Wassertempe­ratur der Ozeane: Aktuali­sierung

Ozeane: entscheidende Steuerelemente der globalen Temperatur. Foto: Chris Frey an der Kugelbake in Cuxhaven.

Andy May
Seit ich zum letzten Mal im Jahre 2016 etwas zum Thema Wassertemperatur der Ozeane geschrieben habe (hier) gab es eine ganze Menge neuer Erkenntnisse dazu. In meinem jüngsten Beitrag [in deutscher Übersetzung beim EIKE hier] über das GHCN und den National Temperature Index habe ich erläutert, warum die Trends der Ozeantemperatur sowie die thermische Energieverteilung in den Ozeane den Klimawandel dominieren. Festlandsstationen sind unschätzbar für die Wettervorhersage, sagen uns aber kaum etwas über Klimawandel.

Die allgemeine Definition des Begriffs „Klima“ beschreibt eine insgesamte Änderung der Temperatur oder des Niederschlags über einen Zeitraum länger als 30 Jahre. 100 Jahre wären viel besser. In diesem Zeitmaßstab erlangen Wassertemperaturen immer größere Signifikanz.

Die Ozeane bedecken 71% der Erde und enthalten 99,93% der Wärmeenergie („Wärme“) an der Oberfläche. Hier definieren wir die Erdoberfläche als alles zwischen dem Meeresboden und dem oberen Ende der Atmosphäre, ~22 km. Diese Berechnung und die notwendigen Referenzen sind in dieser Tabellenkalkulation detailliert aufgeführt. Zur Veranschaulichung der gewaltigen Auswirkungen der Ozeane sollten wir berücksichtigen, dass die Ozeane der Erde mehr Wärmeenergie enthalten als auf der Oberfläche und in der Atmosphäre der Venus, wo die Temperatur 464°C beträgt. Tatsächlich enthalten die Ozeane der Erde viermal mehr thermische Energie als die Venusatmosphäre, und dennoch haben die Ozeane eine Durchschnittstemperatur von weniger als 5°C. Eine Tabelle mit dieser Berechnung und den notwendigen Referenzen kann hier heruntergeladen werden.

Wir haben immer noch keine genauen Informationen über den gesamten Ozean, aber wir haben viel mehr als im Jahr 2016. CSIRO zeigt hier einen schönen Datensatz von 2009 mit Temperaturdaten bis 5.500 Meter (Ridgeway, Dunn, & Wilken, 2002). Die Universität Hamburg hat hier mehrjährige Daten bis 6500 Meter, aber ich konnte ihre NetCDF-Dateien mit R nicht lesen. Ich habe beide R-NetCDF-Pakete (ncdf4 und RNetCDF) ausprobiert, und keines von beiden konnte ihre Dateien öffnen. Wenn jemand weiß, wie man diese Dateien lesen kann, lassen Sie es mich wissen. In der Zwischenzeit konnten die CSIRO NetCDF-Dateien problemlos geöffnet werden, und wir können mit ihren Daten arbeiten, auch wenn sie nur ein Jahr umfassen. Abbildung 1 ist die durchschnittliche globale CSIRO-Ozeantemperatur von der Oberfläche bis 5.500 Meter.

Abbildung 1: CSIRO 2009 globale Durchschnittstemperatur von der Oberfläche bis 5.500 Meter. Datenquelle: CSIRO.

Die Temperatur fällt auf ein Minimum von 1°C in ~4.250 Metern und beginnt dann zu steigen. Die Verteilung der Temperatur in 4.500 Metern Höhe ist in Abbildung 2 dargestellt.

Abbildung 2. CSIRO Meerestemperatur auf 4.500 Metern. Die weißen Flächen auf der Karte sind flacher als 4.500 Meter.

Bei diesen Temperaturen sind Anzeichen der thermohalinen Zirkulation zu erkennen. Es ist noch unklar, wie oft das Ozeanwasser vollständig umgewälzt wird. Unter Umwälzen verstehen wir die Zeit, die das Oberflächenwasser benötigt, um vollständig mit dem Tiefenwasser einen Kreislauf zu bilden und dann wieder an die Oberfläche zurückzukehren. Dieser Prozess dauert wahrscheinlich mindestens 1.000 Jahre. Es ist der wichtigste langfristige Wärmeaustauschprozess an der Erdoberfläche. Wenn die Erde also mehr Wärmeenergie von der Sonne oder CO2 – oder was auch immer die Erwärmung verursacht – erhält, dauert es tausend Jahre oder länger, bis sie durch die Ozeane zirkuliert. Abbildung 3 zeigt eine Karte, die die Wege zeigt, die das Wasser durch die Tiefsee nimmt.

