Das ENSO-Phänomen

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ENSO-Lexikon

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TAO-Array

1994 fertiggestelltes, ozeanographisch-meteorologisches Messnetz mit ca. 70 verankerten Messbojen im tropischen Pazifik, deren Daten über das Argos-Satelliten-System in Echtzeit an Land übertragen werden. Es erstreckt sich über eine Länge von etwa 8.000 Meilen, am Äquator entlang von Neuguinea bis nach Panama. Bei den Messbojen handelt es sich um sogenannte ATLAS-Bojen (Autonomous Temperature Line Acquisition System). Diese messen Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit, Windstärke, Oberflächentemperatur und Temperaturen bis zu 500 Metern Wassertiefe.

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Die TAO/Triton-Konfiguration
Das TAO-Messnetz wurde am 1.1.2000 zum TAO/TRITON-Messnetz. Die Namensänderung trägt dem Einsatz der TRITON (Triangle Trans-Ocean Buoy Network)-Bojen Rechnung, die von der japanischen Behörde für Meeres- und Geowissenschaften und Technologie (JAMSTEC) betreut werden.
Die TRITON-Bojen ersetzen an 12 Einsatzorten Atlasbojen, und zwar entlang von 137° E, 147° E und 156° E.

Quelle: NOAA

Ursprünglich waren die Instrumente im TOGA-Projekt des WCRP eingeführt worden, wo sie ausreichend gute Startdaten lieferten, mit denen gekoppelte Computermodelle der Atmosphäre und des Ozeans gespeist wurden. Heute wird das vormals multinationale TAO-Forschungsmessnetz überwiegend von den USA, teils auch von Japan betreut und ist in routinemäßige Arbeiten zur Wetter- und Klimabeobachtung des tropischen Pazifiks operationell eingebunden. Das Messnetz ist so eine Hauptkomponente des ENSO-Beobachtungssystems und des Global Tropical Moored Buoy Array. Dieses ist wiederum ein Beitrag zum Globalen Klimabeobachtungssystems (GCOS), zum Globalen Ozeanbeobachtungssystem (GOOS) sowie zum Globalen Erdbeobachtungssystem der Systeme (GEOSS).

Ursprünglich nur als Tropical Atmosphere-Ocean Array (TAO-Messnetz) bezeichnet, wurde es im Januar 2000 zu TAO/TRITON-Messnetz umbenannt, um der japanischen Beteiligung (JAMSTEC) mit ihren TRITON-Verankerungen Rechnung zu tragen.

Historic TAO Data Return

Historischer TAO Datenrücklauf

In den frühen Zehnerjahren erfuhr das Tropical Atmosphere Ocean (TAO) array durch Etat-Kürzungen und damit verbundene Reparaturversäumnisse einen markanten Einbruch seiner Datenlieferungen. Dies beraubte Wissenschaftler wichtiger Daten über eine Region, die das weltweite Wetter und Klimatrends beeinflusst. (nature)

Die Grafik zeigt diesen markanten Einbruch, aber auch, dass zwischenzeitlich das alte Niveau der Datenlieferungen wieder erreicht ist.

Quelle: NOAA/PMEL

Telekonnektionen

Telekonnektionen sind signifikante Fernwirkungen oder Fernbeziehungen in der atmosphärischen Zirkulation, die als klimatische Verbindungen zwischen Anomalien an verschiedenen, räumlich getrennten Orten auftreten.

Die Auswirkung einer Anomalie des einen Ortes auf die klimatischen Bedingungen des anderen Ortes kann von ganz unterschiedlichen Einflüssen abhängen, z.B. von der Dauer der Anomalie, ihrer Intensität, der Jahreszeit und von der Distanz zwischen der Anomalie und dem beeinflussten Ort. Für die wichtigsten Telekonnektionen wurden Indizes ermittelt, die einen Hinweis auf die jeweils aktuelle Phase liefern.

Zur Berechnung werden im Allgemeinen Messwerte wie z.B. Luftdruck und Temperatur an bestimmten Orten verwendet. Die Berechnungen sind meist so gewählt, dass die Indizes gegensätzlicher Ausprägungen verschiedene Vorzeichen haben. Es werden daher positive und negative Ausprägungen der Telekonnektionen unterschieden.

Viele Telekonnektionsmuster verhalten sich wie eine Wippe, bei der sich die atmosphärische Masse/der atmosphärische Druck zwischen zwei weit voneinander entfernten Orten hin- und herbewegt - ein Anstieg des atmosphärischen Drucks an einem Ort führt beispielsweise zu einem Druckabfall irgendwo weit, weit entfernt. Es gibt sogar Belege dafür, dass Wikinger-Siedler die gegensätzlichen Druckmuster zwischen Grönland und Europa aus der Zeit um 1000 n. Chr. bemerkten, was heute als Nordatlantische Oszillation (NAO) bezeichnet wird.

NAO Temperaturmuster

NAO Temperaturmuster

Late winter temperatures compared to the 1981-2010 average when the North Atlantic Oscillation (NAO) was strongly negative (top, Jan-March 2010) and when it was strongly positive (bottom, January-March 1990). Winters are often cooler than average across the mid-latitudes when the NAO is negative, and warmer than average when it is positive. NOAA Climate.gov image, based on data from the Physical Sciences Lab.

Quelle: NOAA

Einer der berühmtesten Treiber von Telekonnektionsmustern ist ENSO, auch bekannt als El Niño/Südliche Oszillation. Die "Südliche Oszillation" bezieht sich auf Veränderungen des Meeresspiegeldrucks, die sich über dem östlichen tropischen Pazifik und über Indonesien konzentrieren. Dicht gefolgt vom Pazifik-Nordamerika-Muster (PNA), einem oszillierenden Druckmuster über dem Pazifischen Ozean und Nordamerika, das die Temperaturen und Niederschläge in Nordamerika und Europa beeinflusst.

SOI Druckmuster

SOI Druckmuster

Dargestellt ist die Abweichung vom durchschnittlichen Meeresspiegeldruck in Wintern, in denen der Southern Oscillation Index stark positiv (oben) oder negativ (unten) ist. Während La Niña (positiver SOI) ist der Druck über dem zentralen Pazifik in der Nähe von Tahiti höher als der Durchschnitt (rot) und über Australien niedriger als der Durchschnitt (grau). Während El Niño ist der SOI negativ, und die Anomalien kehren sich um.

Quelle: NOAA

Der britische Mathematiker und Klimatologe Sir Gilbert Walker war zu Beginn des 20. Jh. der erste, der auf Zusammenhänge von Witterungserscheinungen und Klimaanomalien in weit auseinanderliegenden Gebieten hinwies. Die Bezeichnung Telekonnektion wurde 1935 erstmals in einem Artikel des schwedischen Meteorologen Anders K. Ångström verwendet. 1975 erschien eine Arbeit der deutschen Meteorologen Hermann Flohn und Heribert Fleer über Telekonnektionen und ihre Relation zu klimatischen Änderungen im äquatorialen Pazifik.

Die Hypothese derartiger Fernwirkungen von ENSO wird durch geophysikalische Belege oder statistische Korrelationen (räumlich und zeitlich) gestützt. Als Erklärung für die Fernwirkungen der Klimastörung über den gesamten Globus wurde auch die Chaostheorie herangezogen. Doch ist diese Erklärung als wenig gesichert anzusehen, was im Stichwort "Chaostheorie" näher erläutert ist.

Die Grundlage für Telekonnektionsmuster sind großräumige atmosphärische Wellen, insbesondere Rossby-Wellen, benannt nach dem weltbekannten Meteorologen Carl-Gustaf Rossby. Rossby-Wellen können Tage bis Monate andauern und von einigen hundert Kilometern Länge bis hin zur Ausdehnung über den gesamten Planeten reichen! Wir bezeichnen die Routen, die Rossby-Wellen zurücklegen, als "Informations-Superhighways", da die Wellen Informationen transportieren, die das Wetter entlang ihrer Pfade beeinflussen können.

Was genau ist die Information, die Rossby-Wellen übertragen? Wenn man eine Welle sieht, die sich auf der Wasseroberfläche bewegt, gibt es Wellenberge und -täler in der Wasserhöhe. Das Gleiche geschieht in der Atmosphäre mit einer Rossby-Welle - während die Rossby-Welle durch die Atmosphäre läuft, erzeugen die Wellenberge und -täler Regionen mit hohem und niedrigem Luftdruck. Diese resultierenden Druckmuster, d. h. die von den Rossby-Wellen übertragenen "Informationen", beeinflussen Temperatur, Niederschlag, Wind usw. Kurz gesagt, Rossby-Wellen sind von grundlegender Bedeutung für Telekonnektionsmuster!

Rossby-Welle

Rossby-Welle

Wenn eine Rossby-Welle den Jetstream der nördlichen Hemisphäre in den mittleren Breiten stört, wird wärmere Hochdruckluft polwärts in die Wellenberge und kühlere Luft mit niedrigerem Druck äquatorwärts in die Tröge transportiert. Der Jetstream wird zu einem Wellenleiter, der die Oszillation der Rossby-Welle steuert.

Quelle: NOAA Climate.gov

Wie einleitend im Kapitel "Globale Auswirkungen" schon angemerkt, sind diese Auswirkungen keinesfalls eindeutig beweisbar oder zuzuordnen.

Weitere Informationen:

thermische Ausdehnung

Im Zusammenhang mit dem Meeresspiegel bedeutet dies eine Volumenzunahme (und Dichteabnahme) aufgrund der Erwärmung des Wassers. Eine Erwärmung des Meeres führt zu einer Ausdehnung des Meervolumens und dadurch zu einem Anstieg des Meeresspiegels.

Thermohaline Zirkulation

Engl. thermohaline circulation; Wassermassenaustausch im Meer, der durch Dichteunterschiede des Wassers angetrieben wird. Diese beruhen auf der kombinierten Wirkung von Änderungen der Temperatur (thermo-) und des Salzgehaltes (-halin). Sie können auf diese Weise Tiefenströmungen verursachen. Da diese Bewegungen meist sehr träge sind, können sie kaum mit Strömungsmessern direkt gemessen werden. Man behilft sich mit ihrer Herleitung aus der Verteilung bestimmter Wassereigenschaften und der Anwendung der Geostrophie.

Die Dichteunterschiede haben zwei Ursachen:

Das absinkende Wasser muß an der Oberfläche durch horizontal heranfließendes Wasser ersetzt werden. Es ist somit der Motor des Tiefenwasserkreislaufes.
Die größte Pumpe arbeitet im Seegebiet zwischen Norwegen und Grönland. Hier kommt mit dem Nordatlantikstrom, der eine Fortsetzung des Golfstromes ist, Wasser aus dem Süden. Es ist sehr salzreich, da in den wärmeren Gebieten viel Wasser verdampft ist. Wegen seines Wärmegehaltes bleibt es aber auf seinem Weg nach Norden zunächst an der Oberfläche. Erst auf der Breite Islands ist es soweit abgekühlt, dass es beginnt, langsam abzusinken. In der Grönlandsee ist es so schwer, dass es durch alle anderen Wasserschichten hindurch auf den Meeresboden in 3.000 m Tiefe fällt. Damit beginnt der thermohaline Kreislauf. Schwächt sich diese Tiefenwasserbildung ab, dann strömt im Gegenzug an der Meeresoberfläche auch weniger warmes Wasser nach Norden - die ozeanische Fernheizung Europas wird schwächer.

Die zweite wichtige Absinkregion liegt vor der Antarktis im Wedell-Meer. Im übrigen Ozean ist die aufsteigende Bewegung gleichförmig verteilt. Es ist praktisch der gesamte Ozean in die thermohaline Zirkulation einbezogen, ein Prozess, der für die meisten Vertikalbewegungen des Meerwassers verantwortlich ist.

MS6B thc

Die globale thermohaline Zirkulation I

Die THC als umfassendes Strömungssystem verbindet die
Ozeanbecken und bewirkt den Einfluss der Ozeane auf das Klima.

