Mit ihrer einzigartigen Perspektive liefern Satelliten wichtige wissenschaftliche Erkenntnisse zum Verständnis des Klimas.

Satelliten haben die Erde in den vergangenen fünf Jahrzehnten bis zum heutigen Tag kontinuierlich beobachtet. Diese Informationen helfen Wissenschaftlern, die Entwicklung von Schlüsselkomponenten des Klimas abzubilden, Prozesse im Erdsystem besser zu verstehen, künftige Veränderungen vorherzusagen und internationale Maßnahmen voranzutreiben.

Die aus dem Weltraum erfassten Nachweise für den Klimawandel sind überzeugend.

Noch nie dagewesene Niveaus von Treibhausgasen

Globale Konzentration des atmosphärischen Methans. Die von der ESA CCI aus Satellitenmessungen abgeleiteten Daten liefern wichtige Informationen über die Verteilung der Quellen und Senken dieses bedeutenden Treibhausgases. Quelle: ESA.

Die Konzentrationen von Kohlendioxid und Methan in der Atmosphäre - die Hauptverursacher des vom Menschen verursachten Klimawandels - befinden sich auf Rekordniveau und steigen weiter an.

Satelliten werden eingesetzt, um die kleinste Veränderung der atmosphärischen Konzentration festzustellen. Sie zeigen, dass Kohlendioxid auf 407 ppm im Jahr 2018 angestiegen ist, während die Methankonzentration heute rund 150% über dem vorindustriellen Niveau liegt (Buchwitz, M. et al. 2018) - und weiter ansteigt.

Durch die genaue Erfassung dieser kleinen Veränderungen - bis auf einen Teil pro Million im Fall von Kohlendioxid - helfen Satellitenbeobachtungen der wissenschaftlichen Gemeinschaft, die globalen Klimamodelle zu verbessern, und den wahrscheinlichen Erwärmungseffekt sowie die Auswirkungen der erhöhten Treibhausgaskonzentration in der Atmosphäre besser vorherzusagen.

Im Rahmen des ESA-Projekts CCI Greenhouse Gas wird die globale Verteilung von oberflächennahem Kohlendioxid und Methan kartiert. Das Projektteam führt Forschungsarbeiten durch, um die derzeitigen operationellen Produkte weiter zu verbessern. Diese wurden ursprünglich auch im Rahmen von ESA CCI entwickelt und sind dann an den EU-Kopernikus-Klimadienst für die Routine-Produktion übertragen worden.


Globales Kohlendioxid und Methan 2003-2019, Kopernikus CCS


Das Team verwendet Daten von Satelliten der neuesten Generation, darunter die Copernicus Sentinel-5P-Mission, das Orbiting Carbon Observatory (OCO-2) der NASA und die TanSat-Mission der China National Space Administration, um diese Treibhausgase bis ins kleinste Detail zu beobachten. Diese Satelliten liefern Daten mit höchster Auflösung und sind mit der Fähigkeit ausgestattet, zwischen natürlichen und menschlichen Quellen von Kohlendioxid und Methan zu unterscheiden. Damit leisten sie einen wertvollen Beitrag zur Umsetzung von internationalen Abkommen zur Emissionsreduzierung wie dem Pariser Abkommen.

Die umfassenden Verluste der Kryosphäre

Die Kryosphäre - die Gebiete auf der Erde, in denen Wasser gefroren ist - spielt eine wichtige Rolle bei der Milderung des globalen Klimas.

Die globale Erwärmung hat zu einer umfassen Abnahme der Kryosphäre in den letzten Jahrzehnten geführt, zu beobachten bei den polaren Eisschilden, den Gletschern, der terrestrischen Schneebedeckung, der Ausdehnung und Dicke des arktischen Meereises, und ebenso sichtbar im Anstieg der Permafrosttemperaturen, so ein aktueller Bericht des IPCC (IPCC Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate, 2019).

In den oft ausgedehnten, abgelegenen Gebieten der Kryosphäre liefern Satelliten entscheidende Einblicke in die aktuellen, raschen Veränderungen.

Antarktischer Eisschild

Wechselnde Eisschilde

Die polaren Eisschilde speichern mehr als 99% des Süßwassereises der Erde an Land. Selbst geringe relative Veränderungen können den globalen Meeresspiegel beeinflussen, Überflutungen an Küsten verstärken und die Meeresströmungen stören.

Sowohl der antarktische als auch der grönländische Eisschild verändern sich rasch. Eine kürzlich von der ESA / NASA finanzierte internationale Bewertung zeigt, dass sie sechsmal schneller an Eismasse verlieren als in den 1990er Jahren - eine Rate, die derzeit am oberen Ende der Variantionsbreite der Klimaerwärmungsszenarien des IPCC liegt (IMBIE Shepherd, A. et al. , 2020).







Rückzug der Eisschilde

Der kombinierte Gesamtverlust an Eismasse über Grönland und der Antarktis wird zwischen 1992 und 2017 auf 6,4 Billionen Tonnen geschätzt - was den globalen Meeresspiegel um 17,8 Millimeter ansteigen lässt.

