Der Meeresspiegel

Der Anstieg des Meeresspiegels ist einer der wichtigsten Indikatoren in der globalen Klimaforschung. GOCE wird auf mehrfache Weise zu diesem Forschungsfeld beitragen.. Im letzten Jahrhundert ist der globale durchschnittliche Meeresspiegel um ca. 10-25 Zentimeter gestiegen; doch für das nächste Jahrhundert wird ein wesentlich höherer Anstieg in einer Größenordnung von 50 – 70 Zentimetern vorhergesagt. Für mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung wird dies einschneidende Konsequenzen haben: Sie leben in Küstenregionen und sind von der landwirtschaftlichen und industriellen Produktivität dieser Gebiete abhängig. Ganz offensichtlich sind die Folgen für Inseln, die nur geringfügig über dem Meeresspiegel liegen (z.B. die Malediven) oder für Gebiete um weitverzweigte Flussdeltas (s. Bangladesch). Aber auch für die Ostküste Englands oder die niederländische und norddeutsche Küste würde ein Anstieg von 50 Zentimetern einschneidende sozio-ökonomische Folgen haben.

 

Aus historischen Gezeitenpegeldaten und aus aktuellen Modellen weiß man, dass zukünftige Änderungen des Meeresspiegels, die von vielen verschiedenen klimatischen und geologischen Prozessen verursacht werden, keinesfalls global gleich sein werden. Zudem ist die exakte Größenordnung der verschiedenen Einflussfaktoren unbekannt. Daher ist ein Forschungsziel, die verschiedenen Komponenten des Meeresspiegelanstiegs besser zu verstehen – auch um Küstenplaner mit den bestmöglichen Informationen für ihr spezielles Gebiet zu versorgen.

Mit Hilfe von GOCE kann unser Verständnis der vergangenen Meeresspiegeländerungen und damit die Vorhersagbarkeit zukünftiger Änderungen an mehreren Stellen verbessert werden:

  • ein ozeanographisches Geoid, wie es aus GOCE abgeleitet werden kann, wird zu zuverlässigeren Bestimmungen der Ozeanwärme- und Massentransporte führen. Die Daten gehen in ein allgemeines Zirkulationsmodell (General Circulation Model/CGM) ein, mit dessen Hilfe der Meeresspiegelanstieg modelliert wird. Man nimmt an,, dass die durch den Temperaturanstieg verursachte thermische Expansion der Ozeane die größte Änderung des Meeresspiegels im nächsten Jahrhundert ergibt. (siehe Abschnitt zur Ozeanographie)
  • Ein hochpräzises Geoid über Grönland und der Antarktis versorgt uns mit Informationen über die Bodentopographie unter den Eisschilden. Ergänzt man diese Daten noch mit Altimetriedaten, erhält man Abschätzungen der Eisdicke und Oberflächengradienten, die notwendig sind, um das Gleichgewicht der Eismassen zu studieren. (siehe Abschnitt zur Glaziologie)

Räumliche Abweichungen des globalen, relativen
Meeresspiegelanstiegs verursacht durch die Postglaziale Landhebung wie vorhergesagt durch das Model ICE4G-VM2
(Peltier 1998), Quelle: ESA

  • Meeresspiegeländerungen, wie sie im letzten Jahrhundert von Pegelstationen erfasst wurden, enthalten immer zwei Komponenten: Die erste ist die eigentliche Veränderungen des Meeres – volumens, d.h. die Höhenänderung der Wassersäule, verursacht durch das Abschmelzen der Eiskappen, durch die Erwärmung der Ozeane, durch Veränderungen der globalen Meereszirkulation etc.. Die zweite Komponente resultiert aus Niveauänderungen von Landgebieten, auf denen die Pegelmessstationen stehen. Zahlreiche geologische Prozesse bilden hierfür die Ursache.

    Die Pegeldaten zum Beispiel in Skandinavien zeigen, dass mit den lokalen tektonischen oder menschenverursachten Signalen auch Effekte des postglazialen Ausgleichs erfasst werden. Diesen Anteil zu isolieren ist ein Ziel der wissenschaftlichen Arbeiten. Man bedient sich geodynamischer Modelle für die postglaziale Landhebung (Englisch: Postglacial Rebound -PGR). Mit einem genaueren PGR-Modell und Modellen der lokalen Tektonik lassen sich die historischen Pegeldaten korrigieren. So kann man restriktivere Nebenbedingungen für den Meerespiegelanstieg in Klimamodellen formulieren. Aus diesen Erkenntnissen wiederum lassen sich Prognosen für zukünftige Veränderungen treffen, auch für Küsten, an denen es keine Pegelmessstationen gibt.

  • Durch die verbesserte Zuverlässigkeit der Daten aus dem „GPS-minus-Geoid-Nivellement" lassen sich historische Pegeldaten für Messpunkte, die über einen Kontinent verstreut liegen, zu einem Gesamtbild zusammenfassen. Heute kann man solche „Zusammenfassungen" mit herkömmlichem Nivellement bereits für kleinere Gebiete generieren.
  • Eine bessere Kenntnis der längerwelligen Bestandteile des Schwerefelds durch GOCE und andere Missionen führt zu einer deutlichen Verbesserung der radialen Bahngenauigkeit für frühere (GEOSAT, ERS) und zukünftige (Envisat, GEOSAT-Folgesatelliten) Altimetriesatelliten. Dadurch wird der geographisch korrelierte Bahnfehler reduziert, was wiederum die Bestimmung langer Zeitreihen von Meeresanomalien bei Erforschung der dynamischen Topographie zuverlässiger macht. Dies gilt auch für die Untersuchung langwelliger Variabilitäten der Ozeanzirkulation sowie für Betrachtungen des langfristigen, globalen Meeresspiegels.
  • Mit dem verbesserten Schwerefeld steht ein allgemeiner, genauer Höhenreferenzrahmen zur Verfügung, so dass Altimetriedaten für jegliche Bahnkonfiguration, ob Wiederholungsbahnen oder nicht, direkt angewendet werden können. Bis zum Jahr 2010 hofft man, einen Altimetriedatensatz zu erhalten, der global und voll kalibriert ist. Mit diesem ließe sich dann die globale Entwicklung des Meerespiegels und dessen Veränderungen ermitteln. Diese Daten bilden die Grundlage, will man Meeresspiegeldaten, die an Pegelstationen gemessen wurden, mit geologischen und archäologischen Daten vergleichen.