Sommeruniversität - GRAZ IN SPACEMontag, 6.9.2004

Klima im Wandel

Ulrich FoelscheInstitutsbereich Geophysik, Astrophysik und Meteorologie (IGAM)

Institut für Physik, Universität Graz

ulrich.foelsche@uni-graz.at

Das Klimasystem der Erde

Ein einfaches Klimamodell

Klimaschwankungen

Globaler KlimawandelKlimabeobachtung

mit Satelliten

Das Klimasystem der ErdeKlima 01

Kryosphäre

Hydrosphäre

Interaktionzw. Hydro- u.Atmosphäre

Atmosphäre

Biosphäre

LithosphäreKlima = mittlerer Zustand des

Klimasystems

Das Klimasystem der Erde wird in Untersysteme bzw. Sphären unterteilt (von denen aber nicht alle sphärisch sind). Das Klimageschehen spielt sich zwar in erster Linie in der Atmosphäre ab, es wird aber von allen anderen Sphären beeinflusst.

Die Hydrosphäre beinhaltet z.B. Ozeane, Flüsse, Seen und den globale Wasserkreislauf, die Kryosphäre Landeis, Meereis und Schnee. Zusätzlich zu den Sphären auf der vorigen Folie verwendet man auch noch häufig den Begriff Pedosphäre um den Einfluß des Bodens getrennt zu beschreiben, sowie den Begriff Anthroposphäre (das sind wir).

Die Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Sphären, gespickt mit positivenund negativen Rückkoppelungen, machen das Klimasystem der Erde zu einem ausgesprochen komplexen System. Das El Niño Phänomen ist beispielsweise eine interne Schwingung des gekoppelten Systems Ozean-Atmosphäre.c

Man kann sich das Klimasystem als eine gigantische Wärmekraftmaschine vorstellen, die ihre Energie von der Sonne bezieht. Dabei werden unter anderem Luft- und Meersströmungen angetrieben, die versuchen, die Unterschiede der Sonneneinstrahlung zwischen Äquator und Pol auszugleichen.

Das Klimasystem der ErdeKlima 02

c

Die Oberflächentemperatur auf der Erde wird durch die (ausgeglichene) Strahlungsbilanzbestimmt. Global gilt:

Strahlungsbilanz

Einstrahlung = Ausstrahlung

Solare Einstrahlung

Terrestrische Ausstrahlung

Klima 03

Wir werden nun ein ganz einfaches Klimamodell bauen, und zwar ein Nulldimensionales Energiebilanzmodell (Erde als Punkt). Dazu brauchen wir einige Zutaten:

(1) Das elektromagnetische Spektrum (links). (2) Das Wiensche Verschiebungsgesetz (Wilhelm Wien 1893)

λmax = Wellenlänge, bei der das Maximum der Energieabgestrahlt wird.

Je höher die Temperatur, desto kleiner die Wellenlänge.

Sonne: λmax = 0.5 µm Sichtbares LichtErde: λmax = 10 µm Thermisches Infrarot

Ein ganz einfaches Klimamodell

TKµm2898λmax =

Klima 04

Einstrahlung

(3) Die Solarkonstante (S)

Damit ist die Energie gemeint, die pro Sekundeaußerhalb der Erdatmosphäre senkrecht auf eine Fläche von 1 m2 trifft (und das noch in der mittleren Entfernung der Erde von der Sonne).

Im Mittel trifft auf jeden m2 der Erdoberfläche aber nur 1/4 davon (entsprechend dem Verhältnis Querschnittsfläche der Erde – Erdoberfläche).

Die „Solarkonstante“ ist außerdem nicht konstant! Die beobachtete Schwankung während des ~11-jährigen Sonnzyklus beträgt allerdings nur etwa ± 0.1%. Über Jahrhunderte sind die Schwankungen etwas größer (~ 0.3%). Im Laufe der Erdgeschichte hat die Solarkonstante sogar kräftig zugenommen, Vor 4.5 Milliarden Jahren hatte sie nur etwa 70% des heutigen Wertes. Dieser Anstieg ist aber sehr, sehr langsam.

