maßzahl verwendeten kühleren Sonnenflecken, sondern auch die weitgehend synchron auftretenden heißeren Sonnenfackeln und sonstigen Eruptionen umfasst. Aus Satellitenmessungen wissen wir mittlerweile, dass die Energieabgabe der Sonne (abgesehen von klimatisch irrelevanten Kurzzeitfluktuationen von einigen Wochen) derzeit nur im Größenordnungsbereich von 0,1 % schwankt, dabei aber signifikant positiv mit der Sonnenfleckenaktivität korreliert ist. Bei Aktivitätsmaxima wird die Wirkung der ausgedehnten kühleren Fleckenflächen durch die Zunahme von Fackeln und Eruptionen strahlungsenergetisch überkompensiert.

Southern Oscillation (Südliche Oszillation)

Bezeichnung für eine zuerst von H.H. Hildebrandsson 1897 rudimentär beschriebene und von Sir Gilbert Walker detailliert vorgestellte und vermutlich auch von ihm benannte Luftdruckoszillation, die sich in einer Massenverschiebung zwischen der indonesischen äquatorialen Tiefdruckzelle und der südpazifischen Hochdruckzelle widerspiegelt (Ost-West-Luftdruckschaukel). Diese ist im Falle einer Abschwächung der subtropischen Hochdruckzelle im ostpazifischen Raum verbunden mit einer Abschwächung der ost-west gerichteten tropischen Walker-Zirkulation, damit auch mit einer Abschwächung der Passate und gleichzeitig mit einer Verstärkung der meridional gerichteten pazifischen Hadley-Zirkulation.

Entscheidend ist dabei der Druckunterschied zwischen dem Hochdruckgebiet im südöstlichen Pazifik (als Messwert wird der Bodendruck von Tahiti genommen) und dem asiatisch-australischen Tiefdrucksystem (Meßwert von Djakarta, Indonesien). Die Abbildung unten zeigt die Korrelation der globalen Luftdruckverhältnisse mit dem Luftdruck über Djakarta. Die positiven Werte zeigen die Intensität der gleichsinnigen Korrelation an (Djakarta=1), die negativen Werte die einer gegenläufigen Korrelation. D.h. bei einem steigenden Luftdruck in dem Tiefdruckgebiet über Indonesien fällt der Luftdruck in dem südostpazifischen Hochdruckgebiet und die Differenz zwischen beiden Drucksystemen verringert sich; im umgekehrten Fall nimmt der Druckunterschied zu.

Messbar ist die Southern Oscillation mit dem Walker- oder Southern Oscillation Index (SOI). Der SOI weist zu El Niño-Ereignissen eine negative Korrelation auf, d.h. dass in El-Niño-Phasen der SOI eine negative Abweichung vom Mittelwert zeigt, also gering ist, und in La-Niña-Phasen eine positive Abweichung. Die unten stehende Abbildung zeigt das sehr auffällig an dem El Niño von 1982/83. Da der El Niño eng mit der Southern Oscillation verknüpft ist, spricht man auch vom El Niño/Southern Oscillation- (ENSO-) Phänomen. Diese gedankliche Verbindung erfolgte erst in den späten sechziger Jahren durch den norwegischen Meteorologen Jacob Bjerknes. César N. Caviedes schreibt die Namensfindung der Southern Oscillation dem holländischen Klimatologen Berlage (1957) zu.

Luftdruckkorrelation der Southern Oscillation

Dargestellt ist die Korrelation der jährlichen Oberflächendruckanomalien mit denen in Djakarta (Indonesien). Rote Linien deuten positive, blaue Linien negative Korrelationen an. "1" bedeutet vollständige positive Korrelation, "-1" vollständige negative Korrelation.

Quelle: Hamburger Bildungsserver

 

In dem Konzept von Bjerknes verstärken sich kalte und warme Phasen, La Niñas und El Niños, durch eine positive Rückkopplung: Eine Abkühlung der SST im Ostpazifik verstärkt die Walker-Zirkulation, die den Auftrieb (Upwelling) antreibt, wodurch die SST sich weiter abkühlt. Eine ostpazifische Erwärmung schwächt die Walkerzirkulation und unterdrückt den Auftrieb, wodurch die Ostwinde weiter geschwächt werden usw. D.h. eine großes Temperaturgefälle zwischen West- und Ostpazifik verstärkt die Passate, die wiederum das Temperaturgefälle verstärken, und umgekehrt. Dieser positive Feedback-Mechanismus erklärte wesentliche Vorgänge des ENSO-Phänomens. Es blieb allerdings unklar, wodurch die eine Phase in die andere übergehen konnte. Was stoppt z.B. die sich durch positive Rückkopplung ständig steigernde Erwärmung während eines El Niños? Warum dauert ein El Niño typischerweise nur 12-18 Monate? Und warum endet ein El Niño-Ereignis dann plötzlich und wird von einem kalten Ereignis, einer La Niña, abgelöst? Erklärungsversuche sind im Kapitel "Hypothesen" zusammengestellt.

Weitere 'Schaltkreise', die Impulse aus den tropischen und subtropischen Meeren in die mittleren und hören Breiten senden, und die über ihre Verknüpfungen von Bedeutung für das globale atmosphärische Geschehen sind:

  • Südostasien-Oszillation (SEO) - stellt die Luftdruckunterschiede zwischen dem Indonesientief und der Antizyklone über dem Nordpazifik dar
  • Arktische Oszillation (AO) - drückt die Luftdruckunterschiede zwischen dem Hoch über dem Nordpol und Druckgebilden über Alaska und Mitteleuropa aus.
  • Nordatlantik-Oszillation (NAO) - drückt die Luftdruckunterschiede zwischen Islandtief und Azorenhoch aus
  • Pazifisch-Nordamerikanische Telekonnektion (PNA) - besitzt einen Pol über dem Aleutentief und den anderen über Nordamerika
  • West-Pazifische Telekonnektion (WP) - drückt die zonalen Verschiebungen des Jetstreams über dem Pazifik aus

Weitere Informationen: Recent Trends in the Southern Oscillation (CLIVAR-Poster)

Southern Oscillation Index (SOI)

Der Southern Oscillation Index wird zur Messung der Southern Oscillation angewandt. Dazu wird der Luftdrucküber den Osterinseln und über Darwin (N-Australien) gemessen. Auch andere Stationen (z.B. Tahiti und Darwin) sind schon herangezogen worden. Die Abweichung von deren Differenz (Ost minus West) vom langjährigen Mittel stellt den Index dar.

Der SOI hat ein positives Vorzeichen (high-index phase), wenn der Druck im Osten über und im Westen unter dem Mittelwert liegt. Entsprechend verstärkt wehen die Passatwinde. Der SOI gilt somit auch als Maß für die Stärke der Passate über dem Pazifik. Gleichzeitig herrschen im Ostpazifik kühlere Wassertemperaturen vor. Etwa ab September wird der SOI häufig negativ (low-index phase). Das ist ein Anzeichen dafür, dass zumindest mit einem El Niño nach alter Definition zu rechnen ist.

Generell fallen in Zeitreihen negative Anomalien im SOI mit positiven Anomalien der Meeresoberflächentemperatur (El Niño-Phasen) zusammen. Ebenso fallen positive Anomalien im SOI mit negativen Anomalien der Meeresoberflächentemperatur (La Niña-Phasen) zusammen.

Der besondere Wert des SOI als Vergleichsindikator liegt in der Verfügbarkeit von Datenreihen des bodennahmen Luftdrucks in Darwin und Tahiti, die mit wenigen Unterbrechungen bis ins späte 19. Jh. zurückreichen. Ein Nachteil ist, dass der SOI bei historischen Vergleichen nur für ein Merkmal von ENSO korreliert werden kann, nämlich den zonalen Temperaturgradienten entlang des Äquators.

Der SOI gilt als ältester Index zur Abgrenzung von ENSO-Ereignissen. Alternativverfahren zum SOI sind der neue Oceanic Niño Index (ONI), der Multivariate ENSO Index (MEI), der JMA-Index und der TOPEX/Poseidon-El Niño-Index.

Southern Oscillation Index (SOI) von Januar 1990 bis Oktober 2013 Southern Oscillation Index (SOI) von Januar 1990 bis August 2012

rot = El Niño-Phasen; blau = La Niña-Phasen

Grafik von N. Marschall nach Rohdaten des BOM - Messstationen: Tahiti und Darwin
Southern Oscillation Index (SOI) von 1876 bis 2013 Southern Oscillation Index (SOI) von 1876 bis 2012

Aus technischen Gründen (die Software konnte die vielen Monatswerte für einen so langen Zeitraum nicht zu einer Kurve verarbeiten) basiert diese Grafik jeweils auf dem Jahresdurchschnitt des SOI. Da El Niño jedoch gerade über den Jahreswechsel auftritt, zählen wir ein Jahr immer von Juli des Vorjahres bis Juni des eigentlichen Jahres (eine Art "ENSO-Jahr"). Ein Vergleich hat ergeben, dass diese Verfahrensweise wichtige El Niños deutlich besser abbildet als ein Durchschnitt für das jeweilige Kalenderjahr.

Deutlich erkennbar sind z.B. die starken El Niños 1982/83 und 1997/98 als stark negativer Ausschlag der Kurve.

stark positive Ausschläge = La Niña-Phasen
stark negative Ausschläge = El Niño-Phasen

Grafik von N. Marschall nach Rohdaten des BOM - Messstationen: Tahiti und Darwin

Im Kapitel 'Aktueller Zustand des Pazifiks' befinden sich Links zu Webseiten, auf denen man die neuesten SOI-Werte findet, ebenso weitere aktuelle Werte zum Zustand von Atmosphäre und Meer im Bereich des Pazifik.

