Oberflächenwasser in den Ozeanen ungewöhnlich warm

 

• Oberflächentemperaturen des Wassers im Atlantik und im Pazifik seit Monaten außergewöhnlich hoch

 

• vor allem im Nordatlantik weitgehend unklar, wie groß der Einfluss verschiedener Faktoren ist

 

• Fachleute: Beobachtungen werfen viele Fragen auf; Europa könnte ein Hitzesommer bevorstehen

 

Das Oberflächenwasser in den Ozeanen ist seit Mitte März im globalen Mittel so warm wie noch nie, im Nordatlantik so warm wie noch nie zu dieser Jahreszeit [I]. Schnell gab es erste erstaunte und durchaus auch beunruhigte Meldungen von Klimaforschenden, die die Intensität dieser Anomalie kommentierten. Während die Temperaturmuster im Pazifik noch weitgehend mit dem gerade beginnenden El Niño im Einklang scheinen [II], sind mögliche Erklärungen für die vor allem in den subtropischen Bereichen des Nordatlantiks hohen Temperaturen komplexer und weniger bis nicht verstanden.

Sowohl die Intensität als auch die räumliche Ausdehnung und der Zeitpunkt des Phänomens sind überraschend. Möglich scheint, dass sich in diesem Jahr mehrere Effekte überlagern, die jeder für sich einen Temperaturanstieg des Oberflächenwassers verursachen können. Es wird aber auch diskutiert, inwiefern sich hier bisher möglichweise unbekannte Rückkopplungseffekte zeigen, die so nicht oder noch nicht erwartet wurden.

Das SMC hat daher Expertinnen und Experten gefragt und um Einordnung gebeten, inwiefern das Ereignis außergewöhnlich, aber dennoch mit interner Variabilität erklärbar sein könnte, welche Erklärungsansätze zielführend beziehungsweise unwahrscheinlich sind und welche Entwicklungen für die kommenden Wochen und Monate denkbar sind.

 

• Prof. Dr. Dietmar Dommenget, Professor an der School of Earth, Atmosphere and Environment, Faculty of Science, Monash University, Melbourne, Australien

 

• Dr. Till Kuhlbrodt, Wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Arbeitsgruppe Ozeanographie, Department of Meteorology, National Centre for Atmospheric Science, University of Reading, Vereinigtes Königreich

 

• Prof. Dr. Johanna Baehr, Professorin, Leiterin Klimamodellierung, Centrum für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit (CEN), Universität Hamburg

 

• Prof. Dr. Stefan Rahmstorf, Leiter des Forschungsbereiches Erdsystemanalyse, Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK), Potsdam, und Professor für Physik der Ozeane, Institut für Physik und Astronomie, Universität Potsdam

 

• Prof. Dr. Nicolas Gruber, Leiter des Instituts für Biogeochemie und Schadstoffdynamik, Department Umweltsystemwissenschaften, Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETHZ), Zürich, Schweiz

 

Statements

Prof. Dr. Dietmar Dommenget

Professor an der School of Earth, Atmosphere and Environment, Faculty of Science, Monash University, Melbourne, Australien

„Die Oberflächentemperaturen der Meere (SST; Sea Surface Temperature) sind auf Rekordniveau und werden wohl auch im Laufe des Jahres weiter auf Rekordniveau bleiben. Das ist durch den anthropogen Klimawandel nicht unerwartet, wird aber durch natürliche Klimaschwankungen im tropischen Pazifik – Übergang von La Niña zu El Niño – besonders dieses Jahr verstärkt. Unabhängig davon kommen auch noch ungewöhnlich hohe Oberflächentemperaturen im Nordatlantik hinzu, die durch unterschiedliche natürliche und anthropogene Faktoren angeheizt werden.“

Auf die Frage, inwiefern ein derartiges Ereignis in der Mitte der ersten Hälfte des Jahrhunderts in Klimamodellen möglich schien:
„In der traurigen Realität des anthropogen Klimawandels ist hier im globalen Bild nichts Ungewöhnliches und es passt im Großen und Ganzen zu den Erwartungen der Klimastudien. Die sehr warmen Oberflächentemperaturen im Nordatlantik sind aber schon sehr ungewöhnlich und werden wohl durch eine Reihe von Faktoren verursacht. Der tropische Pazifik hat sich eigentlich in den zurückliegenden Jahrzehnten ungewöhnlich wenig erwärmt und ist erstaunlicherweise viel häufiger in La Niña-Phasen (kalt) als in den von Klimamodellen vorhergesagten El Niño-Phasen (warm).“

