Poster02 d 2010 - Mpimet Startseite · Title: Poster02_d_2010.eps Author: nono Created Date:...
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Max-Planck-Institut für Meteorologie A USWIRKUNG MENSCHLICHEN HANDELNS AUF DAS K LIMA Klimaforschung mit Leidenschaft 90° 0 W ° 90°O 180° PAZIFIK 90° 0 W ° 90°O 180° 90°N 60°N 30°N 0° 30°S 60°S 90°S 90°N 60°N 30°N 0° 30°S 60°S 90°S Wärmetransport in die Atmosphäre warmer Oberflächenstrom rezirkuliertes Tiefenwasser Quelle: MPI f. Met./DKRZ, nach Broecker kalter, salzreicher Tiefenstrom I N D ISCHER OZEAN A T L A N T I K 90° N 45° N 0 45° S 90° S 90° 0 9 O ° 0 9 W ° O 0 180° -10 -8 -6 -4 -2 0 1 1.5 2 2.5 0.5 Grad Celsius Änderung der bodennahen Lufttemperaturen nach einem Zusammenbruch der thermohalinen Zirkulation im Nordatlantik 1850 1900 1950 2000 2050 2100 5 10 15 20 25 30 MPI Hadley CCCma CSIRO GFDL PIK Jahre Sverdrup (10 6 m 3 s -1 ) Tiefenwasserproduktion im Nordatlantik PIK: CLIMBER2 (Potsdam) CCCma: GCM2/MOM1.1 (Victoria) Hadley: HADCM2 (Bracknell) GFDL: R15 (Princeton) CSIRO: GM version (Melbourne) MPI: ECHAM4/OPYC (Hamburg) Verbrennung fossiler Energieträger, nono 60 Marine Biosphäre 3 Gelöster organischer Kohlenstoff <700 Oberflächensedimente 150 Vegetation 610 Böden 1580 = 2190 Atmosphäre 750 Landnutzungsänderungen Nettoprimär- 61.3 1.6 0.5 90 5.5 92 100 50 40 6 4 91.6 0.2 Tiefer Ozean 38, 100 Oberflächenozean 1020 Hamburg 6 n o n o produktion und Veratmung Zementproduktion Reservoirgrößen in Milliarden Tonnen Kohlenstoff, Umsatzraten in Milliarden Tonnen Kohlenstoff pro Jahr Aufnahme von Kohlenstoff durch den Ozean Die globale Ozeanzirkulation sorgt für den großräumigen Wärmeaustausch Wird die Klimaveränderung die globale Ozeanzirkulation nachhaltig verändern? Der globale Kohlenstoffkreislauf Die globale Ozeanzirkulation transportiert warme Wassermassen polwärts und ermöglicht so angenehme klimatische Lebensbedingungen in mittleren und hohen Breiten der Nordhemisphäre, insbesondere in Europa. Dieser Transport wird durch eine großräumige Strömung im tiefen Ozean kompensiert (dunkle Pfeile), die den zweiten Ast dieses globalen ‘Förderbandes” bildet. (nach Broecker und Maier-Reimer). Berechnete Änderungen der Nordatlantischen Tiefenwasserproduktion als Maß für die Stärke der globalen Ozeanzirkulation in verschiedenen Klimaänderungsexperimenten (nach S. Rahmstorf, PIK). Zu erwartende Temperaturänderungen bei einem Zusammenbruch der Golfstromzirkulation simuliert von einem Klimamodell (nach Michael Vellinga, Hadley Centre, UK). Abschätzungen der einzelnen Komponenten des globalen Kohlenstoffkreislaufs (Einheit: Gt/Jahr). Der Wechselwirkung zwischen Ozean und Atmosphäre, sowie den Austauschprozessen im Ozean kommt eine zentrale Bedeutung zu. N.B.: 1Gt = Fläche von Hamburg mit 0,5m Kohle bedeckt. Aufnahme und Transport von Kohlenstoff in einem globalen Ozeanmodell (LSG; MPI-M, Hamburg). Als Antrieb des Modells wurde für den Zeitraum von 1820 bis heute eine Rekonstruktion des anthropogenen Kohlen- stoffanstieg verwendet. Die Projektion in die Zukunft basiert auf der Annahme eines jährlichen Anstiegs um 1.1%. Die Abbildungen zeigen den anthropogenen Kohlenstoffeintrag (mmol/m 3 ) in einem meridionalen (Nord-Süd) Schnitt durch den Atlantik. Die Aufnahme des Kohlenstoffs