Speläothem

Griech. speleo=Höhle; sekundäre Mineralablagerung, besonders von Calciumcarbonat, in Höhlen/Grotten, als Ausscheidung aus calciumhydrocarbonathaltigen Wässern unter Abgabe von Kohlendioxid in die Luft (Tropfstein), z.B. Stalaktiten, Stalagmiten etc. Speläotheme zeigen jährliche Bänderungen oder enthalten Mineralstoffe, die radiometrisch bestimmt werden können. Die Dicke der Ablagerungen oder der Gehalt an Isotopen zeigt Klimavariationen an.

Die am häufigsten vorkommenden Speläotheme sind Höhlensinter oder Tropfsteine. Meistens bestehen sie aus den Mineralen Calcit und Aragonit oder der Verbindung Calciumcarbonat (Kalk), häufig sind auch verschiedene Formen von Gips. In geeigneten Gesteinen wie Sandstein oder Quarzit treten darüber hinaus Speläotheme aus Opal auf.

SST

Englisches Akronym für "Sea Surface Temperature" - Meeresoberflächentemperatur

SSTA
 

Englisches Akronym für "Sea Surface Temperature Anomaly"

Starkregen

Niederschlag hoher Intensität und einer Mindestmenge von 5 mm Niederschlagshöhe in 5 Minuten Niederschlagsdauer bzw. (7,1 mm/10 min), (10 mm/20 min), (17,1 mm/60 min). Starkregen erfolgen meist aus konvektiven Wolken, wie z.B. Cumulus- und Cumulonimbuswolken und rufen schnell ansteigende und abfließende Hochwasser hervor.

Insbesondere in Entwicklungsländern kann ein Starkregen als extremes Naturereignis Schadensursache für schlecht gebaute und deshalb anfällige Gebäudedächer sein (direkte Wirkung), meistens sind jedoch die aus dem Starkregen entstehenden Konsequenzen, nämlich Überschwemmungen, Hangrutschungen, Erosion, etc. die direkten physischen Bedrohungen und Schadensursachen (längere Wirkungskette). Gegenstand der Bedrohungsanalyse sind die direkten physischen Bedrohungen als
Bestandteil einer möglicherweise längeren Kette von Wirkungen. Die direkte physische Bedrohung ist jene Bedrohung, die von der betroffenen Bevölkerung als solche wahrgenommen wird. Im genannten Beispiel wäre es nicht der Starkregen,sondern die Überschwemmungen, Hangrutschungen und die Erosion.
Dies hängt jedoch wiederum davon ab, ob der Starkregen aufgrund gegebener Standortcharakteristiken (Wassereinzugsgebiet, Steilhänge, fehlende Vegetationsdecke, geringe Infiltrationsfähigkeit der Böden) und Anfälligkeitsfaktoren zu solchen sekundären Extremereignissen wie Überschwemmungen, Erosion oder Hangrutschungen führt und es dort diesen Sekundär-Bedrohungen gegenüber anfällige Elemente gibt, wie z.B. Straßen oder Felder an Hängen, Siedlungen in Tieflagen, etc. (= Anfälligkeitsfaktoren).
Wieweit ein Naturereignis eine Bedrohung darstellt, hängt auch vom Standort der Betrachtung ab: Ein Starkregen im Gebirge stellt für die Siedlung in der Unterliegerregion keine Bedrohung dar, sondern höchstens die Überschwemmung, die aufgrund des Starkregens entstehen kann, und auch nur dann,wenn die Siedlung anfällig gegenüber Überschwemmungen ist. Für die ungeschützte Straße am Hang stellt die Hangrutschung eine Bedrohung dar, die vom Starkregen ausgelöst wird. Ob der Starkregen in der Oberliegerregion,wo er abregnet, eine Bedrohung darstellt, hängt davon ab, ob ihm anfällige Elemente gegenüberstehen, wie z.B. Salat- und Gemüseanbau im Frühstadium.
Wieviel Schaden z.B. eine Landwirtschaft als wichtige Einkommensquelle durch Starkregen erleidet, hängt von einer Serie von Prozessen,Wirkungen und Anfälligkeitsfaktoren ab, wie die Grafik zur Wirkungskette von Starkregen für die Landwirtschaft veranschaulicht. Dabei verwandeln sich die Wirkungen des Starkregens in physische Bedrohungen und damit in Schadensursachen, wie z.B.Hangrutschungen,Überflutungen und Erosion.

Wirkungskette von Starkregen für Landwirtschaft und Einkommen Wirkungskette von Starkregen für Landwirtschaft und Einkommen Quelle: GTZ (2004): Risikoanalyse - eine Grundlage der Katastrophenvorsorge
Strahlungsantrieb

Der Strahlungsantrieb ist die Veränderung in der vertikalen Nettoeinstrahlung (Einstrahlung minus Ausstrahlung, ausgedrückt in Watt pro Quadratmeter: Watt/m²) an der Tropopause aufgrund einer Veränderung eines äußeren Antriebs des Klimasystems, wie z.B. eine Veränderung in der Konzentration von Kohlendioxid oder der Sonnenstrahlung. Der Begriff wurde vom IPCC eingeführt, um im Rahmen der Klimastudien den Einfluss externer Faktoren auf die Strahlungsbilanz bzw. das Klimasystem der Erde zu beschreiben.

Der Strahlungsantrieb wird berechnet, indem alle troposphärischen Eigenschaften auf ihren ungestörten Werten konstant gehalten werden und nachdem sich die stratosphärischen Temperaturen, sofern verändert, an das strahlungsdynamische Gleichgewicht angepasst haben. Der Strahlungsantrieb wird als „unverzögert“ bezeichnet, wenn keine Veränderung in den stratosphärischen Temperaturen beobachtet wird. Für die Zielsetzung des IPCC-Berichtes wurde der Strahlungsantrieb weiter definiert als die Veränderung im Vergleich zum Jahr 1750 und bezieht sich, sofern nicht anders vermerkt, auf den global und jährlich gemittelten Wert.

Der Strahlungsantrieb darf nicht mit dem Wolkenstrahlungsantrieb verwechselt werden, einem ähnlichen Begriff für die Beschreibung des Einflusses der Wolken auf die Einstrahlung an der Außengrenze der Atmosphäre.

Strahlungshaushalt

Die Bilanz der ein- und ausgehenden Strahlung der Atmosphäre oder des Erdbodens. Für die Atmosphäre ist die Bilanz negativ, d.h. es wird weniger kurzwellige Sonnenstrahlung absorbiert als langwellige Strahlung abgegeben. Die Erdoberfläche dagegen hat eine positive Strahlungsbilanz. Von der ursprünglichen Sonnenstrahlung erreicht im Durchschnitt ein Drittel den Erdboden auf direktem Wege. Die insgesamt am Erdboden ankommende Sonnenstrahlung besteht aus dieser direkten Strahlung und der diffus gestreuten Himmelsstrahlung. Diese Globalstrahlung erwärmt den Erdboden, der seinerseits (entsprechend seiner Temperatur) langwellig ausstrahlt. Die regionalen Unterschiede im Strahlungshaushalt sind eine Folge der wechselnden Einstrahlungsverhältnisse und terrestrischer Parameter, die die Strahlungsumsätze beeinflussen.

Global mean energy budget under pesent-day climate conditions

Numbers state magnitudes of the individual energy fluxes in W m–2, adjusted within their uncertainty ranges to close the energy budgets. Numbers in parentheses attached to the energy fluxes cover the range of values in line with observational constraints.
(Adapted from Wild et al., 2013.)
Energy exchanges between Sun, Earth and Space are observed from space-borne platforms such as the Clouds and the Earth’s Radiant Energy System (CERES) and the Solar Radiation and Climate Experiment (SORCE) which began data collection in 2000 and 2003, respectively.

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Quelle: IPCC, 2013: Climate Change 2013 - The Physical Science Basis (S. 181)

 

Die zur Erde kommende Sonnenenergie wird durch Wolken, Luft und Boden (hier besonders von Schnee) zu 30 % wieder in den Weltraum reflektiert (das heißt die Albedo der gesamten Erde ist 0,30). Die restlichen 70 % werden absorbiert: rund 20 % von der Atmosphäre, 50 % vom Erdboden. Letztere werden durch Wärmestrahlung und durch Wärmeleitung mit anschließender Konvektion wieder an die Lufthülle abgegeben. Würde diese Energie wieder vollständig in den Weltraum abgestrahlt werden, läge die mittlere Lufttemperatur bei -18 °C, während sie tatsächlich +15 °C beträgt.
Die Differenz erklärt sich aus dem natürlichen Treibhauseffekt der Atmosphäre. Die sogenannten Treibhausgase in der erwärmten Atmosphäre (vor allem Wasserdampf und Kohlendioxid) emittieren Infrarotstrahlung – auch in Richtung Erde. Der Nachschub für die abgestrahlte Energie erfolgt durch Konvektion und Absorption (ein Teil der Abstrahlung von der Erdoberfläche im Infraroten wird absorbiert). Die von der Atmosphäre emittierte Infrarotstrahlung führt zu einer Erwärmung der Erdoberfläche um durchschnittlich 33 °C.
Diese Zahlen gelten nur für die Erde als Ganzes. Lokal und regional hängen die Verhältnisse von zahlreichen Faktoren ab:

  • von der Albedo der Erdoberfläche, die vom 30 %-Mittel stark abweichen kann (beispielsweise Schnee 40 bis 90 %, Wüste 20 bis 45 %, Wald 5 bis 20 %)
  • vom oben erwähnten Einfallswinkel der Sonnenstrahlen und der Dauer ihrer Einwirkung
  • von Bewölkung und Luftfeuchtigkeit
  • vom Wärmetransport durch Wind, von Luftschichtungen usw.