Vom Gesamtanstieg des Meeresspiegels durch schmelzende polare Eisschilde sind etwa 60% (10,6 Millimeter) auf grönländische Eisverluste und 40% auf die Antarktis (7,2 Millimeter) zurückzuführen.

Anhand von Satellitendaten schätzen Wissenschaftler, dass die polaren Eisschilde für ein Drittel des gesamten Meeresspiegelanstiegs verantwortlich sind.

Rückzug der Gletscher

Der Massenverlust der Gletscher hängt mit steigenden Lufttemperaturen zusammen, was sie zu einem zuverlässigen Indikator für den Klimawandel macht. In einer sich erwärmenden Welt trägt ihr Schmelzwasser zum Anstieg des Meeresspiegels bei, und diese Veränderungen wirken sich auf die Wasserverfügbarkeit auf der ganzen Welt aus.

Veränderung der globalen Eismasse (kumulativ) 1961-2016 in Gigatonnen

Satellitenscans helfen dabei, langfristige Veränderungen der Gletscher auf lokaler, regionaler und globaler Ebene zu erfassen. Ihre Fähigkeit, Veränderungen der Oberfläche, Höhe, Masse und Fliessgeschwindigkeit der Gletscher aus der Ferne zu beobachten, hilft abzuschätzen, wie diese Faktoren zum Anstieg des Meeresspiegels und zur Freisetzung von zusätzlichem Süsswasser beitragen.

Seit 1961 haben die Gletscher auf der ganzen Welt weit über 9'000 Gigatonnen (neun Billionen Tonnen) Eis verloren (Zemp, M., et al., 2019). Da sich die Gletscher zurückgezogen haben, schätzen Wissenschaftler, dass der Verlust an Gletschereis zwischen 1993 und 2017 für 21 % des globalen Meeresspiegelanstiegs verantwortlich war (WCRP Global Sea Level Budget Group, 2018).

Der Schlüssel zur Beurteilung dieser Veränderungen oder zur Modellierung ihrer zukünftigen Entwicklung ist die Verfügbarkeit eines detaillierten Inventars - einer Sammlung der wichtigsten physikalischen Eigenschaften der Gletscher. Das ESA CCI Gletscherprojekt lieferte ein Drittel der 198.000 Gletscherumrisse, die das Randolph-Gletscherinventar, das erste weltweit vollständige Inventar, bilden. Diese Datenbasis liefert die maßgeblichen beobachteten Beweise für Trends und leistete einen wichtigen Beitrag zur Bewertung von Meeresspiegeländerungen im Fünften Sachstandsbericht des IPCC.

Rückgang des Meereises

Der langfristige Rückgang des polaren Meereises ist eines der deutlichsten Anzeichen für Veränderungen in der Umwelt der Erde.

Arktisches Meereis August 1979

Vom Weltraum aus können wir einen langfristigen Rückgang der Ausdehnung des arktischen Meereises beobachten, und zwar in allen Monaten von 1979 bis heute.

Der stärkste Rückgang ist jährlich im Spätsommer zu beobachten, und Schätzungen deuten darauf hin, dass die Meereisfläche von 8 Millionen km² im September der späten 1970er Jahre auf etwa 4 Millionen km² im Jahr 2012 zurückgegangen ist, die bislang geringste Ausdehnung.

Satellitenaufzeichnung der monatlichen Eisausdehnung des Arktischen Meeres bis Juli 2020

Der Meereis-Satellitendatensatz wurde gemeinsam von ESA CCI Sea Ice und der EUMETSAT OSI SAF entwickelt und erstreckt sich über vierzig Jahre bis heute. Dieser Datensatz ist ein Schlüsselinstrument, das es der Wissenschaft ermöglicht, die Genauigkeit der Vorhersagen von Klimamodellen zu bewerten und zu verbessern, sowie Veränderungen zu beobachten und Trends mit größerer Sicherheit zu beurteilen.

Mit Hilfe dieser Daten haben Klimamodellierer eine klare Verbindung zwischen der abnehmenden sommerlichen Meereisbedeckung der Arktis und den kumulativen Kohlendioxidemissionen durch menschliche Aktivitäten hergestellt.

Eine aktuelle Studie schätzt, dass pro Tonne Kohlendioxidemissionen drei Quadratmeter arktisches Meereis verloren gehen (Notz and Stoeve, 2016).

Die neueste Generation von Klimamodellen, die mit Hilfe des ESA CCI Meereis-Satellitendatensatzes validiert wurden, weisen darauf hin, dass der Arktische Ozean bereits 2050 während der Sommermonate eisfrei sein könnte.

Steigender Meeresspiegel

Anstieg des globalen mittleren Meeresspiegels

Der Meeresspiegel ist im 20. Jahrhundert weltweit um etwa 15 cm angestiegen, und steigt derzeit mit einer Rate von 3,6 mm pro Jahr (zwischen 2006-2015) mehr als doppelt so schnell.