Solare Einstrahlung

2W/m1366S =

Klima 05

Einstrahlung

(4) Die Albedo (A)

Nur ein Teil der Sonnenstrahlung wird aber auch tatsächlich von der Erdoberfläche aufgenommen (absorbiert). Die Albedo bezeichnet den Anteil der Strahlung, der reflektiert wird. Die Albedo hängt von den Oberflächeneigenschaften des Materials ab. Besonders viel Strahlung reflektieren (dichte) Wolken und (frischer) Schnee. Die gesamte Erde reflektiert 31% der Sonnenstrahlung, also A = 0.31.

Reflexion

Oberfläche Albedo

Wolken 45-90%Neuschnee (3) 75-95%Gletscher 20-45%Meereis 30-40%Gestein (2) 10-40%Wälder (1) 5-20%Wasser 5-10%Planetare Albedo 31%

Klima 06

Ausstrahlung

(5) Das Stefan Boltzmann Gesetz (Joseph Stefan, 1878 und Ludwig Boltzmann, 1884)

σ = 5.6704·10-8 Wm-2K-4 Stefan Boltzmann Konstante (dieε = Emissionsvermögen ist wirklich konstant).Schwarzer Körper: ε = 1Erde: ε = 0.95

Die Strahlungsleistung Q steigt mit der viertenPotenz der Temperatur T. Also für Sonne undErde: ~20fache Temperatur – ~160000fache Strahlungsleistung (Fläche unter den beidenKurven im Diagramm, man beachte die logarithmische Darstellung).

Terrestrische Ausstrahlung

4TσεQ =

Klima 07

Ein Problem

Damit liefert unser Energiebilanzmodell eine mittlere Oberflächentemperatur von –16°C(statt +15°C). Das ist (auch für ein einfaches Modell) falsch.

( ) 4TσεA14S =−

Kurzwellige Einstrahlung = Langwellige Ausstrahlung

Klima 08

Treibhauseffekt

Was haben wir nicht beachtet? – Die Atmosphäre!Sie ist zwar für sichtbares Licht (fast) durchsichtig, abernicht für Infrarot. In unserem Modell wird der Einfluß derTreibhausgase durch die Transmissivität τIR „parametrisiert“.

( ) 4IR TσετA1

4S =−

Die infrarotaktivenTreibhausgase ver-hindern, dass die vom Boden ausgehende IR Strahlung das System komplett verlässt.

Klima 09

Temperatur der Erdoberfläche

• Die beobachtete mittlere Oberflächentemperatur beträgt T = + 15°C

Wenn wir für unseren Parameter τIR den „richtigen“ Wert 0.634 wählen, erhalten wir eineTemperatur von +15.1°C.

• Ohne Atmosphäre oder nur N2 und O2 (τIR = 1) erhalten wir T = – 16.0°CAuf einer Erde ohne Treibhausgase gäbe es allerdings auch weder Wolken nochSchnee, dadurch wäre die Albedo viel geringer.

• Ohne Atmosphäre mit realistischer Albedo (A = 0.15) T = – 2.0°C• Ohne Atmosphäre mit der Albedo des Mondes (A = 0.11) T = + 0.9°C• „Schwache junge Sonne“ (τIR = 1, S = 0.7·S0, A = 0.15) T = – 25.3°C

Der natürliche Treibhauseffekt führt also zu einer Erwärmung um etwa 17°C, dafür sind verantwortlich:

Alle Treibhausgase haben übrigens drei oder mehr Atome.(Rotations-Schwingungsbanden). Beim anthropogenenTreibhauseffekt ist CO2 am wichtigsten.

Um einen Temperaturanstieg von 0.6°C (wie im 20. Jhdt.)ohne Treibhausgase zu erklären, müsste man die Solar-konstante um 12 W/m2 erhöhen.

