Das ENSO-Phänomen

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ENSO-Lexikon

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Deckschicht

Engl. ocean mixed layer (OML), der an der Schnittstelle von Atmosphäre und Ozean befindliche und hinsichtlich Temperatur und Salzgehalt gewöhnlich gut durchmischte Bereich des Ozeans. Entsprechend ist auch die Dichte in dieser je nach Region zwischen 50-100 m und mehr dicken Wassersäule sehr gleichmäßig. Winde, Wärmeflüsse an der Oberfläche oder salinitätserhöhende Prozesse wie Verdunstung oder Meereisbildung sorgen für die zur Homogenisierung nötigen Turbulenzen.

Die Untergrenze der ozeanischen Deckschicht (OD) wird durch einen deutlichen Gradienten markiert, an dem sich die Wassereigenschaften ändern. Oft ist es eine abrupte Temperaturänderung im Bereich der Thermokline. Manchmal ist es eine markante Änderung des Salzgehalts, Halokline genannt. Die Kombination von Temperatur- und Salzgehalt oder auch deren alleiniges Auftreten hat eine deutliche Dichteänderung zur Folge, deren Bereich als Pyknokline bezeichnet wird. Zusätzlich treten in diesen Bereichen auch scharfe Gradienten bezüglich des Vorkommens von Nährstoffen (Nutrikline) und von Sauerstoff auf.

Die OD vermittelt den Austausch von Masse, Impuls, Energie und Wärme zwischen Atmosphäre und Ozean und spielt aus diesem Grund eine zentrale Rolle für Klima und Wetter.

Wegen der großen Wärmespeicherkapazität von Wasser (2,5 m des oberen Ozeans hat die gleiche Wärmekapazität wie die gesamte Troposphäre) und weil die Ozeane über zwei Drittel der Erdoberfläche ausmachen, durchläuft der größte Teil der eingestrahlten Sonnenenergie die ozeanische Deckschicht. Ozeane sind Wärmespeicher, die im Sommerhalbjahr Wärme aufnehmen und sie im Winterhalbjahr wieder langsam abgeben. Damit erklären sich die dämpfende Wirkung des milden Meeresklimas sowie die zeitliche Verzögerung der Extremtemperaturen. Außerdem stellt die in der OD gespeicherte Wärme eine Wärmequelle dar, die weltweit zu Klimavariabilität, wie z.B. El Niño beiträgt.

Die OD spielt auch eine wichtige Rolle für die Nahrungskette im Meer. Die Primärproduktion von Phytoplankton ist das erste Glied in dieser Kette. Die Notwendigkeit einer Energiequelle zur Erzeugung von Biomasse beschränkt die Primärproduktion auf die oberen Zehner von Metern, wo die Sonneneinstrahlung stark genug ist, um über die Photosynthese bei der Kohlenstoffbindung zu helfen. Letztere ist ein biologischer Pfad, über den ein Teil des anthropogenen Kohlendioxid (CO2) aus der Atmosphäre entfernt wird.

Über die OD findet der klimarelevante CO2-Austausch des Ozeans mit der Atmosphäre statt. Er wird hauptsächlich durch die Differenz im CO2-Partialdruck zwischen Ozean und Atmosphäre angetrieben. D.h. bei niedrigerem CO2-Druck der Atmosphäre gast der Ozean Kohlenstoff in die Atmosphäre aus, bei höherem CO2-Druck in der Atmosphäre wird Kohlendioxid im Oberflächenwasser des Ozeans gelöst. Der Austausch umfasst gegenwärtig über 90 Gt C pro Jahr, wobei durch die anthropogene Störung des atmosphärischen Kohlendioxidgehalts 2,2 Gt C mehr vom Ozean aufgenommen als abgegeben werden (bezogen auf die 1990er Jahre). Der Austausch ist regional sehr unterschiedlich. Es gibt Gebiete mit warmem oder aufsteigendem Wasser (vor allem in den Tropen), in denen von Natur aus der Ozean eine Quelle, und andere wie die Ozeane in höheren Breiten, in denen kaltes und salzreiches Wasser absinkt und der Ozean eine Senke ist.

