IPCC AR5 Gletscher im Klimawandel - Bachelorseminar 2014 Felix Gödde

Gletscher im Klimawandel
        IPCC AR5
    Bachelorseminar 2014
        Felix Gödde

Inhalt:
      1. Motivation
      2. Infos rund um den Gletscher
      3. Messmethoden
      4. Beobachtete Veränderungen
      5. Gletschersterben – Zukunftsprognose
      6. Kernaussagen des IPPC AR5

Warum sind Gletscher wichtig?
• Wirtschaftsfaktor
  – Skigebiete, Sommertourismus
• Erosion
  – Gletscher stabilisieren den Berg
• Beitrag zur Meeresspiegelerhöhung
  – Gefährdung von Küsten- und Inselregionen
• Wasserversorgung
  – Süßwasserspeicher, speist Flüsse
• Wichtiger und sensibler Klimaindikator

Allgemeine Infos rund um den
         Gletscher
  • Definition
  • Funktionsprinzip
  • Aktuelle Daten

Definitionen
• Der Gletscher
  – Eismasse aus Schnee entstanden die sich
    eigenständig bewegt
• IPCC Bericht
  – Gletscher + Eiskappe = „Gletscher“
  – Tal- , Berg- , Kalbende- und kleine Gletscher
• Eiskappe (Plateaugletscher)
  – Bedeckt festes Land  kleiner als 50.000 km2

Funktionsprinzip eines Gletschers
 Massengewinn (+) und
                        Einfaches Gletschermodell
   Massenverlust (-)
• Fester (+) und
  flüssiger(+/-)
  Niederschlag
• Lawinen (+/-)
• Schmelzen (-)
• Sublimation (-)
• Kalben (-)

Beispiel: Luftbild der Gletscher im
    Glocknergebiet (Pasterze)

Aktuelle Daten
• Daten aus RGI 2.0 (Randolph Glacier
  Inventory) Stand 2013
  – rund 170.000 Gletscher weltweit
  – Bedeckte Fläche von 730.000 km2 (~ 2x Fläche
    Deutschlands)
  – Gesamtmasse zwischen 114.000 und 192.000 Gt
    (likely  66-100%)
  – Meeresspiegeläquivalent 314 – 529 mm

Einteilung des RGI in 19 Regionen
       (Abb. aus IPCC AR5)

Messmethoden zur Untersuchung
         verschiedener
    Gletschereigenschaften

  •   Glaziologische Zeitrechnung
  •   Längenänderung
  •   Flächenänderung
  •   Volumen- und Massenänderung

Das Glaziologische Haushaltsjahr
• Zeitraum: 1. Oktober bis 31. September
• Akkumulationsperiode
  – Oktober bis Mai  Massengewinn
• Ablationsperiode
  – Mai bis September  Massenverlust
• Bilanz am Ende des Haushaltsjahres

Bestimmung von Längenänderungen
• Allgemeines
  – 500 regelmäßig welweit beobachtet
  – Global koordinierte Messungen seit 1894
• Methoden
  – In-Situ Messungen
  – Luft- und Satellitenbilder
  – Rekonstruktion: alte Karten, Gemälde, Datierung
    von Moränen (Radiokarbonmethode)
    3500 Jahre

Bestimmung von Flächenänderungen
Methoden
1. Wiederholte Satellitenmessungen(Bilder)
     gute Abdeckung aber kurze Zeitreihen (40 Jahre)
2. Rekonstruktion bis zu 150 Jahre
      Luftfotografie, alte Karten
      Kartierte und datierte Moränen

Bestimmung von Volumen- und
       Massenänderungen
Methoden:
1. In-Situ Messung
  – Direkte Bestimmung der Massenbilanz
  – Nur 37 vollständige Zeitreihen von über 40
    Jahren

Vorbereitungen für ein   Messungen zur
neues Haushaltsjahr      Wintermassenbilanz
(Anfang Oktober)         (Anfang Mai)

2. Änderung der Oberflächenhöhe
  – Luftbilder
  – ICESat Messungen (Ice, Cloud and Land Elvation)
  – Geodätische Vermessung
 Erstellung von 3D Modellen  Volumen
 Eisdichte Masse
    Dichtedaten begrenzt  Fehlerquelle
3. Gravimetrie (seit 2003)
    – GRACE Mission (Gravity Recovery and Climate Experiment)
    – Geeignet für große Eisflächen

Beobachtete
Gletscherveränderungen (regional
           und global)

 • Länge
 • Masse und Volumen

Längenänderungen
• Deutliche Variabilität
  – Verschiedene Adaptionszeiten (größenabhängig)
  – Lokal differierende Bedingungen
    (z.B. Schuttbedeckung)
  – Größenordnung 5-20 m Verlust pro Jahr in
    mittleren Breiten
  – In Einzelfällen bis 100m pro Jahr
• Insgesamt global homogener Rückzugstrend