Theoretisch sind diese Faktoren weitgehend modellierbar, doch nicht in allen Details wie Staueffekten an Gebirgen oder unregelmäßiger Bewegung von Tiefdruckgebieten. Für gute Vorhersagen benötigt die Meteorologie außer enormer Rechenleistung auch ein weltweit dichtes Raster von Messdaten über alle Luftschichten, was in der Praxis an Grenzen stößt.

Stratocumulus

Tiefe, in Ballen oder Walzen aufgelöste Schichtwolke im unteren Wolkenstockwerk (1-4 km Höhe), die aus Wassertröpfchen besteht.

Stratocumulus-Wolken

Lorch (Württ.), 9.1.1993, 11:00 MEZ, Blick E

 

© Copyright: Bernhard Mühr - Karlsruher Wolkenatlas

 
Subtropen

Die Übergangszone zwischen den Tropen und den gemäßigten Breiten. Sie reicht polwärts der Wendekreise bis ca. 45° N/S. Die klimatisch äußerst unterschiedlichen Subtropen umfassen Gebiete mit Wüsten, Steppen sowie Winterregengebieten an den Westseiten und sommer- bis immerfeuchten Klimaten an den Ostseiten der Kontinente. Charakteristisch sind hohe Sommertemperaturen und milde Winter. Die Anzahl der humiden Monate schwankt zwischen 0 und 12. Die wendekreisnäheren Teile der Subtropen sind von der Wurzelzone der Passate, den ausgeprägten subtropisch-randtropischen Hochdruckgebieten, geprägt und somit trocken.

Subtropischer Hochdruckgürtel

Auch subtropisch-randtropischer Hochdruckgürtel; ein auf beiden Hemisphären in 25-40° Breite ausgebildeter Bereich langlebiger quasipermanenter Hochdruckzellen. Dies sind auf der Nordhalbkugel z.B. das Azorenhoch und das Bermudahoch, auf der Südhalbkugel das St. Helenahoch und das ostpazifische Hoch (s. südostpazifische Antizyklone). Die Hochdruckzellen entstehen dynamisch durch Massenzufluss in der Höhe, was zu absteigender Luftbewegung, Wolkenauflösung und damit zu Trockenheit führt. Wegen der Land-Meer-Verteilung liegt der subtropische Hochdruckgürtel auf der Nordhalbkugel 5° weiter polwärts als auf der Südhalbkugel. Jahreszeitlich verschiebt er sich entsprechend dem Sonnenhöchststand. Außerdem besteht ein enger statistischer Zusammenhang zwischen der geographischen Breite des Auftretens des subtropischen Hochdruckgürtels und dem meridionalen Temperaturgradienten zwischen 35° und 60° Breite.

Der subtropische Hochdruckgürtel trennt in Bodennähe die überwiegend tropische Passat-Region von der Westwindzone der mittleren Breiten. Im Sommer ist sie über den Kontinenten unterbrochen (Hitzetief).

Luftdruck Januar

Oben: Semipermanente Drucksysteme im Januar

Deutlich erkennbar sind die subtropischen Hochdruckzellen mit besonderer Ausprägung über den Ozeanen.

 

 

 

 

Unten: Satellitenkomposit mit Echtfarbendarstellung

Es fallen die Trockengebiete der Westseiten der Kontinente im Bereich der Subtropenhochs auf, z.B. Kalifornien, Chile, SW-Afrika.

Demgegenüber sind die Ostseiten offenbar feuchter, z.B. der Südosten der USA und von China.

Quelle: UCAR

Südäquatorialstrom des Pazifiks

Äquatornaher (3°N-20°S), westwärts gerichteter Ast eines tropischen Strömungskreises (sog. Gyre), dessen Wassermassen durch Corioliskraft und SO-Passat an die Küsten der gegenüberliegenden Kontinente getrieben werden. Dort fließt das Wasser zum größeren Teil polwärts und geht in die große subtropische Gyre ein. Zu einem geringeren Teil biegen die Wassermassen in den schmalen und trägen äquatorialen Gegenstrom um, der etwas nördlich des Äquators nach O fließt.
Im Ostpazifik bildet der Südäquatorialstrom normalerweise eine Kaltwasserzunge als Fortsetzung des Humboldtstromes. Zusätzlich führt die Corioliskraft hier zu Ekman-Transporten, die nördlich und südlich des Äquators jeweils eine polwärtige Komponente haben. Dies führt zu einem Aufquellen kalten Wassers am Äquator.
An einer bestimmten Stelle in Äquatornähe, gewöhnlich bei 150° O, taucht die westwärtige Strömung unter die Wassermassen des westpazifischen Warmwasserkörpers (warm pool) bis in eine Tiefe von 150 - 300 m ab. Dieser Bereich ist als äquatoriale Ozeanfront bekannt. Während eines El Niño-Ereignisses verlagert sich die Front ostwärts, beispielsweise bis 140°W, was gleichbedeutend mit einer Vergrößerung des Warmwasserkörpers ist.

Meeresströmungen

Subtropisch-tropische Strömungssysteme

Quelle: UCAR

 

Südostpazifische Antizyklone

Syn. südostpazifisches Hochdrucksystem; großräumiges, dynamisches Luftdruckgebilde über dem Südpazifik mit im statistischen Mittel hohem Druck. Die Ausprägung und Lage dieser Antizyklone ist entscheidend für wesentliche ozeanographische und meteorologische Vorgänge im Zusammenhang mit ENSO. Je höher der Kerndruck des Hochs (CPA, Central Pressure of the Anticyclone) ist, umso kälter ist der Humboldtstrom und das Wasser im Bereich der peruanischen Auftriebsgebiete. Umgekehrt ist auch das Hoch stärker, wenn die SST tiefer sind. Während des letzten starken El Niño-Ereignisses sank der CPA im Südpazifik von April bis Oktober 1997 von 1024 hPa auf 1015 hPa. Im gleichen Jahr verlagerte sich der Bereich des höchsten Druckes deutlich weiter nach Süden.
Sowohl der Humboldtstrom wie auch das Upwelling an der Küste werden durch antizyklonale Winde über dem SO-Pazifik angetrieben. Der Humboldtstrom ist bei einer Antizyklone mit niedrigem CPA folglich schwach ausgeprägt.

Südpazifische Konvergenzzone (SPCZ)

Eine NW-SO-ausgerichtete Konvergenzzone, die im südlichen Zentralpazifik bei 30°S und 130°W ausläuft und in Äquatornähe bei 140°O mit der ITK verschmilzt. Sie entsteht dadurch, dass Luftmassen während der östlich von Australien stattfindenden Zyklogenese aus mittleren Breiten von Australien und von der Antarktis einströmen und mit den aus östlicher Richtung über den Pazifik heranwehenden Passaten kollidieren.
In einer El Niño-Phase des ENSO-Zyklus verlagert sich die SPCZ nach NO, in einer La Niña-Phase nach SW.

Die mittlere Lage von SPCZ und ITCZ / ITK

 

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Quelle:

http://www.es.flinders.edu.au/%7Emattom/IntroOc/

 
System
  1. In seiner allgemeinen Bedeutung ein Begriff, der den ganzheitlichen Zusammenhang von Dingen, Vorgängen oder Teilen bezeichnet, der entweder in der Natur gegeben (ein Gas, eine Flüssigkeit) oder vom Menschen hergestellt ist (z.B. ein politisches System); daneben ein auf allgemeine Grundsätze zurückgeführtes und danach geordnetes Ganzes von Einzelerkenntnissen einer Wissenschaft oder des menschlichen Wissens insgesamt; ferner das Prinzip oder die Ordnung, nach der etwas aufgebaut wird.
  2. Nach dem Verständnis von Physik, Kybernetik und Technik ein grundlegender Begriff, der die Zusammenfassung mehrerer, im Allgemeinen untereinander in Wechselwirkung stehender Komponenten zu einer als Ganzes aufzufassenden Einheit bezeichnet. Man unterscheidet offene und geschlossene Systeme, je nachdem, ob das System mit der Umgebung in Wechselwirkung steht oder nicht (Energie- und Materieaustausch). Bei der Betrachtung des Systems Ozean-Atmosphäre sind neben den statischen besonders die dynamischen Aspekte wichtig.
System Erde

Der oft mit dem Terminus "Erdsystem" (engl. "earth system") synonym gebrauchte Begriff bezieht sich auf die interagierenden physikalischen, chemischen und biologischen Prozesse der Erde. Das System besteht aus den Landmassen, den Ozeanen, der Atmosphäre und den vor allem an den Polen konzentrierten Eisregionen. Es umfasst die natürlichen Kreisläufe des Planeten, wie z.B. die Kreisläufe des Kohlenstoffs, des Wassers, des Stickstoffs, des Phosphors, des Schwefels und weiteren Stoffen, sowie Prozesse im Erdinneren. Auch das Leben ist ein wesentlicher Bestandteil des Erdsystems. Es beeinflusst beispielsweise Zyklen und Prozesse von Kohlenstoff, Stickstoff, Wasser, Sauerstoff und vielen weiteren.

Das Konzept des Erdsystems schließt auch die menschliche Gesellschaft mit ein. In vielen Fällen ist der Mensch der wesentliche Verursacher von Veränderungen im System Erde.

