KLIMA-MEDIA.de Pressespiegel & Infoblog

GEOMAR: Einmaliges Langzeit-Experiment zur Ozeanversauerung mit den Kieler Mesokosmen

Mittwoch 23. Januar 2013 von birdfish

Von Januar bis Juni 2013 treffen sich mehr als 60 europäische Wissenschaftler in Westschweden für ein bislang einmaliges Langzeit-Experiment zur Ozeanversauerung.

Mesokosmen werden verankert Für das Experiment werden die Mesokosmen im Gullmarfjord verankert – Foto: Maike Nicolai, GEOMAR

Um vom Winter bis in den Sommer hinein zu beobachten, wie sich die marine Lebensgemeinschaft in saurerem Wasser entwickelt, setzen sie die Kieler KOSMOS Mesokosmen im Gullmarfjord ein. Die Arbeiten finden unter dem Dach des deutschen Forschungsprojekts zur Ozeanversauerung BIOACID (Biological Impacts of Ocean ACIDification) statt und werden vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel koordiniert.
In den vergangenen zehn Jahren zeigten Forschungsarbeiten, dass die Ozeanversauerung – das Absinken des pH-Werts im Wasser durch die Aufnahme von Kohlendioxid aus der Atmosphäre (CO2) – Meereslebewesen in vielerlei Weise beeinflusst. Labor- und Freiland-Experimente konzentrierten sich dabei vor allem auf einzelne Arten. Ihre Reaktionen auf Ozeanversauerung wurden zumeist in Kurzzeitexperimenten untersucht. Doch wie reagieren komplexe Lebensgemeinschaften auf Ozeanversauerung und können sie sich über längere Zeiträume an die neuen Umweltbedingungen anpassen? Um diesen Fragen nachzugehen, bedarf es aufwendiger, mehrmonatiger Experimente an natürlichen Lebensgemeinschaften. „Durch eine Weiterentwicklung der Kieler KOSMOS Mesokosmen sind nun erstmals echte Langzeitexperimente möglich“, betont Prof. Ulf Riebesell. Der Professor für Biologische Ozeanografie am GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel koordiniert das Projekt BIOACID und die KOSMOS Mesokosmen-Experimente.

Zehn dieser wie überdimensionierte Reagenzgläser im Wasser schwimmenden Konstruktionen setzen die GEOMAR-Forscher nun mit dem Forschungsschiff ALKOR im schwedischen Gullmarfjord aus. Mit ihnen können sie die Reaktionen der Planktongemeinschaft auf die Ozeanversauerung über einen Zeitraum von fünf Monaten verfolgen. In dieser Zeit durchlaufen die zumeist mikroskopisch kleinen Planktonorganismen viele Generationen, und unterschiedliche Artenzusammensetzungen wechseln sich ab“, erklärt Riebesell. „Durch die kurzen Generationszeiten der Planktonorganismen und den schnellen Wandel innerhalb der Lebensgemeinschaft wird es möglich, Anpassungsprozesse in der natürlichen Umgebung zu untersuchen.“ Riebesell und seine Kollegen erhoffen sich dadurch, bessere Vorhersagen über die Langzeitfolgen der Ozeanversauerung treffen zu können.

Ein weiterer Schwerpunkt der Studie liegt in den Auswirkungen der Ozeanversauerung auf die Entwicklung von Fischen. Ändert sich die Lebensgemeinschaft an der Basis der Nahrungskette, so könnte dies Folgen für das gesamte Nahrungsgefüge bis hin zu den Fischen haben. Um dieser Frage nachzugehen, setzen Forscher Herings- und Dorschlarven in den Mesokosmen aus und verfolgen deren Entwicklung in Abhängigkeit vom Grad der Ozeanversauerung. Erste Studien an Dorschlarven zeigen, dass deren Entwicklung auch direkt durch Ozeanversauerung beeinträchtigt werden kann.
Die Wissenschaftler aus Deutschland, Schweden, Finnland, Großbritannien und den Niederlanden haben das Sven Lovén Zentrum für Marine Wissenschaften in Kristineberg als Basis für ihre Arbeiten gewählt. Täglich fahren sie von der Station aus mit kleinen Booten zu den Mesokosmen, um Messungen vorzunehmen und Proben für Laboranalysen zu sammeln. „Die verschiedenen Teams untersuchen die Entwicklung und Produktivität der Planktongemeinschaft, Veränderungen im Nahrungsnetz, in den Stoff- und Energieumsätzen sowie in der Produktion klimaaktiver Gase“, beschreibt Riebesell die Bandbreite der Fragen, die das KOSMOS 2013 Experiment abdeckt. „Insgesamt sind in diesem Jahr 62 Molekular-, Evolutions-, Meeres- und Fischereibiologen, Physiologen, Ökologen, Biogeochemiker und Atmosphärenchemiker beteiligt. Dank unseres fächerübergreifenden Ansatzes und der außerordentlich langen Dauer des Experiments hoffen wir auf grundlegend neue Erkenntnisse.“

Die Wissenschaftler bloggen ab Ende Januar über ihre Arbeiten in Kristineberg. Der ‘KOSMOS 2013′-Blog ist dann auf der Website des Projekts BIOACID zu lesen.

Allgemeine Infos zur Meeresversauerung

Materialien zur Ozeanversauerung

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Ozeanversauerung – Meeresversauerung

Dienstag 22. Januar 2013 von birdfish

Allgemeine Informationen zur Meeresversauerung finden Sie hier im Glossar.

Allgemeine Materialien zum Thema:

Wenn der Ozean sauer wird – Kinderbuch erklärt das Phänomen Ozeanversauerung

Tessi und Tipo

Wie kann die Nordsee sauer sein und auf wen eigentlich? Zwei große Fragen, um die sich Antje Funckes und Konstatin Mewes neues Kinderbuch Tessi und Tipo dreht. In ihm verpacken die Wissenschaftler des Alfred-Wegener-Institutes für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft das sehr aktuelle Wissenschaftsthema Ozeanversauerung in eine Abenteuergeschichte für Groß und Klein.