Kumulative Längenänderung
                         (IPCC, AR5)

• Erstellt aus In-Situ
  Messungen
• Zusätzliche
  Messpunkte aus
  Rekonstruktion
• Messpunkte mit
  geraden Linien
  verbunden
• Rückgang seit
  Mitte des 19. Jh
  (kleine Eiszeit)

Volumen- und Massenänderung
• AR4: Extrapolation von In-Situ Messungen
• Verbesserungen in AR5:
  – Assimilation geodätischer Volumenmessungen
     • konsistentere Abdeckung
     • Bessere Repräsentation kalbender Gletscher
  – Nahezu Vollständige Gletscherinventar (RGI)
• „Medium Confidence“ bei regionalem und
  Globalem Massenverlust (Unsicherheiten)

Fehleranalyse: Gardner et al. 2013
• Periode 2003-2009
• GRACE vs. ICESat
  – Geringe oder zerstreute Eisbedeckung  Fehler
    bei GRACE
• In-Situ vs. ICESat
  – In-Situ Messungen tendenziell in Sub-Regionen
    mit überdurchschnittlichem Eisverlust

Globaler Massenverlust (IPCC, AR5)

Fazit
• Globales Gletscherschrumpfen (high
  confidence, robust evidence)
• Verstärkter Eisverlust in letzten 20 Jahren (likely)
• Fließgeschwindigkeit global verlangsamt
• Akkumulationsflächen zu klein für aktuelle
  Gletschergröße
 Gletscher im Ungleichgewicht mit aktuellem
Klima  künftiges schrumpfen ohne Erwärmung!

FAQ: Werden Gletscher in
Bergregionen verschwinden?
 Diskussion am Beispiel des
     Aletschgletschers

• Gleichgewichtsmodell
• Aletschgletscher

Einflussfaktoren auf künftige
            Gletscherentwicklung
•   Größe  bedingt Adaptionszeit
•   Höhenregion
•   Verteilung der Fläche mit der Höhe
•   Oberflächencharakteristiken (z.B. Schuttdecke)
•   Topographische Bedingungen
    – Exposition, Gefälle
• Zukünftige Klimaentwicklung

Einfaches Gleichgewichtsmodell
 • Große Zeitskalen  lokale Details spielen geringere
   Rolle  genaue Modellrechnungen
 • ELA (Equilibrum Line Altitude) abhängig von
   Temperatur und Niederschlag

• Drei verschiedene
  Gletschertypen
• Gleichgewicht mit
  Klima

„Schnelle“ Klimaerwärmung

• ELA steigt an
• Gletscher im
  Ungleichgewicht
• Äderung von
  Akkumulations-
  und
  Ablationsfläche

Anpassung an neue Klimabedingungen

• Gletscher wieder
  im Gleichgewicht
• Ablationsfläche
  angepasst
• Volumen und Länge
  geschrumpft

Paper: Modelling the retreat of Grosser
   Aletschgletscher, Switzerland, in a changing
           climate (Jouvet et al. 2011)

          Der Große Aletschgletscher

• Lage: Wallis, Schweiz,
  100km südl. von Bern
• Länge: 23.2km Fläche:
  83km2 (1999)
• Volumen: rund 15km3
• Höchster Punkt: 3800 m
• Maximale stärke der
  Eisdecke: über 800 m

Klimaszenarien Modellrechnung

   Jouvet et al. (2011) Tab 1.

Szenario ENSmed
• 90% Volumenverlust (16,4 km3)
• Verlust der gesamten Zunge
• Gletscherrest auf über 3300m

                                  (2100)

Szenario 2DEG
• 66% Volumenverlust(12,3 km3)
• Rückzug um 9km

                                 (2100)

Szenario MP20 (Mittel 1989-2008)
• 41% Volumenverlust (7,6 km3 )
• Rückzug um 6km

                                  (2100)

Antwort
• Schicksal des einzelnen Gletschers von
  spezifischen Charakteristika abhängig
• Weitere werden verschwinden falls ELA über
  Berggipfel gestiegen ist oder es noch tun wird
• Andere Gletscher werden Großteil ihrer Masse
  verlieren aber weiter existieren
• Manche werden sich möglicherweise nicht
  verändern ( Karakorum)

Kernaussagen IPCC AR5
• Seit AR4 sind nahezu alle Gletscher weltweit
  in Länge, Masse und Volumen geschrumpft
• Hauptverursacher des Meeresspiegelanstiegs
• 2003-2009 verursachten Regionen 1, 3-5, 13-
  15 und 17 80% des globalen Massenverlusts
• Unsicherheiten bleiben groß (Messmethoden,
  Antarktische Gletscher)
• Gletscher mit aktuellem Klima im
  Ungleichgewicht  zukünftiger Rückgang