In den letzten Jahrzehnten des 20. Jahrhunderts hat sich eine fundamentale Wende im Denkansatz der Wissenschaften von der Erde vollzogen. Bis dahin hatten die einzelnen Komponenten des Erdsystems im Vordergrund wissenschaftlichen Interesses gestanden und waren von getrennten Disziplinen erforscht worden: die Ozeane von der Meereskunde, die Atmosphäre von der Meteorologie und Klimaforschung, die feste Erde von Geologie, Geochemie und Geophysik, und so weiter. Auch die vom Menschen verursachten Umweltprobleme wurden isoliert betrachtet, z.B. Luftbelastung, Wasserverschmutzung, Ozonloch, Klimawandel.
Mit dem dramatischen Anwachsen des Einflusses menschlicher Aktivitäten auf die Umwelt entstand der Begriff „Globaler Wandel“, der ausdrückt, dass sich unsere Umwelt im globalen Maßstab verändert und gleichzeitig quer durch alle Erdsystemkomponenten und wissenschaftliche Disziplinen erstreckt. Jede Änderung in einer einzelnen Komponente kann das ganze System beeinflussen, und Fernwirkungen und Rückkopplungen sind zentrale Eigenschaften des Erdsystems. Verändert man zum Beispiel die Zusammensetzung der Atmosphäre durch Zugabe von Kohlendioxid (CO2), so erwärmt sich das Klima, der Meeresspiegel wird höher, Gletscher schmelzen ab und Pflanzen wachsen schneller. Diese Änderungen wiederum beeinflussen die Zusammensetzung der Atmosphäre, wodurch vielfache Rückkopplungen und Querverbindungen entstehen.

Das Erdsystem und seine Wechselwirkungen

Die Erde verhält sich wie ein komplexes System. Komplexe Systeme können abrupt auf Veränderungen innerhalb des Systems reagieren, und diese abrupten Änderungen können in hohem Masse nicht-linear sein. Es gibt starke Hinweise darauf, dass das Erdsystem anfällig für solche abrupten Änderungen ist.

 

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Quelle: MPI für Meteorologie

 

T

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).

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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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 Witterungs-erscheinungen und Klimaanomalien in weit auseinanderliegenden Gebieten hinwies. Die Bezeichnung Telekonnektion wurde 1935 erstmals in einem Artikel des schwedischen Meteorologen Anders 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 sehr kritisch anzusehen, was im Stichwort "Chaostheorie" näher erläutert ist.

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

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.

Links: 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

 

Rechts: Globale thermohaline Zirkulation II

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

 

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Thermokline

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).

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.

Grafiken zum Vergrößern anklicken.

Quelle: NOAA

   

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).

 

 

 

Auf den Seiten des IRI an der Columbia University finden Sie einen aktuellen Längen-/Tiefenschnitt zu den Temperaturanomalien entlang der äquatorial-pazifischen Thermokline.

Thermolumineszenz-Datierung

Verfahren zur Altersbestimmung an Scherben, gebrannten Tonen, ausgeglüten 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

Engl. Akronym für Tropical Ocean Global Atmosphere; wichtiger Bestandteil des Weltklimaforschungsprogramms (World Climate Research Programme, WCRP), das während seiner Laufzeit von 1985 -94 speziell auf die Vorhersage von Klimaphänomenen in Zeitskalen von Monaten bis 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.
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, was für einen großen Kreis von Entscheidungs-trägern 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.

Weitere Informationen: http://www.pmel.noaa.gov/tao/index.shtml

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.

Links: 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.

 

Rechts: 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.

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.

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.

Links: Status der weltweit ausgesetzten Treibbojen

Rechts: 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: http://www.aoml.noaa.gov/phod/dac/gdp.html

  Aussetzen eines Drifters  
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”.

 

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.

Zu größerer Darstellung auf Grafik klicken - 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.

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

 

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 "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.

 

Links: Waldbrandherde in Indonesien im Zeitraum von Juli bis Dezember 1997

Quelle: Pearson Education

 

Rechts: 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.

 

Links: 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: http://visibleearth.nasa.gov/view.php?id=56382

Rechts:

Tourists walk to 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.

Tropical Ocean Global Atmosphere (TOGA)

Das TOGA-Programm (1984-1995) war ein wesentlicher Bestandteil des Weltklimaforschungsprogramms (WCRP), der insbesondere auf die Vorhersage von Klimaphänomenen im Zeitraster von Monaten und Jahren abzielte.
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 ausgesetzt werden.
Diese in situ-Messungen wurden ergänzt durch Satelliten-Missionen, die eine nahezu globale Beobachtung der Oberflächenwinde, der Meeresoberflächentemperatur und der Meerespiegelhöhe ermöglichten.

Weitere Informationen: The Tropical Ocean-Global Atmosphere observing system: A decade of progress

Tropische Zirkulation

Die tropische Zirkulation der Atmosphäre besteht modellhaft aus einem meridionalen (Hadley-Zelle) und einem zonalen (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.

 

Links: Modell der globalen Zirkulation der Atmosphäre mit den tropischen Hadley-Zellen

.Quelle: NASA JPL

 

 

Rechts: 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.

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.

U

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.

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

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

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.

Zu größerer Darstellung auf Grafik klicken - Quelle: MetEd / UCAR

 

V

Verdunstung

Wechsel des Aggregatzustandes flüssig zu gasförmig. Wasser verbraucht hierbei Wärmeenergie, die bei der Kondensation wieder frei wird.

Volkswirtschaft

Die Gesamtheit der miteinander verflochtenen und zusammenwirkenden privaten und öffentlichen Wirtschaftssubjekte innerhalb eines (i.d.R. mit dem Staatsgebiet zusammen fallenden) Wirtschaftsraums. Dabei stellt sich die Volkswirtschaft nicht nur als Summe ihrer Teile dar, sondern ist auch charakterisiert und von anderen Volkswirtschaften unterschieden durch ein einheitliches Wirtschaftssystem, eine einheitliche Geld- und Währungsordnung, die staatliche Wirtschaftspolitik, die gegebenen rechtlichen, sozialen, kulturellen und gesellschaftlichen Verhältnisse sowie die natürliche Ausstattung des Wirtschaftsraums.

W

Walker-Zirkulation
Sir Gilbert Walker Sir Gilbert Walker

Von dem norwegisch-amerikanischen Meteorologen Jacob Bjerkness (links) nach dem Briten Sir Gilbert Walker (rechts) geprägte Bezeichnung für eine zonale Windzirkulationszelle über dem äquatorialen Pazifik. Unter normalen (nicht El Niño-) Bedingungen sinkt Luft über den kühlen Gewässern des östlichen Pazifiks ab (randtropisches Hoch), strömt als Teil des Südost-Passats dem Druckgefälle folgend nach Westen (Zonalzirkulation) um dort nach Erwärmung und Wasseraufnahme im Gebiet tiefen Druckes aufzusteigen, abzuregnen und in der oberen Troposphäre nach Osten zurückzukehren (Antipassat). Diese Walker-Zelle ist somit der klassischen Meridional-Zirkulation zwischen den dynamischen Suptropenhochs und der äquatorialen Tiefdruckrinne, der sogenannten Hadley-Zelle, überlagert.

Im Unterschied zu äquatorfernen Breiten, in denen die Luftbewegung einer Ablenkung durch die Corioliskraft unterliegt, streben die Luftmassen innerhalb der Walker-Zirkulation unmittelbar vom Gebiet hohen Drucks in das Gebiet tiefen Drucks. Die Erklärung liegt im Ausbleiben der Corioliskraft in Äquatornähe. Die für die Walker-Zirkulation notwendige Luftdruckverteilung in den Tropen hängt wesentlich von den Wassertemperaturen der tropischen Zonen ab.

Die Walker-Zirkulation ist während des Südwinters besonders deutlich ausgeprägt, da dann auch das SO-pazifische Subtropenhoch markant entwickelt ist. Aus dem gleichen Grund ist die Walker-Zirkulation auch während La Niña-Ereignissen besonders kräftig. Die Walker-Zirkulation vermag als Folge einer sogenannten "Luftdruckschaukel" (Southern Oscillation) ihre Strömungsrichtung zu ändern. Steigt der Luftdruck über Indonesien, so fällt er über dem Ostpazifik und umgekehrt.

Dieses pazifische Zirkulationsrad ist nur ein Teil eines den ganzen Globus im Bereich des Äquators umspannenden, zonalen Zirkulationssystems mit weiteren Aufstiegszonen über Ostafrika und dem Amazonasgebiet bzw. mit Absinkgebieten im Bereich der kalten Meeresströmungen vor der westafrikanischen Küste und dem westlichen Indischen Ozean.