Die Helden ihres Abenteuers sind die Geschwister Tessi und Tipo, zwei junge Kammerlinge. Die sandkorngroßen Einzeller leben in der obersten Sandschicht des Wattenmeeres und wohnen in einem Gehäuse aus Kalkkammern. Gemeinsam mit Tessi und Tipo erkundet der Leser eine Welt, die für den Menschen sonst nur unter dem Mikroskop sichtbar wird. Die beiden geben ihm einen Einblick in ihr Leben am Meeresgrund und nehmen ihn mit in ihre Kammerling-Schule, wo sie eines Tages Milus kennenlernen. Nach anfänglichem Misstrauen gegenüber dem Fremden, freunden sich Tessi und Tipo mit Milus an. Doch schon bald erkrankt er und sein sonst so glänzendes Gehäuse wird ganz matt und rissig. Die beiden müssen all ihren Mut aufbringen, um schließlich zu erfahren, dass die vom Menschen verursachte Ozeanversauerung eine große Gefahr für Milus und sie selbst darstellt.

Tessi & Tipo: Die Entdeckung der Ozeanversauerung

Das Buch kostet 9,95 EUR und eignet sich ab einem Alter von 8 Jahren.


Diverse Artikel zum Thema Meeresversauerung

Das GEOMAR führt mit den Kieler Mesokosmen ein einmaliges Langzeit-Experiment zur Ozeanversauerung durch.
[zum Artikel vom 23.01.2013]

Französische Wissenschaftler warnen, dass die Versauerung des Mittelmeeres eine Bedrohung für z.B. Korallen und Mollusken (Weichtiere) darstellt und ein Massensterben einsetzt.
[zum Artikel vom 06.09.2011]

In den nächsten einhundert Jahren bleibt ein Großteil des im arktischen Meeresboden eingelagerten Methans stabil. Das austretende Klimagas verstärkt jedoch die Ozeanversauerung – besonders in den bodennahen Wasserschichten, die bisher als weniger gefährdet galten.
[zum Artikel vom 06.05.2011]

Die Kalkalge Emiliania huxleyi transportiert Kohlenstoff in den tiefen Ozean und produziert außerdem ein klimakühlendes Gas. Ein Forscherteam aus deutschen, britischen und norwegischen Instituten untersucht, wie dieser Winzling auf die Ozeanversauerung reagiert und welche Folgen dies für den globalen Klimawandel hat.
[zum Artikel vom 05.05.2011]

Geo-Engineering / Climate Engineering: Die künstlich beschleunigte Verwitterung des Minerals Olivin könnte der Atmosphäre vermehrt Kohlendioxid (CO2) entziehen und der Ozeanversauerung entgegenwirken.
[zum Artikel vom 11.11.2010]

Mehr als 200 Wissenschaftler aus ganz Europa tagen zum Thema Ozeanversauerung auf Einladung des Alfred-Wegener-Instituts für Polar- und Meeresforschung in Bremerhaven.
[zum Artikel vom 29.09.2010]

Riesensprung für die Foschung: Eines der größten europäischen Experimente zu den Folgen der Ozeanversauerung zeigt, dass sich maritime Lebensgemeinschaften mit der Versauerung stark verändern.
[zum Artikel vom 19.07.2010]

Verschiedene Wissenschaftler untersuchen im Rahmen des EPOCA-Projektes die Ozeanversauerung. In einem Experiment untersuchen sie Reaktionen arktischen Ökosystems auf die rapiden Veränderungen der Ozeanchemie.
[zum Artikel vom 4.06.2010]

Greenpeace und IFM Geomar untersuchen mit dem Schiff Esperanza die stärksten Bedrohungen der Arktis – u.a. die Ozeanversauerung.
[zum Artikel vom 17.05.2010]

Seeigel & Co spielen eine größere Rolle im Kohlenstoffkreislauf als bisher angenommen. Zugleich sind sie durch die zunehmende Ozeanversauerung im Bestand gefährdet.
[zum Artikel vom 18.01.2010]

Expertentreffen zur Ozeanversauerung: BIOACID startet. Es ist das weltweit erste nationale Forschungsprogramm zur Ozeanversauerung. Es soll die möglichen Folgen auf marine Ökosysteme abschätzen.
[zum Artikel vom 28.10.2009]

Ein Mega-Treibhauseffekt der Erdgeschichte führte zu globaler Erwärmung, Ozeanversauerung und massenhaftem Artensterben in den Meeren.
[zum Artikel vom 6.10.2009]


Folgen der Ozeanversauerung für Korallen

Wissenschaftler forschten nach Ursachen des Korallensterbens. Hierzu gehören Erosionen an Küsten, Meeresversauerung und Wassererwärmung.
[zum Artikel vom 23.05.2012]

Französische Wissenschaftler warnen, dass die Versauerung des Mittelmeeres eine Bedrohung für z.B. Korallen und Mollusken (Weichtiere) darstellt und ein Massensterben einsetzt.
[zum Artikel vom 06.09.2011]

Das GEOMAR in Kiel hat Mesokosmen entwickelt, mit denen die Meeresversauerung besser untersucht werden kann.
[zum Artikel vom 16.06.2009]


Stand: 01.2013

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Schmelzwassertümpel lassen die arktische Meereisdecke noch schneller schmelzen

Mittwoch 16. Januar 2013 von birdfish

Die arktische Meereisdecke ist im zurückliegenden Jahrzehnt nicht nur geschrumpft, sondern auch deutlich jünger und dünner geworden.

SchmelzwassertümpelSchmelzwassertümpel auf arktischem Meereis – Foto: Stefan Hendricks / AWI

Wo früher meterdickes, mehrjähriges Eis trieb, finden Forscher heute vor allem dünne, einjährige Schollen, die in den Sommermonaten großflächig mit Schmelzwassertümpel bedeckt sind. Meereisphysiker des Alfred-Wegener-Institutes, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) haben nun erstmals die Lichtdurchlässigkeit des arktischen Meereises großflächig vermessen und dabei diese Veränderung in Zahlen fassen können.

Ihr Ergebnis: Überall dort, wo sich Schmelzwasser auf dem Eis ansammelt, dringt viel mehr Sonnenlicht und somit Energie in das Eis ein als an wasserfreien Stellen. Die Folge: Das Eis schmilzt schneller und der Lebensraum im und unter dem Eis erhält mehr Licht. Diese neuen Erkenntnisse haben die Forscher im Fachmagazin Geophysical Research Letters veröffentlicht.