Auf die Frage, welche Erklärungen zielführend sein könnten:
„Man kann ausschließen, dass die relativ warmen globalen Oberflächentemperaturen des Wassers oder auch im Nordaltantik allein durch natürliche Schwankungen entstanden sind. Die Wahrscheinlichkeit ist praktisch null. Ein Großteil der ungewöhnlich warmen Oberflächentemperaturen dieses Jahres im Vergleich zu den vergangenen paar Jahren ist im Wesentlichen auf den – wahrscheinlich zumeist – natürlichen Übergang von La Niña zu El Niño zurückzuführen. Im Nordatlantik ist die Situation generell komplexer, aber es scheint, dass hier verminderte Konzentrationen von natürlichen und anthropogen erzeugten Aerosolen (Staub) zu den ungewöhnlich warmen Oberflächentemperaturen in diesem Jahr beigetragen haben. Rückkopplungsprozessen des Klimasystems sind immer Teil von Klimaveränderungen, aber ich kann hier noch keine Anzeichen erkennen, dass außergewöhnliche Rückkopplungsprozesse aktiv sind.“

Auf die Frage, welche Entwicklungen in den kommenden Wochen und Monaten denkbar sind:
„Es wird wahrscheinlich eines der global wärmsten Jahre seit Beginn der Temperaturmessung werden. Die warmen Oberflächentemperaturen der Meere werden zu noch stärkeren Erwärmungen – etwa 30 bis 50 Prozent – der kontinentalen Oberflächentemperaturen führen, da das kontinentale Klima sehr sensibel auf die Oberflächentemperaturen der Meere reagiert. Es ist wahrscheinlich – um die 50 Prozent –, dass sich zum Ende des Jahres ein El Niño-Ereignis entwickelt, das möglicherweise – etwa 10 Prozent – sogar ein starkes Ereignis sein könnte. Dies würde mit sehr großer Wahrscheinlichkeit zu noch mehr Wärmerekorden führen und auch das nächste Jahr zu einem der wärmsten Jahre seit Beginn der Temperaturmessung machen.“

Dr. Till Kuhlbrodt

Wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Arbeitsgruppe Ozeanographie, Department of Meteorology, National Centre for Atmospheric Science, University of Reading, Vereinigtes Königreich

„Die Oberflächentemperatur-Anomalien, die zurzeit in verschiedenen Ozeanregionen beobachtet werden, sind außergewöhnlich und unerwartet hoch. Der Nordatlantik ist im Moment 1,1 Grad wärmer als im Durchschnitt der vergangenen 40 Jahre, und selbst das wärmste von diesen 40 Jahren lag nur 0,55 Grad über dem Mittel. In anderen Worten: Die jetzige Erwärmung ist doppelt so hoch wie das wärmste Jahr zuvor. Daher liegt sie deutlich außerhalb dessen, was man erwarten würde.“

„Neben der Erwärmung der Meeresoberfläche im Pazifik, die ein Signal des beginnenden El Niño ist, ist zurzeit die Oberflächentemperatur im Weddellmeer vor der Küste der Antarktis ebenfalls außergewöhnlich hoch. Im beginnenden Winter der Südhemisphäre führt das dazu, dass die Eisbedeckung des Südlichen Ozeans außergewöhnlich gering ist. Ähnlich wie oben für die Oberflächentemperatur im Atlantik beschrieben, ist die Ausdehnung des Meereises zurzeit so gering, dass sie deutlich außerhalb dessen liegt, was in den vergangenen 40 Jahren beobachtet wurde. Auch die globale Ausdehnung des Meereises ist deutlich außerhalb der Schwankungsbreite der zurückliegenden 40 Jahre.“

