Inhalt

Abbildungen   3

Vorwort   4

1  Einleitung  5

2  Besondere Einflussgrößen auf Klima und Witterung in Europa  6

2.1  Globale Verdunkelung  6

2.2  Variation der Sonnenaktivität  10

2.3  Schwankungen der thermohalinen Zirkulation  14

3  Ausbruch des Eyjafjallajökull auf Island 2010 und seine Auswirkungen  16

3.1  Temperaturveränderungen in Norddeutschland - Analyse  

  (Material und Methoden)  17

3.2  Ergebnisse  22

3.3  Schlussfolgerungen / Diskussion  29

4  Zusammenfassung  37

Literatur   40

Abbildungen   

Hintergrund  Deckblatt  

Abb.  0:  

Abb.  1: Kondensstreifen über Deutschland  

Abb.  2: Auswirkungen eines Vulkanausbruchs auf das Klima  

Abb.  3: Darstellung des Treibhauseffekts  

Abb.  4: Sonnenflecken und Faculae auf der Photosphäre der Sonne  

Abb.  5a: 11-jährige Sonnenfleckenzyklen  

Abb.  5b: Aktueller Sonnenfleckenzyklus  

Abb.  6: Eisschild über Grönland und der Arktis  

Abb.  7: Einflussgrößen auf den Klimawandel  

Abb.  8: SO 2 -Verteilung über Europa am 17.04.2010  

Abb.  9a: Meteosat-9 Aufnahmen, 15.04.2010  

Abb.  9b: Meteosat-9 Aufnahmen, 16.04.2010  

Abb.  10: Darstellung der gemittelten Temperaturdifferenz 2010  

Abb.  11: Modellverlauf der Temperaturdifferenz im Jahresgang  

Abb.  12: Modellverlauf der Temperaturdifferenz - Januar bis Juni  

Abb.  13: Modellverlauf der Temperaturdifferenz (Tageswerte)  

Abb.  14: Verlauf der Standardabweichung (Tageswerte) im Jahresgang  

Abb.  15: Abweichung der Tageswerte 2010 vom Modell  

Abb.  16: Abweichung der Tageswerte 2010 vom Modell (ohne Ausreißer)  

Abb.  17: Aschewolke über Europa am 18.05.2010  

Abb.  18: Karte: Bodenluftdruck am 27.01.2010  

Abb.  19: Karte: Bodenluftdruck am 30.01.2010  

Abb.  20: Karte: Bodenluftdruck am 25.03.2010  

Abb.  21: Karte: Bodenluftdruck am 25.04.2010  

Abb.  22: Karte: Bodenluftdruck am 18.05.2010  

Abb.  23: Karte: Bodenluftdruck am 16.06.2010  

Abb.  24: Karte: Bodenluftdruck am 18.04.2010  

1  (verändert nach Boston com, 2010 Merkur-Online, 2008 Wagner, 2010)  

Vorwort

An dieser Stelle möchte ich mich bei meinem Betreuer und Gutachter, Herrn Prof. Dr. Jörg-Friedhelm Venzke, sowie bei Herrn Dr. Marco Langer für die Bereitschaft bedanken, meine Abschlussarbeit so kurzfristig angenommen zu haben. Mit ihrer bereitwilligen Zusage und dem Interesse am Thema bestärkten sie mich in meiner Entscheidung zur Bearbeitung der Fragestellung. Ohne ihre Unterstützung wäre es nicht möglich gewesen, die vorliegende Arbeit noch in diesem Sommersemester zu verwirklichen.

Ein weiterer Dank gilt Philipp Emanuel Weidmann, der mir im Vorfeld mit Ideen für die Datenbeschaffung und -auswertung zur Seite stand.