Schmelzwassertümpel zählen zu den Lieblingsmotiven der Eis- und Landschaftsfotografen in der Arktis. Mal schimmern sie in einem verführerischen Karibik-Meerblau, mal liegen sie dunkel wie ein See bei Regenwetter auf der Scholle. „Ihre Farbe hängt ganz davon ab, wie dick das verbleibende Eis unter dem Tümpel ist und wie stark der darunterliegende Ozean durch dieses Eis hindurchscheinen kann. Tümpel auf dickerem Eis sind eher türkis, jene auf dünnem Eis dunkelblau bis schwarz“, sagt Dr. Marcel Nicolaus, Meereisphysiker und Schmelztümpel-Experte vom Alfred-Wegener-Institut.

Er und sein Team haben in den zurückliegenden Jahren bei Expeditionen in die zentrale Arktis auffallend viele Schmelzwassertümpel gesichtet. Nahezu die Hälfte des einjährigen Eises war mit Tümpeln überzogen. Eine Beobachtung, welche die Wissenschaftler auf den Klimawandel zurückführen. „Die Eisdecke des Arktischen Ozeans verändert sich seit einigen Jahren grundlegend. Dickes, mehrjähriges Eis sucht man mittlerweile fast vergebens. Stattdessen besteht die Eisdecke heutzutage zu mehr als 50 Prozent aus dünnem einjährigen Eis, auf dem sich Schmelzwasser besonders großflächig ausbreitet. Ausschlaggebend dafür ist die glattere Oberfläche dieses jungen Eises. Sie erlaubt es dem Schmelzwasser, sich weit zu verteilen und ein Netz aus vielen einzelnen Tümpeln zu bilden“, erklärt Marcel Nicolaus. Das ältere Eis dagegen besäße eine verformte Oberfläche, die im Laufe der Jahre durch die ständige Schollenbewegung und unzählige Zusammenstöße entstanden sei. Auf diesem unebenen Untergrund bildeten sich viel weniger und kleinere Tümpel, die dann jedoch deutlich tiefer seien als die flachen Teiche auf dem jüngeren Eis.

Die steigende Zahl der „Fenster zum Ozean“, wie Schmelztümpel auch genannt werden, warf für Marcel Nicolaus eine grundlegende Forschungsfrage auf: Inwieweit verändern die Tümpel und die abnehmende Eisdicke die Menge des Lichts unter dem Meereis? Immerhin stellt das Licht im Meer – wie auch an Land – die Hauptenergiequelle für die Photosynthese dar. Ohne Sonnenlicht wachsen weder Algen noch Pflanzen. Marcel Nicolaus: „Wir wussten, dass eine Eisscholle mit einer dicken, frischen Schneeschicht zwischen 85 und 90 Prozent des Sonnenlichtes in das Weltall zurückstrahlt und nur wenig in den Ozean durchlassen würde. Im Gegensatz dazu konnten wir davon ausgehen, dass im Sommer, wenn der Schnee auf dem Eis geschmolzen und das Meereis mit Tümpeln bedeckt ist, wesentlich mehr Licht durch das Eis hindurchdringt.“

Um herauszufinden, in welchem Maß arktisches Meereis Sonnenstrahlen passieren lässt und wie groß der Einfluss der Schmelzwassertümpel auf diese Durchlässigkeit ist, statteten die AWI-Meereisphysiker einen ferngesteuerten Tauchroboter (ROV „Alfred“) mit Lichtsensoren und einer Kamera aus. Diesen Roboter schickten sie im Sommer 2011 während einer Arktis-Expedition des Forschungseisbrechers POLARSTERN an mehreren Stationen direkt unter das Eis. Das Gerät erfasste auf seinen Tauchgängen, wie viel Sonnenenergie durch das Eis drang. Und das an insgesamt 6000 Einzelpunkten mit jeweils unterschiedlichen Eiseigenschaften!

Auf diese Weise entstand ein bisher einmaliger Datensatz, dessen Ergebnisse aufhorchen lassen. Marcel Nicolaus: „Das junge dünne Eis mit den vielen Schmelztümpeln lässt nicht nur dreimal mehr Licht passieren als das ältere. Es absorbiert auch doppelt so viel Sonnenstrahlung. Beides bedeutet im Umkehrschluss, dass dieses dünne, von Tümpeln überzogene Eis deutlich weniger Sonnenstrahlen reflektiert als das dicke Eis. Seine Rückstrahlquote liegt bei gerade mal 34 Prozent. Zudem nimmt das junge Eis mehr Sonnenenergie und somit Wärme auf, wodurch sein Schmelzen vorangetrieben wird. Das Eis schmilzt gewissermaßen von innen“ sagt Marcel Nicolaus.

Welches Zukunftsbild lässt sich anhand dieser neuen Erkenntnisse zeichnen? Marcel Nicolaus: „Wir gehen davon aus, dass im Zuge des Klimawandels künftig mehr Sonnenlicht in den Arktischen Ozean gelangen wird – und das insbesondere auch in jenem Teil, der nach wie vor im Sommer vom Meereis bedeckt ist. Der Grund: Je größer der Anteil des einjährigen Eises an der Meereisdecke wird, desto mehr und größere Schmelztümpel werden sich bilden. Diese wiederum führen dazu, dass die Reflexionsfähigkeit des Eises sinkt, die Transmission steigt, das Eis poröser wird, mehr Sonnenstrahlung durch die Schollen dringt und zeitgleich mehr Wärme vom Eis aufgenommen wird. Eine Entwicklung, die das Abschmelzen der gesamten Eisfläche weiter beschleunigen wird.“ Gleichzeitig aber werde den Lebewesen im und unter dem Eis künftig mehr Licht zur Verfügung stehen. Ob und wie diese allerdings mit der neuen Helligkeit zurechtkommen, wird gegenwärtig noch in Zusammenarbeit mit Biologen untersucht.

Originalpublikation
M. Nicolaus, C. Katlein, J. Maslanik, S. Hendricks: Changes in Arctic sea ice result in increasing light transmittance and absorption, Geophysical Research Letters, Volume 39, Issue 24, December 2012, Article first published online: 29 DEC 2012, DOI: 10.1029/2012GL053738

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Wie kalt wird ein Winter in zwei Jahren? Mittelfristige Klimaprognosen sind schwer

Freitag 7. Dezember 2012 von birdfish

Wie gut sind die weltweit wichtigsten Klimamodelle geeignet, um die Wetterbedingungen für das kommende Jahr oder gar Jahrzehnt vorherzusagen?

