Eis und SchneeParameter für Eis und Schnee: Auf dem Ozean:
An Land:
MeereisbedeckungDie Meereisbedeckung wird seit über 30 Jahren aus Satellitendaten bestimmt. Die aktuelle Entwicklung der Meereisbedeckung wird in der Abbildung rechts illustriert, die die Anomalie der mittleren monatlichen Meereiskonzentration zeigt. Diese basiert auf ASI algorithm SSM/I - SSM/IS sea ice concentration Daten und wurde relativ zur Periode 1992-2001 berechnet. Animationen der Anomalien für den Zeitraums 199201-201304 gibt es für die Arktis und die Antarktis. Wir stellen NEGATIVE Anomalien bewußt in rot dar da diese mit einer POSITIVEN (=warmen) Temperaturanomalie verknüpft sind; entsprechend erscheinen positive Eiskonzentrationsanomalien in blau (=kalt). Die Meereiskonzentration (in %) ist die prozentuale Bedeckung einer Fläche definierter Größe mit Meereis. Weitere üblich verwendete Parameter sind die Gesamtmeereisausdehnung und -fläche. Beispiele für die aktuelle Entwicklung dieser Parameter finden sich in den Abbildungen oben rechts und weiter unten rechts. Daten zur Meereiskonzentration / -bedeckung:
aus SSM/I und SSM/IS Satelliten-Messungen
Am Alfred-Wegener Institut für Polar- und Meeresforschung gibt es seit April das Meereisportal. Hier wird in einfach verständlicher Weise über die Meereisbedeckung informiert. Am National Snow and Ice Data Centre (NSIDC) kann man zudem weitere Information über die kürzliche / aktuelle Meereisbedeckung finden, wie z. B. den Meereisindex, die mittlere monatliche Meereisbedeckung und deren Anomalie Veränderungen in der Arktis während 2012 sind in der sogenannten Arctic Report Card zusammengefaßt. Im SeaIceOutlook-Report von 2012 sind die Vorhersagen des letztjährigen Rekordminimums der Arktischen Meereisausdehnung zusammengefaßt. MeereisdriftAls Meereisdrift versteht man die Verlagerung von Meereis (entweder von einzelnen Schollen, wenn es sich um Bojenmessungen handelt, oder ganzer flächiger Areale, wenn es sich um Satellitenmessungen handelt). Diese wird in km/Tag bzw. cm/s oder auch als Start- und Endkoordinate eines Driftvektors angegeben. Dank der Satellitenfernerkundung sind auch hier 25-30 Jahre lange Zeitserien möglich. Daten zur Meereisdrift: MeereisdickeDie Meereisdicke ist einer der derzeit am schwierigsten flächendeckend zu messenden Meereisparameter; es gibt derzeit (noch) keine flächendeckenden, lang- und ganzjährigen Datensätze der Meereisdicke auf Basis von Beobachtungen. Daten basieren auf Satelliten-Altimetrie (Ableitung der Meereisdicke aus der Freibordhöhe des Meereises, d. h. den Teil der über das Wasser ragt), Luftfahrzeug gestützte Systeme(geben die kombinierte Dicke aus Meereis + Schneeauflage), Unterwassermessungen (Ableitung der Meereisdicke aus dem Tiefgang des Meereises, d. h. dem Teil der ins Wasser eintaucht), sowie vor Ort Messungen (Eiskernbohrungen). Eisdicken werden in der Regel in m angegeben. Daten der Meereisdicke:
Meereistyp / PolynjenMeereis kann in verschiedene Typen eingeteilt werden, z. B. nach Alter (mehr-jähriges Eis, erst-jähriges Eis, junges Eis), Grad der Deformation (ebenes Eis, aufgeworfenes/überschobenes Eis) oder Ort des Vorkommens (Eisrandzone, Packeis, Festeis, Rinnen, Polynjen). Angegeben wird in der Regel die absolute oder prozentuale Fläche bzw. Ausdehnung (z. B. mehr-jähriges Eis) oder die Häufigkeit des Auftretens (z. B. Polynjen) Daten der Meereistyps: Daten des Meereisalters (als Proxie für Meereistyp und -dicke): Schmelztümpel auf Meereis der Arktis
Das Meereis der Arktis ist während der Schnee- und Eisschmelze mit sogenannten Schmelztümpeln bedeckt (siehe Foto rechts). In Abhängigkeit von Schneedicke, Einsetzen und Dauer der Schmelzperiode und Eistyp ist ein unterschiedlicher Teil der Meereisdecke von Schmelztümpeln bedeckt. Da Schmelztümpel im Vergleich zum umliegenden Meereis dunkler sind, wird in ihnen mehr Sonnenstrahlung absorbiert als vom umliegenden Meereis. Dies kurbelt die Meereisschmelze weiter an (eine positive Rückkopplung). Zudem ist das Meereis im Schmelztümpel dünner als drumherum. Damit gelangt mehr Sonnenstrahlung in das Wasser unter der Meereisdecke. Je zeitiger sich Schmelztümpel entwickeln, desto mehr Sonnenenergie steht zur Meereisschmelze zur Verfügung. Eine Schmelztümpeldetektion oder sogar -kartierung per Satellit gestaltet sich als schwierig aufgrund der a) kleinen räumlichen Ausdehnung individueller Schmelztümpel und der b) vergleichsweise hohen Wolkenbedeckung während des arktischen Sommers. Mithilfe einer geschickten Kombination verschiedener Kanäle des Moderate Resolution