„Es lohnt sich, auch kurz auf die räumliche Gestalt der Erwärmung der Oberflächentemperatur im Atlantik zu schauen. Soweit wir bisher wissen, ist sie vor allem im östlichen Atlantik ausgeprägt, also vor den Küsten Europas und Afrikas.“

„Mich würde interessieren, ob man in Ensemble-Simulationen – mit Klima- oder Erdsystem-Modellen – der globalen Aufheizung Ensemble-Mitglieder finden kann, die eine solche überraschend extreme Erwärmung zeigen, mit einer vergleichbaren räumlichen Gestalt. Das würde uns eine Einschätzung der Wahrscheinlichkeit für eine solches Extremereignis geben.“

„Ich halte das gleichzeitige Aufkommen von extremer Erwärmung in verschiedenen Ozeanregionen für besorgniserregend. Ich glaube nicht, dass wir zurzeit verstehen, warum dies geschieht. Mögliche Prozesse, die zur Erwärmung der Oberflächentemperatur beitragen, könnten sein:

 

• Der beginnende El Niño. El Niños und La Niñas haben allerdings gewöhnlicherweise im pazifischen Großraum das stärkste Signal. Ein starker, robuster Zusammenhang mit einer Erwärmung im Nordatlantik und im Weddellmeer ist bisher nicht bekannt.

 

• Schwächere östliche Winde aus der Sahara. Diese transportieren Wüstenstaub auf den offenen Atlantik. Die Staubpartikel (Aerosole) haben einen kühlenden Effekt in den unteren Luftschichten. Diese Winde sind zurzeit recht schwach und somit auch der kühlende Effekt.

 

• Geringe Abgasemissionen von Schiffen. Seit einigen Jahren nutzen viele Schiffe im transatlantischen Verkehr fossile Brennstoffe, die weniger Schwefel in den Abgasen enthalten. Damit sind weniger Aerosole in der unteren Atmosphäre, sodass wie beim Staub aus der Wüste ein kühlender Effekt wegfällt. Allerdings wurden diese Emissionen über Jahre nach und nach reduziert, was daher nicht unbedingt die plötzliche extreme Erwärmung erklärt.

 

• Eine Abschwächung der Ozeanzirkulation im Atlantik als großräumige Reaktion auf die globale Aufheizung. Diese liegt im Bereich des Möglichen – allerdings müsste man untersuchen, ob das Signal einer solchen Abschwächung mit der beobachteten Erwärmung im Weddellmeer zusammenpasst.“

 

„Eine Frage, die mich beschäftigt, ist: Was passiert zurzeit unterhalb der Meeresoberfläche? Wie tief reicht diese starke, plötzliche Erwärmung? Uns sollten hierzu sehr bald Daten von autonomen Floats im Ozean (ARGO-Programm) und Satellitendaten (Fernerkundung) vorliegen.“

Prof. Dr. Johanna Baehr

Professorin, Leiterin Klimamodellierung, Centrum für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit (CEN), Universität Hamburg

„Der Ozean hat bisher den allergrößten Teil der Energie aus der anthropogenen Erwärmung aufgenommen. Die fortschreitende Erwärmung des Ozeans ist mit dem fortschreitenden Klimawandel so beunruhigend wie erwartbar. Dieüberdurchschnittlichen Meerestemperaturen sind die Konsequenz aus dem Zusammenspiel des Klimawandelsmit den natürlichen Schwankungen des Ozeans – die aktuell allerdings in mehreren Regionen gleichzeitig auftreten.“

„Solche natürlichen Schwankungen sind ein wichtiger Teil des Klimasystems und können kurzzeitig auch das Signal des menschengemachtenTemperaturanstiegs überlagern, sodass der Anstieg kurzfristig mehr oder weniger stark erscheint. Je nachdem, welches Phänomen dabei einflussreich ist, sind diese Schwankungen mehr oder weniger vorhersehbar [1].“

