E11 Atmosphäre Kryosphären-Interaktion

Thema

Die Kryosphäre – Meereis, Gletscher, Schnee und Permafrost – interagiert mit der Atmosphäre durch Strahlungs- und dynamische Rückkopplungen, die für das gegenwärtige und zukünftige Klimasystem von großer Bedeutung sind. Die direkteste dieser Rückkopplungen ist die Eis-Albedo-Rückkopplung: Eis kann zwischen der Hälfte und mehr als acht Zehnteln der empfangenen Sonnenstrahlung reflektieren, weit mehr als der offene Ozean, der nur sechs bis zehn Prozent derselben Strahlung reflektiert, oder Vegetation, die zehn bis fünfundzwanzig Prozent reflektiert. Wenn Meereis schmilzt, absorbiert die freiliegende Oberfläche – offener Ozean statt Eis – deutlich mehr Sonnenstrahlung als zuvor. Diese erhöhte Absorption erwärmt dieselbe Oberfläche zusätzlich, und diese zusätzliche Erwärmung lässt noch mehr Meereis schmelzen. So schließt sich ein positiver Rückkopplungskreislauf, der den Klimawandel in den Polarregionen verstärkt.

Diese Eis-Albedo-Rückkopplung ist einer der Mechanismen, die der arktischen Polarverstärkung zugrunde liegen, dem Phänomen, durch das sich die Arktis zwei- bis viermal schneller erwärmt als der globale Durchschnitt. Neben der Eis-Albedo-Rückkopplung tragen drei weitere Mechanismen zur arktischen Polarverstärkung bei: der Verlust latenter Wärme durch das Gefrieren des Meereises, die unter normalen Bedingungen unter einer thermischen Inversionsschicht nahe der Oberfläche eingeschlossen wird und sich bei geringerer Neubildung von Eis abschwächt; der Anstieg des atmosphärischen Wasserdampfs, der wie jedes andere Treibhausgas mehr langwellige Strahlung nahe der Oberfläche speichert; und die Umverteilung ozeanischer Wärme, die Wärme aus niedrigeren Breiten in die Arktis transportiert.

Diese zusätzliche Erwärmung der Arktis verringert den meridionalen Temperaturgradienten zwischen der Arktis und den mittleren Breiten. Diese Verringerung des Gradienten hat wiederum dynamische Folgen für die übrige Atmosphäre: Sie schwächt die Jetstreams, die durch denselben Temperaturgradienten aufrechterhalten werden, und kann die Amplitude von Rossby-Wellen erhöhen, die sich entlang dieser geschwächten Jetstreams ausbreiten. Rossby-Wellen mit größerer Amplitude bewegen sich zudem langsamer, und diese Langsamkeit führt dazu, dass die mit ihnen verbundenen Wetterextreme länger über derselben Region anhalten.

Diese zusätzliche Erwärmung der Arktis verringert den meridionalen Temperaturgradienten zwischen der Arktis und den mittleren Breiten. Die Schneedecke auf den Kontinenten erzeugt ähnliche Effekte wie Meereis, allerdings an Land statt im Ozean. Sie verändert die Oberflächenalbedo auf dieselbe Weise wie Meereis und führt so zu einer eigenen Schnee-Albedo-Rückkopplung. Sie erhöht die Stabilität der darüber liegenden atmosphärischen Grenzschicht und hemmt die Konvektion, wie es jede kalte, stabile Oberfläche tut. Zudem beeinflusst sie den Wasserkreislauf der Region, da sie Wasser im Winter in fester Form speichert und es mit der Schneeschmelze im Frühjahr allmählich wieder freisetzt, anstatt es wie Regen sofort abfließen zu lassen.

So prägt die Kryosphäre – sei es als Meereis, das schmilzt und seinen eigenen Verlust verstärkt, als kontinentaler Schnee, der die Albedo moduliert und Wasser speichert, oder als Permafrost und Gletscher, die Teil desselben Systems sind – letztlich sowohl die Strahlungsbilanz als auch die Dynamik der gesamten darüber liegenden Atmosphäre. Es ist genau dieser doppelte Einfluss, der Strahlungs- und der dynamische, der die Wechselwirkung zwischen Kryosphäre und Atmosphäre zu einer der empfindlichsten Komponenten des Klimasystems macht.

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