Das Eis wird weniger
Wie schnell wird das Eis weniger? – Foto: AWI

Die Potsdamer Wissenschaftler Dr. Dörthe Handorf und Prof. Dr. Klaus Dethloff vom Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft (AWI) haben 23 Klimamodelle getestet und ihre Ergebnisse in der aktuellen Ausgabe der internationalen Fachzeitschrift Tellus A veröffentlicht. Ihr Fazit: Der Weg zu verlässlichen regionalen Vorhersagen auf saisonalen und dekadischen Zeitskalen ist noch weit. Keines der getesteten Modelle ist heute schon in der Lage, die wetterbestimmenden Muster von Hoch- und Tiefdruckgebieten so gut vorauszuberechnen, dass die Wahrscheinlichkeit eines kalten Winters oder eines trockenen Sommers verlässlich prognostiziert werden kann.

Wie sich der globale Klimawandel regional und mittelfristig auswirken wird, gehört aktuell zu den wichtigsten Fragen der Klimaforschung. Diese sind Gegenstand nationaler und internationaler Forschungsprogramme und werden auch im nächsten Weltklimabericht eine große Rolle spielen. Denn Gesellschaften, die sich auf klimatische Änderungen einstellen müssen, sollten wissen, welche konkreten Veränderungen auf sie zukommen. Für die Energie- oder Landwirtschaft beispielsweise wäre es ein enormer Gewinn, wenn die mittelfristig vorherrschenden Wetterbedingungen in einer Region einigermaßen verlässlich prognostiziert werden könnten. Vor diesem Hintergrund ist die Vorhersagequalität gängiger Klimamodelle für den Zeitraum von Jahreszeiten bis hin zu einem Jahrzehnt von großer Bedeutung.

Das Wettergeschehen auf der Erde wird ganz wesentlich von großräumigen Zirkulationsmustern der Atmosphäre bestimmt. Ein Beispiel ist die nordatlantische Oszillation. Sie beeinflusst Stärke und Lage der Westwinde über dem Nordatlantik und legt damit die Zugbahnen der Tiefdruckgebiete über Nord- und Mitteleuropa fest. Solche auch als „Telekonnektion“ bezeichneten Zirkulationsmuster sind über die gesamte Erde verteilt und bestimmen die räumliche und zeitliche Verteilung von Hoch- und Tiefdruckgebieten über große Entfernungen hinweg. Wissenschaftler sprechen dabei von der Ausbildung „meteorologischer Aktionszentren“, die das Wetter einer ganzen Region prägen. Im Fall der nordatlantischen Oszillation sind das zum Beispiel die bekannten Wetterzentren „Islandtief“ und „Azorenhoch“.

„Kurzfristige Wettervorhersagen sind mittlerweile sehr verlässlich. Die Probleme für saisonale und dekadische, also mittelfristige Vorhersagen sind die enorme Variabilität und die vielfältigen Rückkopplungseffekte, denen die atmosphärische Zirkulation unterliegt“, erläutert AWI-Meteorologin Dörthe Handorf die besondere Herausforderung für Modellierer. Um die Vorhersagequalität der 23 wichtigsten Klimamodelle zu testen, haben die AWI-Wissenschaftler überprüft, wie gut diese Modelle die großräumigen Zirkulationsmuster der vergangenen 50 Jahre reproduzieren können. Insgesamt wurden 9 bekannte Zirkulationsmuster rückblickend untersucht, vier davon besonders eingehend. Ergebnis: Die räumliche Verteilung atmosphärischer Zirkulationsmuster wird von einigen Modellen bereits sehr gut beschrieben. Wie stark oder schwach Islandtief, Azorenhoch und andere meteorologische Aktionszentren zu einem bestimmten Zeitpunkt der letzten 50 Jahre ausgeprägt waren, die zeitlichen Verteilungsmuster also, konnte allerdings keines der Modelle zufriedenstellend reproduzieren.

„Gegenwärtig arbeiten Klimaforscher in aller Welt daran, die Auflösung ihrer Modelle und die Leistungsfähigkeit von Klimarechnern zu erhöhen“, beschreibt AWI-Forscherin Dörthe Handorf eine naheliegende und wichtige Möglichkeit, um die mittelfristige Vorhersagequalität von Klimamodellen weiter zu verbessern. Dadurch können klimatische Veränderungen räumlich und zeitlich kleinskaliger abgebildet werden. „Es wird aber nicht reichen, die reine Computer-Power zu erhöhen“, o die Potsdamer Wissenschaftlerin, die sich bereits seit 1997 mit Fragen der Klimavariabilität beschäftigt. „Wir müssen weiter daran arbeiten, die grundlegenden Prozesse und Wechselwirkungen in diesem komplizierten System „Atmosphäre“ zu verstehen. Denn auch ein Hochleistungsrechner kommt an seine Grenzen, wenn die mathematischen Gleichungen eines Klimamodells die wirklichen Zusammenhänge nicht exakt genug beschreiben.“

Eine Schlüsselrolle für die Optimierung von Klimamodellen spielt die Arktis. Sie gehört zu den wichtigsten Motoren des Klima- und Wettergeschehens, ist gleichzeitig eine der Regionen, in denen das Klima sich gegenwärtig am stärksten verändert. Gleichzeitig ist der Hohe Norden noch immer so unwirtlich, dass viel zu wenig Daten über die Arktis existieren. Künftige Forschungsarbeiten der Potsdamer Wissenschaftler gehen deshalb in zwei Richtungen. Zum einen entwickeln sie ein Klimamodell, das die oft kleinskaligen, wetterbestimmenden Prozesse in der Arktis besonders gut auflösen kann. Das Projekt namens TORUS wird im Rahmen des Forschungsprogrammes „MiKlip-Mittelfristige Klimaprognosen“ vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert und von Dörthe Handorf koordiniert. Da Modellverbesserungen aber nur möglich sind, wenn umfangreiche Datensätze in hoher Qualität vorliegen, ist für den Zeitraum 2018-2019 eine große internationale Messkampagne in der Arktis geplant. Sie wird den beteiligten Wissenschaftlern einiges abverlangen. Denn Teil der Messkampagne soll eine internationale arktische Driftstation sein, bei der ein Forscherteam im arktischen Winter mehrere Monate mit dem Meereis durchs Nordpolarmeer treibt.

