dl028: wasserspiegel

dl028: wasserspiegel

Intro (00:00:00)

Thema des Podcasts (00:00:18)

Willkommen zu unserer 28. Folge beim datenleben-Podcast, dem Podcast über Data Science.
Wir sind Helena und Janine und möchten mit euch die Welt der Daten erkunden.
Es wird immer wichtiger Daten in das Große Ganze einzuordnen zu können.
In unserem Podcast wollen wir deswegen Data Science anhand von Themen erklären, die uns alle betreffen.

Thema der Folge (00:00:37)

  • Es geht um Wasser- und Meeresspiegel und die Folgen der globalen Erderwärmung
  • Wir haben bereits mit Folge 7 klimadaten angefangen uns Daten rund um die Klimakrise anzusehen
  • Damals 3 Bereiche betrachtet: Temperaturen, Waldbrände und Meeresspiegel
  • Die Folge war ein erster Zugriff auf diese Themen und der Anfang einer Reihe
  • In Folge 8 Temperaturkurven und Folge 14 Waldbrände haben wir bereits die ersten beiden Themen nochmal aufgegriffen
  • Jetzt ist also Wasserspiegel dran
  • Grundlage sind für uns die letzten beiden veröffentlichungen des Weltklimarates
  • Genauer gesagt Teil 1 und 2 des 6. IPCC Sachstandsberichtes
  • Vorab gibt es im Einspieler ein paar Infos darüber, was hinter den Buchstaben IPCC steckt
  • Helena redet dann zuerst über die Forschung betreffend des Meerespiegels
  • Dabei gucken wir vor allem auf die Prozesse und auch darauf, wie das im IPCC Bericht untersucht wird
  • Zusätzlich habe ich mir den zweiten Bericht angesehen, der sich vor allem mit schon bestehenden Auswirkungen der Erderwärmung befasst

Warum ist das Thema wichtig? (00:02:25)

  • Meeresspiegel als Klimathema auch immer wichtig
  • Besonders weil es darum geht: Woher wissen wir eigentlich, dass der ansteigt?

Einspieler: Wie funktioniert dieser Weltklimarat? (00:02:48)

  • IPCC steht für Intergovernmental Panel on Climate Change
  • Auf deutsch Zwischenstaatlicher Ausschuss für Klimaänderungen und wird oft einfach nur als "der Weltklimarat" bezeichnet
  • 1988 von der Weltorganisation für Meteorologie (⁠WMO⁠- World Meteorological Organization) und dem Umweltprogramm der Vereinten Nationen (⁠UNEP⁠- United Nations Environment Programme) gegründet
  • Beim Umweltbundesamt findet sich folgende Beschreibung:

    Das IPCC – oft auch als Weltklimarat bezeichnet – ist ein von den Regierungen unabhängiges wissenschaftliches Gremium, in dem Hunderte Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus der ganzen Welt mitwirken. Sie erarbeiten und bewerten anhand der aktuellen und anerkannten wissenschaftlichen Veröffentlichungen den jeweils neuesten Kenntnisstand zu Klimaänderungen und fassen ihn in regelmäßigen Sachstandsberichten sowie in Sonderberichten zu ausgewählten Themen zusammen. Quelle

  • Der erste Sachstandsbericht wurde 1999 veröffentlicht
  • Ein Sachstandsbericht besteht aus unterschiedlichen Berichten von einzelnen IPCC-Arbeitsgruppen, die sich je auf eigene Schwerpunkte fokussieren in ihrer Arbeit:
  • I (Wissenschaftliche Grundlagen)
  • II (Auswirkungen, Anpassung und Verwundbarkeiten)
  • III (Verminderung des Klimawandels)
  • Wegen Streitigkeiten hinsichtlich der Genauigkeit und Wissenschaftlichkeit wurde es eine weitere Prüfung durch ein InterAcademy Council nötig
  • Aufwändiger Reviewprozess durch Wissenschaftler*innen und Vertreter*innen von Regierungen und anerkannte Gutachter\innen aus der Wissenschaft
  • Dabei kommen eine Menge Anmerkungen zusammen: zu den Entwürfen des 4. Sachstandsberichtes gab es insgesamt 90.000 Anmerkungen
  • Der zweite Entwurf wird schließlich erneut von Gutachter*innen und Regierungen geprüft
  • Herausforderung sind existierende Unsicherheiten innerhalb der laufenden wissenschaftlichen Forschung:

    Wissenschaftliche Erkenntnisse sind oft mit bestimmten Unsicherheiten behaftet, die sich aus ungeklärten Fragen ergeben oder aus Prozessen, die noch nicht ausreichend beschrieben werden können. Die IPCC-Berichte enthalten deshalb Informationen über Unsicherheiten von Ergebnissen und Eintrittswahrscheinlichkeiten von Ereignissen. Quelle

  • Die Methoden sind: quantitative Wahrscheinlichkeitsskala, quantitative Zuverlässigkeitsskala, qualitative Verständnisskala
  • Es wird zwischen quantifizierbaren Ergebnissen, die mit ausreichend Nachweisen belegt werden können und Ergebnissen, für die nicht genug Erfahrungen vorhanden sind, die dafür danach bemessen werden, wie gut Verstanden der betrachtete Prozess bereits ist, unterschieden
  • Der jüngste Sachstandsbericht erscheint seit 2021, wobei die Berichte der drei Arbeitsgruppen einzeln publiziert werden
  • Wie wichtig die Arbeit des Weltklimarates ist und jedem*r einzelnen Klimaforscher*in, sehen wir bei fast jeder neuen Schlagzeile, die über Dürren, Waldbrände, Überflutungen, Korallensterben, Unwetter und weitere Katastrophen berichtet, die uns lange schon ein Alarmsignal sein sollten
  • Aber dafür müssen die Erkenntnisse auch zugänglich sein und auch von Nicht-Wissenschaftler*innen verstanden werden können

Meeresspiegelanstieg – Welche Begriffe müssen wir kennen? (00:07:47)

  • Vorab einige nicht ganz so triviale Begriffe zum Meeresspiegel anstieg:
  • Relativer Meeresspiegelanstieg, bzw. -änderung (Relative sea-level change)
    • Meerespiegel wie der sich relativ zu der Umgebung, also der Landmasse verändert
    • Kann gemessen werden durch Instrumente die auf der Erdoberfläche plaziert werden
  • Geozentrische Meeresspiegeländerung
    • Änderung des Meeresspiegels relativ zu einer festen Referenz: terrestial reference frame
    • Der terrestial reference frame ist näherungsweise das was mit GPS-Koordinaten versehen ist (bis auf ein paar cm), bzw. WGS84,
      worüber wir in der Luftdatenfolge gesprochen hatten
    • Diese Form der Meeresleveländerung lässt sich vor allem vom Weltraum aus messen
    • Hat nichts mit Normalnull zu tun, denn das kann je nach Land anders definiert sein
    • Geozentrische Meeresspiegeländerung kann vom Weltraum aus gemessen werden
  • Globale mittlere Meeresspiegeländerung
    • Änderung des Volumen der Ozeane geteilt durch die Oberfläche der Ozeane
    • Es ist die Summe aus der Dichteänderung des Ozeans, der Änderung in der Kryosphäre (Eismassen) und Landwassermenge
  • Dass es so ganz verschiedene Begriffen und Methoden gibt, zeigt schon, dass der Meeresspiegel nicht so trivial zu messen ist
  • Da gibt es ja natürlich noch weitere Probleme...
  • Was ist so problematisch daran den Meeresspiegel überhaupt zu messen?