Die für den Austausch zwischen Atmosphäre und Ozean entscheidenden Eigenschaften von Kohlendioxid sind seine leichte Löslichkeit und seine chemische Reaktivität im Wasser. Die Löslichkeit ist bestimmt durch Temperatur, Salzgehalt, Luftdruck, windabhängige Durchmischung u.a. Faktoren, wobei die Temperatur den größten Einfluss besitzt. Wasser mit höherer Temperatur kann weniger Kohlenstoff aufnehmen als Wasser mit geringerer Temperatur. Bei einer Temperaturerhöhung von 1 °C steigt der Partialdruck von CO2 in der ozeanischen Deckschicht über einen längeren Zeitraum (Jahrhunderte) um 7-10 ppm. Je nach Szenario kann bis zum Ende des Jahrhunderts durch diesen Effekt die Gesamtaufnahme von CO2 um 9 - 14 % geringer ausfallen.

mixed_layer_schematic

Schematische Darstellung der Prozesse an der Schnittstelle von Ozean-Atmosphäre

Darstellung von Prozessen, die an der Luft-Meer-Grenzfläche und in der oberen ozeanischen Durchmischungsschicht ablaufen. Viele dieser Prozesse variieren auf Zeitskalen von Sekunden bis zu Jahrzehnten und sind nur unzureichend verstanden.

Die Kapazität der Ozeane, Wärme und Treibhausgase aufzunehmen und abzugeben, beeinflusst kurz- und langfristige Klimaschwankungen. Die Ozeane enthalten mehr als 50 Mal mehr CO2 als die Atmosphäre. Daher können selbst kleine Störungen im Kohlenstoffkreislauf der Ozeane zu erheblichen Veränderungen der atmosphärischen CO2-Konzentrationen führen, die das globale Klima beeinflussen. Die photosynthetische Biomasse der Ozeane macht <0,5% der terrestrischen Biomasse aus, aber die Aufnahme von organischem Kohlenstoff in den marinen Ökosystemen nähert sich 50% der globalen Gesamtmenge an. Die Küstenemeere üben einen großen Einfluss auf die Wettersysteme aus, von denen die mehr als 50% der menschlichen Bevölkerung, die in den Küstenregionen leben, betroffen sind.
Mehr als 90% des weltweiten Fischfangs werden jedes Jahr aus Küstengewässern geerntet, die etwa 30% der marinen Primärproduktion liefern.

Quelle: WHOI / OOI

Dendrochronologie

Von griech. dendron = Baum, chronos = Zeit, logos = Lehre; eine Datierungsmethode der Geowissenschaften, der Archäologie, der Kunstwissenschaft und der Dendroökologie, bei der die Jahresringe von Bäumen anhand ihrer unterschiedlichen Breite einer bestimmten, bekannten Wachstumszeit zugeordnet werden. Sie erlaubt die absolute stratigraphische Altersbestimmung von Ablagerungen, Bauwerken und Artefakten innerhalb der jüngsten Erdgeschichte. Die von dem Amerikaner A.E. Douglass (1867-1962) entwickelte und 1929 publizierte Methode fußt auf Auszählung und Vergleich der Jahresringe von fossilen und rezenten Bäumen. Sie nutzt verschiedene voraussetzende Prinzipien wie den Aktualismusansatz, um verläßliche Ergebnisse zu erhalten. Darunter versteht man, daß heute dieselben biologischen, chemischen und physikalischen Gesetzmäßigkeiten gelten wie in der Vergangenheit.

Klimatische Schwankungen während der Lebenszeit des Baumes (Regenmenge, Temperatur etc.) spiegeln sich in Breite und Dichte der jeweiligen Jahres-Zuwachsringe wider. Jahresringe aus Jahren mit guten Wachstumsbedingungen sind breiter als solche aus Jahren mit schlechten Lebensbedingungen. Da für alle Bäume einer Art in einem bestimmten Gebiet die Lebensbedingungen annähernd gleich sind, weisen alle Bäume einer Art dieser Region etwa die gleiche charakteristische Abfolge von schmalen und breiten Jahresringen auf. Als Proxies sind sie daher - vorbehaltlich des Ausschlusses rein regionaler Störfaktoren - ein charakteristischer und vergleichbarer Parameter (Dendroklimatologie).

Die Anwendungsmöglichkeit der Dendrochronologie ist sehr stark abhängig von regionalen klimatischen Gegebenheiten. So lassen die ausgeprägten Jahreszeiten der gemäßigten und kühleren Klimate vielfach ausgezeichnete Ergebnisse zu. Für Mitteleuropa gelang über die Analyse von Mooreichen die Erstellung einer Dendrochronologie der letzten 10.000 Jahre. Das homogenere Klima der tropisch-subtropischen Regionen verhindert dagegen weitgehend die Ausbildung charakteristischer Schwankungen im Bau der Jahresringe, zumindest in unteren Höhenlagen, wohingegen größere Höhen brauchbare Proben liefern.