Originalpublikation
Handorf, D. and K. Dethloff: How well do state-of-the-art Atmosphere-Ocean general circulation models reproduce atmospheric teleconnection patterns?, Tellus A, 2012, 64, 19777, (doi: 10.3402/tellusa.v64i0.19777)

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Bisher genauester Beleg für Abschmelzen der Eisschilde: Vermessung der Erderwärmung

Mittwoch 5. Dezember 2012 von birdfish

Seit etwa zwei Jahrzehnten erfassen Wissenschaftler mithilfe von Satellitendaten das Abschmelzen der Eisschilde.

Schmelzwasser Grönland
Schmelzwasser auf Grönland – Foto: Ian Joughin

Wie stark sich das Polareis in Grönland und der Antarktis in dieser Zeit genau verändert hat, war bislang strittig. Unterschiedliche Berechnungsmethoden lieferten widersprüchliche Ergebnisse. Ein internationales Expertenteam, unter anderem von der Technischen Universität München, belegt nun mit den bisher genauesten Satelliten-Daten: Beide Eisschilde schwinden, allerdings unterschiedlich schnell.
Die Forscher zeigen, dass das Abschmelzen des Grönländischen und des Antarktischen Eisschildes den Meeresspiegel seit 1992 weltweit um 11,1 Millimeter anstiegen ließ. Etwa zwei Drittel des Verlustes wurden durch Abschmelzen des Eisschildes auf Grönland verursacht, der Rest stammt aus der Antarktis. Die Studie erschien jetzt in der Zeitschrift Science.

In seinem Klimabericht 2007 ging der Weltklimarat IPCC bei der Entwicklung des Polareises noch von einer großen Bandbreite aus: Ob der Antarktis-Eisschild schrumpft oder wächst, war dabei unklar. Die nun vorgelegten Schätzungen sind dank einer größeren Anzahl an Satellitendaten deutlich genauer: Sie bestätigen, dass sowohl der Antarktische als auch der Grönländische Eisschild an Masse verlieren.

Eisschwund hat sich beschleunigt

Die Studie zeigt zudem, dass die Eisschilde insgesamt immer schneller abschmelzen: Grönland und die Antarktis verlieren heute mehr als dreimal so viel Eis wie in den 90er Jahren. Das entspricht einem jährlichen Anstieg der Meeresspiegel von heute 0,95 mm im Vergleich zu 0,27 mm in den 90er Jahren.

Zudem lässt sich eine unterschiedliche Dynamik bei den Veränderungen beider Polkappen beobachten: Aus den Satellitendaten geht hervor, dass sich der Rückgang des Eisschildes auf Grönland seit Mitte der 90er Jahre fast verfünffacht hat. Im Gegensatz dazu ist die negative Gesamtbilanz in der Antarktis relativ konstant, wobei dort regionale Veränderungen teilweise sehr groß ausfallen.

Was das Gravitationsfeld der Erde verrät

Einen Teil dieser Messergebnisse hat Dr. Martin Horwath vom Institut für Astronomische und Physikalische Geodäsie der Technischen Universität München beigetragen. Um die Veränderung der Eismassen exakt zu bestimmen, nutzt der Geodät Daten über die Änderung der Erdanziehung, die ein Satellitenpaar liefert. Denn die Bahn, auf denen sich die Satelliten bewegen, wird schon von kleinen Unterschieden im Gravitationsfeld der Erde verändert: Nehmen die Eismassen an den Polen im Laufe eines Jahres zu oder ab, äußert sich das in minimalen Bahnstörungen.

Änderungen des Gravitationsfeldes auszuwerten, ist einer von drei Beobachtungsansätzen, die in der Studie verfolgt wurden. Die Forscher konnten diese nun aber auch mit Ergebnissen aus anderen Verfahren zusammenführen, die bisher in Dutzenden von Einzelstudien verwendet wurden. Dazu haben die Wissenschaftler unterschiedliche Messzeiträume und Messgebiete in Übereinstimmung gebracht und die Messungen verschiedener Satellitentypen kombiniert. Unter der Federführung von Prof. Andrew Shepherd (Universität Leeds) und Dr. Erik Ivins (NASA Jet Propulsion Laboratory) wurden Daten von zehn verschiedenen Satellitenmissionen ausgewertet.

Das IMBIE-Projekt (Ice Sheet Mass Balance Inter-comparison Exercise) ist ein Gemeinschaftsprojekt von 47 Wissenschaftlern aus 26 Forschungsinstituten und wurde durch die Europäische Weltraumbehörde ESA und die US-amerikanische Luft- und Raumfahrtbehörde NASA gefördert.

Originalpublikation
Andrew Shepherd et al: A reconciled estimate of ice sheet mass balance, Science, November 2012, doi: 10.1126/science.1228102.

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Klimaforschung: Wurden Projektionen zum Meeresspiegelanstieg unterschätzt?

Donnerstag 29. November 2012 von birdfish

Während die globale Mitteltemperatur in den letzten Dekaden in einer Geschwindigkeit zugenommen hat, die gut mit den Projektionen des Weltklimarats übereinstimmt, ist der Meeresspiegel schneller angestiegen als vorhergesagt.

Den Malediven steht das Wasser bis zum Hals
Den Malediven steht das Wasser bereits bis zum Hals, auch Mega-Städte wie Tokyo kann es treffen – Foto: H. Hoppe / Pixelio

Das geht aus einer Studie hervor, die jetzt im Fachjournal Environmental Research Letters veröffentlicht wurde. Stefan Rahmstorf vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) und seine Kollegen vergleichen darin für den Zeitraum zwischen 1990 und 2011 Projektionen mit tatsächlichen Messdaten. Der schnellere Anstieg des Meeresspiegels könnte darauf hinweisen, dass auch für die Zukunft die Berechnungen vom IPCC zu niedrig sind, so die Wissenschaftler.
Der Anstieg des Meeresspiegels hat potenzielle Auswirkungen für Millionen von Menschen auf der ganzen Welt, von Küstenregionen bis hin zu Megastädten wie Tokio.