Einzelzellen der tropischen Walker-Zirkulation während La Niña Einzelzellen der tropischen Walker-Zirkulation während La Niña Grafik von Manuel Woelker (Projektgruppe ENSO) nach WMO (1985)
Einzelzellen der tropischen Walker-Zirkulation während El Niño Einzelzellen der tropischen Walker-Zirkulation während El Niño Grafik von Manuel Woelker (Projektgruppe ENSO) nach WMO (1985)

Walker war ursprünglich Mathematiker in Cambridge und in den 20er Jahren des 20. Jahrhunderts schließlich Generaldirektor der meteorologischen Stationen in Indien, wo er die Gesetzmäßigkeiten des Monsuns mit Hilfe globaler Wetterdaten zu ergründen versuchte. Er fand heraus, dass im Falle ungewöhnlich tiefen Luftdruckes über dem Indischen Ozean und dem tropischen Westpazifik der Druck östlich der internationalen Datumsgrenze über dem südöstlichen tropischen Pazifik hoch war. Diese Situation entsprach Phasen mit guten Monsunniederschlägen in Indien. Bei der Umkehr dieser Druckverhältnisse kam es zu Niederschlagsdefiziten in Indien, wie auch in Australien und der SO-asiatischen Inselwelt.
Walker musste leider erfahren, dass die Variationen der SO den Variationen im Niederschlagsmuster des indischen Sommermonsuns hinterherhinkten und so als Vorhersage für dessen Regenintensität ausfielen.
Walker entdeckte auch die Korrelation zwischen low-index-Phase der SO und milden Wintern sowie Trockenheit in Teilen des südlichen Afrika.
Walkers Aussagen wurden lange mit Skepsis begegnet, insbesondere da er keine physikalische Erklärung für die weltweiten Zusammenhänge bieten konnte.

Warenterminbörse

Börse, an der Terminkontrakte (Futures) auf Waren (Commodities) gehandelt werden. Futures beinhalten dabei die Verpflichtung, nach Ablauf einer Frist eine im Voraus festgelegte Menge zu einem zuvor festgelegten Preis abzunehmen. Spekulanten ist die Möglichkeit geboten, von eventuellen Schwankungen zu profitieren, die sie, aber nicht die Mehrheit der Marktteilnehmer, vorhergesehen haben. Die bekannteste Warenterminbörse für landwirtschaftliche Produkte ist The Chicago Board of Trade.
Große Broker-Häuser wie Salomon Smith Barney unterhalten ihre eigenen meteorologischen Abteilungen, um Marktentwicklungen bei diesen wetterabhängigen Produkten besser abschätzen zu können.

Wärme

Die durch ständige Zusammenstöße der Luftmoleküle ungeordnete Molekülbewegung. Je wärmer ein Stoff ist, desto stärker ist die Bewegung der Moleküle. Mit der Temperatur wird die in der Luft enthaltene Wärmeenergie gemessen.

In der Meteorologie unterscheidet man zwischen zwei Arten von Wärme:

  1. fühlbare Wärme (syn. sensible W.); Bezeichnung für eine durch das Gefühl erfassbare, und damit mit einem Thermometer messbare Wärmemenge, die von warmen Oberflächen durch Wärmeleitung bzw. Wärmestrahlung, vor allem jedoch durch turbulente Luftbewegungen weitertransportiert wird. Bei der Kondensation wird latente Wärme (s. 2.) in fühlbare Wärme umgewandelt.
  2. latente Wärme (lat. latere = verborgen sein); die im Wasserdampf der Luft (durch Verdunstung an der Erdoberfläche) enthaltene potentielle Energie, die bei der Kondensation (Kondensationswärme) bzw. Sublimation (direkter Übergang eines Stoffes vom festen in den gasförmigen Zustand) des Wasserdampfes freigesetzt wird und in fühlbare Wärme übergeht. Sie entspricht der gleichen Wärmemenge, die bei der Verdampfung von Wasser bzw. beim Schmelzen von Eis verbraucht wird.
Warvenchronologie

Zeitgliederung mit Hilfe der Untersuchung von saisonal unterschiedlichen, bandartig abgelagerten Feinsedimenten (Bändertone) in eiszeitlichen Seen. Die gute Schichtung erklärt sich aus der jahreszeitlich schwankenden Wasser- und Sedimentzufuhr. So entspricht die Zeit der Schneeschmelze (Frühling / Frühsommer) das hellere und gröbere, der abnehmenden Wassermenge des Hochsommers bis Frühwinters das dunkle, feinere Material. Frostbedingt findet im Winter kein Absatz statt. Eine helle und eine dunkle Lage bilden jeweils zusammen eine ca. 0,5-1cm dicke Jahresschicht, eine Warve.

Wasser

Bezeichnung für die Wasserstoff-Sauerstoff-Verbindung mit der chemischen Summenformel H2O. Reines Wasser ist eine geruchs- und geschmacksneutrale Flüssigkeit. Es besitzt einen bläulichen Schimmer, der aber nur an dickeren Schichten wahrgenommen werden kann. Bei Normaldruck (760 Millimeter Quecksilbersäule) liegt der Gefrierpunkt des Wassers bei 0 ºC und der Siedepunkt bei 100 ºC. Wasser erreicht seine größte Dichte bei einer Temperatur von 4 ºC; beim Gefrieren dehnt es sich aus. Wie die meisten Flüssigkeiten kann Wasser auch in einem unterkühlten Zustand existieren. In diesem Zustand bleibt es auch dann flüssig, wenn seine Temperatur unter dem Gefrierpunkt liegt. Wasser kann unter Laborbedingungen und selbst in der Atmosphäre leicht bis circa -25 °C abgekühlt werden, ohne dass es einfriert. Unterkühltes Wasser gefriert bei Erschütterung, bei weiterer Temperaturabnahme oder wenn man einen Eiskristall hinzufügt.

Mit Wasser lassen sich Stoffe (z. B. wasserlösliche Salze) in Ionen zerlegen. Mit einigen Salzen bildet Wasser Hydrate. Wasser lässt sich elektrolytisch in seine Komponenten Wasserstoff und Sauerstoff zerlegen.

Wasser ist die einzige Substanz, die bei Durchschnittstemperaturen in allen drei Aggregatzuständen vorkommt (fest, flüssig und gasförmig).
Die Oberflächenspannung von Wasser ist höher als die der meisten Flüssigkeiten. Dies erleichtert sein Eindringen in Gesteinsspalten und über die Frostsprengung letztlich die Bodenbildung.
Wasser tritt als Feuchtigkeit im oberen Bereich des Bodenprofils auf. Durch die Kapillarwirkung haftet es an den Teilchen im Boden. In diesem Zustand nennt man es gebundenes Wasser. Es unterscheidet sich in seinen Eigenschaften von freiem Wasser. Unter dem Einfluss der Schwerkraft sammelt sich Wasser in den Gesteinsspalten unter der Erdoberfläche. Ein riesiges Grundwasserreservoir versorgt Brunnen und Quellen und erhält einige Wasserläufe während Trockenperioden am Fließen.

Da Wasser zahlreiche Substanzen in großen Mengen zu lösen vermag, kommt es in der Natur selten in reiner Form vor.
Bei der Kondensation und beim Niederschlag absorbieren Regen oder Schnee veränderliche Mengen an Kohlendioxid und anderen Gasen, auch Spuren von organischen und anorganischen Substanzen aus der Atmosphäre.
Beim Kontakt mit der Erdkruste reagiert Wasser mit den Mineralien im Boden und in den Gesteinen. Im Oberflächen- und Grundwasser sind in erster Linie Sulfate, Chloride und Hydrogencarbonate von Natrium und Kalium sowie Calcium und Magnesium enthalten. Den höchsten Mineralstoffgehalt der natürlichen Wässer weist das Meerwasser auf.

Wasserbilanz an der Erdoberfläche
Vorkommen Volumen in 106 km3 Anteil in %
Ozean  1370   97,25
Polkappen und Gletscher    29     2,05
Tiefes Grundwasser (750 m bis 4 km)     5,3     0,38
Oberes Grundwasser (<750 m)     4,2     0,03
Bodenfeuchte     0,065     0,005
Seen     0,125     0,01
Flüsse     0,0017     0,0001
Atmosphäre     0,013     0,001
Biosphäre     0,0006     0,00004
Gesamt 1408,7 100
Quelle: Frimmel, Fritz H. (1999): Wasser und Gewässer. Heidelberg und Berlin.

Zwischen den einzelnen Umweltkompartimenten findet ein ständiger Austausch statt. Die Verweilzeit eines individuellen Wassermoleküls in der Atmosphäre wird auf nur ca. 11 Tage geschätzt. In den gemäßigten Breiten kann ein Wassermolekül während dieser Zeit etwa 1.000 km weit verfrachtet werden. Die mittlere Verweilzeit eines Wassermoleküls im Ozean beträgt hingegen ca. 39.000 Jahre. Etwa 80 % der Niederschläge fallen über dem Meer. Dort übertrifft die Verdunstung die Niederschlagsmengen, der Überschuß wird als Dampf zum Land transportiert.

Die hohe Wärmekapazität des Wassers steht für seine Fähigkeit, beachtliche Mengen thermischer Energie zu speichern. Durch diese Wärmekapazität werden über die Meeresströme riesige Wärmemengen verfrachtet, und in den Organismen von Warmblütern trägt sie dazu bei, isotherme Bedingungen aufrecht zu erhalten.

Wasser ist der Hauptbestandteil der lebenden Materie. 50 bis 90 Prozent der Masse lebender Organismen bestehen aus Wasser. Protoplasma, die Grundsubstanz lebender Zellen, enthält u. a. Fette, Kohlenhydrate, Proteine, Salze und andere Substanzen. Wasser fungiert dabei als eine Art Bindeglied. Es transportiert diese Substanzen, geht mit ihnen Verbindungen ein und sorgt für ihren chemischen Abbau.

Wasserdampf

Wasser im gasförmigen Aggregatzustand. Unter Normaldruck (1013 hPa) ist alles über 100 °C warme Wasser gasförmig.