Für die Probenahme werden zunächst aus lebenden Bäumen Bohrkerne gewonnen, weitergehend aus verbautem (Gebäude, Brücken, Brunnen usw.) und fossilem (z.B. aus Mooren geborgenem) Holz. Aus der Mittelung vieler Proben (Standorteinflüsse!) und mit Korrektur des Alterstrends entstehen durch „Cross Dating“ die Dendro-Zeitreihen, die Rekonstruktion eines 'endlosen Baumes' aus der Gegenwart zurück in die Vergangenheit.

Probenahme mit einem Handbohrer

dendro_probenahme

Bohrkern, fixiert auf einem Holzträger

dendro_probe

Markus Kochbeck, Leiter des Baumringlabors am Geographischen Institut der Universität Mainz, führt vor, wie eine Holzprobe aus einem Baum entnommen wird. Dazu setzt er einen Kernbohrer auf einen Baumstamm auf. Der sieht aus wie ein Rohr und wird per Hand gedreht. Eine Lanze dient dazu, den Bohrkern hinterher aus dem Rohr zu holen. Der Bohrkern sieht aus wie ein geringelter Bleistift und ist etwa einen halben Zentimeter dick. Jeder Ring markiert ein Lebensjahr des Baumes. Als nächstes leimt Kochbeck den Bohrkern auf einen Holzträger und glättet ihn dann mit einem Spezialhobel: Alle Jahrringe werden deutlich sichtbar.
Als nächstes kommt der Bohrkern unter ein Stereomikroskop, das an einen sogenannten X-Tisch gekoppelt ist. Der Tisch ist mit einer Elektronik versehen, und über die Bewegung des Tisches wird der Jahresring vermessen. Auf diese Weise erzeugt der Wissenschaftler eine Kurve: Auf der X-Achse sind die Jahre aufgelistet und auf der Y-Achse die Baumringweiten in Millimetern. Quelle: DW

Im Bereich der Geowissenschaften findet die Dendrochronologie Anwendung bei der Datierung holozäner Sedimente von Seen, Flüssen, Mooren oder Bergrutschen. Wesentlich bedeutender ist allerdings der Nutzen für die Archäologie im Rahmen der Altersbestimmung historischer und prähistorischer Gebäude und Geländefunde.

Die Dendrochronologie geht in der Naturwissenschaft weit über die Funktion eines reinen Instruments zur Altersbestimmung von Holz hinaus. So können für die Neuzeit auch anhand der Verknüpfung von Klimadaten mit den Jahrringchronologien Klima-Wachstums-Korrelationen hergeleitet werden, welche die Reaktion der Bäume auf Umwelteinflüsse in Einjahres-Auflösung dokumentieren. Ein Aufgabenfeld dieser Ausrichtung der Dendrochronologie besteht darin, Prognosen für das Wachstum von Bäumen und somit für das Ökosystem Wald bei sich verändernden Klimabedingungen zu liefern. Da das individuelle Wachstum von Bäumen aber neben den Klimaeinflüssen von vielen anderen Faktoren wie zum Beispiel Alterstrend, anthropogenen Einflüssen, Konkurrenz, Autokorrelation, Rauschen oder anderem abhängt, müssen diese so erst heraus gerechnet werden. Dafür bedient sich die Dendrochronologie eines umfangreichen Instrumentariums an mathematischen Methoden.

Die Dendrochronologie liefert auch Eichkurven für die Radiokarbonmethode, indem dendrochronologisch bestimmtes Holz radiokarbondatiert wird. Für die Zeit vor Beginn der wissenschaftlichen Wettermessungen (ab 1850), aus der kaum zuverlässige Daten zur Verfügung stehen, wird die Dendrochronologie selbst als indirektes Klimaarchiv herangezogen.

Eine Ergänzung zur Dendrochronologie ist die Dendroanalytik, welche die Identifizierung und Quantifizierung von Stoffen wie zum Beispiel Schwermetallen in den Jahrringen ermöglicht.

Wissenschaftler des GFZ Potsdam ermittelten Sauerstoffisotope in Jahrringen als hervorragendes Archiv der Niederschlagsdynamik im tropischen Amazonasgebiet. Die präzise Bestimmung der Verhältnisse der stabilen Sauerstoff-Isotope (18O/16O) erweist sich als neuer Parameter für die Erfassung der Dynamik des Wasserkreislaufs in tropischen Regenwaldgebieten und kann damit die in tropischen Gebieten für hochwertige Rekonstruktionen der Klimaverhältnisse ungeeigneten klassischen Messgrößen, wie Jahrringbreite oder Holzdichte ersetzen.