„Die globale Temperatur steigt weiterhin in der Geschwindigkeit, die in den letzten zwei Sachstandsberichten des IPCC prognostiziert wurde. Das zeigt erneut, dass die Erwärmung sich nicht verlangsamt hat oder hinter den Projektionen zurückbleibt“, sagt Rahmstorf. Für die Studie haben die Forscher aus Potsdam, dem Laboratoire d’Etudes en Géophysique et Océanographie Spatiales (LEGOS) in Frankreich und Tempo Analytics in den USA fünf gemittelte globale Reihen zu Land- und Ozeantemperaturen mit den Projektionen des IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) verglichen. Um einen möglichst genauen Vergleich zu ermöglichen, wurden von den Forschern dabei auch kurzfristige Temperaturschwankungen durch das El Niño Phänomen, Schwankungen in der Sonnenintensität und Vulkanausbrüche berücksichtigt. Die Ergebnisse bestätigen, dass die in den 1960er und 1970er Jahren von Wissenschaftlern als Konsequenz steigender Treibhausgaskonzentration prognostizierte Erderwärmung sich mit einer unverminderten Geschwindigkeit von 0,16 Grad Celsius pro Dekade fortsetzt und damit den Vorhersagen des IPCC entspricht.

Die Analyse der Daten zum Meeresspiegelanstieg ergab dagegen ein anderes Bild. Wie die neue Studie zeigt, steigen die Ozeane 60 Prozent schneller als nach der mittleren Prognose des Weltklimarats in seinen beiden letzten Sachstandsberichten. Die Forscher verglichen diese früheren Vorhersagen mit Satellitenmessungen des Meeresspiegelanstiegs. Satelliten haben global eine deutlich bessere Abdeckung als Pegelstationen und können durch die Nutzung von Radarwellen und ihrer Reflektion von der Meeresoberfläche den Anstieg exakt messen. Während der IPCC einen Meeresspiegelanstieg mit 2 mm pro Jahr ab dem Jahr 1990 prognostizierte, zeichneten Satellitendaten einen Anstieg von 3,2 mm pro Jahr auf. Dass nur ein vorübergehender Eisverlust von den Eisschilden Grönlands oder der Antarktis oder andere interne Schwankungen im Klimasystem für die erhöhte Geschwindigkeit des Meeresspiegelanstiegs verantwortlich sind, ist der Studie zufolge unwahrscheinlich. Die Anstiegsrate des Meeresspiegels korreliert eng mit der Zunahme der globalen Mitteltemperatur.

„Im Unterschied zur Physik der globalen Erwärmung selbst ist der Meeresspiegelanstieg deutlich komplexer. Es ist wichtig immer wieder zu prüfen, wie gut frühere Prognosen mit dem seither beobachteten tatsächlichen Verlauf übereinstimmen, um künftige Projektionen zu verbessern“, sagt Rahmstorf. „Die neuen Erkenntnisse unterstreichen, dass der IPCC keineswegs alarmistisch ist, sondern in einigen Fällen sogar die Klimarisiken unterschätzt hat“.

Originalpublikation

Rahmstorf, S., Foster, G., Cazenave, A. (2012): Comparing climate projections to observations up to 2011. Environ. Res. Lett. 7 044035 [DOI:10.1088/1748-9326/7/4/044035]

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Klimawandel hat Europa bereits spürbar verändert – Lebensräume und Arten bedroht

Donnerstag 29. November 2012 von birdfish

Der Klimawandel hat umfangreiche Auswirkungen auf Gesellschaft und Umwelt in ganz Europa.

Natterwurz-Perlmutterfalters
Der Natterwurz-Perlmutterfalter wird zu den Verlierern des Klimawandels gehören – Foto: Albert Vliegenthart

Zu diesem Ergebnis kommt eine jetzt veröffentlichte Studie der Europäischen Umweltagentur (EEA), die mit potenziellen Schäden in beträchtlicher Höhe rechnet und daher Mitgliedstaaten aufruft, mehr für die Anpassung zu tun.
Mit drastischen Auswirkungen rechnen die Forscher auch für die Artenvielfalt. Ein Fünftel der Lebensräume und jede zehnte europäische Art sind durch den Klimawandel bedroht.
Der Klimawandel schreitet so schnell voran, dass viele Arten nicht mithalten können. Das ist vor allem dort der Fall, wo die Landschaft fragmentiert wurde und Lebensräume nicht mehr miteinander verbunden sind, so Kernaussagen des Kapitels „Terrestrische Ökosysteme und Biodiversität“, für das die Leitautorenschaft am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) lag.

Im Rahmen eines Topic Center für die Europäische Umweltagentur (EEA) hat das UFZ zum Bericht „Klimawandel, Auswirkungen und Gefährdung in Europa 2012“ beigetragen. „Die sorgfältige Auswahl und Bewertung der zugrundeliegenden Indikatoren von arktischem Meereis über Dürren bis hin zur Verbreitung von Tier- und Pflanzenarten war eine große Herausforderung“, sagt Dr. Andreas Marx vom Mitteldeutschen Klimabüro am UFZ.

Feuchtgebiete wie Moore und Sümpfe sind inzwischen nicht nur durch die Landnutzung, sondern auch durch den Klimawandel die gefährdetsten Lebensraumtypen. Während es viele kälteliebende Arten zunehmend schwerer haben und versuchen, nach Norden oder in höher gelegene Gebiete auszuweichen, werden vor allem wärmeliebende Insekten zu den Gewinnern zählen – mit Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit. Neben den Gefahren durch Hitzewellen wird vor allem die Übertragung von bestimmten Krankheiten an Bedeutung gewinnen. Beispielsweise ermöglicht der Klimawandel Zecken wie dem Gemeinen Holzbock (Ixodes ricinus), der Zeckenborreliose und Frühsommer-Meningoenzephalitis (FSME) überträgt, weiter im Norden zu leben. Eine weitere Erwärmung begünstigt auch die Ausbreitung von krankheitsübertragenden Mücken und Sandmücken. Die Pollensaison wird länger und stellt sich 10 Tage früher ein als vor 50 Jahren, was ebenfalls Folgen für die menschliche Gesundheit haben wird. Die Land- und Forstwirtschaft wird die verlängerte Brutzeit von wärmeliebenden Insekten zu spüren bekommen. So werden beispielsweise Insekten wie der Borkenkäfer zusätzliche Generationen innerhalb eines Jahres bilden können.
In dem Report sind zahlreiche Studien ausgewertet, die eine Vielzahl von Veränderungen bei den Eigenschaften von Pflanzen und Tieren ermittelt haben. Beispielsweise blühen Pflanzen im Schnitt zwischen zwei und vier Tagen pro Jahrzehnt früher, und auch die Blüte von Phytoplankton und Zooplankton im Süßwasser beginnt eher im Jahr.