Wechselwirkungen Ozean-Atmosphäre

Das Klima der Erde und seine Variabilität werden ganz wesentlich von der Wechselwirkung zwischen Ozean und Atmosphäre bestimmt. Dabei kommt dem Ozean schon deswegen eine große Bedeuung zu, weil er 71% der Erdoberfläche bedeckt, einen großen Teil der eingehenden Strahlungsenergie der Sonne aufnimmt, und weil diese hauptsächlich in seiner obersten Schicht in Wärmeernergie umgewandelt wird. Die zweite wichtige Eigenschaft des Ozeans ist die hohe spezifische Wärmekapazität von Wasser. Sie bewirkt, dass der Ozean vor allem im jahreszeitlichen Wechsel auf die Temperaturschwankungen der Atmosphäre ausgleichend wirkt. Der dritte wesentliche Faktor ist das ozeanische Strömungssystem, das erhebliche Mengen von Energie über große Entfernungen transportiert, in der Regel von den Haupteinstrahlungsgebieten beiderseits des Äquators in Richtung der Pole. Der die Einstrahlungsgegensätze ausgleichende Energietransport auf der Erde, der das Leben in den höheren geographischen Breiten überhaupt erst ermöglicht, geschieht etwa zu gleichen Teilen durch die Atmosphäre und den Ozean.

Der ozeanische Transport erfolgt durch Oberflächen- und Tiefenströmungen. Die Oberflächenströme und ihr Energietransport werden durch die atmosphärische Dynamik, d.h. durch Wind, angetrieben, die Tiefenströme wesentlich durch Dichteunterschiede des Meerwassers, die einerseits durch die Temperatur, andererseits durch den Salzgehalt bestimmt werden. Temperatur und Salzgehalt des oberflächennahen Meerwassers und damit seine Dichte werden durch Energie- und Frischwasserflüsse (Niederschlag und Verdunstung) zwischen Atmosphäre und Ozean beeinflusst, der Salzgehalt von Meerwasser wird außerdem durch Frischwasserzufuhr vom Land oder schmelzendes bzw. gefrierendes Meereis bestimmt. Die windgetriebenen Oberflächenströmungen und die Tiefenzirkulation stehen in einem engen Wechselverhältnis: Winde treiben Wasser mit hohem Salzgehalt in Gebiete, in denen es abkühlt und absinkt (wie im Nordatlantik), oder sie treiben warmes Oberflächenwasser von Küsten weg, wodurch kälteres Tiefenwasser aufsteigen kann (wie in den Auftriebszonen vor einigen Westküsten der Kontinente).

Einfaches Schema der Wechselwirkungen zwischen Ozean und Atmosphäre

Beide Systeme treiben sich gegenseitig in einer Art und Weise an, die bis jetzt nur unzulänglich geklärt, aber von großer Wichtigkeit für das Verständnis der Variabilität des Klimas ist.

Ein markantes Beispiel dafür ist das El Niño-Phänomen, das sich durch eine Erwärmung des Oberflächenwassers im Pazifischen Ozean vor der Küste von Peru bemerkbar macht, aber auch große Auswirkungen auf verschieden Regionen der Welt hat, z. B. durch die mit ihm verbundenen Änderungen der lokalen Niederschlagsmengen und den damit einhergehenden Dürren oder Überschwemmungen.

Durch interdisziplinäre Zusammenarbeit versucht die Wissenschaft über ein verbessertes Verständnis der Rolle von Ozean und Atmosphäre bei derartigen gekoppelten Klimaschwankungen, im Bereich von Jahren bis zu Jahrzehnten, auch eine verbesserte Vorhersage des physikalischen Klimas zu ermöglichen. Mittlerweile ist es zudem eine akzeptierte Tatsache, dass der Ozean eine Schlüsselrolle bei der durch den Menschen verursachten Klimaänderung einnimmt.

Quelle: Dieter Kasang, Hamburger Bildungsserver

 

Eine weitere wichtige Wechselwirkung zwischen Ozean und Atmosphäre besteht in dem Gasaustausch zwischen diesen beiden Subsystemen des Klimasystems. Von besonderer Bedeutung für das Klima ist die Fähigkeit des Ozeans das atmosphärische Treibhausgas CO2 durch Lösung aufzunehmen. Dabei kann kaltes Oberflächenwasser mehr Kohlendioxid aufnehmen als warmes. Das ist der Hintergrund für wichtige Rückkopplungsprozesse. Falls sich die Atmosphäre, z.B. durch eine geringere Sonneneinstrahlung, abkühlt, wird auch das Oberflächenwasser des Ozeans kälter und kann dadurch mehr CO2 aus der Atmosphäre aufnehmen. Die Folge sind eine Schwächung des Treibhauseffekts und eine noch kühlere Atmosphäre, woraus eine weitere Abkühlung des Oberflächenwassers folgt, das dadurch noch mehr CO2 aufnehmen kann usw. Bei einer Erwärmung der Atmosphäre, z.B. durch anthropogene CO2-Emissionen, läuft der Prozess in umgekehrter Richtung ab. Gelöstes CO2 geht im Wasser neue chemische Verbindungen ein und wird durch Photosynthese im Phytoplankton gebunden. Ein bedeutender Teil des Kohlenstoffs wird durch Konvektion und absinkende organische Substanzen dem Oberflächenwasser und damit dem Austausch mit der Atmosphäre für längere Zeit entzogen. Auch diese Prozesse sind temperaturabhängig. So verstärkt kälteres Wasser die Konvektion und wärmeres schwächt sie. Dadurch wird in dem ersten Fall mehr Kohlendioxid dem Oberflächenwasser entzogen, das infolgedessen weiteres CO2 aus der Atmosphäre aufnehmen kann, wodurch sich die Atmosphäre weiter abkühlt und die Konvektion noch mehr verstärkt wird.

Weltorganisation für Meteorologie (WMO)

Engl. World Meteorological Organisation; 1951 gegründete Unterorganisation der Vereinten Nationen mit Sitz in Genf. Die Aufgaben der WMO:

  • die Koordination internationaler Zusammenarbeit in den Bereichen Meteorologie und Hydrologie, insbesondere beim Aufbau von Messnetzen
  • die Standardisierung meteorologischer Beobachtungen, ihrer Auswertung und Publikation
  • die Verbesserung und Beschleunigung des weltweiten Datenaustausches

Die WMO besitzt 185 Mitgliedstaaten bzw. -territorien (2000), die eigene nationale Wetterdienste betreiben. Ziel der Arbeit der WMO ist u.a. die Verbesserung von Wettervorhersagen im Hinblick auf Katastrophenwarnungen, die Sicherung und Förderung sozioökonomischer Prozesse sowie der Schiff- und Luftfahrt.

Westerly Wind Bursts (WWB)

Begriff, der noch keine allgemein anerkannte Übersetzung besitzt, häufig englisch verwendet wird und am ehesten mit "Westwindausbrüche" ins Deutsche übertragen werden kann.

Die bodennahen WWB entstehen vorwiegend über dem tropischen Westpazifik, besitzen eine Dauer von einigen Tagen bis zu ein paar Wochen (6 - 7 Tage in 75 % der Ereignisse) und wehen mit einer Geschwindigkeit von 5 - 10 m/s. Ihre longitudinale Ausbreitung schwankt zwischen 500 und 8.000 km mit einem Mittel von 4.000 km.
Sie kehren die ozeanische Oberflächenströmung von einer westwärtigen in eine ostwärtige Richtung um. Gleichzeitig bewirken sie so ein zonales Druckgefälle, das einen westwärts gerichteten Unterstrom erzeugt.

Entstehung von Westerly Wind Burste (WWB) und tropische Zyklogenese mit Bildung von Super Cloud Clusters (SCC) während der MJO

Die WWB besitzen eine besondere Bedeutung in der Modifikation der Temperatur vor allem des östlichen Pazifiks. Lang ahaltende WWB rufen ozeanische Kelvinwellen hervor, die die Thermokline herabsetzen und zu einer lokalen Erwärmung der SST führen. Den WWB wird daher auch eine Auslösefunktion für einen El Nino zugeschrieben.

Quelle: Bendix, A. und Bendix, J. (2004)

 

WWB werden mit als treibende oder auslösende Kraft (Forcing) für ein El Niño-Ereignis angesehen. Dabei erzeugen sie Downwelling hervorrufende äquatoriale Kelvinwellen, die in den Ostpazifik wandern und dort einen Anstieg der Meeresoberflächentemperatur bewirken können. Bei dieser Einschätzung steckt man allerdings in einem Henne-Ei-Problem.
WWB gehen möglicherweise auch auf den zeitlich wechselnden Einfluss verschiedener Konvergenzzonen zurück. Denn im Westpazifik treffen die Einflussbereiche der South Pacific Convergence Zone, der ITK und des Monsuns aufeinander. WWB treten üblicherweise in der westlichen Phase der Madden-Julian-Oscillation auf. WWB werden als bodennahe Ausprägung der MJO angesehen. Man geht davon aus, dass die Mechanismen, die für die MJO verantwortlich sind, auch eine wesentliche Rolle bei der Bildung und Aufrechterhaltung der WWB spielen.

Eine Theorie zur Entstehung der WWB stellt einen Zusammenhang mit dem Auftreten von einem Paar äquatornaher Zyklonen her. Dieser Zusammenhang besteht aber nicht für alle WWB.

Wetter

Als "Wetter" wird der physikalische Zustand der Atmosphäre zu einem bestimmten Zeitpunkt oder in einem auch kürzeren Zeitraum an einem bestimmten Ort oder in einem Gebiet bezeichnet, wie er durch die meteorologischen Elemente und ihr Zusammenwirken gekennzeichnet ist.

Das Wettergeschehen spielt sich in der unteren Atmosphäre ab, die als Troposphäre bezeichnet wird. In höheren Atmosphärenschichten gibt es zwar auch meßbare Luftbewegung und Temperatur, aber so gut wie keine Feuchte. Deswegen gibt es dort auch kein Wetter im engeren Sinne, wenn man davon absieht, dass gelegentlich sehr hohe Eiswolken auftreten können.

