Was verursacht die verstärkte Erwärmung der Arktis?

Wissenschaftliche Belege zeigen...

Der Erwärmungstrend der letzten Jahrzehnte in der Arktis fast doppelt so groß wie im globalen Durchschnitt. Dies wird als arktische Verstärkung/Amplifikation bezeichnet. Was ist die Ursache dafür? Veränderungen der Wolkendecke, ein Anstieg des atmosphärischen Wasserdampfs, ein stärkerer atmosphärischer Wärmetransport aus niedrigeren Breitengraden und abnehmendes Meereis wurden als beitragende Faktoren vorgeschlagen. Eine neue Publikation (Die zentrale Rolle des abnehmenden Meereises bei der jüngsten arktischen Temperaturverstärkung (Screen & Simmonds 2010)), hier vollständig zu lesen, untersucht diese Frage. Der Titel verrät es schon: der Rückgang des Meereises ist der Hauptgrund für die arktische Verstärkung.

Das vertikale Profil der arktischen Erwärmung (d.h. wie stark die Erwärmung in verschiedenen Höhenlagen auftritt) gibt uns einen Einblick in die zugrunde liegende Ursache. Wenn die aus niedrigeren Breitengraden transportierte atmosphärische Wärme der Haupttreiber wäre, würden wir in größeren Höhen eine stärkere Erwärmung erwarten. Wenn hingegen der Rückgang der Schnee- und Meereisdecke die Hauptursache wäre, würden wir eine stärkste Erwärmung an der Oberfläche erwarten. Abbildung 1 zeigt die simulierte Erwärmung, die in jeder Saison zu erwarten ist, falls abnehmendes Meereis die Hauptursache für die Erwärmung ist.

Abbildung 1: Höhenabhängige Temperaturtrends im Zusammenhang mit Veränderungen des Meereises. Temperaturtrends für den Zeitraum 1989-2008, gemittelt entlang der Breitengrade, für Winter (a), Frühjahr (b), Sommer (c) und Herbst (d). Die Trends ergeben sich aus Prognosen des Temperaturfeldes auf der Meereiszeitreihe.

Mit hochauflösenden Temperaturdaten, ergänzt durch aktualisierte Satellitenmessungen, analysierten Screen (2010) den beobachteten Erwärmungstrend für jede Jahreszeit. Screen stellt die stärkste arktische Erwärmung an der Oberfläche fest. Die Erwärmung nimmt zu jeder Jahreszeit außer im Sommer mit der Höhe ab. Diese vertikale Struktur deutet darauf hin, dass Veränderungen an der Oberfläche, z.B. ein Rückgang des Meereises und der Schneedecke, die Hauptursachen für die aktuelle arktische Verstärkung sind.

Abbildung 2: Beobachtete Temperaturtrends von 1989 bis 2008. Höhenabhängige Temperaturtrends, gemittelt entlang der Breitengrade, für Winter (Dezember-Februar; a), Frühjahr (März-Mai; b), Sommer (Juni-August; c) und Herbst (September-November; d). Eine rote Schattierung zeigt an, dass sich die untere Atmosphäre schneller erwärmt hat als die gesamte Atmosphärensäule. Eine Blaufärbung zeigt an, dass sich die untere Atmosphäre langsamer erwärmt hat als die gesamte Atmosphärensäule.

Die Oberflächenerwärmung ist im Sommer gering, da mit Hilfe von Energie das verbleibende Meereis geschmolzen wird und der obere Meeresschichten erwärmt. Die Mehrheit der Wintererwärmung steht in Verbindung mit Veränderungen der Meereisdecke, auch wenn der Rückgang des Meereises zu dieser Jahreszeit relativ gering ist. Im Sommer verliert die Atmosphäre Wärme an den Ozean, während im Winter der Wärmefluss umgekehrt verläuft. Die geringere Meereisdecke im Sommer ermöglicht eine stärkere Erwärmung der oberen Meeresschichten, aber die atmosphärische Erwärmung ist klein. Die in oberen Meeresschichten gespeicherte überschüssige Wärme wird anschließend im Winter an die Atmosphäre abgegeben.

Als weiterer potenzieller Mitverursacher der verstärkten Erwärmung wird die Veränderung der Wolkendecke untersucht. Der Frühling ist die einzige Jahreszeit, die signifikante Trends in der durchschnittlichen arktischen Bewölkung aufweist, und der Trend ist negativ. Es wird jedoch erwartet, dass eine geringere Bewölkung zu einer Oberflächenkühlung führt, da Wolken im Frühjahr einen wärmenden Einfluss haben. Daher gibt es keine Anzeichen, dass Veränderungen der Wolkendecke zu der jüngsten oberflächennahen Erwärmung der Arktis beitragen.

Änderungen des atmosphärischen Wasserdampfgehalts können die arktische Erwärmung verstärken. Trends bei der spezifischen Luftfeuchtigkeit finden sich aber nur im Sommer und Frühherbst. Die starke Erwärmung im Winter und Frühjahr geht nicht mit einem Anstieg der Luftfeuchtigkeit einher. Tatsächlich deutet die Beweislage darauf hin, dass ein Teil des Feuchtigkeitsanstiegs durch stärkere Oberflächenfeuchteflüsse im Zusammenhang mit der Reduzierung von Meereis verursacht wird.

Die empirischen Beweise aus den letzten zwei Jahrzehnten zeigen, dass die abnehmende Meereisdecke und -dicke groß genug waren, um die arktische Erwärmung den größten Teil des Jahres zu verstärken. Das Auftreten starker positiver Eis-Temperatur-Rückkopplungen erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass die Arktis sich in Zukunft schnell erwärmt und Meereis verliert.