5. Eis in der Arktis
Wie misst man Meereis?
Mit dem Bohrer die Eistiefe messen.
Quelle: Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung
Was gibt es über das Meereis zu wissen?
- die Flächenausdehnung
- die Eistiefe
- das Volumen
- das Alter
- die Dichte
und sehr wichtig: wie diese Eigenschaften örtlich und zeitlich variieren.
Wenn wir wissen wollen, wie viel Sonnen- strahlung von Meereis reflektiert wird, wie hoch also das Reflexionsvermögen (die Albedo) der Erdoberfläche ist, dann wird die komplette Fläche oder Ausdehnung des Meereises zum wichtigsten Aspekt.
Wenn wir jedoch beispielsweise erfor- schen, wie Säugetiere von den Verände- rungen des Meereises betroffen sind, dann werden die lokale Bedeckung und die Dicke zu unseren vorrangigen Blickpunkten.
Messungen des Meereises können von oben durch Satelliten und Flugzeuge durchgeführt werden, von unterhalb durch U-Boote und andere Unterwasserfahrzeuge und an der Oberfläche mit Schiffen, Bojen and Verankerungen.
Messung der Ausdehnung des Meereises mit Satelliten
Seit 1979 stehen Satelliten zu Erkundungen des Meereises zur Verfügung. Sie erlauben, nahezu die gesamte eisbedeckte Fläche täglich aktualisiert zu betrachten. Einige Referenzen zu solchen Datenquellen finden Sie auf der Seite Links.
Verschiedene Sensortypen liefern unterschiedliche Informationen:
MODIS und MERIS sind Beispiele von Sensoren, die mit sichtbaren Wellen- längen arbeiten. Eis reflektiert sehr stark und erscheint daher sehr hell auf den Bildern dieser Instrumente.
Das 2007-Minimum, welches ziemlich genau dem auf dem Bild zwischen Wolken sichtbaren Eis entspricht, fiel wesentlich unter die vorherigen Rekorde.
Quelle: National Snow and Ice Data Center
Durch Wolken und Nacht blicken
Viele Gebiete der Arktis sind über einen langen Zeitraum von Wolken bedeckt oder im Dunkeln. Deshalb können uns Satellitensensoren, welche das reflektierte Sonnenlicht oder die von der Erdoberfläche abgegegebene Infrarotstrahlung nutzen, kein komplettes Bild der eisbedeckten Flächen geben. Das aus mehreren Einzelaufnahmen zusammengestellte Bild oben wurde während relativ wolkenloser Bedingungen im arktischen Sommer aufgenommen.
Ganzjährige Satellitenüberwachung der Eisausdehnung beruht auf Mikro- wellen-Signalen. Passive Mikrowellen-Sensoren liefern uns nun seit 30 Jahren Daten über die Meereisflächen.
Man nutzt hauptsätzlich Mikrowellen-Sensoren zur Überwachung der Eisflächen, weil diese Sensoren durch Wolken 'sehen' können und nicht auf Tageslicht angewiesen sind.
Passive Mikrowellen-Sensoren
Beispiele passiver Mikrowellen-Sensoren sind der 'Special Sensor Microwave/ Imager (SSM/I)' und das 'Advanced Microwave Scanning Radiometer-EOS (AMSR-E)'.
Passive Mikrowellen-Sensoren nutzen die von der Erdoberfläche abge- gebene Strahlung. Sie bestimmen Informationen zur Temperatur an der Erdoberfläche, ihrer Unebenheit und den Gehalt von Salz und flüssigem Wasser. Ihr Nachteil ist ihre geringe räumliche Auflösung.
Aktive Mikrowellen-Sensoren
Das Radar ist ein aktiver Sensor - es schickt einen Signalpuls zur Erde und misst die Rückstreuung des Signals von der Erdoberfläche. Räumliche Auflösung und Überdeckung hängen vom Radartyp ab, mit einer Auflösung von 10 bis 20 m im Falle des 'Radar mit synthetischer Apertur' (synthetic aperture radar, SAR).
Satellitenradar
Beispiele von Satellitenradaren, die für Meereisstudien genutzt werden, sind der Quikscat (scatterometer), der Radarsat (SAR) und das Radar-Altimeter (ein Höhenmesser) auf dem Satelliten ENVISAT.
Meereiskonzentration
Die Konzentration beschreibt die eisbedeckte Fläche im betrachteten Gebiet im Verhältnis zu einer Bezugsfläche. Die Eiskonzentration wird üblicherweise in Prozentzahlen ausgedrückt (0 bis 100% Eis), in einem Teil von 0 bis 1, oder manchmal in Zehnteln (0/10 bis 10/10). Der Wert 0 bedeutet, dass kein Eis vorhanden ist, während der Wert 100 eine vollständig eisbedeckte Fläche kennzeichnet.
Quelle: National Snow and Ice Data Center
Die Eiskonzentration wirkt sowohl auf menschliches Handeln ein wie auch auf biologische Lebensräume. Zum Beispiel könnten Schiffe niedrig konzentrierte Eisgebiete befahren, während arktische Säugetiere zur Jagd, Brut und Fütterung höher konzentrierte Eisgebiete bevorzugen.
Die Meereistiefe an der Oberfläche messen (und von unterhalb)
Quelle: Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung
Meereistiefe vom Satelliten messen
Satelliten können die Meereishöhe von weit über Meeresspiegelhöhe messen. Diese Messung, genannt 'Freibord', kann die genaue Eisdicke ermitteln. Radar-Höhenmesser und das Lidar auf ICESat können Freiborde messen.
Diese Messverfahren beruhen auf offenen Wasserstellen zwischen dem Eis, den Polynjas. Lesen Sie bitte Ergänzung 5, um mehr über ICESat-Messungen der Eisdicke zu erfahren.
Volumen
Das genaue Volumen des Meereises wird durch die Verbindung der Flächenmessungen mit der Eisdicke berechnet. Satellitendaten für die Arktis sind für die letzten dreißig Jahre vorhanden, aber die Eisdicke für das gesamte Gebiet, das auf Freibord-Daten der Satelliten beruht, ist erst seit einigen Jahren verfügbar. Andere Messungen der Eisdicke, die von oben durchgeführt werden, überdecken immer nur einen kleinen geographischen Teil der Arktis.
Alter
Das Alter des Eises kann mit Satelliten abgeschätzt werden, da es unterschiedliche Teile des elektromagnetischen Spektrums beeinflusst. Beispielsweise hängen die Oberflächenunebenheiten und der Salzgehalt im Eis vom Alter des Eises ab und können somit die Mikrowellendaten beeinflussen.
Wollen Sie mehr über Satellitenerkundungen des Meereises wissen?
Lesen Sie Ergänzung 3.
Ein weiterer Blick auf ein Satellitenbild von Meereis findet sich im Aufgabenblatt.