1 Einleitung

Im April und Mai 2010 sorgten Meldungen über den Ausbruch des Eyjafjallajökull auf Island in den Medien für Schlagzeilen. „Vulkan-Asche über Nordeuropa: Chaos auf den Flughäfen und Gefahr für das Klima“ (Makartsev, 2010), so der Titel eines Berichts im Weser Kurier vom 16.04.2010. „Asche [sei] gefährlich für Triebwerke“ (Wendler, 2010), war die allgemeine Meinung. Um sicher zu gehen, gab es vorsorglich die bekannten Flugverbote. Im Übrigen wurden weder sämtliche Lufträume gesperrt noch gab es generelle Flugverbote, wie oft beschrieben wurde. Es wurden lediglich keine Flüge im kommerziellen Bereich unter Instrumentenflugregeln erlaubt. Privatpiloten, aber auch die „großen“ Fluggesellschaften konnten weiterhin unter Sichtflugbedingungen den Luftraum über Deutschland nutzen. Gerade dies ist eigentlich fragwürdig und so stellte auch die Pilotenvereinigung Cockpit fest: „Für die Sicherheit […] ist es indes unerheblich, ob ein Flugzeug nach Sicht- oder Instrumentenflugverfahren betrieben wird. Entweder der Luftraum ist sicher oder er ist es nicht“ (Vereinigung Cockpit e.V., 2010). Unabhängig von den wirtschaftlichen Auswirkungen wurde schnell auch der Bezug zu Klimafolgen durch Vulkanausbrüche hergestellt. Für das „Jahr ohne Sommer“ (1816), in dem es zu „vier Kältewellen im Juni, Juli und August [kam und in denen] Nachtfröste und sogar Schneefälle auftraten“ (Müller, 2000) wird beispielsweise angenommen, dass die Ursache der Ausbruch des Tambora in Indonesien war (Skeen, 1981).

Klimaextreme werden ohnehin bedeutender eingeschätzt als Langzeit-Klimaveränderungen, da sie unabhängig vom allgemeinen Trend eine sehr plötzliche und zeitlich begrenzte Wirkung haben - mit enormem Gefährdungspotential, denn man kann sich schlechter auf sie einstellen (Gerstengarbe & Werner, 2009).

Der Ausbruch des Eyjafjallajökull wurde daher als interessant aber weitgehend harmlos wahrgenommen, da man mit Ausnahme der wirtschaftlichen Konsequenzen keine große Klimakatastrophe befürchten musste. Auch das Wetter zeigte sich nicht besonders auffällig. Was bisher jedoch wenig Beachtung gefunden hat sind die indirekten Auswirkungen: Folgen des stillgelegten Flugverkehrs über Europa. Etwas Vergleichbares hat es bislang nur nach den Anschlägen des 11. Septembers 2001 in den Vereinigten Staaten gegeben: Der Luftverkehr lag tagelang nahezu brach - mit interessanten Konsequenzen für das Wetter. Erstmalig konnte der Effekt der Verkehrsfliegerei auf die Bodentemperaturen nachgewiesen werden. Es wurde festgestellt, dass die Temperaturdifferenz zwischen Tag und Nacht in diesem Zeitraum größer war als in den Tagen vor und nach dem Flugverbot. Wärmere Tage

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und kältere Nächte sind typische Folgen eines geringeren Bedeckungsgrades. Ohne die Vielzahl an Flugbewegungen gab es keine Kondensstreifen und weniger Cirrus-Bewölkung (BBC, 2005).

In der nachfolgenden Arbeit soll zunächst aufgezeigt werden, welche außergewöhnlichen Faktoren Klima und Witterung in Europa bzw. Norddeutschland beeinflussen können und wie der Ausbruch des Eyjafjallajökull sowie die mit ihm verbundenen Einschränkungen des Luftverkehrs kurzfristige Veränderungen klimatischer Größen nach sich zogen. Es soll untersucht werden, ob sich in den Wetteraufzeichnungen des Deutschen Wetterdienstes eine ähnlich einmalige Situation wie am Beispiel der USA finden lässt (Makartsev, 2010; Presseinfo BMVBS, 2010).

2 Besondere Einflussgrößen auf Klima und Witterung in Europa

Langfristig unterliegt das Klima auf der Erde, aber auch kleinräumig betrachtet in Norddeutschland, den Schwankungen bestimmter Parameter, welche den Wechsel von Kalt-und Warmzeiten verursachen, aber auch schon in kleineren Zeitspannen deutliche Auswirkungen haben können. Im Wesentlichen lassen sich beispielsweise für die im Holozän stattgefundene Abkühlung während der sog. „Kleinen Eiszeit“ drei Faktoren bestimmen (Fagon, 2008; Schwartz & Randall, 2003; WBGU, 2008):

- Globale Verdunkelung, u.a. als Folge von Vulkanausbrüchen, welche die Menge ankommender Strahlung auf die Erdoberfläche beeinflusst

- Schwankung der Sonnenaktivität, somit im zeitlichen Verlauf unterschiedlich starke Strahlungsenergie auf der Erdoberfläche

- Variationen in der thermohalinen Zirkulation, insbesondere des Golfstroms, welcher ein klimabestimmendes Element für Europa darstellt