Was haben Ebbe und Flut damit zu tun? (00:11:42)

  • Meeresspiegel ändert sich ständig, man muss sinnvoll mitteln
  • An der Nordsee jeden Tag zweimal Ebbe (Niedrigwasser), zwei mal Flut (Hochwasser)
  • Und es unterscheidet sich auch danach wo man ist: an der Ostsee gibt es das nicht annähernd so stark, weil das wass nicht so gut abfließen kann
  • Woher kommen Gezeiten? Gravitation! – durch die Schwerkraft von Himmelskörpern
  • Am offensichtlichsten ist die vom Mond
  • Mond und Erde bewegen sich gemeinsam um einen gemeinsamen Mittelpunkt
  • Die Erde dreht sich um sich selbst und der Mond sich in 29 Tagen ein Mal um die Erde
  • Diese Umlaufbahn ist auf den Mittelpunkt der Erde optimiert, das heißt auf der Seite die näher am Mond ist Bewegt sich die Erde zu langsam, und auf der Seite die vom Mond abgewandt ist, bewegt sich die Erde zu schnell
  • Auf der Innenseite wird dann Wasser vom Mond angezogen, auf der Außenseite durch die Zentrifugalkraft nach außen gedrückt
  • Daher gibt es bei einem Mond zwei mal Ebbe und Flut pro Tag
  • Man würde jetzt annehmen, ein Mittelwert des Meeresspiegels über die 29 Tage des Mondzyklus würde den eigentlichen Meeresspiegel ergeben
  • Problem: Die Anziehungskraft der Sonne ist viel stärker, aber wegen der Entfernung weniger auffällig
  • Dennoch addiert es sich auf Ebbe und Flut des Mondes, nur mit einem anderen Zyklus (18 Jahre)
  • Daher reicht es nicht einen Mondzyklus (29 Tage) zu messen und zu mitteln
  • Weiterführender Link zu diesem Thema: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/tide.html
  • Weiterer Faktor: Wetter, z.B. Sturm in Richtung Küste
  • Also ist der relative Meeresspiegel gar nicht so leicht zu messen
  • Frage von Janine: Sorgt die Zentrifugalkraft der Erdrotation auch für eine Änderung des Meeresspiegels – stärker am Äquator und weniger stark an den Polen?
  • Antwort von Helena: Ja und Nein.
  • Ja, durch diese Kraft verändert sich der Meeresspiegel.
  • Nein, das hat keine Auswirkungen auf die Änderungen des Mee
  • Und weil es ja langweilig wäre, wenn nur das einen Einfluss hätte, gibt es sogar noch mehr Faktoren

Warum spielt die letzte Eiszeit eine Rolle? (00:18:00)

  • Es gab vor einigen tausend Jahren in Europa und Nordamerika eine Eiszeit
  • Kilometerhohe Eisberge auf den Kontinenten, die von dem Gewicht "runtergedrückt" wurden, relativ zum Meeresspiegel
  • Seit das Eis weg ist, hebt sich die Landmasse wieder und das passiert noch immer
  • Deshalb kann lokal der Meeresspiegel sogar relativ zur Landmasse sinken
  • Aufgrund dieses Effektes ist es schwer nur relative Änderungen an Küsten zu messen
  • Daher passiert das auch per Satellit vom Weltraum aus
  • Eine Methode ist mittels Radar, die die Oberfläche von Meer und Land betrachtet
  • Eine andere Methode nutzt die Satellitenmesission GRACE (Gravity and climate experiment)
  • Inzwischen ist schon die zweite Generation dieser Satelliten in Betrien
  • Dabei fliegen zwei Satelliten auf der gleichen Umlaufbahn direkt
    hintereinander und messen die ganze Zeit ihren Abstand/Position zueinander
  • Die Umlaufbahn selbst hängt nur vom Gravitationsfeld der Erde ab, also wie dieses geformt ist
  • Dadurch das die Satelliten hintereinander fliegen, können sie Unterschiede feststellen, Gravitationsschwankungen zum Beispiel
  • Eis und Wasser wirken auch gravitativ: wenn Eis schmilzt, ist die Masse anschließend woanders, und durch die Positionsänderung der Masse, ändert sich das Gravitationsfeld der Erde
  • Das gleiche gilt für Wasser, also wo das Wasser sich befindet, welche Dichte es hat und so weiter
  • Das ganze ist so empfindlich, dass es auch das Grundwasser unter der Erde mit misst, ohne Bohrungen machen zu müssen
  • Es wird also hier die Masseverteilung auf der Erde gemessen
  • Und auch so empfindlich, dass Änderungen beim Grundwassen im Zentimeterbereich messbar sind
  • Zur Zentrifugalkraft nochmal: Früher wurde die Sekunde mittels Erdumdrehung gemessen, inzwischen sind Uhren aber viel genauer
  • Erdumdrehung ist zu ungenau, weil sich z. B. im Sommer die Geschwindigkeit ändert, wenig, aber messbar, weil die Bäume Laub tragen und sich diese andere Masseverteilung auswirkt
  • Ist mehr Wasser in den Ozeanen würde das natürlich auch mehr richtung Äquator gedrückt werden
  • Frage unsererseits: Steigt der Meeresspiegel in Äquatornähe stärker oder mit einer höheren Wahrscheinlichkeit?

