Kapitel 1: Das globale Klimasystem und Ursachen des Klimawandels
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kehrt wurden und im Widerspruch zu unabhängigen Mes- sungen aus satellitengestützten Beobachtungssystemen und zu Projektionen der Klimamodelle standen (Santer et al., 2005;
Douglass et al., 2007; Santer et al., 2008). Durch eine geeig- nete Homogenisierung konnten diese Fehler deutlich redu- ziert werden (Haimberger et al., 2012). In den letzten Jahren wurden beachtliche Fortschritte bei der Reprozessierung und Rekalibrierung sowohl von Radiosondendaten als auch von satellitenbasierten Mikrowellendaten gemacht. Radiosonden- daten sind nun in sich konsistenter und auch konsistenter mit Satellitendaten und Klimamodellen (Thorne et al., 2011).
Aufgrund der Erfahrungen mit für die Klimaforschung ohne Nachbearbeitung unzureichenden Beobachtungssyste- men wird heute in internationalen Programmen (Global Cli- mate Observing System [GCOS], Global Ocean Observing System [GOOS], Global Atmospheric Watch [GAW]) beson- ders auf die Langzeitstabilität (Qualitätssicherung durch do- kumentierte, regelmäßige Eichungen, die auf Primärstandards und Eichnormale zurück geführt werden können; Absolutkali- brierung) sowohl von in situ als auch satellitenbasierten Mess- systemen geachtet sowie darauf, dass etablierte Messsysteme langfristig aufrechterhalten bleiben (Karl et al., 2003).
Neben einzelnen Stationsreihen wie der oben erwähn- ten CO2-Zeitreihe erfüllen die seit 2001 operationell ver- fügbaren Radio-Okkultationsdaten (Anthes, 2011) diese hohen Ansprüche. Diese Messungen basieren auf Radiosi- gnalen von GPS (Global Positioning System)-Satelliten, die
von weiteren Satelliten in niedriger Umlaufbahn empfan- gen werden. Beim Durchqueren der Atmosphäre werden die Radiowellen gebrochen und verlangsamt. Aus der ge- messenen Signalveränderung werden vertikale Profile atmo- sphärischer Variablen, wie Refraktivität (Brechungsindex der Luft), Dichte, Druck und Temperatur, berechnet. Diese GPS-Radio-Okkultationsmethode liefert selbstkalibrierte, langzeitstabile Messwerte, wobei die Daten unterschiedli- cher Satelliten im globalen Mittel in Höhen zwischen 10 und 30 km auf wenige Hundertstel Grad übereinstimmen (Foelsche et al., 2011). Damit ist es möglich, Radio-Okkul- tationsdaten verschiedener Satelliten zu einem konsistenten Datensatz zu kombinieren, der sich gut zur Untersuchung der Klimavariabilität der Atmosphäre und der Klimaänderung eignet (Scherllin-Pirscher et al., 2012; Steiner et al., 2011).
Aufgrund der hohen Qualität der Radio-Okkultationsda- ten (Ho et al., 2012; Scherllin-Pirscher et al., 2011; Steiner et al., 2013) können damit auch schon im vergleichsweise kurzen Zeitraum von ca. 10 Jahren Temperaturtrends in der Atmo- sphäre nachgewiesen werden (Steiner et al., 2009). Man findet eine Erwärmung der Troposphäre und Abkühlung der unteren Stratosphäre, welche am stärksten in den Tropen ist (Abbil- dung 1.8, Lackner et al., 2011). Sehr ähnliche Temperaturver- läufe findet man in modernen Radiosondendaten (Ladstädter et al., 2011). Die Erwärmung bewirkt auch eine Ausdehnung der Luft und somit eine Anhebung der Druckflächen in der oberen Troposphäre (Abbildung 1.8).
Abbildung 1.8 Temperaturtrends (links) und Hebung von Druckflächen (rechts) oberhalb von 300 hPa (ca. 8 km) seit Mitte der 1990er Jahre in tropischen bis subtropischen Breiten aus Radio-Okkultationsmessungen; negative Trends strichliert. Quelle: nach Lackner et al. (2011) Figure 1.8 Temperature trends (left) and lift of pressure levels (right) above 300 hPa (ca. 8 km) since the mid-1990s in tropical and subtro- pical regions, calculated from radio occultation measurements; dashed lines indicate negative trends. Source: adapted from Lackner et al.
(2011)
Abdruck mit freundlicher Genehmigung © 2011 American Meteorological Society
Temperaturtrend [°C / Dekade] Druckflächen-Hebung[m / Dekade]
Druckfläche [mbar] Höhe [km]
geograph. Breite [°] geograph. Breite [°]
[°C] [m]
30 50
100
200 300
1000 500
30 50
100
200 300
1000 500 24
20
16
12
8
0 4
24
20
16
12
8
0 4
-40 -20 0 20 40 -40 -20 0 20 40
0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8
40 30 20 10 0 -10 -20 -30 -40 0.2
0.0 0.2 -0.2 -0.4
10 5 15