Quelle: Alfred-Wegener-Institut - nach: Schmitz, 1996

Globale thermohaline Zirkulation II

Quelle: CLIVAR (nach W. Bröcker, modifiziert von E. Maier-Reimer)

 

 

Thermokline

Von alt-gr.: thermós = warm und klínein = neigen; auch Temperatursprungschicht genannte, einige Dekameter mächtige Wasserschicht, die warmes Oberflächenwasser von kaltem Tiefenwasser trennt. Hier ist die Temperaturabnahme mit der Tiefe am stärksten. Die Höhe des Meeresspiegels ist ein Indikator für die Tiefenlage der Thermokline, da sich Wasser bei Erwärmung ausdehnt. In ihr erfolgt eine markante Dichtezunahme mit der Tiefe.

Wie die Pyknokline ist die Thermokline ein herausragendes Charakteristikum des Ozeans, das viele physikalische, chemische und biologische Prozesse beeinflusst, die in den oberen Ozeanschichten ablaufen.

Temperaturprofile

Temperaturprofile für unterschiedliche Klimaregionen entlang 150° W
(pazifischer Ozean)

  • (a) tropisch (5° S)
  • (b) subtropisch (35° S)
  • (c) subpolar (50° S)
  • (d) polar (55° S).

Die Temperaturskala ist korrekt für das Polarprofil. Die anderen Profile sind um 1 °C verschoben. Bemerkenswert ist die geringe Mächtigkeit der warmen Oberflächenschicht und das Fehlen der permanenten Thermokline in der Polarregion.

Quelle: nach Tomczak und Godfrey, 1994

Da die Dichte stark mit der Temperatur korreliert ist, ist die Thermokline in den meisten Bereichen der Ozeane deckungsgleich mit der Dichtesprungschicht, der Pyknokline, vorausgesetzt, die vertikalen Unterschiede der Salinität sind gering. Die Pyknokline wirkt als Sperre gegenüber vertikalen Wasserbewegungen und dient als untere Grenze für die Deckschicht mit ihren saisonalen Temperatur- und Salinitätsveränderungen.

Im Allgemeinen nimmt die Temperatur des Meerwassers von der Oberfläche bis zu den größten Tiefen ab, mit Ausnahme der hohen Breiten, wo die Konfiguration komplexer sein kann. So existiert in den meisten Meeresgebieten (ausgenommen die polaren und subpolaren Ozeane) eine Zone, in der die Rate der Temperaturabnahme viel höher ist, als in den Bereichen darüber oder darunter. In Abhängigkeit von der geographischen Lage liegt die Thermokline in Tiefen zwischen 50 m und 1.000 m. Bei vereinfachter Betrachtung gilt die Thermokline als Trennungsbereich zwischen der darüber liegenden Durchmischungsschicht (mixed layer), welche stark vom Austausch mit der Atmosphäre beeinflusst wird und dem tiefen Ozean. In den Tropen ist die Thermokline semipermanent, und sie kann im Durchschnitt in nur geringer Tiefe liegen, wie z.B. im östlichen Pazifik (50 m) oder etwas tiefer im westlichen Teil (160-200 m). In außertropischen Gebieten liegt eine Haupt-Thermokline zwischen 200 m und 1.000 m. Jedoch variiert ihre Tiefe saisonal, besonders in den Mittelbreiten, wo eine sekundäre und viel höher liegende Thermokline (über 50 m) im Sommer auftritt. In höheren Breiten bildet sich eine Thermokline z.T. nur saisonal oder gar nicht in den Polargebieten, wo die Wassersäule von der Oberfläche bis in die Tiefsee kalt ist.

Die Thermokline kann auch von Jahr zu Jahr variieren, wie im tropischen Pazifik, wo ihre vertikalen Verlagerungen im Zusammenhang mit dem ENSO-Zyklus eine fundamentale Rolle spielen.

Bei normaler Walker-Zirkulation mit SO-Passaten und Warmwassertransport nach W ist die Thermokline im indonesisch-australischen Gebiet auf ca. 200 m hinabgedrückt, im südamerikanischen auf 50 m angehoben. Diese Anhebung ermöglicht es kaltem, nährstoffreichen Tiefenwasser in den Auftriebsgebieten durch die dünne Schicht warmen Wassers an die Oberfläche zu gelangen.

In den Auftriebsgebieten ersetzt kaltes Tiefenwasser aus rund 100 bis 300 m Tiefe das von Winden horizontal verfrachtete warme Oberflächenwasser (Upwelling).
Thermoklinen spielen auch eine wichtige Rolle bei der Wettervorhersage. Beispielsweise müssen Meteorologen nicht nur die Temperatur der Meeresoberfläche berücksichtigen, sondern auch die Mächtigkeit des Warmwasserkörpers über der Thermokline. Wasserdampf, der vom Meer verdunstet, ist die wichtigste Energiequelle für Hurrikane. Die Tiefenlage der Thermokline ist ein Maß für die Größe des "Treibstofftanks" und hilft, die Gefahr einer Hurrikanbildung einzuschätzen.

Die Thermokline ist ein Ausdruck der uneinheitlichen thermischen Struktur des oberen äquatorialen Pazifiks in zonaler Richtung. Sie liefert die Ursache für die Nichtlinearität im räumlichen Muster der beiden Extremphasen von ENSO, El Niño und La Niña. La Niña-Ereignisse sind nicht einfach El Niño-Ereignisse mit umgekehrtem Vorzeichen. El Niño-Ereignisse zeigen im Mittel die größten Anomalien der Meeresoberflächentemperatur im äquatorialen Ostpazifik, während La Niña-Ereignisse die Maximalwerte der Anomalien weiter im Westen im zentralen äquatorialen Pazifik erreichen.

Die Thermokline ist wegen der in der äquatorialen Region nach Westen wehenden Passatwinde geneigt. Im äquatorialen Ostpazifik liegt sie ja im Mittel viel weniger tief unter der Oberfläche, während sie im äquatorialen Westpazifik in ca. 200 m Tiefe zu finden ist. Die Lage der Thermokline ist ein Maß für den Wärmeinhalt des oberen Ozeans. Ihre Neigung spiegelt sich deswegen auch im Wasserstand wieder. Der Meeresspiegel liegt im Westen vor Indonesien ca. einen halben Meter höher als vor der Küste Südamerikas. (Latif 2018)

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Thermokline im Pazifik bei Neutralphase von ENSO

"Normales" Muster im Pazifik. Äquatoriale Winde treiben den Warmwasserkörper nach W. Kaltes Wasser quillt entlang der südamerikanischen Küste auf. Die Thermokline liegt dort hoch.

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Thermokline im Pazifik bei Warmphase von ENSO (El Niño)

Der Warmwasserkörper nähert sich der südamerikanischen Küste. Das Ausbleiben von Upwelling verstärkt die Erwärmung des Oberflächenwassers. Gegenüber der Neutralphase liegt die Thermokline im O jetzt deutlich tiefer, im W höher.

 

Thermokline im Pazifik bei Kaltphase von ENSO (La Niña)

Das warme Wasser befindet sich weiter westlich als normal. Die Thermokline liegt im W folglich tiefer, im zentralen Pazifik und im Osten höher (ähnlich der Normalphase).

Quelle: NOAA

Hier finden Sie eine Animation der monatlichen Thermoklinedaten im Äquatorialpazifik für die Zeit vom August 2015 bis zum Juli 2016. Die Animation stellt die potentiellen Temperaturmittel in einem Gebiet dar, das sich von 5°S bis 5°N und von 121°E bis 79°W erstreckt und 350 m in die Tiefe reicht. Die 20 °C-Isotherme wird häufig als Indikator für die Position der Thermokline verwendet und ist in der Animation als grünes Band hervorgehoben (IRI).

Thermolumineszenz-Datierung

Verfahren zur Altersbestimmung an Scherben, gebrannten Tonen, ausgeglühten Böden, Steinen und Schlacken etc., bei dem das Signal durch thermische Stimulation (Aufheizen) freigesetzt wird. Die während des Aufheizens kontinuierlich aufgezeichnete sog. Glühkurve zeigt die Menge der bei der jeweiligen Temperatur nicht mehr stabilen Lumineszenz-Zentren. Zur Erstellung der Aufbaukurve wird über ein experimentell ermitteltes Temperaturintervall integriert. Die Thermolumineszenz-Datierung (TL) hat sich für äolische Sedimente der letzten 100.000 Jahre sowie für Keramik als Standardmethode bewährt. Günstig bis 15.000 Jahren v.h., vor allem im Zusammenhang mit 14C-Datierungen.

Tiefdruckgebiet

Syn. Tiefdruckwirbel, Zyklone; ein Gebiet mit niedrigerem Luftdruck als in der Umgebung, dessen Zentrum den niedrigsten Druckwert aufweist und das in den Wetterkarten für den deutschsprachigen Raum mit dem Buchstaben "T" gekennzeichnet wird, international mit "L" für engl. "Low". In der Wetterkarte sind Tiefs von (meist mehreren) Isobaren umschlossen.

Ein Tiefdruckgebiet entsteht zumeist durch großräumig aufsteigende Luftbewegung in der unteren Atmosphäre, was zu Luftdruckfall über dem betreffenden Bereich der Erdoberfläche führt. Im Bereich eines Tiefs ist aufsteigende Luftbewegung vorhanden, die mit Abkühlung, vielfach bis unter den Taupunkt des mitgeführten Wasserdampfes d.h. Wolkenbildung verbunden ist. Daher überwiegt im Bereich eines Tiefs wolkiges Wetter, häufig mit Regen und anderen Niederschlägen.

In Mitteleuropa liegt der Kerndruck der bodennahen Tiefs i.A. bei 990-1000 hPa, in Orkantiefs bei 950-970 hPa. In tropischen Wirbelstürmen treten mit 880-890 hPa die tiefsten Luftdruckwerte weltweit auf. Auf der Nordhalbkugel werden die Zyklonen vom Wind im Gegenuhrzeigersinn (umgekehrt wie im Hoch) umweht, auf der Südhalbkugel ist die Umströmungsrichtung im Uhrzeigersinn.

Temperaturprofile Temperaturprofile

Schematisierte Animation der Windströmung um ein Tiefdruckgebiet und deren Aufwärtsbewegung.
Links: In der nördlichen Hemisphäre.
Rechts: In der südlichen Hemisphäre.

Quelle: The COMET Program

Tiefseerinne

Engl. trench, dt. oft - unter tektonischer Sichtweise - fälschlich Tiefseegraben; in den Tiefseeboden eingelassene, langgestreckte Rinne im Bereich der Kollision von zwei unterschiedlich dichten Lithosphärenplatten. Beim Zusammenstoß zwischen einer spezifisch leichten und hochliegenden Kontinentalplatte mit einer spezifisch schweren und tiefliegenden Ozeanplatte taucht letztere unter erstere ab, sie wird subduziert. Dieser tektonische Vorgang äußert sich morphologisch als Tiefseerinne, seismologisch durch das Auftreten starker Erdbeben, vulkanologisch durch intensive Vulkantätigkeit (z.B. im pazifischen Feuerring) und petrographisch durch die Vernichtung und Entstehung von Gesteinen.

Die Flanken der Tiefseerinnen sind mäßig steil (8-15°), erreichen gelegentlich aber auch ca. 45°. In den Tiefseerinnen liegen die größten Tiefen des Meeresbodens (Marianen-Rinne, max. 11.022 m).

TOGA

Siehe Tropical Ocean Global Atmosphere

Torf

Engl. peat; organisches Sediment mit mehr als 30 % organischer Substanz in der Trockenmasse, das in Mooren entsteht.

