Der Klimawandel ist eine der Hauptherausforderungen für die Menschheit im 21. Jahrhundert. Seine Auswirkungen sind vielschichtig wobei der anwachsende Massenverlust von Gletschern außerhalb der großen Eisschilde sowie deren bedeutender Beitrag zum Meeresspiegelanstieg zu den am stärksten hervorstechenden zählt. Diesbezüglich sind die Gletscher und Eiskappen der Arktis aufgrund ihres großen Volumens und ihrer großen Oberfläche, die als Kontaktfläche zum Klima- und Ozeanantrieb und damit zum Klimawandel selber fungiert, von besonderer Bedeutung. Da die Arktis darüber hinaus diejenige Region der Erde mit dem höchsten, prognostizierten, zukünftigen Temperaturanstieg ist, wird erwartet, daß sich die Bedeutung der arktischen Eismassen für den Meeresspiegelanstieg auch in Zukunft fortsetzt oder sogar noch steigern wird.Die großen Gletscher der Nordpolarregion umgeben den arktischen Ozean in ähnlichen Breitenlagen, weisen aber in jüngster Zeit ein inhomogenes Verhalten auf. Diese Tatsache legt eine räumliche Variabilität der klimatischen und ozeanischen Antriebsmechanismen der Gletschermassenbilanz innerhalb der zirkumarktischen Regionen nahe und offenbart damit die Diversität der Einflüsse des Klimawandels. Bezüglich der Variabilität der Antriebsmechanismen weist Svalbard in der Arktis eine einzigartige Lage auf. Es liegt an der Grenze zwischen kalten, polaren Luftmassen und Ozeanwassern und den Einflüssen des Westspitzbergenstroms, welcher der hauptsächliche Warmwasserlieferant für das arktische Umweltsystem ist. Darum verspricht das Erforschen der Reaktionen der Gletscher auf Svalbard auf die Veränderlichkeit des Klima- und Ozeanantriebs bedeutende Einblicke in die komplexe Kausalkette zwischen Klimawandel, der Variabilität der Klima- und Ozeanbedingungen in der Arktis und der Reaktion der arktischen Landeismassen. Das Ziel des Projektes ist es eine zuverlässige Abschätzung der räumlichen und zeitlichen Variabilität der klimatischen Massenbilanz aller Gletscher und Eiskappen auf Svalbard zu erreichen und diese mit dem Klima- und Ozeanantrieb in Verbindung zu setzen. Dazu wird ein räumlich verteiltes, von statistisch downgescalten Klimadaten angetriebenes Model zur Berechnung der klimatischen Massenbilanz aufgesetzt. Die Massenbilanz aller Gletscherflächen auf Svalbard wird für den Zeitraum 1948-2013 modelliert und die zeitlich variablen Felder von Ablation, Akkumulation, wiedergefrorenem Schmelzwasser und klimatischer Massenbilanz für anschließende geostatistische Studien genutzt. Diese Studien werden potentielle Einflüsse der raumzeitlichen Variabilität von großräumigen Mustern des Luftdrucks, der Meereisbedeckung und der Meeresoberflächentemperatur auf die Variabilität der Gletschermassenbilanz auf Svalbard identifizieren und analysieren. Auch Telekonnektionen zu fernen Modi der atmosphärischen Zirkulation werden durch Studien bezüglich der potentiellen Einflüsse verschiedener atmosphärischer Zirkulationsindizes in die Betrachtungen einbezogen.