Jüngsten Szenarien zufolge werden sich Ende des 21. Jahrhunderts die Lebensräume vieler Pflanzenarten einige hundert Kilometer nordwärts verschoben haben. Dies bedeutet auch, dass die Wälder im Süden zurückgehen und sich im Norden ausdehnen, sowie, dass über die Hälfte der Gebirgspflanzenarten vom Aussterben bedroht sind. „Die meisten gebietsfremden Pflanzenarten stammen aus wärmeren Regionen der Erde und werden daher vom Klimawandel profitieren. Damit werden die Risiken durch invasive Arten verschärft“, erklärt Dr. Ingolf Kühn vom UFZ.

Die Tierarten wandern mit der Temperatur ebenfalls mit: im Schnitt pro Jahrzehnt elf Meter in den Gebirgen nach oben sowie 17 Kilometer nach Norden. Eine drei Grad Celsius wärmere Welt würde im Jahr 2100 bedeuteten, dass sich das Verbreitungsgebiet der Brutvogelarten um 550 Kilometer nach Nordosten verschoben, aber auch um ein Fünftel verkleinert haben wird. Die Besiedlung neuer Lebensräume setzt aber nicht nur voraus, dass die Arten dorthin kommen, sondern dort zum Beispiel auch Nahrung vorfinden. „Gerade für Spezialisten wie bestimmte Schmetterlingsarten, deren Raupen sich an einzelne Futterpflanzen angepasst oder auf die Hilfe bestimmter Ameisenarten angewiesen sind, stehen die Chancen schlecht, diese Wanderung zu schaffen“, befürchtet Dr. Oliver Schweiger vom UFZ. Bei starken CO2-Emissionen und Temperaturanstieg könnte 2080 bereits ein Viertel der Schmetterlingsarten über 95 Prozent ihrer Lebensräume verloren haben und drei Viertel der Schmetterlingsarten über die Hälfte der Lebensräume.
Die direkten Auswirkungen des Klimawandels auf einzelne Arten werden zudem durch die Unterbrechung von zwischenartlichen Beziehungen, zum Beispiel in den Nahrungsketten, verstärkt werden. Neben dem ethischen Verlust, dass die kommenden Generationen Tier- und Pflanzenarten nicht mehr erleben werden, die für ihre Eltern und Großeltern noch selbstverständlich waren, drohen auch Verluste für die Volkswirtschaften, deren Dimension noch nicht abzuschätzen sind. Schließlich ist die Vielfalt an unterschiedlichen Arten auch eine Art „kollektive Lebensversicherung“. So hat es die EU in ihrer „Biodiversitätsstrategie 2020“ genannt.

Der Bericht „Klimawandel, Auswirkungen und Gefährdung in Europa 2012“ zeigt zudem, dass in Europa die Durchschnittstemperaturen angestiegen sind und die Niederschläge in den südlichen Regionen zurückgehen, während sie im nördlichen Europa zunehmen. Die Eisdecke auf Grönland, das Meereis in der Arktis und zahlreiche Gletscher in Europa schmelzen, Schneedecken schwinden und viele ehemalige Dauerfrostböden tauen zeitweise auf.
Extreme Wetterereignisse wie Hitzewellen, Fluten und Dürre führten in Europa während der vergangenen Jahre zu Schäden in steigender Höhe. Obwohl zusätzliche Nachweise erforderlich sind, um den Beitrag des Klimawandels im Rahmen dieses Trends zu verstehen, ist die zunehmende menschliche Aktivität in den gefährdeten Gebieten ein Schlüsselfaktor. Es wird erwartet, dass der künftige Klimawandel diese Gefährdung verstärkt, da davon ausgegangen wird, dass extreme Wetterereignisse intensiver und häufiger auftreten. Wenn sich die europäischen Nationen nicht anpassen, werden die durch die Schäden verursachten Kosten laut dem Bericht weiter steigen.
Bestimmte Regionen sind weniger in der Lage, sich an den Klimawandel anzupassen, als andere, was dem Bericht zufolge teilweise auf die wirtschaftlichen Unterschiede in Europa zurückzuführen ist. Die Auswirkungen des Klimawandels könnten diese Ungleichheiten verschärfen.
Jacqueline McGlade, die Direktorin der Europäische Umweltagentur (EEA), sagte in diesem Zusammenhang: „Der Klimawandel ist weltweit eine Realität, und das Ausmaß und die Geschwindigkeit dieses Wandels zeichnen sich immer deutlicher ab. Dies bedeutet, dass alle Bereiche der Wirtschaft und auch die Haushalte sich anpassen und die Emissionen reduziert werden müssen.“

Der Bericht soll das volle Ausmaß der Auswirkungen des Klimawandels in Europa aufzeigen. Er bildet zudem eine Grundlage für die Anpassungsstrategie der Europäischen Kommission, die im März 2013 zur Veröffentlichung vorgesehen ist. Darüber hinaus wird die EEA die Strategie mit einer Bewertung einer Auswahl von Anpassungsmaßnahmen in Europa unterstützen, die Anfang 2013 veröffentlicht werden soll.

Originalpublikation
European Environment Agency: Climate change, impacts and vulnerability in Europe 2012. ISBN 978-92-9213-346-7
doi:10.2800/66071
Der Gesamtbericht(engl.)

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Klimaforschung: Neue Methode ermöglicht einen besseren Ausblick in die Zukunft

Mittwoch 28. November 2012 von birdfish

Eine der großen Fragen der Klimawissenschaften ist, um wie viel Grad Celsius die globale Temperatur steigt, wenn sich die Konzentration von Kohlendioxid in der Atmosphäre verdoppelt.

