Aufgrund 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 wissenschaftlich Tätigen, 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
Die Konzentrationen von Kohlendioxid und Methan in der Atmosphäre - die Hauptverursacher des vom Menschen verursachten Klimawandels - befinden sich auf einem Rekord-Niveau und steigen weiter an.
Satelliten werden eingesetzt, um die kleinste Veränderung der atmosphärischen Konzentration der Treibhausgase festzustellen. Sie zeigen, dass Kohlendioxid auf 407 ppm im Jahr 2018 angestiegen ist und die Methankonzentration heute rund 150% über dem vorindustriellen Niveau liegt (Buchwitz, M. et al. 2018) - und weiter ansteigt.
Durch die genaue Erfassung von kleinen Veränderungen - im Fall von Kohlendioxid bis auf einen Teil pro einer Million - helfen Satellitenbeobachtungen der wissenschaftlichen Gemeinschaft, die globalen Klimamodelle zu verbessern. Sie tragen dazu bei, die Auswirkungen der erhöhten Treibhausgaskonzentration in der Atmosphäre und damit den wahrscheinlichen Erwärmungseffekt besser vorherzusagen.
Im Rahmen des ESA-Projekts CCI Greenhouse Gas wird die globale Verteilung von oberflächennahem Kohlendioxid und von Methan kartiert. Das Projektteam führt Forschungsarbeiten durch, um die derzeitigen operationellen Produkte weiter zu verbessern. Diese wurden zunächst im Rahmen von ESA CCI entwickelt und sind dann an den EU-Copernikus-Klimadienst für die Routine-Produktion übertragen worden. Im Rahmen von ESA CCI arbeiten die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen weiterhin kontinuierlich an der Verbesserung der Verfahren und dem Verständnis des atmosphärischen Klimasystems.
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 die 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, ausgleichende Rolle für das globale Klima.
Die globale Erwärmung hat zu einer umfassenden Abnahme der Kryosphäre in den letzten Jahrzehnten geführt. Dies ist bei den polaren Eisschilden, den Gletschern, der terrestrischen Schneebedeckung, der Ausdehnung und der Dicke des arktischen Meereises zu beobachten. Ebenso ist der Effekt im Anstieg der Permafrost-Temperaturen sichtbar, 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.
Das Schmelzen der Eisschilde
Die polaren Eisschilde speichern mehr als 99% des gefrorenen Süßwasservolumens 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 gemeinsam von ESA und NASA geförderte internationale Bewertung zeigt, dass die Eisschilde sechsmal schneller an Eismasse verlieren als in den 1990er Jahren - eine Rate, die derzeit am oberen Ende der Variationsbreite der Klimaerwärmungsszenarien des IPCC liegt (IMBIE Shepherd, A. et al. , 2020).
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. Dies macht die Gletscher zu einem zuverlässigen Indikator für den Klimawandel. 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.
Satellitenscans helfen dabei, langfristige Veränderungen der Gletscher auf lokaler, regionaler und globaler Ebene zu erfassen. Die Fähigkeit der Satelliten, Veränderungen von 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, also einer Sammlung der wichtigsten physikalischen Eigenschaften der Gletscher. Das ESA CCI Gletscherprojekt trug hierzu ein Drittel der 198.000 Gletscherumrisse bei, die das Randolph-Gletscherinventar, das erste weltweit vollständige Inventar, bilden. Diese Datenbasis liefert die maßgeblichen beobachteten Beweise für Trends und leistet 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.
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. Dies ist die bislang geringste gemessene Ausdehnung.
Der Meereis-Satellitendatensatz erstreckt sich über vierzig Jahre bis heute. Er wurde gemeinsam vom ESA CCI Sea Ice Projekt und der EUMETSAT OSI SAF entwickelt. 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 2030 während der Sommermonate eisfrei sein könnte.
Steigender Meeresspiegel
Der Meeresspiegel ist im 20. Jahrhundert weltweit um etwa 15 cm angestiegen, und steigt derzeit (zwischen 2005 und 2015) mehr als doppelt so schnell mit einer Rate von 3,6 mm pro Jahr.
Laut dem “IPCC-Sonderbericht über die Ozeane und die Kryosphäre in einem sich verändernden Klima” zeigen Modellprojektionen, in denen die Annahme gemacht wird, dass die Länder nur wenige Maßnahmen zur Verringerung der Treibhausgasemissionen ergreifen, dass der Meeresspiegelanstieg bis 2100 einen Wert von 60-110 cm erreichen könnte. 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 und die Temperatur der Meeresoberfläche sowie die Veränderungen von Eis und Gletschern erfassen.
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
Die Schneedecke reagiert sehr empfindlich auf einen Temperaturanstieg. Satellitendaten zeigen, dass mit dem globalen Temperaturanstieg die Schneeausdehnung, gemessen jeweils 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. So nahm zum Beispiel die Schneemasse in Nordamerika um 46 Gigatonnen pro Jahrzehnt ab. Obwohl sich dies in Eurasien nicht widerspiegelte, wurde dennoch aber eine hohe regionale Variabilität beobachtet.
Klimamodelle sagen unter der Annahme der Fortführung der aktuellen Trends und einer Schwelle von 1.5 °C Anstieg der Oberflächentemperatur 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-Satellitendatenarchiv sowie aus laufenden ESA-Missionen, den Copernicus-Sentinels und Missionen Dritter werden von der Climate Change Initiative der ESA genutzt, um konsistente, langfristige und globale Datensätze für 27 Schlüsselindikatoren zu erstellen, den sogenannten Essential Climate Variables” (ECVs, wesentliche Klimavariablen).
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.