Torfe bilden sich im wassergesättigten, sauren und nährstoffarmen Milieu (z.B. Sumpf) durch Anhäufung unvollständig zersetzten Pflanzenmaterials, das als Grundvoraussetzung zur Torfbildung vor Oxidation geschützt war. Die wichtigsten Umwandlungen finden an der Torfoberfläche bis 0,5 m Tiefe durch die Aktivitäten von aeroben Bakterien und Pilzen statt („biochemische Inkohlung”). Die mikrobiologische Zersetzung erfasst zuerst Hemizellulose und Zellulose, wodurch Lignin relativ angereichert wird, was zum Anstieg des Kohlenstoff-Gehaltes von 45-50 % in der lebenden Pflanze auf 55-60 % im Torf führt. Ein wichtiger Prozess im Torfstadium ist die Bildung von Huminsubstanzen, hervorgerufen durch Sauerstoffzufuhr, ansteigende Torftemperatur und alkalische Umgebung. Je nach Zersetzungsgrad des Torfes sind pflanzliche Reste mehr oder weniger gut zu erkennen, die größtenteils die moorbildende Vegetation darstellen.

Im naturbelassenen Zustand kann Torf praktisch nicht unter Feuer gesetzt werden, getrocknet ist Torf hingegen brennbar.

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Entwässerungseffekte auf einen aufgewölbten Torfkörper

Wald- und Torfbrände entwickeln sich zu einer globalen Bedrohung und führen zu einem öffentlichen Gesundheitsnotstand in Südostasien. Indonesien ist die Frontlinie. Und von hier stammt ein Großteil des Rauchs, der als Haze Wave bekannt ist.

Über 75 % der Brandherde in Indonesien entstehen auf Torfland: teilweise verrottete, abgestorbene Vegetation, die sich über Tausende von Jahren angesammelt hat und typischerweise mit Wasser gesättigt ist - in ihrem natürlichen Zustand ist es praktisch unmöglich, sie in Brand zu setzen. Aber wenn sie gerodet und entwässert werden, um Platz für Plantagen wie Palmöl und Zellstoff und Papier zu schaffen, wird dieses kohlenstoffreiche Material zunderdürr - und anfällig für Brände. Quelle: Greenpeace

Weitere Informationen:

Torfgebiet

Engl. peatland; syn. Torfland(schaft), mit Bezug auf Südostasien wird ‚Torfgebiet‘ definiert als ein Gebiet mit einer Ansammlung von teilweise zersetztem organischen Material mit einem Aschegehalt von bis zu 35 %, einer Torfmächtigkeit von wenigstens 50 cm und einem Gewichtsanteil an organischem Kohlenstoff von mindestens 12 %. Als Torfmächtigkeit (peat thickness or depth) bezeichnet man die vertikale Distanz von der Bodenoberfläche bis zum mineralischen Untergrund unter der Torfschicht.

Torfanreicherung erfolgt nur bei andauernder Vernässung und damit einhergehenden anaeroben Verhältnissen, bei denen der Abbau der akkumulierten organischen Substanz stark gehemmt ist. Gleichzeitig bestehen saure und nährstoffarme Bedingungen. Torfgebiete sind klimarelevante Kohlenstoffspeicher (Senken). Durch Entwaldung oder durch Grundwasserabsenkung (Drainage) degradierte Torfgebiete (degraded peatlands) verlieren diese Funktion und werden im Gegenteil zur Kohlenstoffquelle.

Tropische Torfablagerungen werden gebildet durch einen kontinuierlichen und umfangreichen Eintrag von Bestandesabfall immergrüner Bäume in den saisonal wassergesättigten Torfkörper. Die Eintragsraten an Kohlenstoff vermögen die durch Zersetzung bedingten Verluste auszugleichen.

Tropische Torfgebiete gibt es auf dem Festland Ostasiens, in Südostasien, in der Karibik, Mittel- und Südamerika, sowie im zentralen und südlichen Afrika. Im Gegensatz zu den jüngeren Ablagerungen der gemäßigten und subarktischen Breiten belegt ein 27.000 Jahre altes und 10 m mächtiges Torflager im Einzugsgebiet des Flusses Sebangau (zentrales Kalimantan), dass tropische Torfgebiete schon vor dem Maximum der letzten Kaltzeit (26.500 - 19.000 v. h.) Teil des globalen Kohlenstoffkreislaufes waren. Allerdings sind nicht alle tropischen Torfgebiete so alt.

Den größten Anteil tropischer Torfgebiete besitzt Südostasien, wo Tiefland-Torfgebiete eine Fläche von 0,248 Mio. km² bedecken. Dies entspricht 56 % der gesamten Torfflächen in den Tropen und 6 % der weltweiten Torfflächen. Sowohl die auf den Torfflächen befindliche Vegetation, vor allem aber der tiefreichende Torf stellen zusammen einen hoch konzentrierten und leicht verfügbaren Kohlenstoffvorrat von globaler Bedeutung dar. Indonesien ist das Land mit den größten Torfflächen in Südostasien. Sie bedecken über 0,2 Mio. km², vor allem auf Kalimantan, Sumatra und Papua.

Da sich die meisten tropischen Torfgebiete in geringer Höhenlage befinden, oft an Küsten oder in Küstennähe, wo das Bevölkerungswachstum hoch ist, erfahren sie eher Erschließungsmaßnahmen als Torfgebiete in der gemäßigten und borealen Zone. Auch in Südostasien entstanden Torfgebiete zumeist in küstennahen Regionen, vor allem während der vergangenen 6.000 Jahre. Allerdings wurde Torf im Landesinneren von Kalimantan auf über 25.000 Jahre v.h. datiert. Torfgebiete im Tiefland sind mit bis zu 45 m hohen Regenwaldbäumen bestanden, die das Material für den Torf liefern. Sie stellen ein beträchtliches Reservoir an Biodiversität dar, und viele der auf die Sumpfbedingungen spezialisierten Arten sind selten und gefährdet.

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Feuer-Hotspots im Februar 2014 in Torfland und Moratoriumsgebieten

Tropische Regenwälder, einschließlich solcher auf Torf, brennen normalerweise nicht. Waldrodung und Entwässerung erhöhen jedoch die Anfälligkeit der Wälder für Brände, und das Abbrennen wird häufig zur Räumung solcher Gebiete eingesetzt. Während degradierte Tropenwälder und Torfgebiete ihre Kohlenstoffspeicher über Jahrzehnte hinweg freisetzen können, wird durch das Abbrennen Kohlenstoff schnell in die Atmosphäre freigesetzt und die Fähigkeit des Ökosystems, sich zu erholen und wieder mehr Kohlenstoff aufzunehmen, beeinträchtigt. Einmal entwässert, trocknet Torf aus und kann langsam schwelen, während die Vegetation (besonders in degradierten Wäldern) leicht Feuer fängt und sich Brände schnell ausbreiten können. Brände können zufällig entstehen (z. B. durch Blitzschlag oder menschliche Unachtsamkeit), oder sie werden absichtlich gelegt, um Land für den Anbau zu roden oder seine Fruchtbarkeit zu erhöhen.

Ob versehentlich oder absichtlich, Brände auf Torf können leicht außer Kontrolle geraten, besonders in Zeiten von Dürrejahren. Da sich das Feuer tief in den Boden ausbreitet, können solche Brände schwer zu löschen sein und manchmal monatelang brennen. Sie führen zu einer schnellen und massiven Emission von Treibhausgasen sowie zu Smog. Die Torfentwässerung kann die gesamte Landschaft betreffen, nicht nur das Zielgebiet. Greenpeace fordert, dass alle Torfgebiete geschützt werden, egal wie tief sie sind und wo sie sich befinden. In Indonesien ist es illegal, auf Torf in einer Tiefe von mehr als drei Metern zu pflanzen, obwohl das Gesetz häufig missachtet wird. Außerdem reicht es nicht aus, nur den tiefen Torf zu schützen; die Entwicklung von Plantagen am Rande eines Torfdoms, selbst in Gebieten, in denen der Torf nur einen Meter oder weniger tief ist, bedroht das gesamte System. Die Entwässerung, zum Beispiel für Ölpalmenplantagen, führt Wasser aus den angrenzenden Waldgebieten ab, und der allgemeine Grundwasserspiegel beginnt zu sinken.

Im Mai 2011 führte Indonesien ein zweijähriges Moratorium für Genehmigungen von neuen Konzessionen in Primärwäldern und Torfgebieten ein. Während dieses Moratorium ein willkommener Schritt war, schützt es nicht alle Wälder und Torfgebiete. Eine Greenpeace-Analyse zeigt, dass im Februar 2014 mehr als 30 % der Brandherde ausgerechnet auf Flächen entstanden, die durch das Moratorium geschützt werden sollten. Von allen Brandherden auf Moratoriumsland traten fast 80 % auf Torfgebieten auf, trotz des erklärten Ziels des Moratoriums, neue Landrodungen in diesen Gebieten vorübergehend zu stoppen. Quelle: Greenpeace

Alleine Indonesiens Torfgebiete speichern annähernd 60 Gt C, zusätzlich zu dem Kohlenstoff der Wälder (Page/Rieley/Banks, 2011). Dies entspricht dem Sechsfachen des Kohlenstoffs, der jedes Jahr durch fossile Brennstoffe freigesetzt wird. Wenn diese Torfgebiete verschwinden, werden entsprechende Mengen an Kohlenstoff frei und an die Atmosphäre abgegeben. Die Provinz Riau soll nach Schätzungen 40 % von Indonesiens in Torf gespeichertem Kohlenstoff beherbergen, was mehr als dem jährlichen globalen Treibhausgasausstoß entspricht.

Im Gebiet des früheren Mega Rice Projects (MRP) in Zentral-Kalimantan wurden von 2009 - 2014 Untersuchungen zur Quantifizierung des Kohlenstoffverlustes in degradierten Torfgebieten durchgeführt. Es handelt sich bei der vom MRP betroffenen Fläche um ein Torfgebiet von über einer halben Million Hektar, die entwaldet, entwässert und großenteils in den Jahren 1995-97 verbrannt wurden, begleitet von den bekannten Auswirkungen eines Tropical Haze-Ereignisses. Das Gebiet wurde danach weder landwirtschaftlich noch waldbaulich genutzt.

Die Untersuchungen ergaben deutliche Bodensenkungen (Subsidence), wobei durch die stärkere Drainage die höchsten Raten in der Nähe von Kanälen auftraten. In intensiv entwässerten Gebieten wird die Absenkung durch die Oxidation von Torf verursacht und gilt als direktes Maß für den Kohlenstoffverlust. Auch die Absenkung infolge von Feuer und entsprechende Kohlenstoffemissionen sind deutlich nachweisbar.

Ursprüngliches tropisches Torfland in Zentralsumatra, Indonesien1 Entwässertes tropisches Torfland in Zentralsumatra, Indonesien peatlands_3

Ursprüngliches, entwässertes und entwaldetes tropisches Torfland in Zentralsumatra, Indonesien

Photo credits: Kim Worm Sorensen

Quelle: Global Carbon Project

Der Nutzen der Renaturierung von Torfgebieten:

Torfwald

Engl. peat swamp forest; syn. Torfsumpfwald oder Torfmoorwald; auf Torfuntergrund stockende tropische Feuchtwälder, wo wassergesättigte Böden die vollständige Zersetzung von abgestorbenem Pflanzenmaterial verhindern. Mit der Zeit bildet sich unter diesen Bedingungen eine dicke Schicht von saurem Torf. Typischerweise sind Torfsumpfwälder von Tieflandregenwald auf besser entwässernden Böden umgeben und auch von Brackwasser- oder Salzwasser-Mangrovenwäldern in Küstennähe.

Torfsumpfwälder gibt es vor allem in den immerfeuchten Tropen Indonesiens, wo sich die größten Torfwaldgebiete weltweit befinden. Sie bedecken etwa elf Prozent der Landesfläche (rund 20 Millionen Hektar). Auf Torf wachsende Wälder sind als Ökosystem kaum bekannt und wissenschaftlich wenig erforscht. Überwiegend handelt es sich um ombrogene (niederschlagsgespeiste) Systeme im Tiefland, die eine natürliche Vegetation mit Torfsumpfwald auf Torfschichten tragen, die von 0,5 m bis zu ca. 20 m Mächtigkeit aufweisen. Etwa 50 % der Torfschichten sind über 2 m mächtig. Fast die gesamten indonesischen Torfflächen befinden sich auf den drei großen Inseln Borneo (Kalimantan), Neuguinea (Irian Jaya) und Sumatra.