H2O 62%CO2 22%

O3 7%N2O 4%CH4 3%Rest 2%

Klima 10

Ungleiche Geschwister

Venus Mittlerer Radius 6051 kmEntweichgeschw. 10.4 km/sCO2 Atmosphäre90 bar BodendruckTreibhauseffekt ~ 400°C

....................................... ....................

...........................................................

....................................... ....................

....................................... ....................

Erde Mittlerer Radius 6371 kmEntweichgeschw. 11.2 km/sN2 - O2 Atmosphäre1 bar BodendruckTreibhauseffekt ~ 17°C

Mars Mittlerer Radius 3390 kmEntweichgeschw. 5.0 km/sCO2 Atmosphäre0.006 bar BodendruckTreibhauseffekt ~ 4°C

Klima 11

Etwas realistischer

Die wirkliche Welt ist natürlich etwas komplizierter als unser nulldimensionales Modell (Quelle: Kiehl and Trenberth, 1997), aber im Prinzip stimmt es gar nicht schlecht (Für Details haben wir ohnehin zu wenig Zeit).

Klima 12

Strahlungsbilanz – Jahresgang

Netto-Kurzwellenstrahlung

Netto-Strahlung

Netto-Langwellenstrahlung

Netto-Kurzwellenstrahlung = KWabwärts – KWaufwärts

Netto-Langwellenstrahlung = LWabwärts – LWaufwärts

Netto-Strahlung = Netto-KW – Netto-LW

Klima 13

Klimaänderungen

In unserem Modell gibt es immerhin drei Möglichkeiten das Klima, und damit die Oberflächentemperatur der Erde zu ändern, für alle drei gibt es auch Beispiele in der Erdgeschichte.

• Änderung der Solarkonstante„Kleine Eiszeit“. Anstieg der Temperatur zu Beginn des 20. Jhdts (zumindest teilweise).

• Änderung der AlbedoAbkühlung nach explosiven Vulkanausbrüchen durch Schwefelsäure-Aerosole in derStratosphäre. „Impaktwinter“ nach Asteroideneinschlag an der Kreide/Tertiär Grenze.

• Änderung der Treibhausgaskonzentration Anthropogener Treibhauseffekt, Supertreibhaus an der Paläozen/Eozän Grenze.

Außerdem können wir, wenigstens qualitativ einige Rückkoppelungen im Klimasystem verstehen. Positive Rückkoppelungen verstärken die ursprüngliche Störung, negativeRückkoppelungen stabilisieren das Klima.

Klima 14

Sonnenaktivität und Klima

Die Zahl der Sonnenflecken variiert in einem Zyklus von etwa 11 Jahren. Während des Maunder Minimums von 1645 bis 1715 wurden kaum Flecken beobachtet, zur gleichen Zeit war ein Höhepunkt der „Kleinen Eiszeit“.

In Zeiten geringer Aktivität hat die Sonne wenig oder gar keine Flecken (links oben). Mit zunehmender Aktivität steigt die Zahl der Flecken (rechts oben). Besonders deutlich sieht man die Aktivitätsschwankungen in der Spektrallinie von 12fach ionisiertem Eisen (unten, entspricht ~ 1 Mio.°C).

Klima 15

Aus der Dicke und der Dichte von Jahresringenkann (z.B. bei Eichen in der Nähe der Baumgrenze) auf die Temperatur geschlossen werden. Die kältesten Jahre der letzten 6 Jahrhunderte korrelieren mit den größten Vulkanausbrüchen (z.B. dem des Tambora, 1815).

Abkühlung nach VulkanausbrücheKlima 16

Abkühlung nach Vulkanausbrüche

Beim Ausbruch des Pinatubo auf den Philippinen (1991) gelangten etwa 21 Millionen Tonnen Schwefel in die Stratosphäre, das führte im darauffolgenden Jahr zu einer weltweiten Abkühlung um bis zu 0.5°C. Für die Eisbären in Churchill/Kanada war es ein gutes Jahr. Die besonders „gut besetzte“ Generation, die in diesem Jahr geboren wurde, bezeichnet man als Pinatubo-Bären.

