Lokale Treiber der verstärkten arktischen Erwärmung

Langzeitbeobachtungen der Oberflächentemperaturen zeigen eine verstärkte Erwärmung der Oberfläche in Kanada, Sibirien, Alaska und im Arktischen Ozean im Vergleich zum Anstieg der globalen Mitteltemperatur. Dieses Erwärmungsmuster, das allgemein als arktische Verstärkung bezeichnet wird, steht im Einklang mit Computermodellen und simuliert die Reaktion auf steigende Treibhausgaskonzentrationen. Die zugrunde liegenden physikalischen Prozesse für die verstärkte Erwärmung sind jedoch immer noch schwer fassbar.

Eine neue internationale Forschungsstudie über die Ursache der arktischen Verstärkung, die diese Woche in der Zeitschrift Nature Climate Change veröffentlicht wurde, zeigt, dass lokale Treibhausgaskonzentrationen und arktische Klimafeedbacks andere Prozesse überwiegen. Mit Hilfe komplexer Computersimulationen konnten die Wissenschaftler zuvor vorgeschlagene Hypothesen widerlegen, die die Rolle des Wärmetransports von den Tropen zu den Polen als einen der Hauptfaktoren für die verstärkte Erwärmung in der Arktis betonen.

„Unsere Studie zeigt deutlich, dass lokaler Kohlendioxid-Trieb und polare Rückkopplungen bei der arktischen Verstärkung im Vergleich zu anderen Prozessen am effektivsten sind“, sagte der korrespondierende Autor Malte Stuecker, Projektleiter am IBS Center for Climate Physics (ICCP) in Busan, Südkorea.

Zunehmende anthropogene Kohlendioxid-(CO2)-Konzentrationen fangen Wärme in der Atmosphäre auf, was zu einer Oberflächenerwärmung führt. Regionale Prozesse können diesen Effekt dann weiter verstärken oder dämpfen und so das typische Muster der globalen Erwärmung erzeugen. In der Arktis reduziert die Oberflächenerwärmung die Ausdehnung von Schnee und Meereis, was wiederum das Reflexionsvermögen der Oberfläche verringert. Infolgedessen kann mehr Sonnenlicht die Spitze der Boden- und Ozeanschichten erreichen, was zu einer beschleunigten Erwärmung führt. Darüber hinaus können Veränderungen in arktischen Wolken und im vertikalen Temperaturprofil der Atmosphäre die Erwärmung in den Polarregionen verstärken.

Zusätzlich zu diesen Faktoren kann die Wärme durch den Wind in die Arktis transportiert werden. „Wir sehen diesen Prozess zum Beispiel bei El Niño-Veranstaltungen. Die tropische Erwärmung, die entweder durch El Niño oder anthropogene Treibhausgasemissionen verursacht wird, kann zu globalen Veränderungen der atmosphärischen Wetterbedingungen führen, die zu Veränderungen der Oberflächentemperaturen in abgelegenen Regionen wie der Arktis führen können“, sagte Kyle Armour, Mitautor der Studie und Professor für Atmosphärenwissenschaften und Ozeanographie an der University of Washington.

Darüber hinaus wird die globale Erwärmung außerhalb der Arktis auch zu einem Anstieg der Temperaturen im Atlantik führen. Meeresströmungen wie der Golfstrom und die nordatlantische Drift können dann das wärmere Wasser in den Arktischen Ozean transportieren, wo sie Meereis schmelzen und aufgrund lokaler Prozesse eine weitere Verstärkung erfahren könnten.

Um festzustellen, ob tropische Erwärmung, atmosphärische Wind- und Meeresströmungen zur zukünftigen arktischen Verstärkung beitragen, hat das Team eine Reihe von Computermodellsimulationen entwickelt. „Wenn wir Simulationen mit nur arktischen CO2-Veränderungen mit Simulationen vergleichen, die CO2 weltweit anwenden, finden wir ähnliche arktische Erwärmungsmuster. Diese Ergebnisse zeigen, dass entfernte physikalische Prozesse außerhalb der Polargebiete im Gegensatz zu früheren Vorschlägen keine große Rolle spielen“, sagt Co-Autorin Cecilia Bitz, Professorin für Atmosphärenwissenschaften an der University of Washington.

In den Tropen, die von hohen Temperaturen und Feuchtigkeit angetrieben werden, kann sich Luft leicht in große Höhen bewegen, was bedeutet, dass die Atmosphäre instabil ist. Im Gegensatz dazu ist die arktische Atmosphäre in Bezug auf die vertikale Luftbewegung viel stabiler. Dieser Zustand verstärkt die CO2-induzierte Erwärmung in der Arktis nahe der Oberfläche. In den Tropen – aufgrund der instabilen Atmosphäre – erwärmt CO2 meist die obere Atmosphäre und Energie geht leicht an den Raum verloren. Das ist das Gegenteil von dem, was in der Arktis passiert: Weniger ausgehende Infrarotstrahlung entweicht der Atmosphäre, was die oberflächennahe Erwärmung weiter verstärkt.

„Unsere Computersimulationen zeigen, dass diese Veränderungen des vertikalen Temperaturprofils der Atmosphäre im arktischen Raum andere regionale Rückkopplungsfaktoren, wie z.B. das oft zitierte Eis-Albedo-Feedback, überwiegen“, sagt Malte Stuecker.

Die neuen Ergebnisse dieser Studie verdeutlichen die Bedeutung arktischer Prozesse für die Steuerung des Rückzugs von Meereis im Arktischen Ozean. Die Ergebnisse sind auch wichtig, um zu verstehen, wie empfindliche polare Ökosysteme, arktischer Permafrost und das Grönländische Eisschild auf die globale Erwärmung reagieren werden.

Mehr Informationen:
Malte F. Stuecker et al., Polaramplifikation dominiert von lokalen Forcierungen und Rückkopplungen, Nature Climate Change (2018). DOI: 10.1038/s41558-018-0339-y

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