Ziel des Projektes ist eine Bestandsaufnahme der Wassermassenverteilung und der Zirkulation im Arktischen Ozean. Stabile Sauerstoffisotopen (delta18O) des Wassers ist ein konservativer Tracer und werden zusammen mit hydrochemischen Daten dazu verwendet das vom Schelf stammende Süßwasser (Flusswasser und Meereis-Schmelze oder Bildung) und die aus dem Pazifik stammende Komponente zu untersuchen. Auf diese Weise wird der Einfluss dieser Wassermassen in der arktischen Salzgehaltsschichtung (Halokline), dem Atlantischen Zwischenwasser und dem Tiefen- und Bodenwasser des Arktischen Ozeans quantifiziert werden. Es ist bekannt, dass die Verteilung der Pazifischen Komponente starken Veränderungen auf dekadischen Zeitskalen unterliegt aber auch in den Süßwasserverteilungen im Transpolaren Drift Strom wurden 2007 starke Variationen beobachtet welche somit auf zusätzliche jährliche Variationen hinweisen. Es ist nicht bekannt ob die 2007 beobachteten Variationen ein permanentes Phänomen sind und ob diese mit dem weitgehenden Fehlen des Pazifischen Wassers in diesem Zeitraum zusammenhängen. Die geplante flächendeckende und quantitative Erfassung der Süßwasserverteilung und des Pazifischen Wassers werden daher dazu beitragen, den Einfluss und die möglichen Rückkopplungsmechanismen der arktischen Hydrographie auf den arktischen und globalen Klimawandel weitergehend zu verstehen.
Seit Anfang der 1980er Jahre beschäftigt sich die Arbeitsgruppe mit Fragen der Historischen Klimatologie in Mitteleuropa. Unter 'historisch' wird dabei der Zeitraum vor Beginn der amtlichen und standardisierten Instrumentenmessung verstanden, soweit vom Mensch verfasste Aufzeichnungen vorliegen. Die Fülle der ausgearbeiteten Quellentexte wurde in der Datenbank HISKLID zusammengefasst. Wesentlicher Bestandteil dieser Datenbank sind deskriptive Wetteraufzeichnungen, Hinweise auf Witterungsextreme, Wettertagebuchaufzeichnungen, aber auch sogenannte Proxydaten, wie Hinweise auf Erntetermine, Vereisungen von Flüssen und Meeresbereichen, Hochwassermarken oder Baumringweiten. Ergänzt werden diese Datentypen durch frühe Instrumentenmeßdaten. Aussagekräftige Datensätze liegen derzeit bis zum Jahr 1000 rückreichend vor. In vielen Fällen sind auch Hinweise auf die Klimafolgen in den Quellen enthalten.
Meereis ist eine der Komponenten des Erdsystems, die die schnellsten Veränderungen während der letzten Dekaden zeigten. Zum Beispiel kontrolliert Meereis die Energie- und Gasflüsse zwischen Ozean und Atmosphäre in den Polargebieten. Aufgrund seines hohen Rückstrahlvermögens reflektiert es kurzwellige Strahlung effizient zurück in den Weltraum und beeinflusst das Ökosystem. Während die Meereisfläche in der Arktis mit etwa -4%/Dekade stark abnimmt, nimmt die Meereisfläche in der Antarktis leicht zu (etwa 1.5%/Dekade). Besonders ausgeprägt ist mit -13/Dekade die Abnahme von dickem, mehrjährigem Meereis in der Arktis. Die Fläche von mehrjährigem Eis in der Arktis kann mit Hilfe von satellitengestützten Mikrowellensensoren beobachtet werden. In der Antarktis ist die Fläche mehrjährigen Eises kleiner als in der Arktis aber mit 3 Millionen Quadratkilometern immer noch bedeutend. Zurzeit existiert keine Methode, um die Verteilung und zeitliche Entwicklung von mehrjährigem Eis in der Antarktis auf jahreszeitlichen oder dekadischen Zeitskalen zu beobachten. In diesem Projekt schlagen wir vor, eine Methode zur Bestimmung antarktischer Meereistypen, vor allem mehrjähriges Eis, zu entwickeln.Nach der Sommerschmelze nimmt der Salzgehalt von mehrjährigem Eis ab und damit ändern sich seine dielektrischen Eigenschaften und Porosität. Dadurch wird es möglich, es mit passiven und aktiven Mikrowellensensoren von anderen Eistypen zu unterscheiden. Die Bedingungen in der Antarktis, wie große Schneedicken, die Eis-Flutungen verursachen können, Schnee Schmelz-Gefrier-Zyklen und Meereisdynamik in der Eisrandzone (was zu verstärkter Rückenbildung, kleineren Schollen und Pfannkucheneis führt), erschweren die Unterscheidung von Meereistypen wie mehrjährigem von erstjährigem Eis. Für die Arktis wurden unlängst Methoden entwickelt, um solche Einflüsse, die zu falscher Eistyp-Klassifikation führen, zu verringern. Wir schlagen vor einen Algorithmus zur Bestimmung von Meereistypen inklusive zweier Korrekturmethoden, die schon an der Universität Bremen auf arktisches Meereis angewendet wurden, an die Bedingungen von antarktischem Meereis anzupassen und zu erweitern. Die vorgeschlagenen Methoden beruhen auf kombinierten Mikrowellen-Radiometer und -Scatterometer Beobachtungen für die Eistyp-Unterscheidung und auf Meereisdrift und atmosphärischen Reanalysedaten für die Korrekturmethoden. Das Ergebnis wir die erste zirkumpolare, langfristige Zeitserie von antarktischen Eistypen sein (mehrjähriges und erstjähriges Eis und potentiell auch junges Eis).