2.1 Globale Verdunkelung

Im Hinblick auf ihre Auswirkungen steht die globale Verdunkelung (auch als „global dimming“ (BBC, 2005) bezeichnet) im Gegensatz zur allgegenwärtig diskutierten globalen Erwärmung. Neben den Auswirkungen der Treibhausgase soll nach Ansicht einiger

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Wissenschaftler eine ähnlich große Auswirkung von anderweitig emittierten Stoffen auf das Klima ausgehen. Seit den 1950er Jahren konnte durch Versuche und Messungen gezeigt werden, dass sowohl die eintreffende Strahlung als auch die Verdunstung aus Evaporimetern weltweit abnimmt. Dies scheint im Gegensatz zur globalen Erwärmung zu stehen, lässt sich aber durch die globale Verdunkelung erklären. Gäbe es neben dem anthropogenen Treibhauseffekt nicht gleichzeitig die Auswirkungen des „global dimming“, dann könnte der Anstieg der Temperatur auf der Erde noch viel größer ausfallen (BBC, 2005; Liepert, 2002). Bei der globalen Verdunkelung spielen Aerosole die entscheidende Rolle: Gase und

^2- Schwebeteilchenin der Luft (z.B. SO 2 , H 2 S und SO 4 ), welche bei Verbrennungsprozessen

entstehen, beeinflussen die an der Erdoberfläche ankommende Sonnenstrahlung. Im Wesentlichen geschieht dies auf zwei Wegen: Einerseits wird ein Teil der ankommenden Strahlung direkt an den Partikeln reflektiert und kommt somit nicht an der Erdoberfläche an. Andererseits stellen die Teilchen Kondensationskerne dar und begünstigen damit die Wolkenbildung. Abhängig von der Höhe der Wolken kann durch deren abschirmende Wirkung eine Erwärmung der Stratosphäre und eine Abkühlung der Troposphäre hervorgerufen werden (BBC, 2005).

So wird beispielsweise angenommen, dass eine Verringerung der Aerosolkonzentration (ausgehend von Nordamerika) zu einem zusätzlichen Anstieg der Temperaturen in der Arktis führen würde (Fischer-Bruns et al., 2010).

In einer Studie („Solar dimming and brightening over Thessaloniki, Greece, and Beijing, China“ (Zerefos et al., 2009)) konnte beim Vergleich zweier Standorte festgestellt werden, dass zwischen dem Verschmutzungsgrad der Atmosphäre durch Aerosole und der einkommenden Sonnenstrahlung eine Abhängigkeit besteht. In Griechenland zeigten die Bemühungen (ganz Europas) im Bereich des Umweltschutzes ihre Wirkung und führten zur Verbesserung der Luftqualität - somit stieg auch die gemessene Strahlungsmenge an. Peking dagegen wird erst in Zukunft bei entsprechend wirksamen Umweltschutzverordnungen eine ‚Aufhellung’ feststellen können (Zerefos et al., 2009).

Über die Wirkungen von Kondensstreifen auf die Temperatur konnte eine bislang einmalige Untersuchung nach den Anschlägen des 11. Septembers 2001 angestellt werden. Der Effekt des Luftverkehrs auf die Bodentemperaturen konnte nachgewiesen werden, da drei Tage lang beinahe der ganze Luftverkehr über den Vereinigten Staaten ausgesetzt worden war. Dabei wurde festgestellt, dass in diesem Zeitraum die Temperaturdifferenz zwischen den Höchstwerten bei Tage und den Tiefstwerten in der Nacht größer waren als in den Tagen

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direkt vor und nach dem Flugverbot. Wenn der Himmel klarer ist, gibt es verhältnismäßig wärmere Tage und kältere Nächte. Im „solaren Spektralbereich ist die Wirkung der Eiswolken wegen der Reflexion von Sonnenstrahlung in den Weltraum abkühlend. Im langwelligen Spektralbereich wirken Eiswolken hingegen erwärmend, da wegen der niedrigen Temperaturen an der Tropopause die Abstrahlung der Erde in den Weltraum reduziert wird“ (MPI-Met, 1999). Die gemessene Abweichung der Temperaturwerte war die größte innerhalb der letzten 30 Jahre. Damit wird deutlich, dass Aerosole eine enorme Wirkung auf das weltweite Klima haben können (BBC, 2005).