Laut dem “IPCC-Sonderbericht über die Ozeane und die Kryosphäre in einem sich verändernden Klima” könnte der Meeresspiegelanstieg bis 2100 in Modellprojektionen, die davon ausgehen, dass die Länder wenig Maßnahmen zur Verringerung der Treibhausgasemissionen ergreifen, 60-110 cm erreichen. Dies würde Überschwemmungen zu einem jährlichen Ereignis machen und die Risiken für 1,9 Milliarden Menschen, die in tief gelegenen Küstenregionen leben, erhöhen.

Zu den wichtigen Faktoren, die zum Anstieg des Meeresspiegels beitragen, gehören: die thermische Ausdehnung als Reaktion auf den Anstieg der Meerwassertemperatur und die Zufuhr von Süßwasser, wenn Eisschilde und Gletscher an Masse verlieren. Dieses geht aus Daten hervor, die die spezialisierten Sensoren auf Erdbeobachtungssatelliten liefern, die Temperatur der Meeresoberfläche und die Veränderungen von Eis und Gletschern erfassen.


Mit Hilfe von Satelliten-Höhenmessern sind Wissenschaftler in der Lage, regionale Unterschiede in der Geschwindigkeit in den Ozeanen der Erde zu erkennen.

Durch die Zusammenführung von Beobachtungen aus 11 verschiedenen Satellitenmissionen hat das ESA CCI Meeresspiegelprojekt eine hochpräzise und kontinuierliche 25-jährige Kartierung der Höhe der Meeresoberfläche erstellt (Ablain, M. et al.(2017); Legeais, J-F. et al. (2018)).

Ein genaues Verständnis der Veränderungen des globalen Meeresspiegels, einschließlich wichtiger regionaler Unterschiede, ist für die internationale Gemeinschaft von entscheidender Bedeutung, um eine wirksame Reaktion auf diese Herausforderung zu entwickeln.

Der Meeresspiegel steigt nicht überall gleichmäßig an. Messungen, die nur per Satellit möglich sind, zeigen, wie der Meeresspiegel auf der ganzen Welt aufgrund von Wind, Luftdruck, Meeresboden, Erdrotation sowie Temperatur und Salzgehalt des Wassers schwankt.









Abnehmende Schneedecke und Schneemasse

Veränderungen der Schneemasse 1980-2018, aus Pulliainen J et al (2020)

Die Schneedecke reagiert sehr empfindlich auf einen Temperaturanstieg. Satellitendaten zeigen, dass mit dem globalen Temperaturanstieg die Schneeausdehnung im Frühjahr in den 1980er Jahren und im 21. Jahrhundert in der gesamten nördlichen Hemisphäre mit einer Rate von (-0.55 ± 0.21) × 106 km² pro Jahrzehnt abnahm (Thackeray, C. et al. (2016)).

Das ESA CCI Schneeprojekt liefert die erste verlässliche Schätzung der Schneemassenveränderung unter Verwendung einer globalen Zeitreihe von 39 Jahren, die auf passiven Mikrowellen-Satellitenbeobachtungen beruht. Es wurden kontinentale Trends beobachtet. Zum Beispiel nahm die Schneemasse in Nordamerika um 46 Gigatonnen pro Jahrzehnt ab. Obwohl sich dies in Eurasien nicht widerspiegelte, wurde eine hohe regionale Variabilität beobachtet.

Basierend auf aktuellen Trends und der Schwelle von 1.5 °C Anstieg der Oberflächentemperatur sagen Klimamodelle voraus, dass die Schneemasse in Zentralnordamerika, Westeuropa und Nordwestrussland im Vergleich zu 1986-2005 um bis zu 40% abnehmen wird.

Klimaüberwachung aus dem Weltraum

Messungen von ESA-Missionen leisten einen wesentlichen Beitrag zur Klimaüberwachung. Beobachtungen aus dem 40-jährigen ESA-Satellitenarchiv sowie aus laufenden ESA-Missionen, den Copernikus-Sentinels und Missionen Dritter werden von der Klimawandel-Initiative der ESA genutzt, um konsistente, langfristige und globale Datensätze für 21 wichtige, sogenannte Essentinal Climate Variables” (ECVs, wesentliche Klimavariablen) zu erstellen.

Diese vertrauenswürdigen Aufzeichnungen unterstützen den UNFCCC-Prozess, der den internationalen Klimaschutz vorantreibt. Sie werden in Verbindung mit Erdsystemmodellen verwendet, um Triebkräfte, Wechselwirkungen und Rückkopplungen aufgrund des Klimawandels sowie Reservoirs, Fernverbindungen, Umkipppunkte und Flüsse von Energie, Wasser, Kohlenstoff und mehr zu untersuchen.

Klimadaten erkunden

Besuchen Sie den Abschnitt "Erkunden", um einen genaueren Blick auf die Klimadaten zu werfen, die im Rahmen des Programms "Climate Change Initiative" der Europäischen Weltraumorganisation erstellt werden.