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Supertreibhaus vor 55 Mio. Jahren

Ein Beispiel für unsere Zukunft?An der Grenze zwischen Paläozän und Eozän vor 55 Millionen Jahren „kippte“der Ozean, große Bereiche der Tiefsee wurden zu lebensfeindlichen Zonen. Die Kontinente machten eine biologische Revolution durch: In der Arktis lebten Alligatoren und Schildkröten (auf Ellesmere Island, 75°N), in Kamtschatka gab es Palmen. Im Mittel war es etwa 7°C wärmer als heute. Auslöser dieser Umwälzungen war offenbar die Freisetzung gewaltiger Methanmengen aus Methanhydraten am Meeresgrund. Innerhalb von nur wenigen Jahrtausenden entwichen 1200 bis 2000 Milliarden Tonnen des Treibhausgases Methan in Ozean und Atmosphäre und wurden teilweise zu Kohlendioxid oxidiert. Ein Temperaturschock war die Folge. Die Naturkatastrophe bahnte sich innerhalb von höchstens tausend Jahren (vielleicht auch weniger) an und erreichte nach dreißigtausend Jahren ihren Höhepunkt. Erst weitere 120 000 Jahre später hatte sich das Klima durch die angekurbelte Produktivität im Ozean (und die damit verbundene CO2 Aufnahe) erholt und auf einem neuen Gleichgewicht eingependelt.

Klima 18

Methanhydrate am Meeresgrund

Methanhydrate – brennendes Eis. In Gashydraten bilden Wasser-moleküle dodekaedrische Eis-Käfige (Struktur links oben), in denen Gasmoleküle eingeschlossen sind. 1 m3 Methanhydrat enthält mehr als 160 m3 gasförmiges Methan. Durch den hohen Gasgehalt ist das Eis brennbar, es zerfällt in Wasser.

Methanhydrat - am Meeresboden

bildet beim Zerfallen Methangas - an der Wasseroberfläche

Klima 19

Supertreibhaus am Ende des Paläozäns

Abrupte Erwärmung des Ozeans um etwa 7°C an der Paläozön/Eozän Grenze, (a) überliefert im 18O-Gehaltvon verschiedenen Foraminiferenarten (Tiefsee, Thermokline, Oberfläche). (b) extreme Abnahme des Gehalts an 13C in den Kalkschalen der (gleichen) Foraminiferen. (c) biogenes Bariumsulfat (Schwerspat) als Indikator für einen dramatischen Anstieg der biologischen Produktivität im Ozean, der zu einer Verringerung des CO2 Gehaltes der Atmosphäre und damit zu einem Rückgang der Temperaturen führte.

Schematische Darstellung der Prozesse an der P/E Grenze. Erwärmung - Zerfall von Methanhydrat - Freisetzung von Methan – z.T. oxidiert zu CO2 –Verstärkung des Treibhauseffektes –„Biologische Pumpe“

Klima 20

Rückkoppelungen

Hier ist Wasser besonders wichtig, da es auf der Erde als Gas, als Flüssigkeit und in fester Form (mit ganz unterschiedlichen Eigenschaften) vorkommen kann.

• Eis–Albedo–Rückkoppelung (positiv)

Temperatur nimmt ab ⇒ Schnee/Eisbedeckung nimmt zu ⇒ Albedo nimmt zu ⇒

Temperatur nimmt weiter ab.

• Wasserdampf–Rückkoppelung (positiv)

Temperatur nimmt zu ⇒ Wasserdampfgehalt der Atmosphäre nimmt zu ⇒

Treibhauseffekt nimmt zu ⇒ Temperatur nimmt weiter zu.

• Wolken–Rückkoppelung für tiefe Wolken (negativ)

Temperatur nimmt zu ⇒ Wasserdampfgehalt der Atmosphäre nimmt zu ⇒

Bewölkung nimmt zu ⇒ Albedo nimmt zu ⇒ Temperatur nimmt ab.