erfolgt vorzugsweise in subtropischen Breiten, und er wird dann durch die mittlere Zirkulation nach Norden tranportiert. Im Nordatlantik, dort wo nordatlantisches Tiefenwasser gebildet wird, sinkt der Kohlenstoff in den tiefen Ozean ab und breitet sich wieder nach Süden aus. Die langsame Ausbreitung und der kontinuierliche Anstieg sind in der Bildsequenz gut zu erkennen (nach Maier-Reimer, MPI-M, Hamburg). Die Globale Ozeanzirkulation - Das Langzeitgedächtnis unseres Klimasystems - Warum interessiert uns die globale Ozeanzirkulation ? Die Meeresströmungen sind für den mittleren Zustand, die Schwankungen und die Stabilität des Klimas von entschei- dender Bedeutung. Angetrieben durch den Wind, sowie durch Temperatur- und Salzgehaltsunterschiede im Ozean, leistet die globale Ozeanzirkulation einen wesentlichen Bei- trag zum meridionalen (polwärtigen) Wärmetransport. Ohne diesen, wie er z.B. durch das Golfstromsystem geleis- tet wird, wäre es in den mittleren und hohen Breiten der nördlichen Erdhälfte und insbesondere in Nordeuropa deut- lich kälter, wir hätten eine Eiszeit. Die Klimageschichte mit ihren z.T. sehr raschen Abfolgen von Eis- und Warmzeiten, die oft mit kräftigen Änderungen in der globalen Ozeanzirkulation verbunden waren, hat uns gezeigt, daß dieser Wärmetransport ein kritisches Element für die Stabilität des Klimasystems ist. Wird sich die globale Ozeanzirkulation durch den Menschen verändern ? Auch bei der Beurteilung der durch den Menschen verur- sachten Klimaänderung spielt die Frage nach der Stabilität des Klimasystems eine wichtige Rolle. Obwohl die Mehrzahl der Wissenschaftler eine kritische Veränderung der globalen Ozeanzirkulation schon in diesem (21.) Jahrhundert für un- wahrscheinlich hält, kann diese Frage noch nicht abschlie- ßend beantwortet werden (siehe Abbildung rechts). Die Fähigkeit, Wärme für lange Zeit zu speichern und über große Distanzen zu transportieren, sowie die intensive Wechselwirkung zwischen Ozean und Atmosphäre an der Meeresoberfläche, führen zu natürlichen Klimaschwankun- gen auf Zeitskalen von Monaten bis zu Jahrhunderten. Deren physikalische Ursachen sind bisher nur zum Teil ver- standen. Als wichtiges, wenigstens grob verstandenes Beispiel ist das El Niño - Southern Oscillation Phänomen (ENSO) zu nennen. Ob und wie sich solche natürlichen Klimaschwankungen als Folge unserer Eingriffe verändern, ist noch nicht bekannt. Kann die globale Ozeanzirkulation die Klima- veränderung verhindern ? Der Ozean spielt außerdem eine entscheidende Rolle im Kohlenstoffkreislauf. Denn ein Teil des Kohlendioxids, das durch die menschlichen Aktivitäten in die Atmosphäre ent- weicht (ca. 7 Milliarden Tonnen pro Jahr) wird vom Ozean aufgenommen (zur Zeit ca. 2 Milliarden Tonnen pro Jahr). Die Abschätzungen darüber, wie rasch der Ozean die zu- sätzliche Menge an Kohlenstoff aufnehmen kann, sind noch mit großen Unsicherheiten behaftet. Langfristig, d.h. in 1000 Jahren, kann der Ozean etwa 85% des zusätzlichen Kohlen- stoffs aufnehmen. Verbesserte Abschätzungen des globalen Kohlenstoffkreis- laufes und der Rolle der Ozeane erlauben zuverlässigere Szenarien der zukünftigen Klimaentwicklung. Wir benötigen also mehr Beobachtungen im Ozean und verbesserte Ozeanmodelle als Teil eines Klimamodelles.
