Externe Klimaantriebe und regionaler Meeresspiegelanstieg

Der Anstieg des globalen Meeresspiegels ist eines der deutlichsten Anzeichen des Klimawandels. Die Hauptursachen des Anstiegs liegen in der Erwärmung der Ozeane und der damit verbundenen Ausdehnung des Meerwassers, sowie im Abschmelzen von Gletschern und Eisschilden. Es sind jedoch die regionalen Meeresspiegelveränderungen, die für die Bevölkerung entlang der Küsten Konsequenzen haben werden und deswegen von großem Interesse sind. Regionale Veränderungen im Meeresspiegel weichen mitunter stark vom globalen Mittel ab um sie zu verstehen, sind aufwendige Simulationen mit zahlreichen Klimamodellen nötig. Diese bilden, zusammen mit Abschätzungen zur zukünftigen Entwicklung vom Emissionen (Szenarien), die Grundlagen für Projektionen u.a. des Meeresspiegels. Szenarien beinhalten dabei z.B. den zu erwartenden menschgemachten Ausstoß von Treibhausgasen und Aerosolen sowie Veränderungen in der Landnutzung und der Konzentration von Ozon in der Atmosphäre. All diese sogenannten Antriebe können natürlich nicht exakt vorhergesagt werden. Aus diesem Grunde ist es wünschenswert eine möglichst große Anzahl an Szenarien durchzuspielen - eine kostspielige und zeitaufwendige Angelegenheit. Bisherige Forschungsergebnisse zeigen jedoch, daß regionale Meeresspiegelveränderungen einem bestimmten räumlichen Muster folgen, dessen Stärke z.B. mit Veränderungen der globalen Lufttemperatur skaliert werden kann eine Variable, die sich recht leicht modellieren lässt. Für Kommunen in betroffenen Küstenregionen ergäbe sich damit die Möglichkeit, relativ einfach und billig Projektionen für eine Vielzahl möglicher Szenarien zu rechnen und die Ergebnisse z.B. für Städteplanung zu nutzen und frühzeitig auf zu erwartende Meeresspiegelanstiege zu reagieren. Zunächst ist es jedoch wichtig zu verstehen, wie es zu diesen räumlichen Mustern kommt, ob sie robust sind, und welche physikalischen Prozesse ihnen zugrunde liegen. Diesen Fragen widmen wir uns in unserem Forschungsprojekt. Dazu untersuchen wir mit Hilfe zahlreicher bereits vorhandenen Modellsimulationen des Klimas der letzten 150 Jahre, wie die verschiedenen Antriebe den regionalen Meeresspiegel beeinflussen. Wie ist das möglich? Man kann beispielsweise den Einfluss von Vulkanausbrüchen oder Treibhausgasemissionen auf das Klima (und damit den Meeresspiegel) abschätzen, indem man Klimamodelle jeweils nur mit diesen Faktoren antreibt und alle weiteren Antriebe ignoriert. Unser Ziel ist es, jedem Antrieb und jedem Beitrag (z.B. Erwärmung der Ozeane oder Gletscher) ein bestimmtes räumliches Muster zuzuordnen und zu untersuchen, wie diese Muster entstehen und wie sie von der Stärke des Antriebs abhängen. Die Antrieb-spezifischen Muster können dann genutzt werden, um unter Umgehung zusätzlicher Klimasimulationen die Veränderungen des regionalen Meeresspiegels ganz einfach für viele verschiedene Szenarien zuverlässig abzuschätzen.

Der weltweite Anstieg des Meeresspiegels ist eines der deutlichsten Anzeichen für Klimaerwärmung. Hauptursachen für den Anstieg des Meeresspiegels sind die Erwärmung der Ozeane und die daraus resultierende thermische Ausdehnung sowie das Abschmelzen der Gletscher und Eisschilde. Es sind jedoch die regionalen Veränderungen des Meeresspiegels, die gravierende Folgen für die Küstenbevölkerung, die Infrastruktur und die Wirtschaft haben und daher von großem Interesse sind. In diesem Forschungsprojekt untersuchten wir den Einfluss vergangener klimatischer "Antriebsfaktoren" auf den globalen und regionalen Meeresspiegelanstieg. Unter "Antriebsfaktoren" verstehen wir die natürlichen und anthropogenen (vom Menschen verursachten) Prozesse, die das Klima beeinflussen, wie Vulkanausbrüche, Sonnenaktivität, Aerosole, Landnutzungsänderungen und Treibhausgase. Wir haben neue Methoden entwickelt, die es uns ermöglichen, anhand von Beobachtungen und numerischen Modellen die einzelnen Einflussfaktoren und Komponenten des Meeresspiegelanstiegs voneinander zu trennen. Wir fanden heraus, dass der menschliche Einfluss auf den Meeresspiegelanstieg, der sich im 20. Jahrhundert als dominant erwiesen hat, für alle Ozeanbecken in fast allen Breitengraden nachweisbar ist, sogar über die kürzere Zeitskala der Satellitenära (1993-2015). Dies ist von Bedeutung, denn es bedeutet, dass der erzwungene Trend stärker ist als die jährliche Variabilität. Wir haben uns dann auf Gletscher und Eiskappen konzentriert, die in den letzten 100 Jahren den Hauptbeitrag des Landeises zum Anstieg des Meeresspiegels geleistet haben, und wir weisen zum ersten Mal darauf hin, dass sie auch in den letzten 2000 Jahren der wichtigste Faktor für Veränderungen waren. Auf der Grundlage dieser neuen Erkenntnisse haben wir aktualisierte Projektionen der künftigen Veränderungen des Meeresspiegelanstiegs im 21. Jahrhundert für eine Vielzahl von Klimaszenarien erstellt. Unsere Ergebnisse sind in den jüngsten sechsten Sachstandsbericht des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaänderungen (IPCC) eingeflossen, der im Jahr 2021 veröffentlicht wurde.