Klimawandel und Klimafolgen

Schätzungsweise lebten 2020 11% der Weltbevölkerung bzw. 896 Mio. Menschen in niedrig gelegenen Küstenzonen unter 10 m über dem Meeresspiegel. 2050 werden es sehr wahrscheinlich über eine Milliarde Menschen sein, die dem besonderen Risiko von Küstenregionen wie Sturmfluten und Meeresspiegelanstieg ausgesetzt sind.¹ Acht der zehn größten Städte der Welt liegen gegenwärtig in niedrigen Küstenbereichen, in denen zugleich die Wachstumsrate der Bevölkerung doppelt so hoch wie im globalen Durchschnitt ist. Neuere Studien projizieren eine Bevölkerungszunahme in niedrigen Küstenzonen um 85-239 Mio. bis 2100.² Ein erheblicher Teil dieser Menschen lebt in großen Städten, nicht wenige in sog. Megastädten mit über 10 Mio. Einwohnern, vor allem in Süd-, Südost- und Ostasien mit Megastädten wie Djakarta, Bangkok, Manila, Ho Chi Minh City, Shanghai u.a.

Abb. 1: Satellitenbasierte Höhenmessung des Meeresspiegels. Geoid: theoretische Bezugsfläche des Schwerefelds der Erde, die dem mittleren Meeresspiegel entspricht. Ellipsoid: geometrische Figur der Erde.^B1

Beobachtungsmethoden

Es war lange Zeit sehr schwierig, den Anstieg des globalen Meeresspiegels genau zu bestimmen. Denn bis in die 1990er Jahre war man fast ausschließlich auf Pegelmessungen angewiesen war. Diese messen den Meeresspiegelanstieg seit Mitte des 19. Jahrhunderts an Festlandküsten und Inseln im Ozean. Die ersten Messungen begannen in Nordeuropa sogar schon im 18. Jahrhundert. Im 19. Jahrhundert kamen Pegel an den Küsten von Nordamerika, Australien, Neuseeland und anderen Kontinenten hinzu. Im frühen 20. Jahrhundert begannen Pegelmessungen auch auf küstenfernen Inseln mitten im Ozean.³ Die geringe räumliche Verbreitung und ungleiche Verteilung der Pegel, die sich ausschließlich an Küsten befinden, macht zwar eine genaue örtliche Bestimmung des relativen Meeresspiegelanstiegs (relativ zum umgebenden Land) möglich, erlaubt aber nur begrenzte Aussagen über die durchschnittliche globale Meeresspiegeländerung. Die neueren durch Satelliten gewonnenen Daten haben jedoch deutlich gezeigt, dass sich der Meeresspiegel keineswegs überall gleich verändert. An den Küsten aufgenommene Daten müssen keineswegs mit Veränderungen auf dem offenen Ozean übereinstimmen, und auch diese können von Ozeanregion zu Ozeanregion sehr unterschiedlich sein. Hinzu kommt, dass Pegel den Meeresspiegel relativ zum Boden messen und damit auch vertikale Bewegungen des Untergrundes in die Daten einfließen. In tektonisch aktiven Gebieten kann das zu erheblichen Verzerrungen der Ergebnisse führen. Als historische Referenz sind Pegeldaten aber weiterhin wichtig.

Abb. 2: TOPEX/Poseidon und die Nachfolge-Satelliten der Jason-Serie.^B2

Seit 1991 erlauben die Satellitenprojekte ERS-1, seit 1992 das TOPEX/POSEIDON-Projekt und später weitere Nachfolgemissionen wie ab 2001 Jason-1, 2, 3 und später Sentinel-6 eine deutlich genauere Bestimmung des mittleren globalen Meeresspiegels (Abb. 1 und 2). Gemessen wird dabei mit Hilfe elektromagnetischer Wellen die Entfernung zwischen Satellit und Meeresoberfläche (Altimetermessungen). Dadurch werden Verfälschungen durch tektonische Bodenbewegungen ausgeschlossen und eine deutlich verbesserte Erfassung der Meeresspiegelhöhe möglich. Dank dieses Messverfahrens ist es zudem möglich die gesamte Ozeanoberfläche abzudecken und zeitlich alle 10 Tage die Messungen zu wiederholen. Die Altimetermessungen der Satelliten messen den absoluten Meeresspiegel mit Hilfe des Abstands zwischen der Umlaufbahn des Satelliten und dem Ellipsoid der Erde, einer mathematisch berechneten Form der Erde.⁴ Seit 1992 bestimmen zudem zwei Satelliten des GRACE-Projekts von NASA und DLR⁵ das Schwerefeld der Erde mit bisher nicht da gewesener Genauigkeit und erlauben die Abschätzung von Massenverlagerungen z.B. von den Eisschilden auf Grönland und der Antarktis bis hin zu den Ozeanen. Allerdings sind auch die Satellitenmessungen nicht fehlerfrei und müssen korrigiert werden. So nutzen die verschiedenen Satellitenmissionen unterschiedliche Instrumente, die aufeinander abgestimmt werden müssen. Eine weitere Fehlerquelle ist der unterschiedliche Wasserdampfgehalt der Troposphäre, der den Weg der elektromagnetischen Wellen der Satelliten beeinflusst.^6,3