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Max-Planck-Institut für Meteorologie
AUSWIRKUNG MENSCHLICHEN HANDELNS AUF DAS KLIMAKlimaforschung mit Leidenschaft
90° 0W ° 90°O 180°
PAZIFIK
90° 0W ° 90°O 180°
90°N
60°N
30°N
0°
30°S
60°S
90°S
90°N
60°N
30°N
0°
30°S
60°S
90°S
Wärmetransportin die Atmosphäre
warmer Oberflächenstrom
rezirkuliertes Tiefenwasser
Quelle: MPI f. Met./DKRZ, nach Broecker
kalter, salzreicher Tiefenstrom
INDISCHER OZEAN
ATLANTIK
90° N
45° N
0
45° S
90° S90° 09O ° 09W ° O0180°
-10 -8 -6 -4 -2 0 1 1.5 2 2.50.5Grad Celsius
Änderung der bodennahen Lufttemperaturen nach einemZusammenbruch der thermohalinen
Zirkulation im Nordatlantik
1850 1900 1950 2000 2050 21005
10
15
20
25
30
MPI
Hadley
CCCma
CSIRO
GFDL
PIK
Jahre
Sve
rdru
p (1
06 m
3 s-1
)
Tiefenwasserproduktion im Nordatlantik
PIK: CLIMBER2 (Potsdam)
CCCma: GCM2/MOM1.1 (Victoria)
Hadley: HADCM2 (Bracknell)
GFDL: R15 (Princeton)
CSIRO: GM version (Melbourne)
MPI: ECHAM4/OPYC (Hamburg)
Verbrennung fossilerEnergieträger,
nono
60
Marine Biosphäre3
Gelöster organischerKohlenstoff
<700
Oberflächensedimente150
Vegetation 610Böden 1580
= 2190
Atmosphäre
750
Landnutzungsänderungen
Nettoprimär-
61.31.6 0.5 90 5.592
100
50
40
6 4 91.6
0.2
TieferOzean38, 100
Oberflächenozean1020
Hamburg
6
nono
produktionund
Veratmung
Zementproduktion
Reservoirgrößen in Milliarden Tonnen Kohlenstoff, Umsatzraten in Milliarden Tonnen Kohlenstoff pro Jahr
Aufnahme von Kohlenstoff durch den Ozean
Die globale Ozeanzirkulation sorgt für den großräumigen Wärmeaustausch
Wird die Klimaveränderung die globale Ozeanzirkulation nachhaltig verändern?
Der globale Kohlenstoffkreislauf
Die globale Ozeanzirkulation transportiert warme Wassermassen polwärts und ermöglicht so angenehme klimatische Lebensbedingungen in mittleren und hohen Breiten der Nordhemisphäre, insbesondere in Europa. Dieser Transport wird durch eine großräumige Strömung im tiefen Ozean kompensiert (dunkle Pfeile), die den zweiten Ast dieses globalen ‘Förderbandes” bildet. (nach Broecker und Maier-Reimer).
Berechnete Änderungen der Nordatlantischen Tiefenwasserproduktion als Maß für die Stärke der globalen Ozeanzirkulation in verschiedenen Klimaänderungsexperimenten (nach S. Rahmstorf, PIK).
Zu erwartende Temperaturänderungen bei einem Zusammenbruch der Golfstromzirkulation simuliert von einem Klimamodell (nach Michael Vellinga, Hadley Centre, UK).
Abschätzungen der einzelnen Komponenten des globalen Kohlenstoffkreislaufs (Einheit: Gt/Jahr). Der Wechselwirkung zwischen Ozean und Atmosphäre, sowie den Austauschprozessen im Ozean kommt eine zentrale Bedeutung zu. N.B.: 1Gt = Fläche von Hamburg mit 0,5m Kohle bedeckt.