Erstaunlich ist, dass auf diesen viele Meter dicken Torflagern Wälder wachsen, deren Bäume bis fünfzig Meter hoch werden können. Torf ist ein extrem nährstoffarmes, fast lebensfeindliches Bodensubstrat. Nur spezialisierte Pflanzen können dort überleben und gedeihen. Daher ist die Vegetation im Torfsumpfwald einzigartig.

Die Artenvielfalt ist mit bis zu 120 Baumarten pro Hektar nicht so hoch wie im Tieflandregenwald, jedoch wesentlich höher als in den Wäldern der gemäßigten Breiten. Typisch ist eine Vielfalt Fleisch fressender Kannenpflanzen, die hier wegen der Nährstoffarmut ideale Bedingungen finden. In den letzten Jahren wurden in Borneo die Torfwälder Zentral-Kalimantans letztes Rückzugsgebiet für den Orang-Utan.

Viele der Kenntnisse über diesen Waldtyp hat erst Jack Rieley von der Universität Nottingham (England) seit Mitte der 1990er Jahre gewonnen. Er bestimmte zusammen mit Kollegen durch Bohrungen die Dicke und das Alter der Torfflöze in Südborneo. Sie reichen mancherorts bis zu 18 Meter tief. Rieleys Radiokarbonmessungen zeigten, dass sich die Torflager in den letzten 20.000 Jahren gebildet haben. Dabei wurden riesige Mengen Kohlendioxid (CO2) fixiert. Ursachen für die Torfbildung in der Sundaschelf-Region sind ein extrem geringes Gefälle des Geländes, der ansteigende Meeresspiegel nach der letzten Eiszeit und die großen Wassermassen, welche die Flüsse aus dem Landesinneren in die Küstenebenen bringen. In der Regenzeit staut sich das Wasser und überflutet den Waldboden monatelang.

Torfsumpfwälder sind Kohlenstoffspeicher großen Ausmaßes mit entsprechend großer Bedeutung für das globale Klima. Mit 3.000 bis 6.000 Tonnen Kohlenstoff pro Hektar speichern die tropischen Torfsumpfwälder bis zu 50 Mal so viel Kohlenstoff wie eine gleich große Fläche Regenwald auf einer anderen Bodenart (120 bis 400 Tonnen Kohlenstoff pro Hektar). Damit trägt die zunehmende Umwandlung und Zerstörung der Torfmoorwälder mit über drei Milliarden Tonnen CO2 pro Jahr zum Klimawandel bei. Zwei Milliarden Tonnen davon entfallen allein auf Südostasien, 90 Prozent davon wiederum auf Indonesien. Letzteres entspricht acht Prozent der weltweiten Kohlendioxidemissionen aus der Verbrennung fossiler Energieträger. Torfsumpfwälder und mit ihnen der Torfuntergrund (Torffeuer, Zersetzung/Oxidation von Torf durch die Entwässerung der Torfgebiete) fallen vor allem der Holzindustrie, der Umwandlung in Palmölplantagen und für andere landwirtschaftliche Nutzung (z.B. Mega Rice Project) zum Opfer. Seit 1985 steigen die Emissionen aus der Zerstörung von Torfsümpfen rapide an.

In der ersten Dekade des neuen Jahrhunderts wurden die tropischen Torfgebiete mit Rekordgeschwindigkeit entwaldet, wobei nach neuen Trends zu befürchten ist, dass fast der gesamte Torfwald auf Sumatra und Kalimantan bis 2020 verschwunden ist. Der größte Teil dieser Torfgebiete bleibt für eine bestimmte Zeit in einem degradierten Zustand, bevor er wieder zu Wald wird oder in Plantagen oder Ackerland umgewandelt wird. Gewöhnlich benötigt die letztgenannte Umwandlung wenigstens 5 bis 10 Jahre. Der größte Teil dieser ungenutzten und weitgehend entwaldeten Torfgebiete wird entwässert, obgleich nicht in gleichem Maße wie Plantagen und Ackerflächen in derselben Landschaft. Die Entwaldung und die Drainage von Torfgebieten führen zu Kohlenstoff-Emissionen, aber die Emissionsraten variieren je nach Bewirtschaftungsbedingungen, einschließlich der Tiefenlage des Grundwasserspiegels.

Torfsumpfwald mit Schwarzwasserfluss subsidence dam_in_logging_channel_sebangau

Torfsumpfwald mit Schwarzwasserfluss

Saure und nährstoffarme Schwarzwasserflüsse durchziehen Indonesiens Torfsumpfwälder

 

 

 

 

Bodensenkung durch Drainage
in einer indonesischen Palmölplantage

Die Senkung kann bis zu 50-75 cm im ersten Jahr frisch drainierter Gebiete betragen; die Rate kann sich nach ca. 5 J. auf ca. 5 cm/a einpendeln.

Quelle: Jauhiainen Jyrki, FAO

Sebangau Dam

Damm, der vom WWF-Indonesien errichtet wurde, um einen der illegalen Abholzungskanäle zu blockieren, die den Sebangau-Nationalpark in Zentralkalimantan entwässern. Der junge Wald hinter dem Damm hat sich in einem Gebiet regeneriert, das völlig verbrannt war. Der ursprüngliche tropische Torfsumpfwald ist weit im Hintergrund zu sehen.  

Quelle: © Marcel Silvius, Wetlands International

 

Tornado

Ein Tornado ist eine Luftsäule mit Bodenkontakt, die um eine mehr oder weniger senkrecht orientierte Achse rotiert und sich unter konvektiver Bewölkung (Cumulus und Cumulonimbus) befindet.

Für den Begriff "Tornado" existieren auch andere Bezeichnungen: "Großtrombe", "Windhose" (Tornado über Land), "Wasserhose" (Tornado über Meer oder großen Binnenseen) bzw. "Twister" (Tornadobezeichnung im englischen Sprachraum).

Ein Tornado kann entstehen, wenn starke Temperaturgegensätze herrschen und Luft aufsteigt bzw. gehoben wird. Durch frei werdende Kondensationswärme und starke vertikale Windscherung (Zunahme der Windgeschwindigkeit und ggf. zusätzlich Änderung der Windrichtung mit der Höhe) wird dabei ein rotierender Aufwindschlauch erzeugt. Dieser kann einen Durchmesser bis über einen Kilometer erreichen, wobei Windgeschwindigkeiten von mehreren hundert Kilometern pro Stunde auftreten können.

Ein Tornado verwüstet längs seiner Zugbahn einen Streifen von einigen hundert Metern Breite (Asgardsweg). Die Stärke der Tornados wird anhand der Fujita-Skala (F-Scale) festgelegt. Die stärkste bisher beobachtete Tornadoklasse (F5) mit Windgeschwindigkeiten von etwas über 500 km/h trat zum Glück bisher recht selten auf (nur 1 % aller Fälle). Die gültige Fujita-Skala umfasst 13 Stufen, von F0 bis F12, wobei F6 bis F12 nur theoretische Werte sind. Die Klasse F0 wurde zusätzlich eingeführt, um auch schwächere Tornados unterhalb von 117 km/h zu klassifizieren.

Verheerende Tornados (F4/F5) entstehen meist im Zusammenhang mit so genannten Superzellen.

Das durch Tornados am meisten bekannt gewordene Gebiet ist die sogenannte Tornado-Alley im Mittleren Westen der USA. Dort trifft häufig trocken-kalte Luft aus dem Norden mit feucht-warmer Luft aus der Region des Golfes von Mexiko zusammen. In Mitteleuropa sind solch extreme Luftmassenunterschiede seltener. Deswegen treten hier auch deutlich weniger Tornados auf als in den Vereinigten Staaten von Amerika.

Der Einfluss von ENSO auf die Bildung von Tornados in den USA wird seit Längerem mit unterschiedlichen Aussagen diskutiert. Eine Studie von 2015 scheint zu belegen, dass unter El Niño-Bedingungen die Tornadoneigung im südlichen Mittleren Westen geringer ist als im Durchschnitt, umgekehrt bei La Niña-Bedingungen.

Häufigkeit von Tornados und Hagel in Verbindung mit El Niño und La Niña

Häufigkeit von Tornados und Hagel in Verbindung mit El Niño und La Niña

Wenn sich ENSO in einer warmen oder El Niño-Phase befindet (oben), geht die Häufigkeit von Tornados zurück. In einer kühlen oder La-Niña-Phase (unten) nehmen Tornados zu (gekennzeichnet durch rote Bereiche). Der Effekt ist im umrahmten Bereich am stärksten.

Agenturen wie die NOAA und ihre Pendants auf der ganzen Welt überwachen ständig die Bedingungen im Pazifik, um ein sich entwickelndes El Niño- oder La Niña-Ereignis zu erkennen, so dass es laut den Autoren nicht allzu schwierig wäre, eine Warnung vor Tornados oder Hagel auf der Grundlage des ENSO-Zustands herauszugeben.

Sie weisen jedoch auf einige Vorbehalte hin. Erstens ist ENSO nicht der einzige Treiber von schweren Stürmen. "Jede Art von extremem Wetter wird höchstens lose durch kohärente, vorhersagbare Klimaphänomene wie ENSO gesteuert, und Tornados sind keine Ausnahme", sagte Co-Autor Adam Sobel, der auch an der Columbia-Ingenieurschule sowie am Lamont-Doherty Earth Observatory tätig ist. Zweitens zeigt die aktuelle Studie eine robuste Korrelation nur in den südlichen Staaten, wo das ENSO-Signal besonders deutlich ist. "Ein großer Teil der jährlichen Variabilität ist praktisch zufällig und unvorhersehbar", sagte Sobel, der auch eine neue Initiative der Columbia University zu Extremwetter und Klima leitet.

Quelle: IRI

Weitere Informationen:

Torrentieller Abfluss

Die stoßartige, starkniederschlagsbedingte Wasserführung von kleineren Flüssen in wechselfeuchten Regionen. Dabei wird schubweise wenig gerundeter Schotter bzw. Schutt über Teilstrecken des Flusses transportiert. Der Begriff kommt vom italienischen Begriff "Torrente", der einen Fluss mit dem beschriebenen Abflussverhalten bezeichnet. Das Adjektiv "torrentiell" wird gelegentlich auch für die entsprechenden Niederschläge verwendet.

Total Solar Irradiance

Siehe Solarkonstante

TPOS 2020

TPOS 2020 (Tropical Pacific Observing System 2020 project) war ein Projekt, um die internationalen Beobachtungen des tropischen Pazifiks zu verbessern und neu zu gestalten. Die Variabilität dieses stark gekoppelten Atmosphären-Ozean-Systems ist im gesamten globalen Klima spürbar und ist eine wichtige Quelle für die interannuelle Klimavorhersage auf der ganzen Welt.

Der wichtigste Grund für das Projekt war ein signifikantes Risiko für ENSO-Vorhersagen und damit verbundene Dienste aufgrund der Verschlechterung des Tropical Moored Buoy Array (TMA) im Pazifik in den Jahren 2012-2014. Das TPOS-Netzwerk zielt darauf ab, dieses Risiko zu minimieren und die Fortschritte beim Verständnis und der Vorhersage der Variabilität des tropischen Pazifik zu beschleunigen einschließlich ihrer tiefgreifenden Folgen für viele Sektoren, die sich global über Landwirtschaft, Meeresökosysteme, menschliche Gesundheit und Katastrophenvorsorge erstrecken.

Als Reaktion auf andere wissenschaftliche Gründe, insbesondere das Klima, wird TPOS 2020 wichtige Beobachtungsreihen fortsetzen, die Überwachung wichtiger Parameter und Phänomene des oberen Ozeans und der oberflächennahen Atmosphäre intensivieren, die Biogeochemie des Ozeans einbeziehen und sowohl die östlichen als auch die westlichen Ozeanränder einbeziehen.