Klima 21

Eiszeiten und Wüsten

Die Eis–Albedo–Rückkoppelung ist prominent an der Entstehung von Eiszeiten beteiligt. Ein Voraussetzung für Eiszeitalter ist offenbar, daß ein Kontinent über einem Pol liegt (so wie die Antarktis heute, oder Afrika im Ordovizium – Saharavereisung).

Relativ kleine Schwankungen der Erdbahnparameter (die in unserem einfachen Modell natürlich keinen Platz gehabt haben) können in dieser Situation durch die Eis–Albedo–Rückkoppelung so verstärkt werden, daß sie zur Abfolge von Kaltzeiten und Warmzeitenführen.

Diese Schwankungen von Erdachsenneigung und Form der Erdbahn, die Milankovic-Zyklen, führen zu einer Änderung der Verteilung der Sonneneinstrahlung auf der Erdoberfläche. Es gibt sie auch außerhalb von Eiszeitaltern, aber dann sind ihre klimatischen Auswirkungen wesentlich geringer.

In niederen Breiten haben die Milankovic-Zyklen Einfluß auf die Intensität der Monsune. Zu Zeiten intensiverer Monsunzirkulation war z.B. die Sahara keine Wüste, sondern eine lebensfreundliche Savanne, ähnlich wie Ostafrika heute.

Klima 22

Die Milankovic – Zyklen

Änderung der Erdbahnparameter und damit der Sonnenstrahlung(1) Schwankung der Bahnexzentrizität mit einer Periode von

etwa 100000 Jahren(2) Änderung der Neigung der Erdachse mit einer Periode von

etwa 41000 Jahren(3) Präzession der Äquinoktien mit einer Periode von ungefähr

21700 Jahren durch Präzession der Erdachse und Drehungder Apsidenlinie (Rosettenbahn).

Apsidenlinie

Klima 23

Österreich in der letzten Kaltzeit

Inngletscher Salzach-gletscher

Drautal

Murtal

Klima 24

Graz

Klimawandel in der Sahara

Seen wie der Ounianga Kebir im Tschad (rechts) werden von Grundwasser genährt, das aus einer Zeit stammt, in der die Sahara noch wesentlich feuchter war als heute (bis vor ~6000 Jahren). In den tiefen Schluchten im Ennedi Gebirge (links) gibt es vereinzelt Becken die ganzjährig mit Wasser gefüllt sind („Gueltas“), hier konnten sogar einige Krokodile überleben.

In empfindlichen Regionen können schon kleine klimatische Änderungen große Wirkungen haben. Nur noch wenig weist heute darauf hin, daß z.B. die Sahara noch vor vergleichsweise kurzer Zeit ein Tierparadies war.

Klima 25

Klimawandel in der Sahara

Die uralten Zypressen in einer Felsschlucht im Tassili Gebirge(Algerien) sind ebenfalls Zeugen der Zeit, in der die Sahara grün war. Mittlerweile liegt der Grundwasserspiegel so tief, daß er nur noch von den extrem langen Wurzeln der alten Bäume erreicht wird. Die Zypressen können sich nicht mehr fortpflanzen, weil die Wurzeln der jungen Pflanzen das Grundwasser nicht schnell genug erreichen können. In der gesamten Sahara findet man Felszeichnungen von Rinderherden, aber auch von Elefanten und Giraffen (Niger, 7000 v.Chr.) aus dieser Zeit, in der die Saharawohl ähnlich aussah wie heute die Savannen Ostafrikas.

Klima 26

Globaler Temperaturanstieg

Im 20. Jhdt ist die globale Mitteltemperatur um 0.6°C gestiegen. Der Anstieg der letzten ~25 Jahre ist ohne menschlichen Einfluss nicht erklärbar.