„Im tropischen Pazifik passt der kürzlich diagnostizierte El Niño-Zustand, verbunden mit einer relativ hohen Wahrscheinlichkeit für eine mäßige bis starke Ausprägung in der zweiten Jahreshälfte, ins Bild. Auch wenn viele der wärmsten Jahre in letzter Zeit El Niño-Jahre waren, bleibt die genaue Entwicklung abzuwarten, man denke dabei auch an die Unsicherheiten in den El Niño-Vorhersagen in den Jahren 2014 oder 2017.Die Entwicklungen im nordöstlichen Pazifik sind eine Fortsetzung der schon länger beobachteten Erwärmung, die bereits auf anthropogene Einflüsse zurückgeführt wurde [2].“

„Im tropischen Atlantik liegen die beobachteten Temperaturen außerhalb dessen, was bisher beobachtet wurde, ebenso ist die Erwärmung des nordöstlichen Atlantiks ungewöhnlich. Die genauen Ursachen für die diesjährige bemerkenswerte Entwicklung können wir bisher nicht benennen. Die räumlichen Muster der Erwärmung deuten jedoch auf einen Zusammenhang mit dem subpolaren Ozeanwirbel und der nordatlantischen Oszillation hin, deren Entwicklung eine hohe natürliche Schwankungsbreite aufweist. Die Auswirkungen des anthropogen verursachten Trends darauf sind Gegenstand aktueller Untersuchungen (ein erster Ansatz dazu in [3]).“

Auf die Frage, welche Entwicklungen in den kommenden Wochen und Monaten denkbar sind:
„Unabhängig von der Ursache der jeweiligen regionalen Ozeanerwärmungen werden diese das jeweilige Wetter in den angrenzenden Ländern beeinflussen. Auch wenn eine konkrete Vorhersage mit Unsicherheiten behaftet ist, wissen wir, dass Temperaturschwankungen im Ozean das Auftreten von Hitzewellen, Dürren und Starkniederschlägen – je nach Region – begünstigen können.“

„Die Temperaturanomalien im nördlichen Atlantik sind denen, die Vorläufer von Hitzewellen in Europa sein können, nicht unähnlich [4] [5]. Konkrete mehrmonatige Vorhersagen einzelner Hitzewellen sind mit Vorsicht zu betrachten, da ihreZuverlässigkeit noch erheblichen Einschränkungen unterliegt. Dennoch: Die jüngsten Vorhersagen deuten darauf hin, dass die Temperaturen für den gesamten Sommer in ganz Europa überdurchschnittlich hoch sein können [6].Dabei ist die Zuverlässigkeit dieser Vorhersagen für die zentralen und westlichen Regionen Europas am höchsten.“

Prof. Dr. Stefan Rahmstorf

Leiter des Forschungsbereiches Erdsystemanalyse, Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK), Potsdam, und Professor für Physik der Ozeane, Institut für Physik und Astronomie, Universität Potsdam

„Aus meiner Sicht handelt es sich bei den extremen Meerestemperaturen höchstwahrscheinlich um ein Zusammentreffen mehrerer Faktoren. Den Hintergrund bildet natürlich der hauptsächlich durch die fossile Energienutzung verursachte globale Erwärmungstrend – dadurch geraten die Meerestemperaturen immer weiter aus dem natürlichen Schwankungsbereich hinaus.“

„Hinzu kommt das kürzlich auch offiziell verkündete El Niño-Ereignis, das die Temperaturen im tropischen Pazifik nach oben treibt. Wegen der großen Fläche des tropischen Pazifik schlägt dies besonders auf die globale Mitteltemperatur durch. (Leider sind gerade auch Weltkarten aus der Wissenschaft oft rechteckig und daher nicht in einer flächentreuen Kartenprojektion, sodass die Tropen kleiner aussehen als sie sind.) Der Wechsel von La Niña und El Niño dürfte inzwischen ja sehr gut bekannt sein.“

„Spekulativer sind drei weitere Hypothesen, die zusätzlich eine Rolle spielen könnten. Erstens: Eine nachlassende abkühlende Wirkung durch die aus Umwelt- und Gesundheitsschutz reduzierten Schwefelmengen in Schiffstreibstoffen, wodurch die Luft insbesondere in der Nähe der viel befahrenen Schifffahrtsrouten sauberer geworden ist und mehr Sonnenstrahlung bis an die Meeresoberfläche durchlässt.“