Steigt der Meeresspiegel jetzt oder nicht? (00:24:23)

  • Kurzes Zwischenfazit:
  • Meeresspiegel ist nicht nur von Ebbe und Flut beeinflusst und auch nicht nur vom Mond
  • Längst nicht mehr sichtbaren Eismassen, drückten einst mit ihrem Gewicht die Landmasse runter
  • Die hebt sich jetzt immer noch, wie ein Sofapolster sich nach langem Sitzen langsam wieder ausbeult
  • Bleibt die Frage: Steigt der Meeresspiegel oder nicht – was sehen wir?
  • Beobachtet Laut IPCC-Bericht (IPCC AR6 WG I, Tabelle 9.5) gab es von 2006 bis 2018 einen Anstieg von 43mm
  • Konfidenzinterval liegt zwischen 34-52mm Meeresspiegelanstieg insgesamt
  • Das hat verschieden Ursachen:
    • Antarktisches Eis: 4.4mm
    • Landwasserspeicher: 7.2
    • Gletscher: 7.5mm
    • Grönlandeis: 7.5mm
    • Thermische Ausdehnung 16.7mm
    • Gesamt: 43.4mm (Konfidenzinterval 34.4 bis 52.2mm)
  • Bis 2050 sind 10-25cm anstieg zu erwarten
  • Von 2006-2018 waren es also 4cm und von jetzt bis 2050 könnten es bis zu 25cm werden
  • Wenn man jetzt am Strand steht und sich das vorstellt, was 25cm mehr bedeuten, wirkt das nicht viel
  • Die 25cm sind aber nur der Durchschnitt über die gesamte Erde, lokal kann das zu gravierenden Veränderungen führen
  • Auch Fluten können sich dadurch verschlimmern, Beispiel Venedig, worüber wir in Folge 7 schon gesprochen hatten
  • Wenn Fluten und Stürme und Meeresspiegelanstieg zusammenkommen, kann sich das auswirken

Was können uns die IPCC-Berichte sagen – und was nicht? (00:29:18)

  • Die Berichte der einzelnen Arbeitsgruppen haben jeweils über 3000 Seiten
  • Begleitet wird jeder Bericht von einer Zusammenfassung für Politiker- und Entscheidera*innen, eine "technical summary", die alle Kernergebnisse präsentiert, einer FAQ und ausserdem noch Fact Sheets, also Kurze Papiere mit Fakten, die "einstiegsinformationen" für die einzelnen Themen bieten sollen, sowie einen Atlas, der die Infos nochmal anders aufbereitet anbietet und weiteren Anhängen
  • Also alles sehr, sehr umfangreich und mensch muss sich erstmal einen überblick verschaffen, wo überhaupt anfangen
  • ich habe mir den zweiten Bericht angesehen und möchte da auch kurz etwas zum Aufbau sagen
  • Bericht Arbeitsgruppe 2, den ich mir angesehen habe, hat 3676 Seiten
  • Darin geht es im ersten Teil allgemein um die verschiedenen Themen dieses Berichtes
  • Dann folgen Teile, die sich auf die festgelegten Regionen fokussieren und die jeweils individuellen Themen behandeln
  • Inhaltlich widmet sich der zweite Bericht: "Impact, Adaption and Vulnerability" also in etwa Auswirkungen, Anpassung und Verletzlichkeit
  • Heißt anders als in der Arbeitsgruppe 1, sind nicht die physikalischen Prozesse im Vordergrund, sondern die Effekte und wie mit ihnen umgegangen werden könnte
  • Und jetzt kommen wir zu dem spannenden Teil, denn es geht tatsächlich mal wieder um Wahrscheinlichkeiten
  • Alle Aussagen, die konkret getroffen werden, werden gekennzeichnet nach low, medium, high und very high confidence
  • Heißt, ob sich die Forschenden mit dieser Aussage wenig, mittelmäßig, sehr oder sehr sehr sicher sind
  • Kann so klingen:

    Ecosystems already reaching or surpassing hard adaptation limits include some warm water coral reefs, some coastal wetlands, some rainforests, and some polar and mountain ecosystems (high confidence)

  • Die Aussagen sind Wahrscheinlichkeiten im Sinne von "Traue ich den Vorhersagen dieser Modelle"
  • Das ist kompliziert, vielleicht sind Effekte beobachtbar, aber die Nachweise nicht eindeutig genug
  • Auch in den Fact Sheets werden solche Aussagen getroffen:
  • Europa:
    • Climate change impact and risks - es treten bereits jetzt Effekte durch die 1,1 Grad wärmere Welt in Europa auf (very high confidence)
    • Häufigere Hitzewellen und Trockenperioden: medium confidence
    • Das ist spannend, weil wir das eigentlich sehr genau beobachten können, aber die Forschenden sich nur "mittelmäßig sicher" sind, dass das ein großes Risiko ist
    • Ist ein gutes Beispiel für unser Motto: "Kenne Dein Messverfahren!", denn es sagt nicht nur, weiß woher die Daten kommen, wie sie zu interpretieren sind, sondern auch, wie das Ergebnis eingeordnet werden kann
    • Solche Aussagen sind wichtig, zum Beispiel um Investitionen in sinnvolle Gegenmaßnahmen zu stecken
    • Die Forschenden sind sich sehr sicher, dass bei noch höheren Temperaturen, selbst mit guter Anpassung an den Klimawandel, "severe risks" nicht vermieden werden können
  • Afrika:
    • Mit Blick auf Afrika, sind sich die forschenden sehr sicher (high confidence), dass bereits weitgehende Verluste und Schäden entstanden sind durch den Menschengemachten Klimawandel, dies betrifft: Biodiversitätsverlust, Wasser verknappung, Nahrungsmittel Produktion geht zurück, Verlust von Menschenleben und ein reduziertes ökonomisches Wachstum
    • Ebenfalls sehr sicher sind sich die Forschenden dabei, dass eine Erwärmung auf maximal 1,5 Grad größere und weitere Schäden verhindern könnte
  • Für uns ist es wichtig, dass Menschen sich diese Ergebnisse bewusst machen, damit Menschen informierte Entscheidungen treffen können
  • ATLAS:
  • S. 38 zeigt verschiedene Auswirkungen auf Wasser, was unglaublich unübersichtlich ist
  • "Regionen" werden auf Ebene von Kontinenten unterschieden und darüber der Durchschnitt dargestellt
  • Und zwar einmal beobachtete und einmal angenommene Effekte eingestuft in low, medium und high
  • Dann ist angegeben ob ein Effekt zunimmt oder abnimmt und es ist farblich hervorgehoben was beobachtet und was vorausgesagt wird
  • Also VIELE Informationen
  • Da lässt sich in jedem fall schon an einigen Stellen deutlich erkennen, wo bereits Veränderungen beobachtet werden, die im zusammenhang mit dem Einfluss des Klimas auf Wasser stehen
  • ABER es ist schwer über viele Punkte Aussagen zu treffen, weil über große Regionen gemittelt wurde
  • Welche Effekte auftreten und wie stark ist eben lokal sehr unterschiedlich
  • Ebenfalls beim Meeresspiegelanstieg
  • Wenn der Meeresspiegelansteigt können Ereignisse wie Jahrhunderthochwasser schnell zu jährlichen Ereignissen werden
  • Dazu gibt es Karten mit Küstenlinien in diesem Teilbericht
  • Es ist gut zu sehen, dass die Bereiche im Äquator schon teilweise so weit sind, dass Jahrhunderthochwasser jährlich auftreten könnten
  • Weiter nördlich, etwa in Skandinavien, passiert das erst so um 2100
  • Unsere Frage von vorhin, ob am Äquator der Meeresspiegel mehr ansteigt, scheint sich hier mit Ja zu beantworten
  • Allerdings wissen wir nicht, ob das die Ursache ist, Meeresströmungen werden hier vermutlich auch eine Rolle spielen
  • Auffällig ist zum Beispiel, dass die Westküste Afrikas keine Daten hat und wir wissen nicht, warum es dort keine Daten gibt (entweder sie fehlen oder dort tritt der Effekt nicht messbar auf)
  • Je nach Szenario erreichen wir die Punkte schneller oder nicht