Der Bezug zu ENSO

Die Vorhersagemöglichkeit ob ENSO sich im Zusammenhang mit der globalen Erwärmung ändert, ist von großer Bedeutung für die menschliche Gesellschaft. ENSO besitzt eine beträchtliche natürliche Variabilität in Zeitskalen, die Jahrzehnte bis Jahrhunderte umfassen. Instrumentelle Wetteraufzeichnungen sind zu kurz, um beurteilen zu können, ob ENSO sich geändert hat, und bestehende Rekonstruktionen sind häufig ohne geeignete Aufzeichnungen aus den Tropen zusammengestellt.

Die Einbeziehung von Proxydaten aus den Tropen erlaubt es Wissenschaftlern, eine beispiellose Genauigkeit zu erzielen. Diese wird gestützt durch hohe Korrelationen mit Daten von Korallen aus dem äquatorialen Pazifik und passenden globalen Telekonnektionen, die im Einklang stehen mit einer separat durchgeführten Temperaturrekonstruktion für die nördliche Hemisphäre.

Eine in Nature Climate Change (Juli 2013) veröffentlichte Studie untersucht die ENSO-Muster der zurückliegenden Dekaden und die einer jahrhundertelangen Zeitreihe und ihre Auswirkungen auf Jahresringe von Bäumen. Der Leitautor Jinbao Li untersuchte eine sieben Jahrhunderte lange ENSO-Rekonstruktion, die auf der Untersuchung von 2.222 Baumringchronologien basiert. Die entsprechenden Proben stammen aus den Mittelbreiten und aus den Tropen beider Hemisphären. Die Proben tropischer Herkunft wurden überwiegend in größeren Höhen gewonnen, da dort die Jahrringgrenzen deutlicher ausgeprägt sind als im Tiefland mit homogenerem Temperaturgang. In El Niño-Jahren wachsen in bestimmten Gebieten breitere Baumringe als in El Niño-freien Jahren, in denen dann die Ringbreite schmaler ist.

Die Proxydaten dieser Untersuchung zeigen, dass ENSO im späten 20. Jh. ungewöhnlich aktiv war, wenn man die Daten der 700 Jahre betrachtet. Dies legt die Annahme nahe, dass das ENSO-Phänomen auf die ablaufende Klimaerwärmung reagiert.

treering

Studie befasst sich mit El Niño und Baumringen

Eine 2013 veröffentlichte Studie untersucht die ENSO-Muster der zurück-liegenden Dekaden und die einer jahrhundertelangen Zeitreihe und ihre Auswirkungen auf Jahresringe von Bäumen.

Der Leitautor Jinbao Li untersuchte eine sieben Jahrhunderte lange ENSO-Rekonstruktion, die auf der Untersuchung von 2.222 Baumringchronologien basiert. Die entsprechenden Proben stammen aus den Mittelbreiten und aus den Tropen beider Hemisphären.

In El Niño-Jahren wachsen in bestimmten Gebieten breitere Baumringe als in El Niño-freien Jahren. Die Proxydaten dieser Untersuchung zeigen, dass ENSO im späten 20. Jh. ungewöhnlich aktiv war, wenn man die Daten der 700 Jahre betrachtet. Dies legt die Annahme nahe, dass das ENSO-Phänomen auf die ablaufende Klimaerwärmung reagiert.

Quelle: RMetS

Dendroklimatologie

Aus der Dendrochronologie entwickelte Methodik, wonach sich aus dem jahreszeitlich gebundenen Wachstumsverhalten bestimmter Bäume der dabei wirksame Klimaeinfluss rekonstruieren lässt. Das jährliche Baumwachstum ist besonders in der Kampfzone, nahe der polaren Baumgrenze oder der vertikalen Baumgrenze im Gebirge, von der Temperatur der Sommermonate mitbeeinflusst. Niederschlagssensitiv werden Baumringe in Trockengebieten, wo das Baumwachstum durch den Niederschlag und die Bodenfeuchte begrenzt wird.

Ursprünglich wurden dazu die für jedes Jahr typischen und optisch bestimmbaren Ringbreiten (ring width, RW) verwendet. In neuerer Zeit wird darüber hinaus zwischen der Früh- und Spätholzbreite des jeweiligen Jahres sowie den radiodensitometrisch (mittels Röntgenstrahlung) ermittelten Holzdichten unterschieden, wobei in der frühen Phase der Vegetationsperiode (Frühjahr bis Frühsommer) das weniger dichte Frühholz und in der späteren Phase (Spätsommer bis Herbst) das dichtere Spätholz gebildet wird (maximum latewood density, MXD, als vergleichbare Eigenschaft).

Temperatursensitiver Baumringkalender für die Alpen, bis ins 8. Jh. zurückreichend

dendrochronologie_alpen

Durch die Sammlung und wechselseitige zeitliche Einreihung vieler einzelner, auch längst abgestorbener Holzstücke lässt sich ein immer länger zurückreichender Klimakalender einer bestimmten Region erstellen. Aus einigen Gegenden sind Dendroklimatologien von mehreren tausend Jahren erarbeitet worden.

