Cal Poly-Studie analysiert Meereshitzewellen und Kälteperioden bei sich ändernden Klimabedingungen

Ryan Walter (links), außerordentlicher Professor für Physik an der Cal Poly mit Spezialisierung auf Ozeanographie, und Michael Dalsin, Physikstudent an der Cal Poly aus Minnesota, arbeiten gemeinsam an der Forschung, um besser zu verstehen, wie sich der Klimawandel auf extreme Meerestemperaturen vor der Zentralküste auswirkt. Ihr in der Zeitschrift Nature Scientific Reports veröffentlichter Artikel analysiert kalifornische Meerestemperaturdaten aus vier Jahrzehnten.

Ein Student der Cal Poly und Forscher der Fakultät untersuchen gemeinsam mit einem Team an der Ostküste, wie sich der Klimawandel auf die extremen Meerestemperaturen an der Zentralküste auswirkt.

Gemeinsam mit dem Virginia Institute of Marine Science in Gloucester Point, der Graduiertenschule für Meereswissenschaften des College of William & Mary, untersucht die erste Studie die Ursachen sowohl von Hitzewellen als auch von Kälteperioden im Meer in den flachen Gewässern entlang der kalifornischen Küste . Die Arbeit untersucht Bedingungen, die zu extremen Wassertemperaturen führen. Anstiege in warmem Wasser, sogenannte Meereshitzewellen, können durch steigende globale Temperaturen verschlimmert werden. Das entgegengesetzte Extrem sind längere Perioden mit kaltem Wasser, sogenannte Meereskälteperioden.

In Kalifornien haben unterschiedliche Auftriebsmuster einen erheblichen Einfluss auf diese extremen Küstenwassertemperaturen.

Die Ergebnisse wurden am 31. Juli in einem Artikel von Nature Scientific Reports mit dem Titel „Auswirkungen von Klimamodi und Auftrieb im Beckenmaßstab auf küstennahe Meereshitzewellen und Kälteperioden im Kalifornischen Strom“ veröffentlicht.

Diese Forschung liefert ein besseres Verständnis darüber, wann, wo und warum diese extremen Meeresereignisse auftreten.

„Eines ist klar: Diese extremen Temperaturereignisse werden nicht verschwinden, daher ist es wichtig, dass wir weiterhin ihre Ursachen und Folgen erforschen“, sagte Ryan Walter, Mitautor und außerordentlicher Professor für Physik am Cal Poly, spezialisiert auf physikalische Ozeanographie.

Klimatologen gehen davon aus, dass 2023 das heißeste Jahr seit Beginn der Aufzeichnungen sein wird.

Der vom Menschen verursachte Klimawandel hat auch zu extremen Meerestemperaturen geführt – ein Wassersensor 5 Fuß unter Wasser in der Manatee Bay, Florida, erreichte am 24. Juli 101,1 Grad Fahrenheit und übertraf damit den bisherigen Meeresoberflächenrekord von 99,7 Grad in der Kuwait Bay aus dem Jahr 2020 Diese Temperaturextreme haben schädliche Auswirkungen auf Meeresökosysteme und die Meeresökologie.

Es ist seit langem bekannt, dass Küstenauftrieb – der windgetriebene Transport von tiefem, kaltem Wasser in flache Gebiete entlang der Küste – einen starken Kühleffekt auf Küstengewässer hat, neblige Meeresschichten erzeugt und die Meeresproduktivität stimuliert. Der Auftrieb trägt dazu bei, gesunde Fischereien und ein robustes Meeresleben zu erhalten. Das kalte Wasser trägt auch dazu bei, steigende Wassertemperaturen abzufedern, die häufig weiter von der Küste entfernt und an anderen Orten auf der Welt wie Florida zu finden sind, wo es nicht den starken Aufschwung in Kalifornien gibt.

„Auftriebssysteme im Allgemeinen gehören zu den produktivsten Ökosystemen der Welt, darunter viele der weltweiten Fischereien und wunderschönen Kelpwälder“, sagte Walter. „Da das tief aufsteigende Wasser kalt ist, tragen sie dazu bei, einige der warmen Wasserextreme abzumildern.

„Darüber hinaus sind diese tiefen, kalten Gewässer voller Nährstoffe – und wenn sie aufsteigen, düngen sie effektiv die Meeresoberfläche und führen zu einer starken biologischen Produktivität.“

Michael Dalsin, Student an der Cal Poly, fungierte als Hauptautor zusammen mit den Co-Autoren Walter und Piero Mazzini, einem Assistenzprofessor am Virginia Institute of Marine Science.

„Diese Studie legt den Grundstein für das Verständnis, wie Temperaturextreme in unseren Ozeanen auf den Klimawandel reagieren“, sagte Dalsin, ein Student, der für seine Arbeit an der Studie mehrere Auszeichnungen erhalten hat, darunter einen Studentenpreis der American Meteorological Society (AMS). Mündlicher Vortrag auf der Jahrestagung 2023 der Organisation. Der Einwohner von Edina, Minnesota, war auch einer von zehn Studenten, die ausgewählt wurden, Cal Poly beim Studentenforschungswettbewerb der California State University 2023 zu vertreten, wo er die Ergebnisse des kürzlich veröffentlichten Artikels vorstellte.