Abbildung 3. Die Hauptwege, die das Tiefenwasser auf seinem Weg von der Oberfläche in die Tiefsee nimmt und dann tausend oder mehr Jahre später wieder auftaucht. Beachten Sie, dass sich die Antarktis in der Mitte der Karte befindet. Das liegt daran, dass sich alle Ozeane nur im Südlichen Ozean treffen, der die Antarktis umgibt. Quelle: Von Avsa – Wikimedia, CC BY-SA 3.0.

Wie wir in Abbildung 3 sehen können, sinkt Oberflächenwasser im Nordatlantik und im Südlichen Ozean in die Tiefe. Dann beginnt es, um die Welt zu reisen, durch alle Ozeane. Es steigt vor allem im Indischen Ozean, im Südlichen Ozean und im Pazifik wieder auf. Da sich das Tiefenwasser aus dem Atlantik heraus bewegt, aber hauptsächlich in den anderen Ozeanen aufsteigt, hat der Atlantik einen etwas niedrigeren Meeresspiegel als die anderen Ozeane. Siehe auch (Reid, 1961). Aufsteigendes Tiefenwasser ist weiter verbreitet als absinkendes Oberflächenwasser. Diese NASA-Website enthält eine gute Diskussion und Animation der thermohalinen Zirkulation.

Abbildung 2 zeigt einige gemischte Temperaturen im südlichen Atlantik, neben Südamerika und dem südlichen Afrika, was darauf hindeutet, dass dort ein gewisser Auftrieb stattfinden könnte. Der meiste Auftrieb scheint jedoch im Pazifik, im südlichen und im Indischen Ozean zu erfolgen.

Diskussion und Fehlerabschätzung

Leider reichen gute Daten zur Meerestemperatur nur bis ins Jahr 2004 zurück. Die uns vorliegenden Daten deuten darauf hin, dass sich die Ozeane mit einer Rate von 0,4°C pro Jahrhundert [in deutscher Übersetzung beim EIKE hier] erwärmen. Die Zykluszeit der Ozeane beträgt jedoch über 1.000 Jahre, und die Aufzechnung reicht nur etwa 15 Jahre zurück, so dass dies sehr spekulativ ist. Wenn sich die Ozeane jedoch wirklich nur um 0,4°C pro Jahrhundert erwärmen, scheint es sehr unwahrscheinlich, dass die Spekulationen über eine rasche und gefährliche Erwärmung der Atmosphäre Anlass zur Sorge geben.

Das Raster von Jamstec (Hosoda, Ohira, & Nakamura, 2008), das wir für den flacheren (< 2.000 m) Teil unserer Analyse verwendet haben, liefert uns eine Fehlerabschätzung. Es handelt sich um eine Schätzung des räumlichen Fehlers, der auch als Gitterfehler bezeichnet werden kann. Mit anderen Worten, haben wir genug Daten, um die Karte genau zu erstellen? Abbildung 4 ist eine Karte dieses Fehlers nach Jahr und Tiefe.

Abbildung 4. Jamstec-Gitterfehler in Grad C. Datenquelle: Jamstec.

Wie wir in Abbildung 4 sehen können, war der Fehler im Jahr 2001 recht hoch, bis eine Tiefe von etwa 1400 Metern erreicht wurde. Bis 2004 waren Tiefen unter 1.000 Meter in Ordnung. Wie Abbildung 1 zeigt, sind Tiefen unter 1.000 Meter sehr variabel, und es werden hohe Fehler erwartet. Diese flacheren Gewässer interagieren mit dem Oberflächenwetter, insbesondere in der so genannten „gemischten Schicht“. Die gemischte Schicht ist eine seichte Zone, in der Turbulenzen eine nahezu konstante Temperatur von der Ober- bis zur Unterseite der Schicht verursacht haben. Die Dicke der gemischten Schicht variiert je nach Jahreszeit und Gebiet, liegt aber im Durchschnitt bei etwa 60 Metern. Die Temperatur der gemischten Schicht spiegelt auf komplexe Weise die Oberflächentemperatur der letzten Wochen wider.