Abbildung links: Aus Jahrringen rekonstruierte Sommer-Frühherbst-Temperatur (Juni bis September) in den Alpen 755–1850 (schwarz) und entsprechende hochalpine HISTALP-Messdaten 1851–2006 (rot). Dargestellt sind jährliche Abweichungen vom Mittel der Jahre 1901–2000 (dünne Linien) und deren geglättete Trends (dicke Linien). Quelle: ZAMG

Die größte Schwierigkeit in der Dendroklimatologie besteht in der Filterung des gewünschten Klimasignals. Andere Einflüsse wie die Bodenbeschaffenheit, Nährstoffversorgung, Abschattung durch schneller wachsende Bäume, lang andauernde Schneedecke oder Windbruch überlagern das rein temperatur- oder niederschlagsabhängige Wachstum. Außerdem wachsen Bäume in den ersten Jahren schneller als später. Daher wird versucht, sich auf Zonen zu konzentrieren, in denen entweder die Temperatur oder der Niederschlag das begrenzende Klimaelement und somit der dominante Klimafaktor ist.

Erst nach der Durchführung statistischer Methoden, wie der Herstellung einer soliden Beziehung zwischen Wachstum und Temperatur oder Niederschlag für jenen Zeitraum, in dem sich die Baumringdaten mit Klimamessdaten überschneiden (Kalibration), oder der Anpassung an das Alter der Wachstumsschicht (cambial age) liefern Baumringe verwertbare Hinweise auf vergangene Klimazustände. Besonders Merkmale der mittelfristigen Klimaentwicklung von Jahrzehnten und Jahrhunderten werden gut erfasst. Allerdings macht das Klimasignal selbst im Idealfall nur rund 60 % der in den Bäumen gemessenen Variationen aus. Außerdem sind die Ergebnisse jahreszeitlich hauptsächlich auf die Wachstumsperiode bezogen. Die Vorteile der jährlichen Auflösung und der absoluten Datierbarkeit machen die Dendroklimatologie jedoch zu einer der wichtigen Informationsquellen für das Klima der vorinstrumentellen Zeit.

Die Jahrringe der Bäume sind darüber hinaus auch Träger bestimmter Isotope bzw. radioaktiver Elemente, woraus sich ebenfalls Klimainformationen (auch Informationen z.B. über die solare Aktivität) herleiten lassen. Die maximale Reichweite dendroklimatologischer Rekonstruktionen liegt derzeit bei rund 10.000 Jahren und umfasst somit das gesamte Holozän.

Denguefieber

Syn. Dandyfieber, Siebentagefieber; durch Stechmücken der Gattung Aëdes aegypti von Mensch zu Mensch übertragene Infektionskrankheit der Tropen und Subtropen. Erreger ist das Denguevirus; Kennzeichen sind, nach einer Inkubationszeit von 5 bis 8 Tagen, v.a. Fieber, Gelenk- und Muskelschmerzen, Schwellung der Lymphdrüsen sowie Hautausschlag. Jährlich werden etwa 10 Mio Menschen infiziert. Ein Impfstoff ist in der Entwicklung. Das Denguefieber kann durch lang anhaltende Regenfälle, welche die Entwicklung der Stechmücken fördern, begünstigt werden. Insofern begünstigen El Niño-Episoden mit ihren regional verstärkten Niederschlägen seine Verbreitung.

Diatomeen

Syn. Kieselalgen; seit dem Lias bekannte, ca. 30.000 Arten umfassende Gruppe von einzelligen, photosynthetischen Organismen, deren Zellwand aus amorphem oder opalartigem, fast glasähnlichem Quarz (SiO2) und geringen Mengen Cellulose besteht. Das stabilitätgebende SiO2 bildet komplexe Muster aus Vorsprüngen und Vertiefungen, die vielfach als Erkennungsmerkmal der einzelnen Diatomeenarten dienen. Im Cytoplasma befindet sich der grüne Farbstoff Chlorophyll, aber da auch das gelbe Xanthophyll und andere Pigmente vorhanden sind, sehen Kieselalgen gelblichbraun aus. Jede Diatomeenzelle besteht aus zwei Hälften, von denen eine Hälfte etwas größer als die andere ist, so dass sie wie Deckel und Boden einer Käseschachtel ineinander passen.