„Dann zweitens: Aufgrund aktuell schwacher Passatwinde gelangen ungewöhnlich geringe Mengen Saharastaub in der Luft über den östlichen Atlantik. Das hat die gleiche Wirkung auf die Sonnenstrahlen, die das Meer erreichen, wie die verringerten Schwefel-Aerosole.“

„Und schließlich drittens: Ebenfalls für den Atlantik und ebenfalls aufgrund schwacher Winde könnten dort abgeschwächte Meeresströmungen eine Rolle spielen, insbesondere die von den Passatwinden getriebene Strömung im atlantischen Subtropenwirbel, die kühles Wasser auf der Atlantik-Ostseite nach Süden treibt und dann weiter im Nordäquatorialstrom nach Westen Richtung Karibik. Schwächt sich der Subtropenwirbel ab, werden diese Meeresregionen wärmer – gerade dort zeigt sich aktuell die Erwärmung. Dazu würde auch passen, dass die Westseite des Nordatlantiks, wo der Subtropenwirbel als warmes Wasser wieder nach Norden strömt, derzeit eher kalt ist.“

„Wie relevant und stark der jeweilige Beitrag dieser Phänomene ist, ist derzeit noch nicht quantifiziert.“

„Für die künftige Entwicklung ist Folgendes zu erwarten: Die Erderwärmung geht weiter bis wir Netto-Null-Emissionen von CO₂ erreicht haben; die Luftverschmutzung mit Schwefel-Aerosolen bleibt auch künftig weg, sodass der oben beschriebene Effekt daher etwa in der aktuellen Stärke anhalten dürfte; El Niño wird noch bis ins nächste Jahr hinein die Temperaturen erhöhen und dann wieder abklingen; bezüglich der relativ schwachen Passatwinde ist zumindest mir nicht bekannt, inwieweit es sich um eine natürliche Schwankung handelt und inwieweit um eine Folge des Klimawandels.“

Prof. Dr. Nicolas Gruber

Leiter des Instituts für Biogeochemie und Schadstoffdynamik, Department Umweltsystemwissenschaften, Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETHZ), Zürich, Schweiz

„Die Beobachtungen zeigen ein sehr klares Bild. Global sind die Oberflächentemperaturen der Weltmeere so hoch wie noch nie. Dies ist in erster Linie eine Folge der menschgemachten globalen Erwärmung. Die Ozeane nehmen den allergrößten Teil der zusätzlichen Wärmeenergie auf, die als Folge der Zunahme der Treibhausgaskonzentration in der Atmosphäre entsteht. Der Grad der Erwärmung hinkt derjenigen an Land hinterher, aber wird nun immer deutlicher sichtbar.“

„Überlagert mit diesem globalen Erwärmungsmuster sehen wir zurzeit den Effekt von zwei weiteren Phänomenen. Einerseits baut sich ein El Niño im tropischen Pazifik auf, was die Wassertemperaturen in dieser Region stark nach oben treibt. Gleichzeitig haben wir im Nordatlantik eine starke Hitzewelle, die schon seit einigen Monaten entsteht und sich in den letzten Monaten ausgebreitet und verstärkt hat. Die genauen Treiber dieser Hitzewelle sind noch nicht bekannt. Es gibt Thesen, die sagen, dass diese Hitzewelle mit dem El Niño verbunden ist – zum Beispiel als Folge der abschwächenden Passatwinde. Andere argumentieren mit dem Saharastaub. Ich persönlich bin da skeptisch. Ich sehe die Ursachen eher in der Zirkulation der Nordhemisphäre, in der wir durch die Staulagen eine sehr hohe Sonneneinstrahlung haben, die den Nordatlantik erwärmt. Genauere Analysen werden aktuell durchgeführt.“

„Die Hitzewelle im Nordatlantik ist außergewöhnlich stark. Sie erinnert mich an den ‚Blob‘ im Nord-Pazifik – ich habe dazu 2022 einen Artikel für ‚Carbon Brief‘ geschrieben [7]. Die Temperaturen sind außergewöhnlich hoch, aber das ist ja genau das, was wir im Zuge der Klimaerwärmung erwarten: eine starke Zunahme der marinen Hitzewellen [8]. Das wird auch von den Modellen so vorausgesagt.“