Eisbohrkern aus der Antarktis
Eisbohrkern auf Dome Concordia – Foto: S. Kipfstuhl, AWI

Viele Wissenschaftler blicken dafür in die Vergangenheit, denn sie verrät, wie die Natur ohne den Einfluss des Menschen auf Klimaveränderungen reagiert hat. Die vielfältigen Forschungsergebnisse erschwerten es Wissenschaftlern bisher, genaue Vorhersagen darüber zu treffen, wie sich der Kohlendioxidanstieg auf die zukünftige Erwärmung auswirkt.

Ein internationales Forscherteam hat deshalb die vorhandenen Resultate ausgewertet, kategorisiert und mit einer eindeutigen Terminologie versehen. Dieses Vorgehen soll helfen, die Bandbreite an Ergebnissen einzugrenzen und den Vergleich zwischen vergangenen Klimaveränderungen und den Prognosen über den zukünftigen Temperaturanstieg zu verbessern. Ihre neue Methode stellt die Gruppe in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Nature vor.

Die Forschungsgruppe hat Ergebnisse aus über 20 Studien zusammengefasst, klassifiziert und verglichen, um eine mögliche Vorhersage über den zukünftig zu erwartenden globalen Temperaturanstieg zu treffen. In diesen, als Paläostudien bezeichneten, Arbeiten hatten Wissenschaftler versucht, die so genannte Klimasensitivität rückblickend mit Hilfe von Daten aus beispielsweise Eisbohr- oder Sedimentkernen zu rekonstruieren. Klimasensitivität ist eine wichtige Größe in der Klimawissenschaft. Sie beschreibt, wie die Durchschnittstemperatur auf der Erdoberfläche auf Veränderungen im Klimasystem reagiert. Konkret steht ihr Wert für den globalen Temperaturanstieg, den Klimamodelle berechnen, wenn sich der Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre verdoppelt. Den Anfangswert der Modelle bildet dabei die Kohlendioxidkonzentration aus der vorindustriellen Zeit.

Das Team stand nun vor der Herausforderung, die zusammengetragenen Studien zu vergleichen. Jede Studie sprach zwar von „Klimasensitivität“, aber nicht alle berücksichtigten dieselben Faktoren. „Wir mussten also zunächst die verschiedenen Annahmen und Unsicherheiten herausarbeiten. Welche Studie berücksichtigte ausschließlich Kohlendioxid, welche beachtete zusätzlich andere Treibhausgase, wie zum Beispiel Methan, oder den Rückstrahleffekt, die sogenannte Albedo, von Eisflächen? Erst dann konnten wir die Daten vergleichen. Zusätzlich haben wir exemplarisch für einen Datensatz berechnet, welche Klimasensitivität wir bekommen, wenn wir beispielsweise nur Treibhausgase wie Kohlendioxid berücksichtigten, oder zusätzlich auch die Albedo“, erläutert Dr. Peter Köhler, Klimawissenschaftler am Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft und einer der Hauptautoren der neuen Veröffentlichung.

Mit Hilfe ihrer neuen Methode konnte die Forschergruppe am Ende zehn unterschiedliche Arten der Klimasensitivität unterscheiden. In einem zweiten Schritt legte sie dann für diese eine eindeutige Terminologie und konkrete Definitionen fest. Die neue Kategorisierung soll verhindern, dass Forscher in Zukunft unter dem Begriff Klimasensitivität eine weite Bandbreite an Ergebnissen zusammenfassen, denen unterschiedliche Annahmen zugrunde liegen. „Idealerweise erkennt man schon beim ersten Blick auf eine Studie, welche Art der Klimasensitivität hier ermittelt wurde. Man soll also schon anhand der verwendeten Bezeichnung erkennen, welche Faktoren die Wissenschaftler als treibende Kräfte der Temperaturveränderung betrachtet haben. Mit unserer Terminologie geben wir einen konzeptionellen Rahmen, die Klimasensitivität anhand vergangener Klimazustände zu berechnen. Wir hoffen, dass dieser dabei hilft, Vorhersagen über zukünftige Klimaveränderungen besser zu bewerten“, erklärt der Klimawissenschaftler.

Diese Arbeit ist ein wichtiges Ergebnis der Klimawissenschaften. Sie fasst erstmals zusammen, wie Wissenschaftler bisher die Klimasensitivität mittels Daten der vergangenen 65 Millionen Jahre rekonstruiert und welche Annahmen sie hierzu veröffentlicht haben. Darüberhinaus belegt sie, dass die Klimaprognosen, die in den Berichten des Weltklimarates IPCC zusammengefasst sind, mit jenen Ergebnissen übereinstimmten, die aussagen wie die Natur im Laufe der Erdgeschichte auf Klimaveränderungen reagiert hat.

Ein Ziel hat das Forschungsteam allerdings noch nicht erreicht. „Wir hatten gehofft, die Werte der aktuell angenommen Klimasensitivität einschränken zu können. In seinem letzten Bericht ging der Weltklimarat IPCC davon aus, dass die globale Temperatur um 2,1 Grad Celsius bis 4,4 Grad Celsius ansteigt, wenn sich der Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre gegenüber den Werten aus der vorindustriellen Zeit verdoppelt. Dies ist auch die Bandbreite, in der sich die von uns zusammengefassten Klimasensitivitätswerte momentan bewegen“, sagt Dr. Peter Köhler.

Um genauere Werte zu erhalten, müssten weitere Fragen geklärt werden. Die Wissenschaftler wissen zum Beispiel, dass die Klimasensitivität davon abhängt, welches Hintergrundklima vorherrscht. Also ob man zu einer bestimmten Zeit von einer Eis- oder Warmzeit sprechen konnte. Doch wie genau sich dieses Hintergrundklima auf die Klimasensitivität auswirke, müsse noch geklärt werden. Der Klimawissenschaftler hofft, dass der in dieser Studie eingeführte konzeptionelle Rahmen die Forschung hierin vorantreibe.

Die Publikation entstand im Rahmen eines dreitägigen Workshops an der Königlich-Niederländischen Akademie der Wissenschaften in Amsterdam, an dem letztes Jahr über 30 Wissenschaftler teilnahmen.

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