Unserer Ansicht nach ist der Versuch, das Ausmaß und die Geschwindigkeit der atmosphärischen Erwärmung nur aus Messungen der Meeresoberflächen- und der atmosphärischen Temperatur abzuleiten, töricht und zum Scheitern verurteilt. Der wahre „Kontrollknopf“ der langfristigen Temperaturveränderung sind die Ozeane. Sie regulieren die Oberflächentemperaturen durch ihre enorme Wärmekapazität. Allein die gemischte Schicht hat über 22 Mal die Wärmekapazität der gesamten Atmosphäre bis in eine Höhe von 22 km. Die Regulierung der atmosphärischen Temperaturen durch die Ozeane gibt uns auch viel Zeit, um festzustellen, ob die globale Erwärmung wirklich eine Bedrohung darstellt. Derzeit liegen uns nur etwa fünfzehn Jahre Daten über die Meerestemperaturen vor, aber in weiteren fünfzehn Jahren werden wir Daten über einen „klimatischen“ Zeitraum haben. Wenn der Erwärmungstrend der Ozeane im Jahr 2035 immer noch weniger als ein Grad pro Jahrhundert beträgt, haben wir sehr wenig Grund zur Sorge.

Ich habe R für die Berechnungen in den Abbildungen verwendet, aber Excel, um die Grafiken zu erstellen. Wenn Sie die Details meiner Berechnungen überprüfen möchten, können Sie meinen CSIRO R-Quellcode hier herunterladen.

Link: https://wattsupwiththat.com/2020/11/28/ocean-temperature-update/

Übersetzt von Chris Frey EIKE

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14 Kommentare

  1. Kann mir jemand bitte erklären, warum in Abb, 1 das Wasser mit geringerer Dichte (T kleiner 4 Grad Celsius) sich in tieferen Zonen befindet? Gilt die Dichteanomalie des Wassers in Meeren nicht? Spielt die Salzkonzentration hier eine Rolle?

  2. Wer hat denn jemals die Wassertemperaturen in den Ozeanen oder zumindest einem fernab der Landmassen über längere Zeit gemessen? Und wer weiß denn wie und wo mit den Schiffen die Temperaturen gemessen werden bzw. wurden.

    Ich finde es immer interessant was die Leute alles wissen wollen, aber nie die Daten und die Methoden für das Wissen selbst produziert oder genutzt haben.

    Und wenn ich sowas lese: „Aber was bedeutet das für das Klima?“, dann wird mir übel. Das Klima ist das hier:

    >>für ein bestimmtes geografisches Gebiet typischer jährlicher Ablauf der Witterung<<

    Und dieser typische Ablauf wird von den Meteorologen für eine 30jährige Periode der Vergangenheit ermittelt.

  3. Die Ozeanerwärmung von nur 0,4 Grad C  in 100 Jahren scheint stimmig. Wurde hier nicht kürzlich von einem unvergleichlichen Klima-Alarm-xxxxxx namens Rahmstorf berichtet, der  o,1 Grad Ozeanerwärmung, die in den letzten Jahrzehnten mit den sehr genauen Argo-Bojen im Pazifik gemessen wurden, in Hiroshima-Bomben umrechnete?  Der in seiner unnachahmlichen, höchst verantwortungslosen und absolut xxxxxx Art und Weise eine Mücke zu einem panikeinflößenden Atombomben-Elefanten aufblies? Nur um unsere, von ihm selbst systematisch Klima-verdummten Rotgrün-Medien, die Straße und  unsere Politiker(innen) um jeden, aber auch nur jeden Preis  in Klimaalarm-Panik zu halten? Das Klimaproblem ist wohl erst gelöst, wenn die Potsdämliche Klima-Alarmmafia sich hinter Gittern befindet und unsere hysterischen Klima-Panikfrauen beim Psychiater…

    • Ich muss mich etwas korrigieren: Es waren nur angebliche 0,075 Grad Ozean-Erwärmung, selbst mit ARGO-Bojen-Messungen mehr als fraglich. Ich hatte hier zwar Rahmstorf als den üblichen Alarm-Verdächtigen im Hinterkopf. Aber bei EIKE kann ich die Spur bzgl. des dramatisierenden Hiroshima-Bomben-Vergleichs nur bis zu dem vielköpfigen chinesischen Forscherteam zurückverfolgen, von dem diese Daten samt Vergleich stammen. Möglicherweise hatte Rahmstorf dies in den Medien wiederholt.