Die Westliche Antarktische Halbinsel (engl. Western Antarctic Peninsula, WAP) umfasst ein hochproduktives Ökosystem und ist wohl eine der Regionen, die sich unter den Auswirkungen der globalen Erwärmung am schnellsten verändern. Natürliche zeitlich-räumliche Variabilitäten in Form von Meereis-Saisonalität, schelfübergreifendem Transport von warmem zirkumpolarem Wasser und submesoskaligen Wirbeln haben einen ausgeprägten Einfluss auf das chemische und biologische Umfeld des WAP. Daher könnten Umweltveränderungen wie das beschleunigte Abschmelzen der Gletscher, die verringerte Meereisbedeckung und die erhöhte Verfügbarkeit von UV-Licht enorme Auswirkungen auf die biogeochemischen Zyklen der Region haben. Die genaue Richtung der Veränderungen ist jedoch noch unklar, was vor allem auf den Mangel an Daten aufgrund des schwierigen Zugangs zurückzuführen ist. Klimarelevante Spurengase gehören zu hochrelevanten, noch nicht ausreichend untersuchten Verbindungen in den Polarregionen, insbesondere im WAP. Nicht nur mangelnde Datenerfassung, sondern auch ein detailliertes Verständnis der Kontrollmechanismen für den Transfer von Gasen aus der ozeanischen Mischschicht in die Atmosphäre macht es schwierig, ihre Gesamtemissionen in die Atmosphäre abzuschätzen. Die gemischte Wassermasse an der Oberfläche und die Atmosphäre sind durch natürlich vorkommende Oberflächenfilme getrennt, die die Austauschprozesse steuern. Daher ist bis heute nicht klar, ob der WAP eine Quelle oder Senke für Spurengase ist. Wir schlagen vor, eine ehrgeizige multidisziplinäre Studie durchzuführen, die darauf abzielt, die Produktion und die Austauschflüsse von Spurengasen in den Küstengewässern und im offenen Ozean des WAP zu quantifizieren. Insbesondere wollen wir: i) die Hauptproduktionswege von CH4, N2O, DMS und CO in der Region der Bransfield-Straße bewerten, ii) die Kontrollmechanismen für ihren Transfer über marine Oberflächenfilme in die Atmosphäre und ihre Variabilität während des Frühling-Sommer-Übergangs aufklären und iii) entschlüsseln, inwieweit submesoskalige Prozesse die Spurengaszyklen und Eigenschaften von Oberflächenfilmen beeinflussen. Zu diesem Zweck schlagen wir vor, verankerte Beobachtungen, saisonale Probenahmen an einer ortsfesten Station und eine Prozessstudie mit hochauflösenden physikalischen, chemischen und biologischen Messungen mit autonomen Plattformen (z.B. ferngesteuerte Katamaran und Drifter) zu verwenden. Das vorgeschlagene Projekt wird Einblicke in die Hauptkontrollen der Emissionen von Spurengasen in die Atmosphäre im WAP geben und zukünftigen Modellstudien helfen, die Darstellung der Auswirkungen der beschleunigten Gletscherschmelze in Ozean-Atmosphären-Modellen zu verbessern.