Diatomeen bilden häufig längliche oder verzweigte Kolonien. Sie leben sowohl in Süß- wie auch in Salzwasser. Wenn sie frei treibend in den oberen Schichten der Wassersäule vorkommen, sind sie Bestandteil des Planktons.
Im Meer kommen die staubkorngroßen Diatomeen massenhaft in den küstennahen Gewässern der Kontinentalschelfe vor sowie in den äquatorialen und polaren Auftriebsgebieten. Zusammen mit anderen Planktonarten bilden sie das erste Glied der Nahrungskette im Meer.

In Auftriebsgebieten hat man Leistungen der C14-Primärproduktion von mehr als 500 g Kohlenstoff pro Quadratmeter und Jahr gemessen. Als Mittelwert werden 225 g angegeben. In den Auftriebsgebieten beginnt die Entwicklung des Phytoplanktons in etwa 50 m Tiefe, wo die Lichtintensität gerade ausreicht für die Photosynthese. Die Menge der Diatomeen steigert sich im Laufe von etwa einem Monat in dem Maße, wie das nährstoffeiche Wasser mit den Algen in immer lichtreichere Zonen aufsteigt. An der Meeresoberfläche breiten sich die Flecken des Auftriebswassers in ablandiger Richtung weiter aus und lassen sich im Verlauf weitere Monate mehrere hundert Kilometer weit verfolgen, bis schließlich die Nährstoffe im Wasser erschöpft sind. Ist nicht ausreichend Zooplankton als nächste Stufe der Nahrungskette vorhanden, sinken große Mengen von Diatomeen ungefressen nach dem Absterben zum Meeresboden.

Über geologische Zeiträume hinweg hat die Photosynthese der Diatomeen zum Sauerstoffgehalt der Atmosphäre beigetragen, und ihre Schalen bilden Quarzsedimente am Ozeanboden. Dieser Diatomeenschlamm tritt meist in kühlerem Wasser bei 1.000 bis 4.000 m Meerestiefe auf und bedeckt ca. 8 % des Meeresbodens. Die Zusammensetzung verschiedener Diatomeen-Spezies in Ozeanbohrkernen korreliert oft mit den Meeresoberflächentemperaturen der geologischen Vergangenheit.
Auf dem Festland durch Diatomeen im Süßwasser gebildete Ablagerungen heißen Kieselgur oder Diatomeenerde.

Chaetoceros debilis Cleve, subgenus Hyalochaete

Diatome1

Quelle: http://thalassa.gso.uri.edu/flora/

Planktoniella sol

Diatome2

Quelle: http://thalassa.gso.uri.edu/flora/

Weitere Informationen:

Dichte

Dichte ist einer der wichtigsten Parameter bei der Untersuchung der Meeresdynamik. Schon kleine horizontale Dichteunterschiede, beispielsweise durch unterschiedliche Oberflächenerwärmung hervorgerufen, können starke Strömungen verursachen.

Ozeanographen benutzen gewöhnlich das Symbol σt (der griechische Buchstabe Sigma mit einem tiefgestellten t) zur Bezeichnung von Dichte und sprechen es "Sigma-t" aus. Eine typische Meerwasserdichte ist σt = 25.

Aus extrem genauen Messungen von Salzgehalt und Temperatur, geliefert z. B. von den Argo-Driftbojen, wird die potentielle Dichte des Meerwassers berechnet, um aus horizontalen Dichteunterschieden dann auf Strömungen zu schließen. Die potentielle Dichte ist diejenige Dichte, die ein Wasser hätte, wenn es aus der ursprünglichen Tiefe an die Oberfl äche gebracht würde.

Dinoflagellaten

Griech.-lat., einzellige, planktisch lebende Flagellaten. Ihre  Zellhülle besteht häufig aus panzerartigen Celluloseplatten, in deren Längs- und Querfurchen zwei ungleiche Geißeln zur Fortbewegung schlagen. Die meisten Dinoflagellaten enthalten Chlorophyll und betreiben Photosynthese. Zusammen mit den Kieselalgen (Diatomeen) sind Dinoflagellaten als Primärproduzenten organischer Stoffe in ozeanischen Nahrungsketten von besonderer Bedeutung und bilden den Hauptteil des pflanzlichen Planktons. Da Dinoflagellaten wie andere komplex gebaute einzellige Organismen sowohl Merkmale von Pflanzen- als auch von Tierzellen besitzen, werden sie von Zoologen zu den Protozoen (Einzeller) und von Botanikern zu den Algen gezählt.

Dinoflagellaten leben vorwiegend marin, und einige Arten können durch starke Massenvermehrungen zu einer roten Vegetationsfärbung (Wasserblüte) führen, die man auch als Red Tide bezeichnet. Manche Arten verursachen durch Biolumineszenz Meeresleuchten. Einige Arten der Gattung Gymnodinium und Gonyaulax scheiden giftige Substanzen aus, die als Nervengift wirken und dadurch vielfach ein umfangreiches Fisch- und Muschelsterben verursachen. Beim Verzehr von infizierten Fischen oder Muscheln sind diese Gifte unter Umständen auch für den Menschen tödlich.