    • Aufgrund der großen Masse der Ozeane (und zusätzlich der größeren spezifischen Wärmekapazität ca. Faktor 4) wohnt diesen eine größere Wärmeenergie *Inne.

      Die zwar klimaalarmistische durchaus durchdachte Seite des/der Hamburger*Innen Bildungsservers machte eine ähnlich überzogene Rechnung: was passiert, wenn der gesamte Wärmeenergiezuwachs des Ozeans seit 1955 in der Atmosphäre bliebe? Dann hätten wir einen Treibhauseffekt von 36 Kelvin: https://bildungsserver.hamburg.de/ozean-und-klima/2070096/ozean-erwaermung-artikel/

      Natürlich handelt es sich hierbei um eine Milchmädchen/jungen/trans-Rechnung, da dem Wärmeenergiegewinn von 24×1022 Joule eben nur der Temperaturzuwachs von durchschnittlich 0,09 Kelvin entspricht. Dieser Wert geht im Meßfehler unter, schon deshalb, weil das Netzweite viel zu groß ist und die Sensoren der Bojen (Druck => Tiefe, Temperatur) von Organismen bewachsen werden können.

      ps: zur besseren Lesbarkeit wurde auf die Gendersprache nicht verzichtet. 

      • Ich sehe gerade: der Wärmegewinn des Ozeans von 1955 bis jetzt ist 24×10²² Joule, oder für die Computergebildeten 24.0e+22 Joule. Der Exponent wurde nicht richtog geschrieben in meinem Beitrag. Wie dem auch sei: hier wie da wird mit großen Zahlen bzw. Effekten geprotzt obwohl die dem zugrundeliegenden Temperaturdifferenzen sehr klein sind.

    • Es sei noch zu ergänzen, das Prof. Schellnhuber den Bombenvergleich schon vor ein paar Jahren benutzte. Meines Wissens steckt in jedem Gewitter die Energie von 100 Hiroshima-Bomben. Man/frau/div kann auch die Frage stellen, was passiert bei einer kleinen Temperaturänderung im Meer? Die wirkt sich natürlich auf die Atmosphäre aus.

  4. Es ist hilfreich, etwas zu dem im Vergleich zur  Atmosphäre riesigen Wärmespeicher der Ozeane zu erfahren. In der Tat merkwürdig diese Temperaturabnahme mit zunehmender Tiefe. Während es  auf den Kontinenten mit zunehmender Tiefe rasch wärmer wird. Vermutlich ist die hohe Wärmekapazität des Wassers, Abkühlung in den Polarbereichen und Schichtung nach spezifischem Gewicht, abhängig von Salzgehalt und Temperatur, entscheidend („thermohaliner Effekt“). Was dann ständig für gigantische Ausgleichsströmungen sorgt.

    Aber was bedeutet das für das Klima? Man könnte auch zu der entgegengesetzten Schlussfolgerung wie der Autor kommen und schließen, dass aufgrund der thermischen Trägheit der Ozeane der Temperaturabstand von Atmosphäre und Land zu den Meeresoberflächen immer größer wird. Sehen wir das vielleicht schon bei den Unterschieden zwischen den Temperaturanstiegen über Land und über den Ozeanen? Rascherer Anstieg der Landtemperaturen? Doch würde der Anstieg über Land nicht noch schneller erfolgen ohne den trägen großen Wärmespeicher der Ozeane?