Der Weddellwirbel transportiert Wärme zu den Schelfeisen der Antarktis und reguliert die Dichte der Wassermassen, die den untersten Ast der globalen Umwälzzirkulation versorgen. Er stellt somit einen fundmentalen Bestandteil des globalen Klimasystems dar. Jedoch ist sehr wenig darüber bekannt, wie der Weddellwirbel auf langfristige Änderungen des atmosphärischen Antriebs reagieren wird. Der Auftrieb stellt eine wichtige Komponente im Klimasystem dar, da er Quellwassermassen durch Wärmeverluste und durch von Eisschmelze hervorgerufene Süßwassereinträge modifiziert. Während die beobachteten positiven Langzeittrends von Nährstoffkonzentrationen und Salzgehalten auf einen verstärkten Auftrieb hindeuten, könnte die im gleichen Zeitraum beobachtete Reduktion der Aufnahme von anthropogenem Kohlenstoff auf einen verringerten Auftrieb schließen lassen. Zusätzlich zum Auftrieb ist auch die Rolle der turbulenten wirbelbedingten Diffusion von Wärme kaum verstanden, aber möglicherweise von großer Bedeutung. Sie könnte einen wichtigen Mechanismus darstellen, um Wärme vom südlichen Ast des Weddellwirbels sowohl hin zum Zentrum maximaler Auftriebs zu befördern, als auch zu den Schelfeisen der Antarktis, wo die Wärme deren Abschmelzen und somit auch den Meeresspiegelanstieg vorantreiben könnte.Meine Vorarbeiten zeigen, dass Maud Rise eine wichtige Rolle für den Wärmehaushalt des Weddellwirbels spielt, dass aber gleichzeitig die kritischen Prozesse lokal bislang kaum in Feldstudien aufgelöst worden sind. Die Erforschung der Bedeutung von Maud Rise bezüglich des Wärmehaushalts ist von aktueller Bedeutung, da die Weddell-Polynya in 2017 nach vier Dekaden der Abwesenheit direkt über Maud Rise zurückgekehrt ist.Das Ziel von WedUP ist es, die langzeitlichen, großräumigen Änderungen der Zirkulation und des Auftriebs im Weddellwirbel zu bestimmen und deren Auswirkungen auf den Wärmehaushalt des Ozeans zu erforschen. Verbesserte Abschätzungen der räumlich und saisonal schwankenden Eddy-Diffusion sollen Analysen zum Beitrag von wirbelbedingten Wärmetransporten sowohl vom Zentrum des Weddellwirbels als auch zu den Schelfeisen ermöglichen. Abschließend soll eine Fallstudie basierend auf den zuvor erfolgten Auswertungen mit dem Ziel durchgeführt werden, die Rolle des Ozeans für das Auftreten der Weddell-Polynya in 2017 zu erforschen. WedUP wird den umfangreichen Datensatz des Argo-Float Observatoriums nutzen, das eine Abdeckung des Weddellwirbels seit 2002 zu allen Jahreszeiten und auch in von Meereis bedeckten Gebieten gewährleistet. Diese Daten sollen mit seehundgebundenen, schiffsgebundenen, und verankerungsgebundenen Messungen kombiniert werden, um die raumzeitlichen Änderungen des Salzgehalts und der Schichtung in Oberflächennähe zu erfassen. Die Erfassung von Langzeittrends in den Nährstoffkonzentrationen, oberflächennahen Salzgehalten und Radionukliden soll mich in die Lage versetzen, Änderungen der Rate des Auftriebs im Inneren des Weddellwirbels zu bestimmen.
