Satelliten zeigen, wie der Wasserkreislauf der Erde eskaliert, wenn sich das Klima erwärmt

„Unsere Studie ergab, dass die Evapotranspiration seit 2003 um etwa 10% zugenommen hat, was mehr als bisher erwartet ist, hauptsächlich aufgrund höherer Temperaturen“, sagte Madeleine Pasculini-Campbell, Postdoktorandin am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien. Er leitete die Studie. „Wir hoffen, dass diese Informationen über den Wasserkreislauf dazu beitragen, bessere Informationen über die Entwicklung und Validierung von Klimamodellen zu erhalten.“

Aber wie wirkt sich die Transpirationsverdunstungsrate auf den globalen Wasserkreislauf aus? Während Feuchtigkeit aus den Ozeanen durch die Atmosphäre gelangt, fällt ein Teil davon als Niederschlag über die Kontinente. Ein Teil dieses Wassers fließt als Abfluss in Flüsse und ein Teil sickert in den Boden. Das restliche Wasser verdunstet aus dem Boden und wandert von Pflanzen in die Luft.

Die Feststellung, dass die Evapotranspiration schneller zunimmt als bisher bekannt, hat Auswirkungen auf das Verständnis, wie sich der Klimawandel in Zukunft auf die Erde auswirken wird. Wenn sich die Welt erwärmt, wird sich die Verdunstung beschleunigen, was das Austrocknen von Land und Vegetation beschleunigt. Auch die Wetterbedingungen können beeinflusst werden: Eine verstärkte Verdunstung vom Land kann in einigen Gebieten zu Dürren führen. Dies ist ein Symptom der globalen Erwärmung, das schwerwiegende Folgen für Ökosysteme und menschliche Gesellschaften haben und gleichzeitig den Druck auf die Oberflächen- und Grundwasserversorgung erhöhen kann.

„Bilder von schmelzenden Gletschern und schrumpfenden Gletschern sind ein klarer Weg, um die Auswirkungen der globalen Erwärmung zu verstehen“, sagte Pasculini Campbell. „Aber auch in den anderen Hauptkomponenten des Wasserkreislaufs unseres Planeten finden dramatische Veränderungen statt, die nicht sehr sichtbar sind, beispielsweise wenn Wasser von der Erde verdunstet, bevor es als Fluss in Flüsse gelangen kann.“

Wasserattraktion

Um eine globale Schätzung der Veränderung der Verdunstung zu erhalten, haben die Forscher einen neuen Weg gefunden, Daten zu nutzen, die von zwei GRACE-Satelliten (Gravity Recovery and Climate Experiment) gesammelt wurden, die von 2002 bis 2017 betrieben wurden, und dem nachfolgenden Paar. Gnade verfolgenDie GRACE-Mission wurde von der NASA und dem Deutschen Raumfahrtzentrum (DLR) ins Leben gerufen, und GRACE-FO ist eine Partnerschaft zwischen der NASA und dem Deutschen Forschungszentrum für Geowissenschaften (GFZ).

Da Wasser Masse hat und somit zum Gravitationssignal der Erde beiträgt, sind diese Raumfahrzeuge sehr empfindlich gegenüber Die Bewegung des Wassers um die WeltVon der Verfolgung von Änderungen der Eisdecke über am Boden gespeichertes Wasser bis hin zu Änderungen der Ozeanmasse. Als die Forscher eine Gelegenheit sahen, untersuchten sie einen 17-Jahres-Datensatz von GRACE und GRACE-FO, um festzustellen, ob das mit der Bewegung von Wasser verbundene Gravitationssignal durch Verdunstung hervorgerufen werden kann.

„Mit der kombinierten Aufzeichnung von GRACE und GRACE-FO haben wir jetzt eine Beobachtungsaufzeichnung, die lang genug ist, um diese kritischen Anzeichen des globalen Wandels überwachen zu können“, sagte JT Rieger, JPL-Wissenschaftler und Forscher in der Studie. „Wenn das Gravitationssignal abnimmt, bedeutet dies, dass die Erde Wasser verliert. Ein Teil dieses Verlusts tritt durch Flüsse auf, die zurück in die Ozeane fließen, aber was davon übrig bleibt, steigt in Form von Transpirationsverdunstung in die Atmosphäre auf.“

Durch Subtrahieren aller Ausgänge der Wassermasse vom Eingang zum Boden und anschließendes Berechnen der verbleibenden Wassermasse konnten die Forscher die Verdunstungsrate abschätzen. Dazu subtrahierten sie unabhängige Schätzungen der globalen Flussabgabe (dh der Wasserflussrate durch Flüsse in den Ozean) sowie der Satellitendaten GRACE und GRACE-FO (die lokale Änderungen der Wassermasse auf der Erde und auf der Erde aufzeigen ) aus globalen Niederschlagsmessungen. Um die in der Atmosphäre verlorene Wassermasse herauszufinden.

Aufgrund der Herausforderungen bei der Überwachung und Messung werden globale Transpirationsschätzungen normalerweise mithilfe von Modellen oder durch Messungen an einzelnen Standorten und anschließende Erweiterung des Messbereichs angenähert. Diese Methoden können jedoch fehleranfällig sein. Durch Messung der globalen Massenänderungen mithilfe von Satellitenbeobachtungen der Schwerkraft konnten die Forscher eine genauere Schätzung der globalen Verdunstungsrate erhalten.

Mit dieser Methode stellten sie fest, dass die Transpirationsverdunstung von 405 mm pro Jahr im Jahr 2003 auf 444 mm pro Jahr im Jahr 2019 anstieg. Dies entspricht einem Aufwärtstrend von 2,30 mm pro Jahr – ein Anstieg. Bei 10% – mit einer Unsicherheit von 0,5 Millimetern pro Jahr oder 2%.

„Seit Jahren suchen wir nach einer Möglichkeit, die allgemeinen Veränderungen im globalen Wasserkreislauf zu messen, und schließlich haben wir sie gefunden“, sagte Reiger. „Das Ausmaß der Zunahme der Transpirationsverdunstung hat uns wirklich überrascht: Dies ist ein großes Zeichen dafür, dass sich der Wasserkreislauf auf unserem Planeten verändert.“

Diese Ergebnisse tragen zu einer wachsenden Zahl von Forschungen über den Wasserkreislauf unseres Planeten bei und unterstreichen gleichzeitig die Bedeutung der Kontinuität bei Erdbeobachtungen. Die kontinuierliche Satellitenüberwachung von Satelliten mit einer globalen Sicht auf Veränderungen der Wassermasse liefert die lange Aufzeichnung, die erforderlich ist, um einen sich verändernden Planeten über die Jahrzehnte zu überwachen. Diese Beobachtungen helfen Wissenschaftlern auch dabei, Schwankungen des Wasserkreislaufs von Jahr zu Jahr zu verfolgen, die durch den Klimawandel und natürliche Kreisläufe verursacht werden.

Die Studie mit dem Titel: „Ein Anstieg der globalen Evapotranspiration um 10% von 2003 bis 2019“ Veröffentlicht am 26. Mai in Nature. Neben dem Jet Propulsion Laboratory trug das Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, zu dieser Forschung bei.

Das Jet Propulsion Laboratory leitete die GRACE-Mission und betrieb die GRACE-FO-Mission für die NASA Geosciences Division der Direktion für Wissenschaftsmission am NASA-Hauptsitz in Washington. Das California Institute of Technology mit Sitz in Pasadena, Kalifornien, betreibt das Jet Propulsion Laboratory der NASA.