Spectroradiometers MODIS und einem neuronalen Netzwerk läßt sich jedoch die Schmelztümpelverteilung und prozentuale Fläche mit immerhin wöchentlicher zeitlicher Auflösung ableiten. Schneedicke auf MeereisMeereis trägt ab einem gewissen Alter eine Schneedecke. Die Erfassung ihrer Dicke ist ähnlich schwierig wie die Messung der Eisdicke. Es gibt daher derzeit (noch) wenig flächendeckende, lang- und ganzjährige, auf Beobachtungen basierende Daten der Schneedicke auf Meereis. Die typische Einheit ist cm. Daten der Schneedicke auf Meereis: Schneedicke / -wasseräquivalent (SWE)Die Wassermenge die in Form von Schnee auf den Landoberflächen vorhanden ist, ist eine wichtige Größe im globalen hydrologischen Kreislauf. Schnee spielt neben seinem Einfluß auf Wärme- und Strahlungsaustauschprozesse (siehe Schneebedeckung) auch eine wichtige Rolle für die Bodenfeuchte, die Pegelstände von Flüssen, und damit für die Verfügbarkeit von Wasser während und nach der Schneeschmelze. Der wohl wichtigste Parameter in diesem Zusammenhang ist das so genannte Schneewasseräquivalent (SWE). Dieses gibt die Menge Wasser an, die man erhält, wenn man den gesamten Schnee auf einer Fläche von 1 m² schmelzen würde. Die Einheit von SWE ist Millimeter (mm). Der Vorteil der Angabe von SWE im Vergleich zur Schneedicke (in metern) ist, dass die Dichte des Schnees mit berücksichtigt wird; 1 meter Schnee mit niedriger Dichte (schön fluffiger Schnee bei -20°C) ergibt beim Schmelzen wesentlich weniger Wasser als 1 m Schnee mit hoher Dichte (feuchter, kompakter Schnee bei 0°C). Insbesondere für die Vorhersage von Schmelzwasserabflußraten und damit Flutprävention für Flußanrainer ist SWE eine wichtige Größe. Vor-Ort Beobachtungen von Schneedicke und -dichte, z. B. an Messstationen der World Meteorological Organization (WMO), bieten zwar eine hohe Genauigkeit, sind aber nicht zwingend repräsentativ für ein größeres Gebiet; zudem sind derartige Stationen in der Regel ungleichmäßig verteilt. Satellitenbeobachtungen stellen hier eine echte Alternative dar. Mit Hilfe von satelliten-gestützten Messungen der Strahlungstemperatur bei zwei verschiedenen Frequenzen im Mikrowellenbereich (in der Regel 19 GHz und 37 GHz), z. B. mit dem Special Sensor Microwave / Imager (SSM/I), kann über eine empirische Beziehung SWE bestimmt werden. Das ist für die hier angebotenen Datensätze gemacht worden. SchneebedeckungDie Schneebedeckung an Land ist ein wichtiger Parameter zur korrekten Erfassung und Bestimmung der Strahlungsbilanzen. Schnee reflektiert einen Großteil der auftreffenden Sonnenstrahlung; er hat ein höheres Reflextionsvermögen im kurzwelligen Bereich des elektromagnetischen Spektrums als andere Oberflächen wie z. B. Gras, Bäume oder Wasser. Gleichzeitig emittiert Schnee aber wie alle anderen "natürlichen" Oberflächen auch (Gras, Bäume, Wasser) langwellige Strahlungsenergie gemäß seiner physikalischen Temperatur. Wo Schnee liegt ist die Gesamtstrahlungsbilanz mithin negativ. Bereits eine wenige Zentimeter dicke Schneeschicht wirkt zudem als gute Isolation für den Boden gegen Auskühlung. Die korrekte Erfassung wo überhaupt Schnee liegt, also eine Angabe der mit Schnee bedeckten Fläche, ist daher grundlegend. Diese kann z. B. aus Unterschieden in den Radianzen die mit Satelliten-Spektroradiometern (wie. z. B. dem MODIS) gemessen werden abgeleitet werden - und zwar mit mehr oder weniger automatischen Verfahren oder von ausgebildeten Analysten per Hand. LandeisbedeckungLandeis, den meisten sicherlich eher unter dem Begriff Gletscher bekannt, stellt eine weitere wichtige Komponente des Klimasystems Erde dar. Wie auch der Schnee hat das Landeis in der Regel eine deutlich höhere kurzwellige Albedo als das Land bzw. die Vegetation. Deshalb wird hier ein deutlich höherer Anteil der solaren Einstrahlung reflektiert was je nach Größe der Landeisfläche einen nachhaltigen Einfluß auf das lokale, regionale und/oder globale Klima hat. Zudem ist das Landeis ein wichtiger Speicher an Frischwasser. In manchen Regionen stellt das Landeis (bzw. dessen Schmelzwasser) die einzige verläßlich Wasserquelle dar. Die Zu- oder Abnahme von Landeisfläche und/oder -volumen spiegelt Veränderungen der umgebenden Lufttemperatur und/oder der Niederschlagstätigkeit in Verbindung mit Verdunstung wieder; damit ist Landeis wie auch das Meereis ein Indikator für die Klimavariabilität und dessen Veränderungen. Eine routinemäßige Erfassung von Fläche und Volumen und weiterer Charakteristica des Landeises sind daher von eminenter Bedeutung.
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