Ursache der Wetterabläufe sind die unterschiedliche Erwärmung der Erdoberfläche und daraus resultierend der darüberliegenden Luftschichten in Abhängigkeit von der geographischen Breite, der Höhenlage über NN, der Land-Meer-Verteilung, der Orographie, des Bewuchses usw..

Das Wetter wird mit Hilfe quantifizierbarer Parameter charakterisiert. Diese Parameter sind fundamentale Größen des Wetters (Wetterelemente) wie z.B. Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftdruck, Drucktendenz, Windrichtung und Windgeschwindigkeit, Bewölkung, Niederschlag und Sichtweite.

Weitere Informationen:

Wind

Durch den Begriff "Wind" wird die - vorwiegend horizontale - Verlagerung von Luftteilchen in Bezug auf deren Richtung und Geschwindigkeit beschrieben. Der Wind ist somit eine typische Vektorgröße, da zu seiner vollständigen Beschreibung sowohl ein Betrag (Geschwindigkeit) als auch eine Richtung (die Windrichtung) notwendig ist. In der Meteorologie sind Begriffe wie "Höhenwind" oder "Bodenwind" geläufig. Wenn bei Höhen- oder Bodenwind der zurückgelegte horizontale Weg der Luftteilchen pro Zeiteinheit anzugeben ist, werden durch Schätzung bestimmte Werte als Windstärke und durch Messung erhaltene Werte als Windgeschwindigkeit bezeichnet.

Hauptursache für Wind sind Unterschiede im Luftdruck zwischen Luftmassen. Dabei bewegen sich Luftteilchen aus dem Gebiet mit einem höheren Luftdruck – dem Hochdruckgebiet – solange in das Gebiet mit dem niedrigeren Luftdruck – dem Tiefdruckgebiet –, bis der Luftdruck ausgeglichen ist.

Die Geschwindigkeit des Windes wird in Meter pro Sekunde (m/s), in Kilometer pro Stunde (km/h) oder in der Seefahrt sowie in der Luftfahrt in Knoten (1 kt = 1,852 km/h) gemessen. Die bisher höchsten gemessenen Windgeschwindigkeiten um 500–650 km/h traten bisher nur in großen Höhen bei den sogenannten Jetstreams auf. Die Stärke eines Windes wird – innerhalb der sehr verbreiteten Beaufortskala – in der Einheit Beaufort (Bft) ausgedrückt. Winde zwischen 2 und 5 Bft werden als Brise bezeichnet. Winde mit Windstärken zwischen 6 und 8 Bft bezeichnet man als Wind mit den Abstufungen starker, steifer und stürmischer Wind. Bei Windstärken ab 9 Bft spricht man von einem Sturm. Winde mit der Windstärke 12 bezeichnet man als Orkan.

Die Windrichtung, meist in Form einer Hauptwindrichtung angegeben, wird durch die Lage von Tiefdruckgebiet und Hochdruckgebiet bestimmt. Dabei wird sie aber durch die Corioliskraft in Bewegungsrichtung nach rechts (Nordhalbkugel) bzw. nach links (Südhalbkugel) abgelenkt. Unterhalb der freien Atmosphäre wird der Wind zusätzlich durch Reibung beeinflusst und kann auch durch morphologische Strukturen wie Berge, Täler und Canyons stark variieren (Beispiel: Föhn bzw. Fallwind, Aufwind, Talwind, Bergwind). Bei rotierenden Systemen wie Wirbelstürmen spielt zusätzlich die Zentrifugalkraft eine entscheidende Rolle. In der freien Atmosphäre bewegt sich die Luft parallel zu den Isobaren.

Windvektor

Die formale Darstellung des Windes durch einen Vektor. Da zur vollständigen Beschreibung eines Windes sowohl ein Betrag (die Windgeschwindigkeit) als auch eine Richtung (die Windrichtung) notwendig sind, ist der Wind eine typische Vektorgröße im dreidimensionalen Raum.

WOCE

Engl. Akronym für World Ocean Circulation Experiment; es bildet das maritime Kernvorhaben des Weltklimaforschungsprogramms (WCRP, World Climate Research Programme) mit den Zielen

  • Ozeanmodelle zur Vorhersage von Klimaentwicklungen zu entwerfen und durch globale Meßdaten zu überprüfen sowie
  • Konzepte zur Überwachung des Langzeitverhaltens der Ozeane zu erstellen, um klimarelevante Variationen der Ozeanzirkulation erkennen und aufzeichnen zu können.

Zur Erfüllung dieser Forderungen wurden ein umfangreiches globales Meßprogramm entworfen sowie international koordinierte Modellentwicklungen und numerische Experimente vorgenommen. Deutsche Arbeitsgruppen haben sich in den letzten 10 Jahren sowohl an den Feldarbeiten als auch an den Modellierungsvorhaben in erheblichem Umfang beteiligt.
Die dafür erforderlichen Personal- und Sachmittel wurden dem aus 21 Teilprojekten zusammengesetzten Forschungsverbund anfangs gemeinsam von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Bundesministerium für Bildung und Wissenschaft (BMBF), später ausschließlich von letzterem zur Verfügung gestellt. Auf dieser Grundlage haben Arbeitsgruppen der Universitäten Bonn, Bremen, Hamburg, Heidelberg und Kiel, des Max-Planck-Instituts für Meteorologie, des Deutschen Geodätischen Forschungsinstituts und des Bundesamtes für Seeschiffahrt und Hydrographie, koordiniert durch das Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung die in diesem Bericht im folgenden dargestellten Untersuchungen durchgeführt.
Die Hauptziele des WOCE wurden im wesentlichen erreicht . Darüber hinaus wurden nicht vorhergesehene Prozesse im Periodenbereich von Jahren bis zu Jahrzehnten neu entdeckt. Die dafür verantwortlichen Mechanismen müssen allerdings noch aufgeklärt werden. Diese Aufgabe bildet den Kern des Vorhabens "Climate Variability und Predictability" (CLIVAR) innerhalb des Weltklimaforschungsprogramms.

Wolken

Eine Wolke ist eine für das menschliche Auge sichtbare, hinsichtlich ihrer Form schleier-, schicht- oder haufenartige Anhäufung von in der Luft schwebenden Eisteilchen oder Wolkentröpfchen, stets verbunden mit Turbulenz. Diese Tröpfchen sind maximal 0,1 Millimeter gross. Sind sie grösser, handelt es sich um Regentropfen. In einer Wolke sind etwa 108 Wolkentröpfchen pro m3 enthalten.
Liegt die Temperatur der Wolke unter -12° C, spricht man von einer Mischwolke, da in ihr sowohl gefrorene als auch flüssige Wasserteilchen vorkommen. Liegt die Temperatur unter -35° C, ist es eine Eiswolke. Sehr hohe Wolken (Cirren auf 8000 m Höhe) sind Eiswolken.
Die Wolken befinden sich in verschiedenen Stockwerken der Troposphäre. Die größte Häufigkeit und Dichte wird dabei in den unteren Schichten erreicht, da die Konzentration an Wasserdampf und Kondensationskernen mit der Höhe rasch abnimmt.
Wolken entstehen durch Kondensation und Sublimation (direkter Übergang vom gasförmigen in den festen Aggregatzustand) von Wasserdampf, wenn in der feuchten Luft der Taupunkt durch Abkühlung unterschritten wird. Der bei der Wolkenbildung entscheidende Abkühlungsvorgang ist die adiabatische Temperaturerniedrigung beim Aufsteigen von Luftpaketen. Das Aufsteigen der Luft kann zum einen thermisch verursacht sein, zum anderen kommt es in der Atmosphäre zu dynamischen, d.h. zu erzwungenen Hebungen infolge des Strömens der Luft.
Die bei der Wetterbeobachtung allgemein verwendete Wolkenklassifikation basiert auf der Höhe, in der die Untergrenze der Wolken liegt und auf ihrem Aussehen. Hinsichtlich der Höhe unterscheidet man tiefe, mittelhohe und hohe Wolken. Über das Aussehen wird indirekt auch eine Aussage über die Entstehungsart gemacht. Beispielsweise gehören die Kumuluswolken (Quell- oder Haufenwolken) zu den Konvektionswolken.

Beachten Sie im Internet

Wolkenrückkopplung

Eine Klimarückkopplung, die Änderungen in den Eigenschaften von Wolken als Reaktion auf andere atmosphärische Änderungen zur Folge hat. Das Verständnis von Wolkenrückkopplungen und die Bestimmung von Ausmaß und Vorzeichen erfordert das Verständnis, wie eine Änderung des Klimas das Spektrum der Wolkenarten, Wolkenhöhe und Bedeckungsgrad und die Strahlungseigenschaften der Wolken beeinflussen könnte sowie eine Einschätzung der Auswirkungen dieser Änderungen auf den Strahlungshaushalt der Erde. Zur Zeit verbleibt die Wolkenrückkopplung die größte Unsicherheitsquelle bei Schätzungen der Klimasensitivität.