Trans-Niño

Bezeichnung für die Übergangsphasen zu Beginn oder am Ende von El Niño oder La Niña. Sie können über ihre Telekonnektionen wie die Hauptphasen von ENSO ebenfalls das globale Wetter beeinflussen. Signifikante Episoden werden mit Hilfe des Trans-Niño Index (TNI) gemessen. Beispiele für entsprechende Witterungserscheinungen in Nordamerika sind Niederschläge im Nordwesten der USA und intensive Tornadoaktivität im zusammenhängenden Teil der USA. Weshalb Übergangsphasen dem Auftreten von Tornados förderlich sind, ist noch nicht ausreichend verstanden.

Treibboje

Mit der jeweiligen Meeresströmung oberflächennah treibende Boje zur Messung von Temperatur und anderen Parametern. Satelliten verfolgen ihre Driftbahn und empfangen die von der Boje ausgesandten Daten. Die Geschwindigkeiten sind äußerst unterschiedlich und können in einer Karte der NOAA als jährliche Mittel abgelesen werden.

Status der weltweit ausgesetzten Treibbojen

Status der weltweit ausgesetzten Treibbojen

Das Global Drifter Program nutzt Beobachtungen von Strömungen, Meeresoberflächentemperatur, atmosphärischem Druck, Winden und Salzgehalt, welche durch satellitenverfolgte Treibbojen an der Meeresoberfläche registriert werden.

Quelle und aktueller Stand: https://www.aoml.noaa.gov/phod/gdp/index.php

Schema eines Driftersystems

Schema eines Driftersystems

Aussetzen eines Drifters

Aussetzen eines Drifters

Der moderne Drifter ist eine High-Tech-Version der "Flaschenpost". Er besteht aus einer Oberflächenboje und einem unter der Wasseroberfläche befindlichen Treibanker (engl. drogue), die durch ein langes, dünnes Seil miteinander verbunden sind. Die Boje misst die Temperatur und andere Eigenschaften und verfügt über einen Sender, der die Daten an vorbeifliegende Satelliten sendet. Der Treibanker bestimmt den Wirkungsbereich des Instruments und ist in einer Tiefe von 15 Metern unter der Meeresoberfläche positioniert.

Quelle und aktueller Stand: https://www.aoml.noaa.gov/phod/gdp/index.php

Treibhauseffekt

Syn. Glashauseffekt, Erwärmungseffekt der Atmosphäre, der daraus resultiert, dass die kurzwellige Sonnenstrahlung die Atmosphäre fast ungehindert bis zur Erdoberfläche durchdringen kann, die von der Erdoberfläche ausgehende langwellige terrestrische Strahlung (thermische Infrarotstrahlung) aber bevorzugt von den Wasserdampf- und Kohlendioxidmolekülen (Treibhausgase) weitgehend absorbiert und in Wärme umgewandelt wird. Atmosphärische Strahlung wird in alle Richtungen emittiert, so auch nach unten zur Erdoberfläche. Dadurch wird die globale Mitteltemperatur in Bodennähe, die ohne das Vorhandensein einer Atmosphäre -18 °C betragen würde, um 33 °C auf +15 °C angehoben. Dies bezeichnet man als den natürlichen Treibhauseffekt.

Der Treibhauseffekt (Schema)

Der Treibhauseffekt

Sonnenlicht (weiße Pfeile) wird auf der Erdoberfläche in Wärmestrahlung umgewandelt. Diese wird zurückgestrahlt (orange Pfeile). Ein Teil davon wird von Molekülen der Treibhausgase aufgenommen (Wasserdampf, Kohlendioxid und Methan) und in eine zufällige Richtung wieder emittiert, teilweise auch zurück zur Erde.

Quelle: Wikipedia

Eine Zunahme der Treibhausgaskonzentration führt zu einer zunehmenden Undurchlässigkeit der Atmosphäre für Infrarot. Durch menschliche Aktivitäten wurden und werden der Atmosphäre zusätzlich eine Vielzahl von klimawirksamen Spurengasen zugeführt. Dazu gehören Kohlendioxid (CO2), das bei allen Verbrennungsprozessen freigesetzt wird, Methan (CH4), welches bei der Tierhaltung, dem Reisanbau und beim Betrieb von Mülldeponien entsteht, Chlorfluormethane (CFM) und Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW), die vom Menschen künstlich erzeugt werden, Distickstoffoxid (N2O), das besonders durch Überdüngung in die Atmosphäre gelangt sowie troposphärisches Ozon, welches bevorzugt durch photochemische Reaktionen der Kfz-Abgase gebildet wird. Diese Emissionen verursachen den anthropogenen Treibhauseffekt, der die Wirkung des natürlichen Treibhauseffektes verstärkt und zur globalen Erwärmung führt.

Mögliche Auswirkungen der globalen Erwärmung auf Häufigkeit und Intensität von ENSO-Phasen werden diskutiert. Diesbezügliche Aussagen sind noch umstritten, da insbesonders die Klimamodelle zu sehr unterschiedlichen Ergebnissen kommen.

Treibhausgas

Treibhausgase sind diejenigen gasförmigen Bestandteile in der Atmosphäre, sowohl natürlichen wie anthropogenen Ursprungs, welche die Strahlung in denjenigen spezifischen Wellenlängen innerhalb des Spektrums der thermischen Infrarotstrahlung absorbieren und wieder ausstrahlen, die von der Erdoberfläche, der Atmosphäre selber und den Wolken abgestrahlt wird. Diese Eigenschaft verursacht den Treibhauseffekt. Wasserdampf (H2O), Kohlendioxid (CO2), Distickstoffoxid (N2O), Methan (CH4) und Ozon (O3) sind die Haupttreibhausgase in der Erdatmosphäre.

Außerdem gibt es eine Anzahl von ausschließlich vom Menschen produzierten Treibhausgasen in der Atmosphäre, wie die Halogenkohlenwasserstoffe und andere chlor- und bromhaltige Substanzen, die im Montreal-Protokoll behandelt werden. Neben CO2, N2O, und CH4 befasst sich das Kyoto-Protokoll mit den Treibhausgasen Schwefelhexafluorid (SF6), Fluorkohlenwasserstoffe (HFCs) und Perfluorkohlenstoffe (PFCs).

Triple Dip La Niña

Auch three-peat La Niña; Bezeichnung für das Auftreten von La Niña-Ereignissen in drei aufeinanderfolgenden Wintern (Nordhalbkugel). Im Jahr 2022 kommt es zu diesem seltenen Ereignis, dem ersten in diesem Jahrhundert. In den Jahren 1973 bis 1976 sowie von 1998 bis 2001 gab es schon mal drei aufeinanderfolgende La Niña-Jahre. Vier aufeinander folgende La Niña-Jahre wurden hingegen noch nicht beobachtet.

Die Physik, die dahinter steckt, warum wir 2022/23 drei La Niña-Winter in Folge hatten, wird ein spannendes Forschungsthema für Klimaforscher sein! (ENSO Blog, November 2022)

Weitere Informationen:

TRITON

Engl. Akronym für Triangle Trans-Ocean Buoy Network; ein Netz fest verankerter Bojen zur Messung des oberflächennahen Wetters und der oberen Ozeanschichten. Die Bojen wurden von der japanischen Forschungsorganisation für Geologie und Ozeanologie in internationaler Kooperation im Westteil des äquatorialen Pazifiks installiert. Sie dienen der Beobachtung der warmen Tropengewässer im Hinblick auf deren Auswirkungen auf das Weltklima und seine Veränderung.

Die Bojen messen Parameter zu Winden, Lufttemperatur, Feuchte, Niederschlag, kurzwellige Strahlung, Wassertemperatur (bis in 750 m Tiefe), Salinität und Strömungsverhältnisse. Die Daten werden mittels Satelliten echtzeitnah übermittelt und Wissenschaftlern weltweit zur Verfügung gestellt.

Neben Forschungszwecken dienen die Daten auch den täglichen Wettervorhersagen und der Verbesserung von numerischen Wettermodellen einschließlich der Vorhersage von tropischen Wirbelstürmen. So helfen die Bojen auch die Sicherheit des Schiffsverkehrs zu verbessern.

Zusammen mit dem amerikanischen Bojennetz TAO (Tropical Atmosphere Ocean ) bildet TRITON das TAO/TRITON Array, das insbesondere dem besseren Verständnis und Vorhersagen von ENSO-bezogenen Klimavariationen dient.

Tropen

  1. Im mathematisch-geographischen Sinne der zwischen den beiden Wendekreisen liegende Bereich der Erde. Danach umfassen die Tropen ca. 40 % der Erdoberfläche. Es wird auch der Begriff solare Tropen verwendet, da die Sonne zwischen den Wendekreisen zwei Mal im Jahr im Zenit steht und ihre tägliche Kulminationshöhe immer zwischen 43 und 90 Grad erreicht.
  2. Im klimatologischen Sinne der Bereich der Erde beiderseits des Äquators, in dem tropische Warmklimate herrschen. Diese Gebiete reichen bis ca. 20° N/S und erhalten ganzjährig eine starke Einstrahlung der Sonne und entsprechend gleichmäßig hohe Temperaturen. Die Differenzierung des tropischen Jahresablaufes wie auch der tropischer Landschaftszonen ist abhängig von der Dauer der Regenzeit. Die Zahl der humiden Monate kann zwischen 12 Monaten (innere Tropen) und 0 Monaten (Randtropen) liegen.

In Stichworten einige weitere Merkmale der Tropen:

Der ganzjährig Energiegewinn treibt bedeutende Komponenten der allgemeinen atmosphärischen Zirkulation an, darunter die Hadleyzellen und die Monsune der Erde. Nimmt man die vom asiatischen Monsun beeinflussten, subtropischen Gebiete Nordindiens und Ostasiens hinzu, so leben in der tropischen Klimazone die meisten Menschen der Erde – mit steigender Tendenz. In vielen von der Landwirtschaft geprägten Ländern dieser Region hängt die Ernährungssicherheit und oft auch das Bruttosozialprodukt von ausreichenden und gleichmäßigen Niederschlägen in den Regenzeiten bzw. im Jahresverlauf ab. Unter diesem Gesichtspunkt
ist Niederschlag der sozioökonomisch wichtigste Klimaparameter der Tropen. Dessen Vorhersagbarkeit auf Zeitskalen von wenigen Stunden, mehreren Tagen, Jahreszeiten und Jahrzehnten steht daher im Mittelpunkt der meist anwendungsorientierten Forschung.

Die Rolle der Tropen in der allgemeinen Zirkulation

Die Rolle der Tropen in der allgemeinen Zirkulation

Die Tropen dienen als Quelle für überschüssige Wärme, die die globale Zirkulation antreibt. Der Transport von Wärme und Impuls durch die Hadley-Zellen ist für die Aufrechterhaltung des globalen Wärme- und Drehimpulsgleichgewichts von entscheidender Bedeutung. Jüngste Studien haben ergeben, dass die Stärke der Hadley- und Walker-Zirkulation schwanken kann, und sie hat sich in den 1990er Jahren in der Tat verstärkt. Die Wissenschaftler setzten Veränderungen der Wolkendecke und der Strahlung in den Gebieten mit Subsidenz (Luftmassenabstieg) und Konvektion (Aufstieg) in den Zirkulationszellen in Beziehung mit Veränderungen der vertikalen Luftgeschwindigkeit. Diese Beschleunigung der Hadley- und Walker-Zirkulation war verbunden mit mehr thermischer, langwelliger Strahlung, die aus der tropischen Atmosphäre entwichen ist, und einer Abnahme des reflektierten Sonnenlichts (um etwa 4 Watt pro Quadratmeter) .

Quelle: MetEd / UCAR (Zugang über kostenfreie Registrierung)

Weitere Informationen:

Tropical Haze

Eine tropische Variante des Smog (auch 'Dunst'), die aus einer mehr oder minder dicken Wolke von Verbrennungsprodukten besteht, welche mit der natürlichen Feuchtigkeit der Luft angereichert ist. 1997 entstand über Südostasien ein besonders intensiver Tropical Haze als Folge von Waldbränden auf einem Gebiet von mehreren tausend Hektar, die mehrere Monate lang andauerten. Die Intensität der Rauchemissionen ergab sich vor allem aus der Tatsache, dass weite, vielerorts 20 m mächtige Torfflächen in baumbestandenen Sumpfregionen von den Bränden erfasst waren.