Klima 27

19982002200320011995

1980 2003Solarkonstante

Klimawandel – Anzeichen

Ein deutliches Anzeichen für den aktuellen Klimawandel ist der Rückgang der Gletscher in den Hochgebirgen der Erde. Die Bilder zeigen die Pasterze, den längsten Gletscher der Ostalpen. Links: 1938, rechts: 2003 (Quelle: www.gletscherarchiv.de). In Sommer 2003 hat die Pasterze (Mittel über die gesamte Gletscherzunge) 6.5 m an Dicke verloren. In diesem Fall kann man Klimawandel „hautnah“ erleben.

Klima 28

Klimawandel – Anzeichen

Seit 1850 (da gab es allerdings einen großen Gletschervorstoß) haben die Alpengletschermehr als 1/3 ihrer Fläche und mehr als die Hälfte ihres Volumens verloren. Im Bild ein Querprofil der Pasterze (Quelle: G. K. Lieb, IfG, Uni-Graz).

Klima 29

Klimawandel – Anzeichen

Der Vernagtferner in den Ötztaler Alpen (Quelle: www.glaziologie.de).

Klima 30

Klimawandel – Anzeichen

Der Vernagtferner in den Ötztaler Alpen (Quelle: www.glaziologie.de).

Klima 30a

Klimawandel – Anzeichen?

Im März 2004 wurde der erste Hurrikan (Catarina) im Südatlantik beobachtet (o., Quelle: NASA). Bis jetzt war es dort für die Entstehung von Hurrikans zu kalt. Vielleicht ist es nur ein Zufall, aber die Zugbahn von Catarina verläuft genau dort, wo von Klimamodellen für das Ende des 21. Jhdts. Hurrikans vorausgesagt werden (r.u., Quelle: UK Met Office).

Klima 31

Der Sommer 2003 in Europa

Links: Typisches Satellitenbild für den Sommer 2003 (SeaWiFS Satellit, NASA). Rechts: Vergleich der Temperaturen im Juli 2003 mit denen im Juli 2001 (Terra Satellit, NASA). Frankreich war (mit einigen tausend Todesopfern) von der Hitzewelle besonders stark betroffen, hier betrug die Temperatur-Anomalie stellenweise mehr als +10°C. In weiten Teile Osteuropas waren die Temperaturen allerdings niedriger als im Juli 2001.

Klima 32

Der Sommer 2003 in Paris

Durch die Hitzewelle im Sommer 2003 verursachte zusätzliche Todesfälle in Paris (Quelle: WHO)

Klima 33

Simulation – Temperatur bis 2100

Das Klima der Zukunft wird empfindlich von den zukünftigen Treibhausgasemissionen abhängen, diese wiederum vom Wachstum der Wirtschaft und der Bevölkerung. Beides ist schwierig vorherzusagen. Es wurden daher über 30 verschiedene Emissions-Szenarien entwickelt (a), die man in mehrere „Familien“ einteilen kann. A1: starkes Wirt-schaftswachstum, leichter Bevölkerungsrückgang ab ~2050. B1: rasche Entwicklung „sauberer“ Energien, leichter Bevölkerungsrückgang. Auf Basis dieser Szenarien wurden Simulationen mit Klimamodellen gerechnet (b). Für das Jahr 2100 ergibt sich eine Erwärmung um 1.4 bis 5.8°C gegenüber 1990. Schon der untere Wert ist damit wesentlich höher als der Temperaturanstieg im 20. Jahrhundert (und vermutlich alle Klimaänderungen der letzten 10 000 Jahre).

CO

2E

mis

sion

en [G

tC/J

ahr]

Jahr

(a) CO2 EmissionenSzenarien

Tem

pera

turä

nder

ung

[°C

]

(b) Temperaturänderung

Balken: Resul-tate der ver-schiedenenModelle für ein Szenario, 2100

Alle Klimamodelle,alle Szenarien

Mittel der Modelle,alle Szenarien

Quelle: IPCC, 2001 Jahr

Szenarien

Quelle: IPCC, 2001

Klima 34

Erwartete Konsequenzen - weltweit

Höhere Maximaltemperaturen, mehr heiße Tage und Hitzewellen:• Verstärktes Auftreten von Sterbefällen und ernsthafter Krankheit bei älteren

Altersgruppen und städtischen Armen.• Verschiebung von Touristenzielen.• Zunehmendes Risiko von Schäden für eine Anzahl von Nutzpflanzen.