Fazit (00:54:50)

  • Helena hat viel gelernt, wie der Bericht aufgebaut ist, dass es 3 Arbeitsgruppen gibt
  • Die dritte schlägt konkret vor, was man jetzt tun sollte
  • Meeresspiegelmessungen sind kompliziert
  • Es gibt verschiedene Methoden, die zur Meeresspiegelmessung eingesetzt werden und werden müssen
  • Der Meeresspiegel ist von vielen Faktoren beeinflusst, unter anderem haben wir genannt: Ebbe und Flut, Landhebungen durch frühere Eismassen, Schmelzwasser
  • Die IPCC Berichte werden auch im speziellen dafür aufbereitet, Entscheidungsträger*innen zur Verfügung zu stehen, die vor allem in der Politik agieren
  • Das heißt neben den komplexen Untersuchungen gibt es auch immer wieder Zusammenfassungen
  • Und Aussagen, die getroffen werden, werden immer mit einem Label versehen, mit welcher Wahrscheinlichkeit sie eintreffen
  • Die Forscher*innen müssen eine Aussage danach beurteilen, wie sicher sie sich sind, dass genau das eintreffen wird
  • Und diese Beurteilung hängt dabei immer auch vom Modell ab, mit dem gearbeitet wird
  • Das heißt, was letztlich Realität wird, hängt davon ab, wie wir jetzt handeln.
  • Guckt in unsere weiterführenden Links rein, da haben wir zum Beispiel einen tollen Vortrag von Prof. Dr. Ricarda Winkelmann verlinkt, der sich um die Große Eisschmelze dreht, zu der sie forscht
  • Wer sich für Grafiken und die Visualisierung komplexer Daten interessiert, ist bestens versorgt mit den IPCC-Berichten, allein beim Durchscrollen fallen einem innerhalb weniger Seiten gefühlt Dutzende verschiedene Optionen auf, wie derart komplexe Daten abgebildet werden können ... ob das alles übersichtlich und zugänglich ist, steht dabei aber auch auf einem anderen Blatt ...

Nächste Folge: Graphentypen im August (00:58:37)

  • Hier spielt auch die grafische Aufbereitung von Daten eine Rolle
  • Wir hatten das ja schonmal in der Visualisierungsfolge angefangen, was es da so gibt
  • Jetzt geht es um Möglichkeiten für die Darstellung von eindimensionalen Daten, wie eine Temperatur zum Beispiel
  • Wir wollen das anhand von konkreten Beispielen zeigen und damit mal wieder Data Science Tool behandeln

Call to Action (00:59:16)

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Outro (00:59:47)

Schlagworte zur Folge

Klimakrise, Klimawandel, Wasserspiegel, Meeresspiegel, Auswirkungen, Wahrscheinlichkeit

Quellen

Weiterführende Links


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