Das Ausmaß der Brände war weniger auf Rodungen im Rahmen der traditionellen kleinbäuerlichen Wanderfeldbau (shifting cultivation) zurückzuführen. Dabei entstehen Rodungsflächen mit einer Größe von lediglich etwa 1 ha, die vom Ökosystem gut verkraftet werden können. Es war vielmehr sogenanntes "industrial burning" um Platz für Kautschuk-, Ölpalmen- und Holzplantagen zu schaffen.
Verstärkt und verlängert wurde die Situation zusätzlich durch ausbleibenden Niederschlag, eine Konsequenz des starken El Niño-Ereignisses. Die Haze-Wolke bedeckte zeitweise eine Fläche von der halben Größe Europas.

Tropical Haze über Malaysia am 9.7.2001 mit bis auf 500 m reduzierter Sicht

 

Foto der Waldbrände von 1997, die Sumatra verwüsteten und Südostasien in Dunst hüllten

Tropical Haze über Malaysia am 9.7.2001

 

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Dieses Echtfarbenbild des MODIS-Spektroradiometers zeigt den Teil Malaysias, der sich auf der zum asiatischen Festland gehörenden Halbinsel befindet (oben rechts) sowie westlich und südlich davon Teile der indonesischen Insel Sumatra. Kuala Lumpur, die Hauptstadt von Malaysia, ist als grau-braune Fläche an der Westküste der Halbinsel zu erkennen. Rote Pixel markieren die Feuer, graue den Rauch und Haze. Die hellen weißen Fetzen in der linken oberen Ecke sind Wolken.

Quelle: NASA
 

Die Mega-Feuer in 1997 und 1998 (Sumatra und Borneo) erzeugten 2,5 Mrd. t CO2, das sich in der Atmosphäre sammelte. Diese Menge entspricht etwa 10% des weltweiten CO2-Ausstoßes im Jahr 1997.
Die Brandrodungen finden meist auf Torfmoorflächen statt, die sehr reich an organischem Material sind. Wird getrockneter Torf in Brand gesetzt, kann es zu unterirdisch schwelenden Feuern kommen, die für Wochen oder Monate weiter brennen.

Quelle: Greenpeace

Dass solche Situationen keineswegs Historie sind und in geringerem Ausmaß auch zu Nicht-El Niño-Zeiten vorkommen, belegt die folgende Aufnahme (links) mit dem MODIS-Sensor des Terra-Satelliten. Auch nachdem bereits eine große Zahl von Feuern vom 8. bis 14. Juli 2001 gelegt waren und Rauchwolken die Sicht in Indonesien und Malaysia deutlich reduzierten (500 m im Extrem), wurden Hunderte weiterer Feuer entfacht, vor allem zur Gewinnung von neuen landwirtschaftlichen Nutzflächen. Die Sicht war in den am härtesten betroffenen Gebieten auf ca. 500 m reduziert, Schulkinder wurden nach Hause geschickt, vom Spielen im Freien wurde dringend abgeraten, Menschen, die im Freien arbeiten, mussten Atemschutzmasken tragen.

Neue Rekordwerte der Luftbelastung erzielte der Haze des Juni 2013. Vom 1. bis zum 24. Juni spürten NASA-Satelliten über 9.000 Brandherde in Sumatra auf mit Schwerpunkt in den Torfgebieten der Provinz Riau.

Nachdem 1997 durch Brände auf mehr als 9 Millionen Hektar Land Hazes in Brunei, Indonesien, Malaysia, den Philippinen, Singapur und Thailand auftraten, initiierten die ASEAN-Staaten ein Programm zur Beobachtung und Verhinderung von Hazes, das 2002 in dem Umweltabkommen ASEAN Agreement on Transboundary Haze Pollution mündete.

Übliche Definition von 'Haze' (Dunst)

In der Luft schwebende Partikel, die die Sicht durch Streuung des Lichts verringern; oft eine Mischung aus Aerosolen und photochemischem Smog.
Viele Aerosole nehmen mit zunehmender relativer Luftfeuchtigkeit aufgrund von Deliqueszenz an Größe zu, wodurch sich die Sichtbarkeit drastisch verringert. Manchmal wird zwischen trockenem Dunst und feuchtem Dunst unterschieden, vor allem aufgrund der unterschiedlichen optischen Wirkung kleinerer Partikel (trockener Dunst) und größerer Partikel (feuchter Dunst), die durch langsame Kondensation an den hygroskopischen Dunstpartikeln entstehen. Trockene Dunstpartikel mit Durchmessern in der Größenordnung von 0,1 μm sind klein genug, um kürzere Wellenlängen des Lichts bevorzugt zu streuen. Solche Dunstteilchen erzeugen eine bläuliche Farbe, wenn der Dunst vor einem dunklen Hintergrund betrachtet wird, da durch die Streuung nur das leicht bläuliche Streulicht das Auge erreicht. Dieselbe Art von Dunst erscheint vor einem hellen Hintergrund als gelblicher Schleier, denn hier besteht der Haupteffekt in der Entfernung der bläulichen Anteile aus dem Licht, das aus dem entfernten hellen Hintergrund stammt. Dunst unterscheidet sich durch denselben Effekt von Nebel, der nur eine graue Verdunkelung bewirkt, da die Teilchengröße zu groß ist, um eine nennenswerte unterschiedliche Streuung der verschiedenen Wellenlängen zu bewirken.

Weitere Informationen:

Tropical Ocean Global Atmosphere (TOGA)

Das TOGA-Programm (1985-1994) war ein wesentlicher Bestandteil des Weltklimaforschungsprogramms (WCRP), der insbesondere auf die Vorhersage von Klimaphänomenen im Zeitraster von Monaten und Jahren abzielte.

TOGA fokussierte seine Arbeit auf die tropischen Ozeanteile und ihre Beziehung zur globalen Atmosphäre. Dem Konzept liegt die Annahme zu Grunde, dass dynamische Anpassungen der Ozeane in den Tropen sich rascher vollzieht als in höheren Breiten und damit in der Kopplung beider Sphären besser beobachtbar sind. So können Störungen aus dem westlichen Pazifik (z. B. El Niño) den Ozean innerhalb von Wochen überqueren, verglichen mit einer Dauer von Jahren für eine beckenweite Ausbreitung in höheren Breiten.

Vor dem Start von TOGA waren die für den ENSO-Zyklus verantwortlichen Prozesse noch wenig verstanden, die Fähigkeit, Veränderungen in den tropischen Ozeanen zu beobachten ware primitiv, und die Vorhersagemöglichkeit bezüglich ENSO war nicht gegeben. Daher unterstützte und initiierte TOGA Anstrengungen zur Echtzeit-Messung folgender ozeanographischen Schlüsselvariablen: Oberflächenwinde, Meeresoberflächentemperatur, Temperatur unterhalb der Wasseroberfläche, Meeresspiegel und Strömungsgeschwindigkeit. Spezielle in situ-Beobachtungsprogramme zur Gewinnung entsprechender Datensätze umfassten das TAO-System mit fest verankerten Bojen im Pazifik, ein System oberflächennaher Treibbojen, ein Pegelnetz an Inseln und Küsten und ein Netz von Einweg-Bathythermographen, die von (Handels-)Schiffen auf freiwilliger Basis (ships of opportunity) ausgesetzt werden.
Diese in situ-Messungen wurden ergänzt durch Satelliten-Missionen, die eine nahezu globale Beobachtung der Oberflächenwinde, der Meeresoberflächentemperatur und der Meerespiegelhöhe ermöglichten.

Die Datensätze von TOGA erlaubten es den Wissenschaftlern, die physikalischen Prozesse des ENSO-Phänomens besser zu verstehen und führte zur Entwicklung von gekoppelten Ozean-Atmosphärenmodellen für die ENSO-Vorhersage (Zebiak und Cane 1987, Schopf und Suarez 1988), was für einen großen Kreis von Entscheidungsträgern von Bedeutung ist. Saisonale Vorhersagen kann operationelle Entscheidungen z.B. in der Landwirtschaft oder der öffentlichen Infrastruktur wesentlich beeinflussen. Forschungsarbeiten aus dem Jahr 2002 haben gezeigt, dass der Nutzen aus ENSO-Vorhersagen für die US-amerikanische Landwirtschaft zwischen $507 Millionen und $959 Millionen pro Jahr beträgt.

Zur Etablierung des TOGA-Programms hatte nicht zuletzt der extreme El Niño von 1982/83 beigetragen, der neben seiner Stärke auch durch seine weitreichenden Telekonnektionen und seine öffentliche Aufmerksamkeit bemerkenswert war. Das Ereignis war erst entdeckt worden als es längst im Gange war, was auf das Fehlen eines Echtzeit-Beobachtungssystems zurückzuführen war. Der zeitliche Ablauf und die Entwicklung unterschieden sich deutlich von einigen vorangegangenen Ereignissen.

Tropical Pacific Observing System (TPOS)

Das unvorhergesehene El Niño-Ereignis von 1982-83 richtete die Aufmerksamkeit auf dieses Phänomen und war der Anstoß für die Entwicklung des Tropical Pacific Observing System (TPOS) und des Tropical Atmosphere Ocean Array (TAO) in der Mitte der 1980er Jahre innerhalb des Tropical Ocean/Global Atmosphere Program (TOGA).

ENSO hat eine Doppelrolle gespielt, indem es der Anstoß war für das Beobachtungsnetzwerk und sein Modellierungs-Gegenstück: Es ist ein Vorhersageaufgabe mit offensichtlichem praktischen Nutzen, und es ist ein Labor für das Studium der Luft-Meer-Interaktion in den Tropen, das dem Studium anderer Phänomene in anderen Ozeanbecken zugute kommt.

Nicht zuletzt der mehrjährige Rückgang der Datenverfügbarkeit beim TAO/TRITON-Netz war der Anlass ein neues und robusteres TPOS 2020 zu entwickeln.

TPOS

Das Beobachtungssystem für den tropischen Pazifik
(Tropical Pacific Observing System, TPOS)

TAO/TRITON wurde vor mehr als 2 Jahrzehnten konzipiert und implementiert. In den letzten zwei Jahrzehnten sind neue In-situ- und Satellitenbeobachtungstechnologien entstanden, die zu wichtigen Komponenten des Beobachtungssystems wurden. Insbesondere das internationale Argo-Array von profilierenden Floats liefert jetzt breit angelegte globale Beobachtungen von Temperatur und Salzgehalt bis hinunter zu 2000 m und ermöglicht die Auflösung vieler Prozesse, einschließlich intra-saisonaler äquatorialer Wellen (Roemmich et al., 2014). Satellitenbeobachtungen der Meeresoberflächentemperatur, der Meeresoberflächenhöhe und der Winde sowie Messungen des Salzgehalts der Meeresoberfläche durch neuere Satellitenmissionen sind alle seit TOGA entstanden (Lindstrom et al., 2014). Oberflächendrifter, halbautonome Plattformen, Gezeitenpegel, wiederholte hydrographische Fahrten, Messungen des Salzgehalts der Meeresoberfläche an Bord von Forschungs- und Handelsschiffen und XBT-Einsätze sind ebenfalls wichtige Bestandteile dieses Systems.

Quelle: TPOS 2020

Weitere Informationen:

tropische Depression

Eine tropische Depression ist ein tropisches Tiefdruckgebiet, das in der bodennahen Strömung mindestens eine geschlossene Isobare zeigt und mit einer geschlossenen zyklonalen Strömung verbunden ist. Das Wolkenfeld im Bereich einer tropischen Depression nimmt wegen der überlagerten Wellenstörung, die in der tropischen Höhenostströmung (easterly wave) ausgebildet ist, regelmäßig die Form eines Kommas an.