Meeresspiegeländerungen

Der globale Meeresspiegel ist im 20. Jahrhundert schneller angestiegen als in jedem anderen Jahrhundert in den letzten 3000 Jahren. Auswertungen von Pegel- und Satellitendaten zeigen für den Zeitraum 1901-2018 einen Meeresspiegelanstieg von 20 cm bzw. eine mittlere Anstiegsrate von 2,3 mm/Jahr.⁷ Dabei ist der Anstieg in der ersten Hälfte des Jahrhunderts noch relativ gering, beschleunigt sich aber in den letzten Jahrzehnten. Im IPCC-Sonderbericht zum Ozean und der Kryosphäre von 2019⁸ wird für die Periode 1901-1990 eine Anstiegsrate von 1,4 mm/Jahr, für 1970-2015 von 2,1 mm/Jahr und für 1993-2015 von 3,2 mm/Jahr⁷ erfasst. Das europäische Erdbeobachtungsprogramm Copernicus Climate Change Service (2024) gibt für die Periode Januar 1993 bis Juni 2023 die Anstiegsrate mit 3,4 mm pro Jahr an und den Gesamtanstieg des globalen Meeresspiegels für diesen Zeitraum mit 10,3 cm. Die Anstiegsrate hat sich damit mehr als verdoppelt, d.h. von 2,1 mm/Jahr 1993-2003 auf 4,3 mm/Jahr 2013-2023 (Abb. 3).⁹ Nach Dangendorf et al. (2024) könnte eine Anstiegsrate von über 4 mm/Jahr eine Grenzüberschreitung bedeuten, durch die Küstenlebensräume, z.B. von Marschen und Mangroven, weitverbreitet zurückgedrängt werden.¹⁰

Abb. 3: Globaler Meeresspiegelanstieg 1993-2023.^B3

Die Satellitenmessungen seit Anfang der 1990er Jahre zeigen vor allem zwei wichtige Ergebnisse:

• Die Anstiegsrate des Meeresspiegels ist deutlich höher als bis dahin mit Hilfe von Pegeldaten ermittelt.
• Die Satellitenmessungen zeigen, dass sich der Meeresspiegel regional sehr unterschiedlich ändert. Einige Regionen erlebten eine Meeresspiegeländerung, die bis zu vier Mal höher war als der globale Durchschnitt. So stieg der Meeresspiegel im westlichen Pazifik um 12 mm/Jahr an. In anderen Regionen wie im östlichen Nordpazifik ist der Meeresspiegel sogar etwas gefallen.⁴

Weblinks

• Aktuelle Meeresspiegeldaten: Global Mean Sea Level Time Series

Anmerkungen

1. IPCC AR6, WGII (2022): Cross-Chapter Paper 2: Cities and Settlements by the Sea, CCP2.1
2. IPCC (2019): IPCC Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate, 4.3.3
3. IPCC (2013): Climate Change 2013, Working Group I: The Science of Climate Change, 3.7.1
4. Cazenave, A. and L. Moreira (2022): Contemporary sea-level changes from global to local scales: a review, Proc. R. Soc. A.4782022004920220049
5. GRACE steht für Gravity Recovery And Climate Experiment; vgl. die Infoseite bei der Deutschen Luft- und Raumfahrtgesellschaft DLR
6. Cazenave, A., and F. Remy (2011): Sea level and climate: measurements and causes of changes, in: WIREs Climate Change 2, 647-662
7. IPCC AR6 (2021): Climate Change 2021, Working Group I: The Physical Science Basis, Ch. 9
8. IPCC (2019): Sea Level Rise and Implications for Low-Lying Islands, Coasts and Communities. In: IPCC Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate, Executive Summary
9. Copernicus Climate Change Service (2024): Mean sea level globally, https://climate.copernicus.eu/climate-indicators/sea-level
10. Dangendorf, S., Q. Sun, T. Wahl et al. (2024): Probabilistic reconstruction of sea-level changes and their causes since 1900, Earth Syst. Sci. Data, 16, 3471–3494, https://doi.org/10.5194/essd-16-3471-2024

Bildnachweise

B1. Wikimedia Commons (2015): Satellite radar altimeters measure the ocean surface height Lizenz: public domain (urspr. NOAA)
B2. Wikimedia Commons (2008): Artist's rendering of the TOPEX/Poseidon satellite and its follow-on Jason series of satellites Lizenz: public domain (urspr. NOAA)
B3. Copernicus Climate Change (2023): Global Mean Sea Level, https://climate.copernicus.eu/climate-indicators/sea-level
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