Aufnahme und Transport von Kohlenstoff in einem globalen Ozeanmodell (LSG; MPI-M, Hamburg). Als Antrieb des Modells wurde für den Zeitraum von 1820 bis heute eine Rekonstruktion des anthropogenen Kohlen-stoffanstieg verwendet. Die Projektion in die Zukunft basiert auf der Annahme eines jährlichen Anstiegs um 1.1%.Die Abbildungen zeigen den anthropogenen Kohlenstoffeintrag (mmol/m3) in einem meridionalen (Nord-Süd) Schnitt durch den Atlantik. Die Aufnahme des Kohlenstoffs erfolgt vorzugsweise in subtropischen Breiten, und er wird dann durch die mittlere Zirkulation nach Norden tranportiert. Im Nordatlantik, dort wo nordatlantisches Tiefenwasser gebildet wird, sinkt der Kohlenstoff in den tiefen Ozean ab und breitet sich wieder nach Süden aus. Die langsame Ausbreitung und der kontinuierliche Anstieg sind in der Bildsequenz gut zu erkennen (nach Maier-Reimer, MPI-M, Hamburg).
Die Globale Ozeanzirkulation- Das Langzeitgedächtnis unseres Klimasystems -
Warum interessiert uns die globaleOzeanzirkulation ?Die Meeresströmungen sind für den mittleren Zustand, die Schwankungen und die Stabilität des Klimas von entschei-dender Bedeutung. Angetrieben durch den Wind, sowie durch Temperatur- und Salzgehaltsunterschiede im Ozean, leistet die globale Ozeanzirkulation einen wesentlichen Bei-trag zum meridionalen (polwärtigen) Wärmetransport. Ohne diesen, wie er z.B. durch das Golfstromsystem geleis-tet wird, wäre es in den mittleren und hohen Breiten der nördlichen Erdhälfte und insbesondere in Nordeuropa deut-lich kälter, wir hätten eine Eiszeit.
Die Klimageschichte mit ihren z.T. sehr raschen Abfolgen von Eis- und Warmzeiten, die oft mit kräftigen Änderungen in der globalen Ozeanzirkulation verbunden waren, hat uns gezeigt, daß dieser Wärmetransport ein kritisches Element für die Stabilität des Klimasystems ist.
Wird sich die globale Ozeanzirkulation durch den Menschen verändern ?Auch bei der Beurteilung der durch den Menschen verur-sachten Klimaänderung spielt die Frage nach der Stabilität des Klimasystems eine wichtige Rolle. Obwohl die Mehrzahl der Wissenschaftler eine kritische Veränderung der globalen Ozeanzirkulation schon in diesem (21.) Jahrhundert für un-wahrscheinlich hält, kann diese Frage noch nicht abschlie-ßend beantwortet werden (siehe Abbildung rechts).
Die Fähigkeit, Wärme für lange Zeit zu speichern und über große Distanzen zu transportieren, sowie die intensive Wechselwirkung zwischen Ozean und Atmosphäre an der Meeresoberfläche, führen zu natürlichen Klimaschwankun-gen auf Zeitskalen von Monaten bis zu Jahrhunderten. Deren physikalische Ursachen sind bisher nur zum Teil ver-standen.
Als wichtiges, wenigstens grob verstandenes Beispiel ist das El Niño - Southern Oscillation Phänomen (ENSO) zu nennen. Ob und wie sich solche natürlichen Klimaschwankungen als Folge unserer Eingriffe verändern, ist noch nicht bekannt.
Kann die globale Ozeanzirkulation die Klima-veränderung verhindern ?Der Ozean spielt außerdem eine entscheidende Rolle im Kohlenstoffkreislauf. Denn ein Teil des Kohlendioxids, das durch die menschlichen Aktivitäten in die Atmosphäre ent-weicht (ca. 7 Milliarden Tonnen pro Jahr) wird vom Ozean aufgenommen (zur Zeit ca. 2 Milliarden Tonnen pro Jahr). Die Abschätzungen darüber, wie rasch der Ozean die zu-sätzliche Menge an Kohlenstoff aufnehmen kann, sind noch mit großen Unsicherheiten behaftet. Langfristig, d.h. in 1000 Jahren, kann der Ozean etwa 85% des zusätzlichen Kohlen-stoffs aufnehmen.
Verbesserte Abschätzungen des globalen Kohlenstoffkreis-laufes und der Rolle der Ozeane erlauben zuverlässigere Szenarien der zukünftigen Klimaentwicklung. Wir benötigen also mehr Beobachtungen im Ozean und verbesserte Ozeanmodelle als Teil eines Klimamodelles.