Tropische Depressionen stellen meist Intensivierungsformen tropischer Tiefdruckstörungen dar, die keine geschlossenen Isobaren, sondern polwärtige Ausbuchtungen des Luftdruckfeldes im Bereich einer easterly wave zeigen. Im Gegensatz zum tropischen Sturm, der sich aus einer tropischen Depression durch deren Intensivierung bilden kann, bleiben die Windgeschwindigkeiten im Bereich der tropischen Depression unter 61 km/h, während sie im tropischen Sturm Werte zwischen 62-117 km/h annehmen können. Bei weiterer Intensivierung können sich aus den tropischen Stürmen tropische Orkane und tropische Wirbelstürme bilden, in denen Windgeschwindigkeiten über 200 km/h beobachtet werden.

Tropische Instabilitätswellen (TIW)

Engl. tropical instability waves; ein Phänomen, bei dem die Grenze zwischen warmen und kalten Meeresoberflächentemperaturen in Äquatornähe ein regelmäßiges Muster von nach Westen sich ausbreitenden Wellen bildet. Diese Wellen sind oft im Atlantik vorhanden, sind aber leichter im Pazifik erkennbar, wo sie sich von Südamerika nach Westen ausbreiten.

TIWs besitzen Wellenlängen von bis zu 1100 km, eine westwärtige Phasengeschwindigkeit von 30−60 cm/s und Perioden zwischen 15 und 50 Tagen. Ihre Amplitude ist zwischen Juni und November am stärksten. Außerdem besitzen sie unter La Niña-Bedingungen ihre deutlichste Ausprägung, wenn hingegen starke El Niño-Bedingungen vorhanden sind, können sie verschwinden. Sie beziehen ihre Energie aus Instabilitäten der meridionalen Scherung zwischen den zonalen äquatorialen Strömungen, d.h. dem westwärts fließenden Südäquatorialstrom und dem ostwärts fließenden äquatorialen Unterstrom sowie dem äquatorialen Gegenstrom.

Im Atlantik und im Pazifik erstreckt sich normalerweise eine Zunge mit kaltem Oberflächenwasser von den Kontinentalrändern nach Westen. Diese Kaltwasserzungen nähren sich von Auftriebswasser aus den Ozeantiefen und werden auf beiden Hemisphären von wärmerem Oberflächenwasser umgeben. Der Temperaturunterschied zwischen den Kaltwasserzungen und dem umgebenden Wasser ist während des Südwinters am ausgeprägtesten. Die pazifische Kaltwasserzunge ist deutlich stärker als die atlantische und hat einen bedeutenden Einfluss auf globale Klimamuster. Tatsächlich ist die Temperatur der pazifischen Kaltwasserzunge das definitorische Merkmal von ENSO. El Niño-Bedingungen herrschen nach offiziellen Kriterien, wenn die mittlere SST in der pazifischen Kaltwasserzunge über 0,5 °C über dem Mittel eines bestimmten Zeitabschnitts eines Jahres liegt, wohingegen La Niña-Bedingungen bestehen, wenn die Temperaturen über 0,5 °C unter dem Mittel liegen.

Häufig erstrecken sich die Kaltwasserzungen nicht in einer geraden Linie, sondern schwenken nach Norden und Süden in einem Muster sinusförmiger Wellen aus, den TIWs.

Meeresoberflächentemperatur vom Satelliten aus

Die Temperatur der Oberfläche der Weltmeere gibt einen klaren Hinweis auf den Zustand des Klimas und des Wetters der Erde. Das AMSR-E-Instrument auf dem Aqua-Satelliten misst jeden Tag die Temperatur des obersten Millimeters des Ozeans, auch durch die Wolken hindurch. Wenn die durchschnittliche Meeresoberflächentemperatur für ein bestimmtes Datum von der gemessenen Temperatur für dieses Datum subtrahiert wird, kann die resultierende Anomalie der Meeresoberflächentemperatur verwendet werden, um den aktuellen Zustand der Ozeane genau zu beurteilen. Die Anomalie kann als Frühwarnsystem für Wetterphänomene dienen und kann verwendet werden, um bevorstehende Probleme mit Fischpopulationen und der Gesundheit von Korallenriffen anzuzeigen.

In der folgenden Visualisierung der Anomalie, die den Zeitraum von Juni 2002 bis September 2003 abdeckt, sind die offensichtlichsten Effekte eine aufeinanderfolgende Erwärmung und Abkühlung entlang des Äquators westlich von Peru, die Signatur eines El Niño/La Niña-Zyklus.

Globale Anomalien der Meeresoberflächentemperatur von Juni 2002 bis September 2003

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Globale Anomalien der Meeresoberflächentemperatur von Juni 2002 bis
September 2003

In dieser Visualisierung der Anomalie, die den Zeitraum von Juni 2002 bis September 2003 abdeckt, sind die offensichtlichsten Effekte eine aufeinanderfolgende Erwärmung und Abkühlung entlang des Äquators westlich von Peru, die Signatur eines El Niño/La Niña-Zyklus. Um den 1. Januar 2003 erscheint in dieser Region ein kühlerer als normaler Bereich des Ozeans als Teil eines La Niña und fließt, angetrieben durch die Passatwinde, westwärts. Die Wellen, die an den Rändern dieses kühleren Bereichs auftreten, werden tropische Instabilitätswellen genannt.

Die Ozeane in dieser Animation wurden 'falsch' eingefärbt. Temperaturen, die wärmer als normal sind, werden in rot dargestellt, während kühlere Temperaturen als normal in blau dargestellt werden.

Quelle: NASA GSFC, gleichzeitig Link zur Animation

Weitere Informationen:

Tropische Zirkulation

Die tropische Zirkulation der Atmosphäre besteht modellhaft aus einem meridionalen (Hadley-Zelle) und einem zonal (Walker-Zirkulation) Zirkulationsmuster. Beide haben thermische Ursachen.
Hadley-Zelle und Walker-Zirkulation sind lediglich schematische Abstraktionen. So wird in Wirklichkeit ein Luftpaket, das im Bereich des Äquators am Boden einer Ost-West-Strömung unterliegt, keinen geschlossenen Weg in einem Walker-Zirkulationsrad zurücklegen, da es aufgrund der Hadley-Zirkulation auch eine meridionale Bewegungskomponente besitzt.
Beide Systeme besitzen bei unterschiedlichen Phasen des ENSO-Zyklus unterschiedliche Ausprägungen.

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Modell der globalen Zirkulation der Atmosphäre mit den tropischen Hadley-Zellen
Quelle: NASA JPL

Die pazifische Walker-Zirkulation, eine große Schleife über fast der Hälfte des Erdumfangs
Quelle: EurekAlert

tropischer Regenwald

Tropische Regenwälder sind Regenwälder, die in Gebieten mit tropischem Regenwaldklima vorkommen, in denen es keine Trockenzeit gibt - alle Monate haben eine durchschnittliche Niederschlagsmenge von mindestens 60 mm - und die auch als äquatorialer immergrüner Tieflandregenwald bezeichnet werden können. Echte Regenwälder findet man normalerweise zwischen 10 Grad nördlich und südlich des Äquators.

Überblick

Die monatlichen Durchschnittstemperaturen liegen in allen Monaten des Jahres über 18 °C. Die durchschnittliche jährliche Niederschlagsmenge beträgt nicht weniger als 1.680 mm und kann 10 m überschreiten, obwohl sie normalerweise zwischen 1.750 mm und 3.000 mm liegt. Diese hohen Niederschlagsmengen führen häufig zu schlechten Böden, da lösliche Nährstoffe im Boden ausgelaugt werden.

Tropische Regenwälder zeichnen sich durch eine hohe Artenvielfalt aus. Etwa 40 % bis 75 % aller biotischen Arten sind in den Regenwäldern beheimatet. Regenwälder beherbergen die Hälfte aller lebenden Tier- und Pflanzenarten der Erde. Zwei Drittel aller blühenden Pflanzen sind in Regenwäldern zu finden. Auf einem einzigen Hektar Regenwald können 42.000 verschiedene Insektenarten, bis zu 807 Bäume mit 313 Arten und 1.500 Arten höherer Pflanzen vorkommen. Tropische Regenwälder werden als die "größte Apotheke der Welt" bezeichnet, da mehr als ein Viertel der natürlichen Arzneimittel in ihnen entdeckt wurden. Es ist wahrscheinlich, dass es in den tropischen Regenwäldern noch viele Millionen Arten von Pflanzen, Insekten und Mikroorganismen gibt, die noch unentdeckt sind.

Tropische Regenwälder gehören zu den am stärksten bedrohten Ökosystemen der Welt, da sie durch menschliche Aktivitäten in großem Umfang zerstückelt werden. Die durch geologische Prozesse wie Vulkanismus und Klimawandel verursachte Fragmentierung von Lebensräumen hat in der Vergangenheit stattgefunden und wurde als wichtiger Faktor für die Artenbildung identifiziert. Es wird jedoch vermutet, dass die rasche Zerstörung von Lebensräumen durch den Menschen eine der Hauptursachen für das Aussterben von Arten ist. Die tropischen Regenwälder wurden im 20. Jahrhundert stark abgeholzt und für die Landwirtschaft gerodet, und die Fläche der Regenwälder auf der ganzen Welt schrumpft rapide.

Waldstruktur

Regenwälder sind in verschiedene Schichten oder Stockwerke unterteilt, wobei die Vegetation in einem vertikalen Muster von der Oberseite des Bodens bis zum Kronendach angeordnet ist. Jede Schicht ist eine einzigartige Lebensgemeinschaft mit verschiedenen Pflanzen und Tieren, die an das Leben in der jeweiligen Schicht angepasst sind.

Verbreitung und Zustand

Der tropische Regenwald ist eine äquatoriale Vegetationszone. Sie reicht in ihrer maximalen Ausdehnung einschließlich der ineinander übergehenden subtropischen Regenwälder etwa von 29° nördlicher Breite (Vorketten des Himalaya im nordostindischen Bundesstaat Arunachal Pradesh) bis 37° südlicher Breite (Region Auckland im Norden Neuseelands). Im engeren Sinn reichen die tropischen Regenwälder etwa bis zu den Wendekreisen auf jeweils ca. 23°. Legt man die Effektive Klimaklassifikation nach Köppen/Geiger (Af – Regenklima) zu Grunde, liegen die nördlichsten tropischen Regenwälder bei 19° N in der Karibik und die südlichsten in Madagaskar bei 25° S. Die brasilianischen Atlantikwälder, fast alle Regenwälder Westafrikas sowie die immerfeuchten Wälder Indiens, Myanmars, Thailands und Australiens sind demnach bereits Übergangswälder in andere Waldformen. Die (sub)tropischen Regenwälder gehen polwärts in die Zone der regengrünen Feuchtwälder oder -savannen über.

Tropische Regenwälder stehen in Süd- und Mittelamerika, Afrika (einschließlich Madagaskar), Süd- und Südostasien, Australien sowie Ozeanien beiderseits des Äquators. Schätzungsweise siebzig Länder der Erde verfügen über tropische Regenwälder auf ihrem Staatsgebiet. Brasilien besitzt die größte Fläche Regenwald, gefolgt von der Demokratischen Republik Kongo, Indonesien, Peru und Kolumbien.

Bezogen auf die potentielle natürliche Vegetation sind heute ca. 9 % der irdischen Landoberfläche tropische Regenwälder. Tatsächlich sind am Anfang des 3. Jahrtausends über 30 % der tropischen Regenwälder in einem weitgehend unbeeinflussten natürlichen Zustand. Diese Gebiete sind nahezu unbesiedelt. Weniger als 20 % sind noch naturnah und relativ gering beeinflusst. Diese Flächen sind allerdings zumeist stark fragmentiert und befinden sich durchweg im Wandel (entweder durch eine stetige Überführung in Nutzflächen oder durch Raubbau). Bei 50 % wurde die ursprüngliche Vegetationsdecke intensiv verändert und durch anthropogene Landschaften überprägt. In diesen Gebieten sind naturnahe Regenwald-Landschaften höchstens noch in kleinen Relikten anzutreffen.

