Ermittlung der Erwärmung der Weltmeere durch kombinierte Messmethoden
Die Ozeane der Erde fungieren als ein globales Thermometer: Steigt die Wassertemperatur, dehnt sich das Wasser aus, was zu einem Anstieg des Meeresspiegels führt. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universität Bonn haben eine Methode entwickelt, mit der sich die Wärmeaufnahme der Ozeane präzise berechnen lässt. Dabei konnten sie bei einzelnen Ozeanbecken signifikante Abweichungen zu bisherigen Modellrechnungen feststellen, teilweise im zweistelligen Prozentbereich.
Hintergrund und Fragestellung
Die Erde nimmt aktuell mehr Wärme auf, als sie ins All abstrahlt. Etwa 90 % dieser überschüssigen Energie werden von den Ozeanen gespeichert. Diese Erwärmung beeinflusst unter anderem den Meeresspiegelanstieg, marine Hitzewellen sowie klimatische Phänomene wie El Niño. Die Verteilung der Wärme im Ozean ist bisher nur unvollständig durch frei treibende Tauchbojen erfassbar. Die neue Methode kombiniert Bojenmessungen mit Satellitendaten des Meeresspiegels, um monatliche Karten der Wärmezunahme und deren räumliche Verteilung zu erstellen. Dadurch lässt sich die gesamte, über die gesamte Wassertiefe gemittelte Ozeanerwärmung bestimmen und globale Erwärmungswerte ableiten.
Ergebnisse der Studie
- Die Gesamtanalyse über alle Ozeane zeigt eine weitgehende Übereinstimmung mit Klimamodellen.
- In einzelnen Ozeanbecken treten jedoch deutliche Abweichungen von bis zu mehreren zehn Prozent auf.
- Zwischen 2005 und 2015 nahm insbesondere der Indische Ozean ungewöhnlich viel Wärme auf.
- In den letzten zwei Jahrzehnten verteilte sich die zusätzliche Wärme etwa gleichmäßig auf Pazifik, Atlantik und Indischen Ozean, was auf einen Wärmetransport zwischen den Becken hinweist.
Methodisches Vorgehen
Die Untersuchung basiert auf der Kombination von Bojendaten mit Satellitenmessungen verschiedener Systeme. Radaraltimeter liefern präzise Messungen des Meeresspiegels, der durch die thermische Ausdehnung des Wassers jährlich um Millimeter steigt. Da der Meeresspiegel zudem durch das Abschmelzen von Gletschern und Eisschilden beeinflusst wird, werden diese Effekte mittels Daten der GRACE-Satelliten herausgerechnet. Die Integration dieser Daten ermöglicht die Erstellung räumlicher Karten der Ozeanerwärmung. Die Bojendaten ergänzen die Analyse um Informationen zur Erwärmung der oberen Ozeanschichten und erlauben Rückschlüsse auf die vertikale Verteilung der Wärme.
Innovationen und Herausforderungen
Ein wesentlicher Fortschritt der Studie besteht in der erstmaligen Berechnung des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Ozeans für unterschiedliche Regionen. Bisher wurde dieser Koeffizient meist als konstant angenommen, was zu erheblichen Fehlern führen kann. Die Analyse vereint umfangreiche und heterogene Datensätze, die einheitlich ausgewertet werden müssen. Moderne Rechenverfahren unterstützen dabei, unterschiedliche Datenverteilungen zu berücksichtigen und Fehlinterpretationen zu minimieren.
Implikationen und Empfehlungen
Die Aufnahme und Umverteilung von Wärme in den Ozeanen kann sich innerhalb kurzer Zeiträume stark verändern. Die zugrunde liegenden Ursachen und Auswirkungen sind noch nicht vollständig erforscht. Daher ist eine kontinuierliche und zuverlässige Erfassung mit Satelliten und marinen Messsystemen von großer Bedeutung. Es wird empfohlen, eine langfristige und internationale Finanzierung solcher Messprogramme sicherzustellen und gleichzeitig die Abhängigkeit von einzelnen Ländern, insbesondere den USA, zu reduzieren. Für die Klimapolitik sollte der Fokus nicht ausschließlich auf der mittleren Landoberflächentemperatur liegen, sondern auch der Ozean und insbesondere der Meeresspiegelanstieg als stabilere Indikatoren des Erdsystems stärker berücksichtigt werden. Die fortschreitende Erwärmung der Ozeane hat langfristige Folgen, weshalb Maßnahmen zur Begrenzung der Erwärmung, zur Minderung der Auswirkungen und zur Anpassung an den Klimawandel notwendig sind.
Ausblick
Die Forschenden planen, die Analyse auf frühere Zeiträume auszudehnen, indem historische Messdaten genutzt werden, da vor 1993 nur begrenzt Satellitendaten vorliegen. Zudem sollen künftig Daten der Satelliten GRACE-C und NGGM in die Untersuchungen einbezogen werden.
Quellenangabe
Bernd Uebbing, Kristin Vielberg, Roelof Rietbroek, Bene Aschenneller, Armin Köhl und Jürgen Kusche: „Improving global and regional ocean heat content by consistently combining GRACE gravity, satellite altimetry and Argo profile observations in a joint inversion framework“, Earth System Science Data, https://doi.org/10.5194/essd-18-6945-2026. Die Studie wurde durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft im Rahmen der Forschungsgruppe FOR5361 gefördert.
Kontakt für Rückfragen
- Dr.-Ing. Bernd Uebbing, Institut für Geodäsie und Geoinformation, Universität Bonn, Tel.: +49 (0)228 739360, E-Mail: uebbing@geod.uni-bonn.de
- Prof. Dr.-Ing. Jürgen Kusche, Institut für Geodäsie und Geoinformation, Universität Bonn, Tel.: +49 (0)228 732629, E-Mail: kusche@uni-bonn.de