    Insgesamt hat der Autor offenbar recht. Letztendlich werden die Landtemperaturen, trotz des sich vergrößernden Temperaturabstands, dann  doch vom großen Wärmespeicher der riesigen Ozeanen (71% der Erdoberfläche) gebremst und es dauert mit der Erwärmung länger. Geht man davon aus, dass die fossilen Vorräte vielleicht noch 200 Jahre reichen und die CO2-Erwärmungsthese stimmt, dann würde dadurch der 200-jährigePeak abgeflacht und in die Länge gezogen. Ähnlich wie bei Corona…

  5. …und mal wieder scheint es, das eine Fehlerabschätzung nach dem Totalen differential, welche eigentlich vor jeder Messung durchgeführt werden und nach dem Messwert per Delta angegeben werden sollte. Sonst iss nix mit wissenschaftlicher Arbeit und Ergebnis!

  6. Mir stellt sich die Frage wie eine mittlere Meerestemperatur von 5°C möglich ist?

    Die Oberflächentemperatur beträgt 13,5°C. Von unten werden die Ozeane geringfügig mit etwa 63mW/m2 beheizt. Von oben strahlt die Sonne mit 168 W/m2 ein. Die Abstrahlung bei Nacht erfolgt gem. eigener Annahme gleichfalls oberflächennah. Damit würde ich eine Meerestemperatur von z.B. 12°C erwarten.

    Ist die niedrige Meerwassertemperatur den Eiszeiten geschuldet?

    Holger Narrog

     

     

     

     

     

    • „Ist die niedrige Meerwassertemperatur den Eiszeiten geschuldet?“

      Das habe ich mich auch schon gefragt. Die Jahres-Mittel-Temperatur an der Oberfläche beträgt zur Zeit 9,0 °C an Land (L), 18,6 °C in den Ozeanen (O) und 15,7 °C L+O. Vergleiche ich meine Daten mit Bild 1 stelle ich schon eine riesige Diskrepanz an der Oberfläche fest. Deshalb betrachte ich den Temperaturverlauf in Bild 1 nur als eine grobe Schätzung. Zu beachten ist dass die Oberflächen-Temperatur ein Flächenmittel ist, die Meeres-Temperatur aber ein Volumen-Mittel. Da der Wärme-Austausch im Meer nicht nur vertikal, sondern auch horizontal erfolgt, darf man nicht nur in der Vertikalen mitteln. Wenn z.B. in den Polargebieten kaltes Meerwasser absinkt, muss als Ausgleich (wärmeres) Meerwasser in Äquator-Nähe aufsteigen. Die Oberfläche erwärmt sich also relativ zum tiefen Ozean. Als Referenz wäre also die mittlere Ozean-Temperatur viel aussagekräftiger, die man aber wohl nicht so genau kennt. Ich nehme an dass Ihre Vermutung richtig ist. Der Effekt ist aber viel kleiner als angenommen.

  7. Man könnte es auch einmal mit dem Dreisatz versuchen! Die obersten 60m Meereswasser haben die 22-fache Wärmekapazität der Atmosphäre. Dann hat der gesamte Ozean (ca. 4000m im Durchschnitt tief) die 1500-fache Wärmekapazität der Atmosphäre. Die „gedeuteten“ 0,4°C Erwärmung der Ozeane pro Jahrhundert würden einer Erwärmung der Atmosphäre um 600°C entsprechen.  D.h. selbst wenn es diese 0,4°C Erwärmung der Ozeane geben würde, hätte dies nichts mit der derzeitigen Klimaerwärmung zu tun.

  8. Es deuten 🙂 die Daten auf eine Erwärmung der Ozeane um 0,4°C pro Jahrhundert hin. Es liegen aber erst seit ca. 15 Jahren Daten vor. D.h. es wurde in dieser Zeit eine Erwärmung um 0,06°C „gemessen“. Der Fehler liegt bei dieser Messung aber irgendwo zwischen 0,1°C und 0,5°C und ist damit deutlich größer als die „gemessene“ Erwärmung. Also wurde real gar keine Veränderung gemessen und es „deutet“ nichts auf eine Erwärmung hin! Auch in den nächsten 15 Jahren wird man mit diesem Fehler wohl keine Erwärmung messen können! Vielleicht kann man mit dieser Messmethode in 100 Jahren etwas zur Erwärmung (oder Abkühlung) der Ozeane aussagen.

    • Aufgrund der Komplexität der Wassertemperaturen der Ozeane, Schichtung, Strömungen, jahreszeitliche Änderungen, El Nino…dürfte es kaum seriös möglich sein Temperaturänderungen < 1°C zu bestimmen.

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