Pflanzen- und Tierwelt

Alle tropischen Regenwälder zeichnen sich durch ein extrem hohes Maß an Artenreichtum aus. Etwa 50 Prozent aller Tier- und Pflanzenarten leben hier – obwohl nur zirka sieben Prozent der Landfläche der Erde mit tropischem Regenwald bedeckt sind. Auf einem Hektar Regenwald stehen bis zu 280 verschiedene Baumarten (in Deutschland gibt es insgesamt gerade einmal 90 verschiedene Baumarten). Die fünf Länder mit den meisten verschiedenen Baumarten besitzen jeweils große Flächen an tropischem Regenwald. Menschen profitieren ganz unmittelbar von der Biodiversität der Regenwälder. Obwohl erst etwa ein Prozent aller Regenwaldpflanzen auf ihre medizinische Verwendbarkeit getestet wurde, entstammen 25 Prozent der Bestandteile unserer Medikamente Regenwaldpflanzen. Und schätzungsweise 80 Prozent der Lebensmittel, die wir essen, kommen ursprünglich aus dem Regenwald, inklusive Schokolade, Kaffee und Tomaten.

Gefährdung

Die drei großen verbliebenen Regenwaldgebiete in Amazonien, Afrika und Südostasien/Neuguinea sind in unterschiedlichem Ausmaß durch verschiedene menschliche Aktivitäten gefährdet. Weltweit ist die Agroindustrie in zunehmendem Ausmaß die wichtigste Ursache, besonders in Südostasien. Jagd auf große Wirbeltiere in zugänglichen Waldgebieten kann große Auswirkungen auf die Ökosysteme haben. Waldbrände, die nach Rodungen von Bauern gelegt werden, sind ein zunehmendes Problem. In einigen Gebieten wird die Abholzung durch Kleinbauern dominiert, die häufig auf den Wegen der Holzfirmen immer tiefer in den Primärwald vordringen. Großflächige, kommerzielle Monokulturen werden zunehmend relevanter, insbesondere für große Viehhaltungsbetriebe oder Futtermittel-Sojaanbau in Südamerika und Palmölplantagen in Südostasien. Politische Instabilität und bewaffnete Konflikte bereiten in einigen Regionen wie Afrika zusätzlich Probleme.

Regenwald und Klimawandel

Angesichts des Klimawandels hat der Schutz der Tropenwälder in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen. Tropische Wälder spielen im globalen Kohlenstoffkreislauf eine entscheidende Rolle: Weil sie eine sehr hohe Dichte an Bäumen und anderen Pflanzen aufweisen, sind hier besonders große Mengen an Kohlenstoff gebunden. Zum Beispiel bedecken afrikanische Regenwälder etwa 13 Prozent der afrikanischen Landmasse, beherbergen aber rund 90 Prozent des Kohlenstoffs, der in den Ökosystemen des Kontinents gespeichert ist.

Wenn Tropenwald niedergebrannt oder abgeholzt wird, wird der Kohlenstoff freigesetzt und als Kohlenstoffdioxid in die Atmosphäre entlassen. Auf diese Weise trägt der Verlust von Regenwald zu einer Verstärkung des Treibhauseffektes bei. Insgesamt absorbieren die globalen Wälder wesentlich mehr CO2, als sie ausstoßen, sie sind sogenannte Kohlenstoffsenken. Allerdings ist dies nicht in allen Regionen mehr der Fall: Während der Regenwald des Kongobeckens noch eine stabile Kohlenstoffsenke ist, haben sich die tropischen Wälder Südostasiens bereits im Laufe der letzten Jahre aufgrund von Rodungen und Waldbränden zu einer Netto-Quelle von CO2-Emissionen entwickelt. Aktuell befindet sich der größte Regenwald der Erde, der Amazonas, an einem Scheidepunkt. Wenn sich der Verlust an Waldfläche in Südamerika weiter fortsetzt, wird sich auch der Amazonas zu einem Treiber des Klimawandels entwickeln.

Weitere Informationen:

tropischer Wirbelsturm

60-500 km im Durchmesser große Wirbelstürme mit Orkanstärke (üblicherweise 120-130 km/h, häufig > 200 km/h), die über tropischen, mindestens 27 °C warmen Meeren polwärts  von 4° N bzw. S entstehen. Tropische Wirbelstürme entstehen nur dort, wo die Reibung und damit das Einströmen der bodennahen Luft in das Gebiet tiefen Drucks gering ist. Erst dadurch kann sich ein starker Luftdruckunterschied aufbauen. Ihre Energie beziehen die tropischen Wirbelstürme aus dem Wärmespeicher Ozean: latente Wärme wird bei der Verdunstung aufgenommen, beim Aufstieg kühlt die Luft ab, bei der folgenden Kondensation wird fühlbare Wärme an die Atmosphäre abgegeben und verstärkt die Konvektion noch weiter. Die mächtigen, spiralförmigen Wolkenkomplexe sind sichtbarer Beleg für diese Prozesse. Im Zentrum der Wirbel befindet sich eine 15 - 30 km breite Zone mit nur schwachem Wind und klarem Himmel, das Auge des Orkans. Alle absoluten Extrema von Windstärke, Luftdruck und Niederschlagsintensität für Stundenintervalle sind im Zusammenhang mit tropischen Zyklonen aufgezeichnet worden.
Die tropischen Wirbelstürme werden im karibischen Raum als Hurrikane, im Bereich Chinas und Japans als Taifune, im Golf von Bengalen als Bengalen-Zyklone, im südlichen indischen Ozean als Mauritius-Orkan und an den australischen Küsten als Willy-Willy bezeichnet.

Troposphäre

Unterer Teil der Atmosphäre mit der Obergrenze Tropopause in einer Höhe von 8-9 km (Pole) bis 16-17 km (Äquator). In der Troposphäre spielen sich die wesentlichen Wettervorgänge ab. Sie ist ferner im räumlichen und zeitlichen Mittel durch eine Temperaturabnahme mit der Höhe gekennzeichnet.

Überschwemmung

Engl. flooding, inundation; das Übertreten der üblichen Begrenzungen eines Flusses oder sonstigen Gewässers bzw. die Ansammlung von Wasser in Gegenden, die normalerweise nicht unter Wasser stehen. Zu Überschwemmungen zählen Flusshochwasser (fluviale Überschwemmungen), Sturzfluten, Stadthochwasser, pluviale (starkregenbedingte) Überschwemmungen, das Überlaufen der Kanalisation, Küstenüberflutungen.

Weitere, meist lokal auftretende Überschwemmungen können aus Muren, Schlammlawinen, Rückstau, Grundwasseranstieg, Seenspiegelanstieg, Gletscherwasserausbruch u.a. resultieren.

Upwelling

Englischer Begriff für das Aufströmen von tieferem, gewöhnlich kälterem und dichterem Meerwasser an die Oberfläche mit Schwerpunkten in bestimmten Auftriebsgebieten. In Bereichen mit Upwelling werden beträchtliche Mengen Kohlendioxid an die Atmosphäre abgegeben. Dies ist besonders im äquatorialen Pazifik von Bedeutung, wo 1-2 Gt C/a emittiert werden können. Gleichzeitig sind Auftriebsgebiete durch eine verstärkte Primärproduktion gekennzeichnet.

Der küstennahe Auftrieb kalter und nährstoffreicher Wassermassen vor Peru und Ecuador ist nicht nur für die ansässige Fischerei bedeutend, sondern auch für den globalen Kohlenstoffkreislauf und damit für das Erdklima. Wie sich dieses System in der Vergangenheit entwickelt und verändert hat, untersuchten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des GEOMAR. Die Rekonstruktion zeigte, dass sich der Küstenauftrieb erst mit dem Beginn der jetzigen Warmzeit vor 10.000 Jahren einsetzte und insbesondere seit etwa 4000 Jahren sehr intensiv ist und sich dann kontinuierlich entlang der südamerikanischen Küste nach Norden fortsetzte. Die Studie ist in der internationalen Fachzeitschrift Paleoceanography erschienen.

Kolbenlot-FSMETEOR_DNuernberg-GEOMAR_03_4b9c79cbdf Planktisch lebender Einzeller (Foraminifere) aus den ozeanischen Schlammablagerungen

Bild links: Die Gewinnung von Sedimentbohrkernen aus der Tiefsee erfolgt mit sogenannten Kolbenloten.

Bild rechts: Mikrofossilien wie dieser planktisch lebende Einzeller (Foraminifere), die aus den ozeanischen Schlammablagerungen extrahiert werden, speichern in ihren Kalkschalen die Ozean- und Klimaentwicklung der Vergangenheit. Das Verhältnis bestimmter Isotope in den kalkigen Schalen der Foraminiferen kann sehr genau Auskunft über die vergangenen Temperaturen und Salzgehalte des umgebenden Meerwassers geben. Ähnliche Informationen erbringen die organischen Molekularverbindungen, die von kalkbildenden Algen (Coccolithophoriden) produziert werden.

Für die Rekonstruktionen der Auftriebsverhältnisse bearbeiteten Wissenschaftler Bohrkerne, die vor Peru mit dem deutschen Forschungsschiff METEOR aus Wassertiefen von 300 bis 1000 Metern gewonnen wurden.

Quelle: GEOMAR

Das Wechselspiel zwischen der Meeresoberfläche und dem Klima ist äußerst komplex. Einerseits speichert der Ozean das klimarelevante Kohlendioxid (CO2). Dieser Prozess funktioniert besonders gut bei niedrigen Wassertemperaturen und wenn große Mengen an Plankton CO2 durch Photosynthese binden. Beide Bedingungen sind in Gebieten gegeben, in denen kaltes, nährstoffreiches Wasser aus der Tiefe an die Oberfläche gelangt.

Andererseits können diese Auftriebsprozesse auch alte, CO2-reiche Wassermassen aus der Tiefe an die Ozeanoberfläche transportieren und das Treibhausgas zurück zur Atmosphäre bringen. Auftriebsregionen sind daher ein besonders spannendes Arbeitsgebiet für die Meeresforschung.

Das Beispiel Südwest-Afrika

Upwelling tritt auf, wenn kaltes Tiefenwasser an die Oberfläche verlagert wird. Es kommt typischerweise entlang von Küsten oder entlang des Äquators als Folge des Ekman-Effektes auf. Dank des Gleichgewichts zwischen Windstress und dem Coriolis-Effekt bewirkt die Windströmung über der Ozeanoberfläche auf der Nordhalbkugel eine rechtsgerichtete Ablenkung des Oberflächenwassers und eine solche nach links auf der Südhalbkugel.

Der naheliegendste Weg um Upwellingzonen aufzuspüren, ist die Suche nach außergewöhnlich niedrigen Meeresoberflächentemperaturen.

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Meeresoberflächentemperatur: Kalter Benguela-Strom (SW) - Warmer Agulhas-Strom (SO)

Ein kleiner Test:

In this example we see extensive upwelling along the southwest coast of Africa, shown in deep blue. So, based on the above, from what direction are the prevailing winds blowing?

a) NNW - b) ENE - c) SSE - d) WSW

Feedback: The correct answer is (c) SSE. Because we are looking at the Southern Hemisphere, Ekman surface transport is to the left of the winds. This pushes surface water offshore and deeper water upwells to replace it. Similar upwelling occurs when a southerly wind blows parallel to the west coast of South America or when a wind from the north blows parallel to the California coast. As a reminder, note that meteorologists talk about winds from, while oceanographers discuss currents toward a direction.

In der Grafik sind vor SW-Afrika außer dem Upwelling-Gebiet auch die Auswirkungen des kalten Benguela-Stroms auf die Wassertemperaturen erkennbar und auf der Ostseite des südlichen Afrikas die des warmen Agulhas-Stroms.

Quelle: HYCOM Analysis 13 April 2008 - MetEd / UCAR (Zugang über kostenfreie Registrierung)

In jüngerer Zeit verfolgt man auch ein künstliches Upwelling. Dieses Artificial Upwelling ist eine Technik des Geoengineering, bei der nährstoffreiches, kaltes Tiefenwasser in die Oberflächenschichten des Ozeans gebracht wird. Mit dieser Technologie können verschiedene Zwecke verfolgt werden, wie z. B. Erhöhung der Primärproduktion, Energieerzeugung, CO2-Sequestrierung oder Kühlung.