Durch Flugzeuge werden abhängig von Jahreszeit und geographischer Breite unterschiedlich stark wirkende Effekte hervorgerufen. Auf der Nordhemisphäre sind die ausgelösten Störungen im Bereich zwischen 40° und 70° N signifikant - dort wo die meisten Flugbewegungen stattfinden. Zum einen wird Wasserdampf in hohe Luftschichten gebracht, wo er sonst nicht oder in geringeren Mengen natürlich vorkommt, zum anderen werden Partikel in die Atmosphäre abgegeben, welche die Bildung von (Eis-)Wolken begünstigen. Die eigentlichen Kondensstreifen lösen sich zwar nach ca. 30 min auf, jedoch kann man davon ausgehen, dass der am Himmel verbleibende Schleier dünner Cirrus-Wolken ohne die zuvor eingebrachten Partikel gar nicht da wäre (Marquart, 2003; MPI-Met, 1999).

„In der Reiseflughöhe von 10 - 13 km ist die Umgebungstemperatur mit -40°C bis -70° C [sic] sehr niedrig. Die Temperatur nimmt gewöhnlich vom Erdboden bis in diese Höhe ab, um darüber wieder anzusteigen. Dieses Temperaturminimum kennzeichnet den Übergang zwischen Troposphäre und der darüber liegenden Stratosphäre, die sogenannte Tropopause. Der maximal mögliche Feuchtegehalt der Atmosphäre (jenseits dessen Kondensation und Wolkenbildung auftreten) wird mit abnehmender Temperatur sehr klein. 100% [sic] relative Feuchte in der Nähe der Tropopause entsprechen nur etwa 1/1000 der Wasserdampfdichte am Boden. Die meisten anderen Gase nehmen dagegen mit der Höhe sehr viel langsamer ab. […] Die Verbrennung von 1 kg Kerosin in der Flugzeugturbine erzeugt 1,25 kg Wasserdampf und 3 kg CO 2 , sowie Stickoxide und Russ [sic]. Während die zusätzliche Menge an Wasserdampf in Bodennähe gegenüber der natürlichen Menge unerheblich ist, führt sie nahe der Tropopause häufig unmittelbar hinter dem Flugzeug zu Kondensation. Diese Bildung von Kondensstreifen wird um so [sic] wahrscheinlicher, je geringer die Temperatur der Umgebungsluft ist. […] Neben der Wirkung der Kondensstreifen selbst wird vermutet, dass die zusätzlichen Kondensationskeime nach der Auflösung der Kondensstreifen durch Verdunstung noch weiteren Einfluss auf den Treibhauseffekt haben. So könnte die Zahl der Eiskeime in Tropopausenhöhe allgemein so stark steigen, dass auch die spätere Bildung weiterer Cirren erleichtert würde. Da man diese dann aber nicht mehr unmittelbar der Flugzeugemission zuordnen kann, entziehen sie sich der Untersuchung. Die vermehrte Beobachtung natürlicher Cirren in den letzten Jahrzehnten deutet allerdings auf einen solchen Einfluss hin“ (MPI-Met, 1999).

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Abbildung 1 gibt ein Beispiel für linienhafte Cirren über Deutschland, die parallel zu den üblichen Flugrouten verlaufen. Aufgrund der Bildauflösung sind jedoch nur ältere, ausgefächerte Kondensstreifen erkennbar. Eine Vielzahl „frischer“ Kondensstreifen oder solcher, die sich kurz nach ihrer Bildung wieder auflösen, sind in den meisten Satelliten-Aufnahmen nicht sichtbar, wenngleich sie trotzdem einen Klimaeinfluss haben. Werden die vorhandenen Kondensstreifen älter, dann verteilen sie sich im Höhenwind oder mischen sich mit natürlichen Wolken, so dass sie nicht mehr linienhaft und eindeutig zuzuordnen sind.

Abb. 1: Kondenssteifen über Deutschland - Überflug des Satelliten NOAA-12 am 04.05.1995 (MPI-Met, 1999)

In stärkerem Ausmaß zur Verdunkelung können jedoch Vulkane beitragen. Es gelten dabei grundsätzlich die gleichen Effekte, welche schon aufgeführt wurden. Der Ausstoß von Schwefeldioxid und Asche in größeren Mengen und besonders in hohe Luftschichten kann eine langanhaltende Temperaturbeeinflussung hervorrufen. Vergangene Eruptionen von Vulkanen wie dem Tambora (1815), Krakatau (1883) oder dem Pinatubo (1991) zeigten deutlich, dass es im Anschluss globale Abkühlungen gab. Vor allem wenn die Schwebeteilchen bis in die Stratosphäre emittiert werden, sind klimatische Auswirkungen besonders stark. Aerosole in der Troposphäre werden hingegen vergleichsweise schnell vom

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