Höhere Minimaltemperaturen, weniger kalte Tage, Frosttage und Kältewellen:• Ausgedehntere Verbreitung und Aktivität von einigen Schädlingen und

Krankheitsüberträgern• Reduzierter Heizenergiebedarf

Intensivere Niederschlagsereignisse über vielen Gebieten. Dadurch bedingt:• Zunehmende Überschwemmungs-, Erdrutsch-, Lawinen- und Murgangschäden.• Zunehmende Bodenerosion.

Zunehmende Sommertrockenheit über den meisten innerkontinentalen Flächen in den mittleren Breiten, verbunden mit dem Risiko von Dürren. Dadurch bedingt: • Sinkende Ernteerträge.• Sinkende Qualität und Quantität von Wasserressourcen.• Steigendes Waldbrandrisiko.

Klima 35

Die Radio-Okkultations-Technik

EmpfängerCHAMP

Metop

SenderGPS

Galileo

Radio Signaleλ ≅ 20 cm

Klima 36

Die Radio-Okkultations-Technik

Orbitinformation, Ionosphärenkorrektur

TemperaturinformationDispersionsbeziehungHydrostatische Gleichung

Zustandsgleichung

Ionosphäre

Phasenwegsmessung

Brechungswinkelprofil

Refraktivitätsprofil

Abel Transformation

Dichte

Druck

Temperatur WasserdampfElektronendichte

StratosphäreTroposphäre

Untere/MittlereTroposphäre

Phasenwegsverlängerungdurch die Atmosphäre

~ 1 mm Mesopause ~ 20 cm Stratopause ~ 20 m Tropopause~ 1-2 km Oberfläche

Klima 37

Klimabeobachtung

Radio-Okkultationsmessungen liefern eine Kombintation aus:

• Hoher vertikaler Auflösung und hoher Genauigkeit.• Langzeit-Stabilität und Selbst-Kalibrierung.• Globaler Bedeckung, gleiche Dichte über Ozeanen und Kontinenten• All-Wetter Tauglichkeit, Messungen bei Tag und Nacht.

Damit eignet sich diese Methode zur Beobachtung des Klimas und zur Überwachung des atmosphärischen Klimawandels mit bisher nicht erreichbarer Qualität.

Klima 38

Radio-Okkultation mit CHAMP

Seit März 2002 liefert der CHAMP Satellit kontinuierlich Radio-Okkultations-Daten, die zur Klima-Beobachtung verwendet werden können (Quelle: GFZ, Potdsam).

Klima 39

Status von CHAMP

Seit März 2002 etwa 160 verwertbareOkkultationen pro Tag (Quelle: GFZ).

Klima 40

Globale Klimatologien

Zonales Temperaturmittel CHAMP/IGAM Zonales Temperaturmittel ECMWF

CHAMP – ECMWF Differenz

Globale Analysendes "European Centre for Medium-Range Weather Forecasts" (ECMWF) beinhalten alle „traditionellen“Datenquellen.

Schon mit Radio-Okkultations-Datenvon einem einzigenSatelliten (CHAMP) können diese Analysen deutlich verbessert werden

Klima 41

Beobachtung von Klimawandel

In einer Simulationsstudie haben wir untersucht, ob es möglich ist, erwartete Änderungen der mittleren Sommertemperatur bis 2025 mit einer kleinen Konstellation von 6 Empfangssatelliten zu beobachten. Resultate von Klimamodellen (links) lassen z.b. einen Temperaturanstieg von mehr als 1°C in der oberen tropischen Troposphäre erwarten, wo Okkultations-Klimatologien vermutlich Fehler von weniger als 0.2°C haben werden (rechts).

Klima 42

Beobachtung von Klimawandel

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

Klima 43