Dipol

Ein Muster mit zwei unterschiedlichen und meist gegensätzlichen Verhaltensweisen, wie z.B. hoher vs. niedriger Druck oder warme vs. kühle Meeresoberflächentemperaturen. Diese kontrastierenden Verhaltensweisen werden als die positiven und negativen Phasen dieses Dipols bezeichnet. Die Southern Oscillation ist ein Beispiel dafür. Für Dipolmuster, die auf dem Kontrast des atmosphärischen Drucks zwischen zwei Orten, wie beispielsweise bei der Nordatlantischen Oszillation, basieren, zeigt die positive Phase einen großen Unterschied zwischen den Gebieten mit hohem und niedrigem Druck an; die negative Phase zeigt an, dass der Druckunterschied relativ klein ist. Für diejenigen, die auf der Temperatur basieren, bedeutet die positive Phase Erwärmung, die negative Phase Kühlung.

Doldrums

Äquatorialer Kalmengürtel, der durch niedrigen Luftdruck, leichte umlaufende Winde, aufsteigende Luftbewegung und starke Niederschläge gekennzeichnet ist.

double-dip La Niña

Dieser inoffizielle, aber bei amerikanischen Meteorologen beliebte Begriff beschreibt eine Situation im ENSO-Zyklus, bei der eine La Niña-Phase auf eine andere folgt, nur unterbrochen von einer Neutralphase.
Von 1950 bis zur La Niña 2017/18 hat es 7 double-dip La Niñas gegeben.

Wärmegehalt des oberen Ozeans (28. Januar 2016 - 3. Januar 2018)

Wärmegehalt des oberen Ozeans
(28. Januar 2016 - 3. Januar 2018)

Darstellung des Wärmegehalts in den oberen paar hundert Metern des tropischen Pazifiks in Äquatornähe (5°N-5°S) vom 28. Januar 2016 (oben im Bild) bis zum 3. Januar 2018 (unten im Bild) im Vergleich zum Durchschnitt der Jahre 1981-2010. Der westliche Pazifik befindet sich auf der linken Seite, der östliche Pazifik auf der rechten. Jede Zeile des Bildes zeigt einen 5-Tage-Durchschnitt. Wenn man das Bild von oben nach unten betrachtet, sieht man den "Double Dip" La Niña (zwei Gebiete mit kälteren Temperaturen als der Durchschnitt) im zentral-östlichen Pazifik. (Sie sind sich immer noch nicht ganz sicher, was Sie da sehen?
Lesen Sie mehr über Hovmöller-Diagramme).

Quelle: Climate.gov

Im Frühsommer 2022 zeigen sich zunehmende Chancen für eine triple-dip La Niña im kommenden Winter. La Niña verstärkte sich in diesem Frühjahr und könnte sich in den kühleren Monaten zum dritten Mal in Folge intensivieren. Dies ist seit 1950 nur zwei weitere Male geschehen. Zuletzt geschah dies vom Spätsommer 1998 bis zum frühen Frühjahr 2001. Davor gab es ein Triple-Dip vom späten Frühjahr 1973 bis zum Frühjahr 1976.

ENSO-Index mit hervorgehobenen La Niña-Ereignissen

ENSO-Index mit hervorgehobenen La Niña-Ereignissen

Der ENSO-Index der NOAA basiert auf den Temperatur-Schwankungen der Meeresoberfläche in der Niño 3.4-Region (170°W-120°W, 5°S-5°N). Die blaue Linie zeigt die La-Niña-Phase von ENSO, die rote Linie die El-Niño-Phase (beachten Sie die umgekehrte y-Achse, um La Niña besser darstellen zu können). Die gestrichelte blaue Linie gibt den Schwellenwert an, der zur Definition von La Niña-Ereignissen verwendet wird (blau dargestellt). Die NOAA verwendet einen Schwellenwert von -0,5°C. Hinweis: Andere Agenturen verwenden andere Schwellenwerte und ENSO-Indexdefinitionen. Double-Dip- und Triple-Dip-La-Niña-Ereignisse sind entsprechend beschriftet.

Quelle: Climate Extremes Centre of Excellence

Weitere Informationen:

Downwelling

Englischer Begriff für ein Zirkulationsmuster, bei dem Oberflächenwasser vertikal in tiefere Schichten des Meerwassers verlagert wird. Es tritt dort auf, wo Winde Oberflächenwasser gegen eine Küste treiben oder gegen eine andere, gegenläufige Wassermasse.

