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Seltene Wetterkonstellation ermöglichte 2012 rekordverdächtige Eisschmelze in Grönland

04.04.2013
Auf dem zentralen Grönländischen Eisschild schmolz das oberflächliche Eis im Juli 2012 in rekordverdächtigem Ausmass.

Dünne, tief liegende Wolken liessen zwar die Sonnenenergie passieren, hinderten jedoch die Wärmestrahlung daran, die erdnahe Luftschicht zu verlassen. Die seltene Konstellation aus dünnen Wolken und eindringender Warmluft führte zu einer grossflächigen Eisschmelze, wie Wissenschaftler der Universitäten von Wisconsin, Idaho und Colorado, der NOAA, sowie der Eidgenössischen Forschungsanstalt WSL in der Zeitschrift Nature berichten.


Die Summit Station ist eine Forschungseinrichtung auf dem höchsten Punkt des Grönländischen Eisschilds (3300 m über Meer), betrieben durch die US National Science Foundation. Foto: Konrad Steffen, WSL


Strahlungs-Messinstrumente auf Summit Station, betrieben durch Prof. Konrad Steffen (Eidg. Forschungsanstalt WSL / ETH Zürich). Die zwei Halbkugeln messen die Sonnenstrahlung (rechts) und die Wärmestrahlung aus Himmel und Wolken (links). Die zwei länglichen Röhren messen die direkte Sonnenstrahlung (Sonnenscheibe). Foto: Konrad Steffen, WSL

Matthew Shupe, Meteorologe an der Universität Colorado und bei der NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) sagt, dass dickere Wolken nicht zu einer derart starken Oberflächenerwärmung geführt hätten. Noch dünnere Wolken hingegen hätten die infrarote Strahlung in der untersten Luftschicht nicht zurückhalten können. Sowohl dünnere als auch dickere Wolken hätten also eine geringere Oberflächenerwärmung bewirkt. „Um die Zukunft dieser Region zu verstehen, muss man ihre Wolken verstehen. Was wir herausgefunden haben, hat Konsequenzen für die ganze Arktis“, sagt Shupe.

Prof. Konrad Steffen von der Eidgenössischen Forschungsanstalt WSL und der ETH Zürich sagt: “Mit Hilfe unserer Messinstrumente im Baseline Surface Radiation Network (BSRN) bei der Summit Station in Grönland haben wir Modellberechnungen bestätigt, die das Schmelzen der Eisoberfläche bei tiefliegenden Wolken vorhersagen.“ Steffen führt seit vielen Jahren Strahlungsmessungen in Grönland durch. „Die langfristige Überwachung von umweltrelevanten Messgrössen wie der Sonnen- und Wärmestrahlung ist unerlässlich, um klimatische Veränderungen in der Arktis zu verstehen und zu interpretieren“, sagt Steffen.

Wissenschaftler aus aller Welt versuchen zu verstehen, wie schnell sich Grönland erwärmt, denn die dortige Eisschmelze trägt zum globalen Anstieg des Meeresspiegels bei. Der Grönländische Eisschild weist weltweit das zweitgrösste Eisvolumen auf, nur die Antarktis ist noch grösser. Im Juli 2012 waren mehr als 97 Prozent des Inlandeises oberflächlich angetaut, sogar bei der Station des amerikanischen Nationalfonds, die am höchsten Punkt des Eispanzers liegt. Aus Eisbohrkernen am gleichen Ort wissen die Wissenschaftler, dass die Eisoberfläche dort zum letzten Mal 1889 schmolz. Allerdings ist nicht bekannt, ob damals ebenfalls der ganze Eisschild betroffen war

Kombination von Warmlufteinbruch und dünnen Wolken

“Die Eisschmelze im Juli 2012 wurde ausgelöst durch ungewöhnlich warme Luftmassen, die von Nordamerika nach Grönland flossen. Doch das war nur ein Faktor“, sagt David Turner, Meteorologe bei NOAA und einer der Leiter der Studie. „In unserem Artikel zeigen wir, dass tief liegende Wolken mit einem geringen Anteil an kondensiertem Wasser den Temperaturanstieg an der Eisoberfläche über den Gefrierpunkt trieben; dies liess das Eis oberflächlich schmelzen.“

Wolken können die Oberfläche des Eisschilds abkühlen, wenn sie die Sonnenergie in den Weltraum reflektieren, bevor diese den Boden erreicht. Indem sie die erdnahe Wärmeenergie zurück zur Oberfläche strahlen, tragen sie aber auch dazu bei, dass sich die Oberfläche erwärmt. Das Gleichgewicht dieser beiden Prozesse hängt von zahlreichen Faktoren wie z.B. der Windgeschwindigkeit, der Luftfeuchtigkeit und Wolkendicke, den Turbulenzen und dem Gehalt an flüssigem Wasser in den Wolken ab. Bei gewissen Bedingungen können Wolken dünn genug sein, um die Sonnenstrahlung durchzulassen, während infrarote Strahlung (Wärmestrahlung) am Boden quasi gefangen bleibt. Genau dies passierte im vergangenen Juli: die Wolken hatten gerade die richtige Dicke, die Eisoberfläche konnte sich maximal erwärmen.

Die Forscher fanden auch heraus, dass solche dünnen, tief liegenden Wolken an 30 bis 50 Prozent aller Sommertage über Grönland und der Arktis liegen. Die derzeit vorhandenen Klimamodelle unterschätzen deren Häufigkeit in der Arktis tendenziell. Sie können daher nur begrenzt vorhersagen, welchen wärmenden oder kühlenden Einfluss Wolken auf langfristige klimatische Veränderungen haben.

“Die an der Summit Station erfassten Informationen zur Wolkenbeschaffenheit und zu atmosphärischen Prozessen stellen einen einzigartigen Datensatz dar, mit dem zahlreiche wissenschaftliche Fragen beantwortet werden können“, sagt Turner. „Wolken spielen eine immense Rolle bei der Ermittlung der gesamten Massen- und Energiebilanz des Grönländischen Eisschilds. Durch den Meeresspiegelanstieg kann sich das Schmelzen der weltweit grössten Eisschilde signifikant auf die Entwicklung von Gesellschaft und Umwelt auswirken“, ergänzt er.

Bessere Kenntnis der Wolken kann Klimamodelle verfeinern
„Die Ergebnisse dieser Studie dürften uns helfen, einige der Schwierigkeiten zu erklären, die aktuelle Klimamodelle bei der Ermittlung des Energiehaushalts der Arktisoberfläche haben, einschliesslich des Einflusses der Wolken“, sagt Ralf Bennartz, Erstautor des Nature-Artikels und Professor an der Universität von Wisconsin-Madison. „Darüber hinaus unterstreicht diese Studie die grosse Bedeutung langfristiger, bodennaher Beobachtungen über dem Grönländischen Eisschild. Nur derart detaillierte Messungen werden uns helfen, die Prozesse besser zu verstehen, die das arktische Klima steuern.

Wissenschaftliche Publikation:
Bennartz, R., Shupe, M. D., Turner, D.D., Walden, V. P., Steffen, K., Cox, C. J., Kulie, M. S., Miller, N. B., C. Pettersen (2013): July 2012 Greenland melt extent enhanced by low-level liquid clouds. Nature, online ab 04. April 2013.

Reinhard Lässig | idw
Weitere Informationen:
http://www.wsl.ch/medien/news/greenland_clouds_2013/index_DE

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