„Wie oben bereits erwähnt, ist es noch zu früh, die genauen Ursachen des Atlantik-‚Blobs‘ zu kennen. Rückkopplungsprozesse spielen hier sicherlich eine Rolle. Zum Beispiel wissen wir, dass eine starke Sonneneinstrahlung und die daraus folgende Erwärmung der Oberfläche dazu führt, dass die obersten Schichten stärker geschichtet sind. Das begünstigt wiederum die Erwärmung, da die stärkere Schichtung verhindert, dass die Wärme nach unten gemischt werden kann.“

Auf die Frage, welche Entwicklungen in den kommenden Wochen und Monaten denkbar sind:
„Wir können in Bezug auf den Atlantik-‚Blob‘ noch wenig sagen. Er wird mit guter Wahrscheinlichkeit noch ein paar Monate bleiben. Danach ist alles möglich. Beim El Niño sieht das anders aus. Hier rechnen wir damit, dass der El Niño sich weiter entwickeln wird und im Dezember/Januar seinen Höhepunkt erreicht. Danach folgt oft die Schwester La Niña, wobei die Temperaturen dann im östlichen Pazifik kälter als normal werden, was das Jahr 2024/25 prägen wird.“

„Die Folgen des Atlantik-‚Blobs‘ sind weitreichend und vielschichtig. Marine Hitzewellen sind oft sehr schädlich für marine Ökosysteme. Zudem fördern die hohen Temperaturen im Nordatlantik die Bildung und Intensivierung von tropischen Wirbelstürmen (Hurricanes) – El Niño wird diese dann aber wieder schwächen, das heißt, wir werden einen Wettstreit zwischen Stärkung und Schwächung sehen. Und schließlich haben die hohen Temperaturen im Nordatlantik eine Tendenz, die Omega-Lagen (Wetterlage, bei der ein Hochdruckgebiet von zwei Tiefdruckgebieten flankiert wird und das relativ lange stabil ist; Anm. d. Red.) in Europa zu verstärken. Das würde für Europa einen heißen und trockenen Sommer bedeuten.“

Angaben zu möglichen Interessenkonflikten

Alle: Keine Angaben erhalten.

Weiterführende Recherchequellen

Prof. Dr. Nicolas Gruber empfiehlt zur Recherche folgende Quellen:

Climate Change Institute, University of Maine: Climate Reanalyzer.

National Centers for Environmental Information: El Niño/Southern Oscillation (ENSO).

Literaturstellen, die von den Experten zitiert wurden

[1] Merryfield WJ et al. (2020): Current and Emerging Developments in Subseasonal to Decadal Prediction. Bulletin of the American Meteorological Society. DOI: 10.1175/BAMS-D-19-0037.1.

[2] Barkhordarian A et al. (2022): Recent marine heatwaves in the North Pacific warming pool can be attributed to rising atmospheric levels of greenhouse gases. Communications & Environment. DOI: 10.1038/s43247-022-00461-2.

[3] Börgel F et al. (2022): Atlantic multidecadal variability and the implications for North European precipitation. Environmental Research Letters. DOI: 10.1088/1748-9326/ac5ca1.

[4] Borchert LF et al. (2019): Decadal Predictions of the Probability of Occurrence for Warm Summer Temperature Extremes. Geophysical Research Letters. DOI: 10.1029/2019GL085385.

[5] Beobide-Arsuaga G et al (2023): Spring Regional Sea Surface Temperatures as a Precursor of European Summer Heatwaves. Geophysical Research Letters. DOI: 10.1029/2022GL100727.

[6] Copernicus Climate Change Service: Seasonal forecasts.

[7] Gruber N (24.01.2022): Guest post: Why oceans could face more extremes like the Pacific ‘Blob’. Carbon Brief.

[8] Frölicher TL et al (2018): Marine heatwaves under global warming. Nature. DOI: 10.1038/s41586-018-0383-9.

Literaturstellen, die vom SMC zitiert wurden

[I] Climate Reanalyzer (2023): Daily Sea Surface Temperature. Climate Change Institute, University of Maine.

[II] National Weather Service (08.06.2023): NOAA declares the arrival of El Nino. National Oceanic and Atmospheric Administration.