Im Unterschied zu Auftriebsgebieten sind Regionen mit Abtrieb durch geringe biologische Produktivität gekennzeichnet, denn beim Absinken des Wassers wird die Schicht warmen, nährstoffarmen Wasser mächtiger. Gleichzeitig werden Wärme, gelöste Stoffe und Oberflächenwasser mit gelöstem Sauerstoff in größere Tiefen verfrachtet.

Profil des äquatorialen Pazifiks mit Skizzierung des Auf- und Abtriebs

downwelling

Auf der Südhalbkugel muss nach Ekman zum Auftreten von Downwelling ein südwärts gerichteter Wind vorhanden sein - dies ist an der Ostküste Australiens der Fall, wohingegen ein nordwärts gerichteter Wind für das Entstehen von Upwelling Voraussetzung ist, wie z.B. an der Westküste Südamerikas.
Hinweis: Das Profil enthält mittig eine Lücke!

Drifter

s. Treibboje

Durchmischungsschicht, ozeanische

Als Eindeutschung des engl. Begriffs ocean mixed layer selten verwendeter Begriff für die ozeanische Deckschicht, die je nach Region zwischen 50-100 m und mehr dick ist.

 

 

Dürre

Klimatisch bedingte Trockenperiode mit sehr geringen Niederschlägen und hohen Temperaturen. Je größer das Wasserangebot vom Mindestbedarf der Vegetation abweicht, desto gravierender ist eine Dürre.

Unterschieden wird häufig zwischen meteorologischer Dürre, hydrologischer Dürre, landwirtschaftlicher Dürre und sozio-ökonomischer Dürre.

Landwirtschaftliche Dürren bezieht sich auf Feuchtigkeitsdefizite ungefähr im obersten Meter des Bodens (die Wurzelzone), der die Nutzpflanzen beeinflusst; meteorologische Dürren sind hauptsächlich anhaltende Niederschlagsdefizite; hydrologische Dürren beziehen sich auf unterdurchschnittlichen Abfluss, See- oder Grundwasserspiegel.

Eine Dürre wird zur Dürrekatastrophe, wenn durch die Degradation der Vegetation und den Wassermangel die Lebensgrundlagen der Menschen zerstört sind. Totale Ernteausfälle, Viehsterben, Hungertod und Massenmigration können die Folgen sein. Dürrekatastrophen sind auf eine Kombination klimatischer und anthropogener Faktoren zurückzuführen: Ökologisch nicht angepasste Landnutzung wie Überweidung, ackerbauliche Übernutzung und übermäßiger Holzeinschlag können im Falle einer Dürre zur Dürrekatastrophe führen. Eine Megadürre ist eine sich lange hinziehende und verbreitete Dürre, die viel länger als normal dauert, üblicherweise ein Jahrzehnt oder mehr.

Dürreindex

Dürreindizes dienen der Detektion und Bewertung von Dürren. Dürren werden durch Niederschlagsmangel und/oder erhöhte Verdunstung durch hohe Temperaturen (und Wind) verursacht. Je nach verfügbarer Datenlage können verschiedene Dürreindizes berechnet werden. Häufig verwendete Dürreindizes sind:

Eine weitere, die Dürre bestimmende Große ist die Bodenfeuchte und die damit verbundene Verdunstung. Die hydrologische Dürre kann länger andauern, weil der Boden nach Beendigung einer Periode mit wenig Regen trocken bleiben kann. Der Dürre-Index wurde dementsprechend um die Verdunstung erweitert und zu einem standardisierten Niederschlags-Verdampfungs-Index („Standardized Precipitation Evaporation Index“) verändert. Der neue Index hat die Bezeichnung „Global Precipitation Climatology Centre Dürre-Index“ – GPCC-DI und kommt für das europäische Dürremonitoring zur Anwendung.

Mit einem Dürreindex wird der Niederschlagsmangel eines Aggregationszeitraumes im Vergleich zu den beobachteten Defiziten eines Referenzzeitraumes bewertet. Diese Definition führt dazu, dass in ariden Gebieten vergleichbar viele Dürreereignisse detektiert werden wie in humiden Regionen. Kein Regen in einer Wüste ist dort der ‚Normalzustand‘ und der Dürreindex entsprechend auch ‚normal‘. Hingegen wird eine Dürre detektiert, wenn statt der im vieljährigen Mittel zu erwartenden 500 mm/Monat nur 150 mm/Monat Niederschlag gefallen sind.

Weitere Informationen:

  • Dürre (Lexikon des Agrarraums 2023)