World Climate Research Programme (WCRP)

Das Weltklimaforschungsprogramm wurde 1980 unter der gemeinsamen Trägerschaft des International Council for Science (ICSU) und der World Meteorological Organization (WMO) gegründet. 1993 kam als weiterer Träger die Intergovernmental Oceanographic Commission (IOC) dazu. Die Ziele des Programms sind es, das physikalische Klimasystem und die Klimaprozesse wissenschaftlich so zu verstehen, um abschätzen zu können, inwieweit Klima vorhergesagt werden kann und welches Ausmaß der Einfluß des Menschen besitzt. Das Programm umfasst Untersuchungen der Atmosphäre, der Ozeane, des Meer- und Landeises und der Landflächen, die zusammen das Klimasystem der Erde bestimmen. WCRP-Studien sollen insbesondere wissenschaftlich fundierte quantitative Antworten auf allgemeine klimatische Fragestellungen und die verschiedenen natürlich bedingten Klimavariabilitäten geben, sowie die Grundlage schaffen für Vorhersagen von regionalen und globalen Klimaveränderungen und von Änderungen der Häufigkeit und Stärke von Extremereignissen.

Die Aktivitäten des WCRP befassen sich folglich mit wesentlichen wissenschaftlichen Unsicherheiten hinsichtlich des Klimasystems, einschließlich des ozeanischen Transports und der Speicherung von Wärme, des globalen Energie- und Kohlenstoffkreislaufs, der Wolkenbildung und deren Wirkung auf Strahlung sowie die Rolle der Kryosphäre (Eishülle). Diese Aktivitäten entsprechen den wissenschaftlichen Prioritäten, die vom Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) gesetzt wurden, und sie sollen Antworten auf Fragen liefern, die im UN Framework Convention on Climate Change (UNFCCC) gestellt wurden. Vergleichbares gilt für die in der Agenda 21 formulierten Forschungsdefizite. Zusammen mit dem International Geosphere-Biosphere Programme (IGBP) und dem International Human Dimensions of Global Environmental Change Programme (IHDP), stellt das WCRP den internationalen Rahmen für die wissenschaftliche Zusammenarbeit bei der Erforschung des globalen Wandels.

Daneben organisiert und unterstützt das WRCP Tagungen zu wissenschaftlichen Fragen. Als Kooperationspartner sind u.a. zu nennen: Global Observing System (GCOS), Global Ocean Observing System (GOOS), Ocean Observation Panel for Climate (OOPC).

X

XBT

Engl. Akronym für Expendable Bathythermograph; Verbrauchs- oder Einmalbathythermograph, von Schiffen ausgesetztes profilierendes Instrument zur Echtzeit-Messung der tiefenabhängigen Temperatur in den Ozeanen. Das XBT besteht aus einer Temperatursonde, 300-1.500 m Kupferkabel, einem Sender mit Antenne und einer vom Salzwasser aktivierten Batterie. Beim XBT wird die Temperatur mit einem Thermistor gemessen. Die Tiefe wird als Funktion der Zeit bei der in guter Näherung konstanten Sinkgeschwindigkeit des freifallenden Messkörpers bestimmt.
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 zum Schiff, das die Sonde abgesetzt hat. Wenn der Draht abgespult ist, reißt er und die Messsonde ist verloren (bisher wurden von Sippican etwa 5 Millionen Sonden verkauft). Trotzdem ist dieser Verlust wirtschaftlich, weil die Messsonde weniger kostet als der Treibstoffverbrauch für das Aufstoppen des Schiffes.
XBT-Messungen werden von Voluntary Observing Ships (VOS) durchgeführt zur Unterstützung des ENSO Observing Network der Erforschung des Globalen Klimawandels.

Ein Genauigkeitsproblem entsteht daraus, dass die Tiefe der Temperaturmessung nicht direkt gemessen, sondern aus der Sinkgeschwindigkeit ermittelt wird. Unsicherheiten in der Bestimmung dieser Geschwindigkeit sowie Probleme mit der Datenspeicherung können zu einem Bias in den XBT Temperaturmessungen führen. Es wurde aber inzwischen ein Verfahren zur Korrektur des Bias entwickelt, mit dem Datensätze korrigiert werden können.
Trotz der Messungenauigkeiten werden die XBT weiterhin eingesetzt, um Temperaturprofile der Wassersäule im Ozean zu erhalten. Allerdings liefern die ARGO Treibbojen inzwischen deutlich präzisere Daten.

 

Links: XBT als Foto und in Explosionszeichnung

 

Rechts: Aktuell bestehende XBT-Transekte quer durch Ozeanbecken

An eXpendable BathyThermograph (XBT) is a probe that is dropped from a ship and measures the temperature as it falls through the water. A very thin wire transmits the temperature data to the ship where it is recorded for later analysis.

The XBT network consists of transects across all ocean basins where eXpendable BathyThermographs (XBTs) are used to collect temperature observations of the upper 1km of the ocean. The XBTs are deployed from research vessels and ships of the Ship Of Opportunity Program (SOOP).

The transects are sampled in two modes: High Density (HD) and Frequently repeated (FR). All XBT transects are reviewed through an international consortium with oversight by the SOOP Implementation Panel (SOOPIP). Some transects include time series with more than 30 years of data.

Zu größerer Darstellung auf Grafiken klicken - Quelle: NOAA

   

Weitere Informationen: The role of XBT sampling in the ocean thermal network

Y

Z

Zeitskalen in der Atmosphäre

Seit es auf unserer Erde eine Atmosphäre gibt und zusammen mit ihr und anderen Komponenten wie Ozean, Landoberfläche, Biosphäre und Kryosphäre ein Klimasystem existiert, unterliegt das Klima einem beständigen Wandel. Variable Randbedingungen (z.B. plattentektonische Prozesse), externe Einwirkungen (z.B. solare Aktivitätsschwankungen, Variationen der astronomischen Erdbahnparameter) sowie interne Prozesse und Wechselwirkungen sind dafür verantwortlich. So beinhalten die verschiedenen Zustandsformen des Klimasystems einen permanenten Wandel auf unterschiedlichen zeitlichen und räumlichen Skalen. Die Atmosphäre beispielsweise reagiert viel schneller als der vergleichsweise langsame Ozean. Im Ergebnis trägt all dies zu dem sehr komplexen Verhalten des irdischen Klimasystems bei.

Charakteristische Zeiten von Phänomenen in der Atmosphäre

Dauer in Sekunden Skala Phänomen
10-1 - 102 s mikroklimatisch kleinräumige Turbulenz
103 - 104 s (Minuten - Stunden) mesoklimatisch Konvektion
105 - 106 s (Stunden - Tage) synoptisch Zyklonenwellen
106 - 107 s (Wochen - Monate) globalklimatisch ultra-lange Wellen
107 - 108 s (Monate - Jahre) intraannuär Jahresgang
108 - 109 s (2 - 30 Jahre) interannuär El Niño
109 - 1010 s (30 - 300 Jahre) intrasäkulär Erwärmung im 20. Jahrhundert
1011 - 1013 s (3.000 J. - 300.000 J.) intersäkulär Erwärmung nach der Eiszeit
>1014 s (>1 Mio Jahre) superintersäkulär Eiszeiten
Zooxanthellen

Einzellige, gelb-braune Dinoflagellaten, die symbiotisch in der Gastrodermis von Korallen leben und die für die relativ hohen pH-Werte und einige der Enzyme sorgen, die für die rasche Kalziumkarbonatbildung in Korallenriffen wesentlich sind. Die Zooxanthellen liefern den Korallen Photosyntheseprodukte und erhalten als Gegenleistung Schutz sowie Zugang zum Licht. Gegenüber niedriger Salinität, starker Wassertrübung und Temperaturen unter 20 °C sind die Zooxanthellen empfindlich.

Zyklon

Bezeichnung für einen tropischen Wirbelsturm über dem Indischen Ozean oder dem südlichen Pazifik. Zyklone haben drei Hauptentstehungsgebiete. Im nördlichen Indischen Ozean (kurz: Indik) entstehen sie vor allem in der Zeit vor und nach dem Sommermonsun, in den Monaten Mai und Juni sowie Oktober und November, entweder im Arabischen Meer oder im Golf von Bengalen. Im Indischen Ozean südlich des Äquators entstehen Zyklone während der Sommermonate auf der Südhalbkugel. Diese Wirbelstürme gefährden vor allem Mauritius, La Réunion, Madagaskar und die afrikanische Ostküste. Zwischen November und April bilden sich außerdem auch in den Gewässern rund um Australien tropische Zyklone.

Zyklone

Syn. Tief, Tiefdruckgebiet, Depression; Gebiet relativ niedrigen Luftdrucks, das auf der Nordhemisphäre als gegen den Uhrzeigersinn, auf der Südhemisphäre als im Uhrzeigersinn rotierender Luftwirbel unterschiedlicher Ausdehnung und Intensität in Erscheinung tritt. Ein Tiefdruckgebiet kann thermisch oder dynamisch verursacht sein. Dynamische Tiefdruckgebiete sind mit Fronten verbunden und werden als außertropische Zyklonen bezeichnet. Tiefdruckgebiete deren Anfangsstadium thermisch bedingt ist, sind tropische Depressionen, tropische Wirbelstürme, Hitzetiefs und Höhentiefs (Druckgebilde). Auf der Wetterkarte ist der Kern des Tiefdruckgebietes von mehreren Isobaren (Linien gleicher Druckwerte) umschlossen. Dem Luftdruckgradienten (Druckgefälle) folgend strömt unterschiedlich temperierte Luft, durch die Bodenreibung auf eine zyklonale Bahn abgelenkt, in das Tiefdruckgebiet ein. Dieser bodennahen konvergenten (zusammenstömenden) Strömung, die zu Hebungsprozessen besonders im Bereich der Grenzflächen zwischen unterschiedlich temperierten Luftmassen führt, entspricht eine kompensatorische divergente (auseinanderströmende) Strömung in der Höhe.