Einfluss des Abschmelzens von Eismassen auf den Meeresspiegelanstieg

Abstract

Der Klimawandel ist eines der großen und wichtigen Themen, das die Menschheit heute und noch viel mehr in naher Zukunft beschäftigen wird. Eine der sichtbarsten Auswirkungen der globalen Erwärmung ist der jährliche Meeresspiegelanstieg, welcher in Zukunft, sollte er ungebremst weiter steigen, den Lebensraum zahlreicher Menschen bedrohen wird. Darum ist ein Verständnis des Meeresspiegelanstiegs und dessen Ursachen heute ein wichtiges Forschungsgebiet. Diese Arbeit beschreibt den Einfluss von Massenverlagerungen und deren gravitative Auswirkungen auf den Meeresspiegelanstieg. Dabei wird hauptsächlich das Abschmelzen von Eismassen in der Kryosphäre betrachtet. Zum besseren Verständnis wird in dieser Arbeit ein kurzer Überblick über den Meeresspiegelanstieg und des damit verknüpften Gravitationsfeld der Erde gegeben. Dabei wird ebenfalls auf die Satellitenmission GRACE eingegangen und auf die Möglichkeiten und Probleme, die bei der Bestimmung von Eismassenverlusten aus GRACE Zeitreihen entstehen. Die Berechnung selbst erfolgt mit Hilfe von Kugelfunktionsentwicklungen der Massenverlagerungen, wobei das Hauptinteresse nicht nur auf die Bestimmung der Änderung des mittleren Meeresspiegels gelegt wird, sondern die globale räumliche Verteilung untersucht wird. Die Berechnung selbst muss iterativ erfolgen, da sich mit jeder Massenverlagerung die Äquipotentialflächen des Erdschwerefeldes ändern, was wiederum zu Massenverlagerungen führt. Es wird gezeigt, dass das Abschmelzen der Kryosphäre 50% des jährlichen mittleren Meeresspiegelanstiegs verursacht, wobei die räumliche Verteilung sehr unterschiedlich ausfällt. In den polaren Regionen kommt es zu einem deutlichen Absinken des Meeresspiegels. Hingegen kommt es in den äquatorialen Regionen zu einem Anstieg, welcher deutlich über dem mittleren jährlichen Meeresspiegelanstieg liegt. Die berechneten Werte decken sich gut mit den Ergebnissen aus anderen Publikationen. Berücksichtigt man nicht nur die Massentrends der Kryosphäre, sondern verwendet die Massentrends aller Landflächen aus monatlichen GRACE Lösungen, zeigt sich, dass die Massenverlagerungen nur noch 33% des jährlichen mittleren Meeresspiegelanstiegs, also deutlich weniger, beschreiben. Problematisch hierbei ist, dass rein aus GRACE Messungen die Massenverluste von kleinräumigen Gebieten wie Gletschern nicht richtig aufgenommen werden. Dies zeigt dass es für die Bestimmung von Eismassenverlusten aus GRACE Messungen spezielle Filterkerne verwendet werden müssen.

Climate change is one of the main issues that is concerning humanity today and will also demand our attention in the future. One of the most visible effects of global warming is the sea level rise, which will, if it should continue to rise unabated, threaten the habitat of many people. Therefore an understanding of sea level rise and its causes is an important research topic. This work describes the influence of mass displacements, and their gravitational effects on sea level rise. Here, the melting of ice in the cryosphere is mainly considered. For a better understanding, a brief overview of sea level rise and the associated gravitational field of the earth is given. Also the GRACE satellite mission and the opportunities and problems that arise in the determination of the melting of ice trough GRACE time series is discussed. The calculation itself is done using spherical harmonics of mass displacements. The main interest is not only the determination of changes in mean sea level, but furthermore the spatial distribution of the sea level changes is studied. The calculation itself must be iterative, because every mass redistribution changes the equipotential gravity field, which in turn leads again to mass displacements. It is shown that the melting of the cryosphere caused 50% of the annual average sea level rise, with a very different spatial distribution. In the polar regions, there is a marked sea level fall. In contrast the sea level rise in the equatorial regions, is well above the average sea level rise. Considering not only the cryosphere mass trends, but the mass trends of all landareas through monthly GRACE solutions, it is shown that the mass redistributions describe only 33% of the annual average sea level rise, which is significantly less. The problem is that purely from GRACE measurements, the mass loss of small-scale areas such as glaciers are not properly represented. Therefore it is important to use particular filter kernels for the determination of these ice mass losses.