Eine Reihe von Mechanismen wurden benannt, um die Abnahme und Zunahme der Meereisausdehnung im Südpolarmeer in den letzten Jahren zu erklären. Aber die Prozesse, die diese Entwicklung antreiben, sind bis jetzt noch nicht umfassend verstanden. Die Simulation des antarktischen Meereises in aktuellen Klimamodellen bleibt ein grundlegendes Problem. Es gibt einige Hinweise darauf, dass das Problem, neben der Formulierung von atmosphärischen und ozeanischen Prozesse, auch auf die Beschreibung der Meereisphysik im Südpolarmeer zurückzuführen ist. Obwohl ein großer Teil der gegenwärtigen Meereisbedeckung im Südlichen Ozean aus einer marginalen Eiszone besteht, lösen kontinuumsmechanische Meereismodelle die Meereisschollen normalerweise weder auf, noch parametrisieren sie dieses Regime und vernachlässigen somit wichtige Rückkopplungen zur Vorhersage von Klima und Wetter. Darüber hinaus ist die Anwendung von kontinuumsmechanischen Meereismodellen auf, oder unterhalb der Skala einzelner Schollen fragwürdig, da die zugrunde liegende Kontinuumsannahme dieser Meereismodelle wahrscheinlich nicht gegeben ist. In diesem Projekt möchten wir die Defizite der derzeitig verwendeten kontinuumsmechanischen Meereismodelle adressieren, indem wir ein hybrides Meereismodell entwickeln, das die Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre, Meereis und Ozean bis zur Schollenskala explizit beschreibt. Das hybride Modell bietet einen nahtlosen Ansatz zur Vorhersage des Meereises, der von der Simulation einzelner Meereisschollen in der marginalen Eiszone bis hin zur Darstellung des Packeises reicht. Unser hybrides Modell, das Partikel- mit Kontinuumsmethoden kombiniert, wird zu einem besseren Verständnis und einer besseren Vorhersage des antarktischen Klimasystems beitragen, indem es Kopplungen zwischen Atmosphäre, Meereis und Ozean bis hin zu einer Schollenskala explizit miteinbezieht. Kleinskalige Prozesse, die sich auf einzelne Schollen beziehen, sind für das polare Klima wichtig, aber ihre Parametrisierung in kontinuumsmechanischen Meereismodellen bleibt eine offene Forschungsfrage.Um den Einfluss der schollenskaligen Wechselwirkungen auf die Entwicklung der Meereisbe-deckung im Südlichen Ozean zu analysieren, werden wir ein Diskretes-Elemente-Modell entwickeln, das auf der Beschreibung von DESIgn und dem Princeton-DEM basiert, und es in die kontinuumsmechanische Meereisformulierung im Klimamodell ICON einbetten. Unser Ziel ist, die Interaktion von Meereisschollen explizit in einem Teilgebiet wie der marginalen Eiszone darzustellen, denn es hat sich gezeigt, dass die Schollengrößenverteilung das simulierte Meereisvolumen signifikant beeinflusst. In Regionen, in denen eine hohe räumliche Auflösung nicht erforderlich ist, verwenden wir zur Simulation des Meereises das kontinuumsmechanische Modell, das ein geeigneter, recheneffizienter Ansatz ist, um die Meereisentwicklung auf großen Skalen und mit niedriger Auflösung zu beschreiben.
Die zentralen Zielstellungen dieses Teilprojekts sind (i) die Verbesserung im Verständnis von Rückkopplungsmechanismen zwischen der Atmosphäre und Meereis-Ozean in der Arktis, und (ii) eine Quantifizierung der einzelnen Beiträge der atmosphärischen Zirkulation, der atmosphärischen Grenzschicht (ABL) und Wolkenprozesse, sowie die Meereisveränderung in der der zeitlich beobachteten arktischen Klimaveränderung. Die Unterschiede zwischen dem beobachteten Meereisrückgang und Simulationsergebnissen von aktuellen regional gekoppelten Klimamodellen wird beurteilt. Ensemble-Simulationen mit einem gekoppelten regionalen Atmosphäre-Meereis-Ozean Modells des arktischen Klimasystems HIRHAM-NAOSIM werden mit neuen satellitenabgeleiteten Daten von Meereiskonzentrationen, Meereisdicken und Schneetiefe verglichen.