Wenn sich die Meerestemperaturen entlang der kalifornischen Küste während El-Niño-Jahren erwärmen, wie es in diesem Winter vorhergesagt wird, können Meeresökosysteme durch zu hohe Temperaturen stark beeinträchtigt werden. In der Vergangenheit haben diese Meereshitzewellen zum Verlust riesiger Kelpwälder, zum Massensterben von Seevögeln und wirtschaftlich wichtigen Fischereien sowie zu schädlichen Algenblüten geführt.

Unter normalen Bedingungen treiben Passatwinde, die von Osten nach Westen entlang des Äquators des Pazifischen Ozeans wehen, warmes Oberflächenwasser nach Asien und stauen es im Westpazifik an. In diesem Jahr wird erwartet, dass die Passatwinde schwächer werden oder sich sogar umkehren. Dies führt dazu, dass das warme Oberflächenwasser nach Osten wandert, was zu wärmeren Gewässern als normal im äquatorialen Pazifik führt, was auch als „El Niño“-Bedingungen bekannt ist. Dies kann auch dazu führen, dass das Wasser entlang der kalifornischen Küste wärmer als normal ist und weniger kaltes Wasser aufsteigt. Seine Klimaauswirkungen zeigen sich vor allem in den Wintermonaten über Nordamerika.

Die Studie ergab, dass bestimmte Umweltbedingungen und der Zustand des Ozeans (z. B. die Jahre El Niño und La Niña) zu einem erhöhten Risiko für Hitzewellen und Kälteperioden im Meer führen, Bedingungen, die Wissenschaftler und Umweltmanager überwachen müssen, um sie zu erhalten und zu schützen Schutz lebenswichtiger Ökosysteme, die für den kalifornischen Ozean oder die Blue Economy von entscheidender Bedeutung sind. Die Forscher untersuchten auch die Pacific Decadal Oscillation (PDO), ein großräumiges Temperaturmuster im Nordpazifik, das über Zeitskalen von Jahren variiert.

„Es besteht große Zuversicht, dass El Niño-Ereignisse aufgrund des Klimawandels häufiger und intensiver werden“, sagte Walter. „Wenn wir also in Zukunft stärkere El Niño-Ereignisse haben, rechnen wir mit häufigeren und extremeren Hitzewellen im Meer und allen damit verbundenen Konsequenzen.“

Während des letzten großen El Niño in den Jahren 2015–16 trug eine langanhaltende Meereshitzewelle zum Zusammenbruch der artenreichen Kelpwälder in Teilen Kaliforniens bei.

Das Team analysierte die Meerestemperaturen von 1978 bis 2020, die an einem festen Standort an der Central Coast in der Nähe des Kernkraftwerks Diablo Canyon gemessen wurden. Solche Meeresdaten, die mehr als vier Jahrzehnte zurückreichen, sind eher selten, aber zur Berechnung von Hitzewellen und Kälteperioden sind Langzeitdatensätze erforderlich. Die verwendeten Daten sind einzigartig für die Central Coast und liegen aufgrund des Kraftwerks vor.

Die Studie ergab, dass neben den wechselnden Meeres- und Wetterbedingungen, die während der El-Niño- und La-Niña-Jahre verursacht werden, sowie Änderungen in der gU auch kurzfristige Auftriebsmuster Temperaturspitzen auslösen können, die vorübergehende und dauerhafte Schäden an Meeresökosystemen verursachen können. Sowohl Hitze als auch Kälte können sich erheblich auf die Aquakultur und die Fischerei auswirken, beides wichtige Komponenten der Blue Economy. Laut Walter wird es in Zukunft immer wichtiger sein zu verstehen, wie sich Windmuster und Oberflächenerwärmung durch den Klimawandel auf den Auftrieb entlang der kalifornischen Küste auswirken.

In dem Artikel wurde weiter erklärt, dass sich die Meeresumwelt an der Küste Kaliforniens im Allgemeinen nicht so stark erwärmt wie in anderen Teilen der Welt.

„Wenn es an unserer Küste keinen Aufschwung gäbe, würden wir viel mehr Hitzewellen erleben“, sagte Walter. „Der Auftrieb kühlt also die küstennahen Regionen entlang der Küste ab und führt dazu, dass das klimabedingte Erwärmungssignal gedämpfter wird. Dies bietet auch einen thermischen Zufluchtsort für Meeresorganismen.“

Dalsin fügte hinzu: „Ein faszinierender Aspekt unserer Forschung ist, dass wir anhand des Zustands unseres Ozeans die Wahrscheinlichkeit eines dieser extremen Meeresereignisse vorhersagen können.“ Der Zustand des Ozeans, der durch großräumige Klimamodi und lokal aufsteigende Winde bestimmt wird, könnte zur Vorhersage von Hitzewellen und Kälteperioden in der Zukunft genutzt werden.“

Die Forschung wurde vom William and Linda Frost Fund am Cal Poly Bailey College of Science and Mathematics unterstützt.