Die antarktischen Ökosysteme sind von starken Veränderungen betroffen, insbesondere was die Eisbedeckung angeht. Wir wissen nicht wie dies die Prozesse am Meeresboden, die benthischen Funktionen, beeinflusst. Informationen zur Rolle verschiedener Tiergemeinschaften für benthische Funktionen unter variabler und stabiler Eisbedeckung sind für ein besseres Verständnis der Ökosystemprozesse dringend notwendig. Nur in wenigen Studien wurden unterschiedliche Größenklassen wie Meio- und Makrofauna gleichzeitig untersucht, und in keiner wurde ihre Bedeutung für benthische Funktionen untersucht. Daher ist der Einfluss von geringer werdender oder sich verändernder Meereisbedeckung auf die trophischen Interaktionen zwischen Meio- und Makrofauna sowie deren Bedeutung für die Prozesse am Meeresboden nicht geklärt. Dazu gehört auch ob und wie sich die benthische Remineralisation, bestimmt durch Stoffflussmessungen von Ammonium, Nitrat, Phosphat, Kieselsäure und Sauerstoff an der Sediment-Wasser-Grenzschicht, verändert. Für den Südozean ist über die jeweiligen Anteile der Meio- und Makrofaunagemeinschaften an dieser Remineralisation nichts bekannt.Mit unserem 3-Jahres Projekt werden wir gemeinsam die Reaktion benthischer Ökosystemfunktionen auf unterschiedliche Meereisbedeckungssituationen im Weddellmeer und entlang der Antarktischen Halbinsel einschätzen. Um die Rollen der verschiedenen Größenklassen und ihrer assoziierten Taxa im System Meeresboden besser zu verstehen, müssen wir (1) die Bedeutung der Strukturen der Meio- und Makrofaunagemeinschaften für die Ressourcenaufteilung und die Remineralisierung in Regionen mit unterschiedlicher Eisbedeckung und (2) den Effekt von erhöhtem Nahrungsaufkommen bei sich verändernder Eissituationen auf die Interaktionen von Ökosystemfunktion und Größenklassen bestimmen.Die beiden komplementären Aspekte werden mit einem/r gemeinsam betreuten Doktoranden/in durchgeführt. Proben wurden bereits auf den beiden Polarstern-Expeditionen PS 81 (22.01 bis 18.03.2013, nordwestliches Weddellmeer, Antarktische Halbinsel) und PS 96 (06.12.2015 bis 14.02.2016 südöstliches Weddellmeer) genommen. Die untersuchte Region umfasst Gebiete mit reduzierter, variabler und anhaltender Eisbedeckung. Mittels Inkubationen wird die räumliche Variabilität der Remineralisationsraten und die Rolle der Meio- und Makrofaunataxa bestimmt und mit deren Position im Nahrungsnetz zu verbunden. Um den Einfluss erhöhten Nahrungseintrags auf die Partitionierung der Nahrungsaufnahme und die Remineralisation durch die Tiergruppen zu testen, wurden Pulse-Chase Experimente durchgeführt.Die Ergebnisse bilden die Grundlage für das dritte Arbeitspaket: Die Entwicklung eines konzeptionellen Modells für die Evaluation benthischer Systemfunktionen im sich verändernden Südozean, welches die Mehrheit der Größenklassen und Prozesse betrachtet.
Meereisinformationen (Klassifikation) aus Sentinel-3 SLSTR-Daten und Sentinel-1 SAR-Daten (Aythetisches Apertur Radar). Ein Ergebnis von EisKlass31 war die Demonstration, dass eine Kombination aus beiden Sensoren eine deutlich detaiiertere Anprache der Eistypen erlaubt als die Klassifikation aus nur einer Datenquelle. Ein Datensatz besteht aus - Inhaltsbeschreibung - SLSTR-Klassifikation, kontinuierliche Farbgebung, RGB, 8-bit pro Farbauszug, TIFF - SAR-Klassifikation, 8-bit pro Farbauszug, TIFF - SLSTR-Klassifikation, reduziert auf Hauptfarben, RGB, 8-bit pro Farbauszug, TIFF - Demonstration einer Kombination, RGB, 8-bit pro Farbauszug, TIFF - Legende zur SLSTR-Klassifikation - Legende zur SAR-Klassifikation - Legende zur Kombination der Klassifikationen
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 334 |
| Land | 7 |
| Wirtschaft | 1 |
| Wissenschaft | 84 |
| Zivilgesellschaft | 1 |
| Type | Count |
|---|---|
| Daten und Messstellen | 75 |
| Ereignis | 29 |
| Förderprogramm | 284 |
| Taxon | 13 |
| Text | 11 |
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| License | Count |
|---|---|
| geschlossen | 20 |
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| Language | Count |
|---|---|
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| Resource type | Count |
|---|---|
| Archiv | 29 |
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| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 253 |
| Lebewesen und Lebensräume | 283 |
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| Weitere | 421 |