Eine Reihe neuer Daten über die Auswirkungen des Klimas auf die Fischerei

Der Klimawandel hat tiefgreifende Auswirkungen auf die Ozeane. So werden die Gewässer wärmer, saurer und sauerstoffärmer. Darüber hinaus absorbiert der Ozean große Mengen an Kohlendioxid aus der Atmosphäre, das für das Wachstum von Phytoplankton in der Nähe der sonnenbestrahlten Oberfläche unerlässlich ist. All diese Veränderungen wirken sich auf das Leben im Meer aus, aber genau zu verstehen, wie sie sich auswirken, ist unglaublich schwierig.

Nun haben Wissenschaftler am National Center for Atmospheric Research (NSF NCAR) der US-amerikanischen National Science Foundation mehrere hochmoderne Computermodelle miteinander verknüpft, um ein detailliertes Bild davon zu erstellen, wie sich die Bedingungen in der Atmosphäre auf die Ozeane auswirken, wie sich die Ozeane wiederum auf das Wachstum von Phytoplankton und Zooplankton auswirken und welche Auswirkungen dies schließlich auf die kleinen Fische hat, die sich von Zooplankton ernähren (und die größeren Fische, die sich von diesem ernähren).

Das Ergebnis ist ein unglaublich umfangreicher, hochauflösender globaler Datensatz, der sich über mehrere Jahrzehnte erstreckt und dazu beitragen kann, eine Reihe wissenschaftlicher Fragen zum Wandel der Ozeane zu beantworten. Letztlich schafft die Arbeit die Grundlage für bessere Vorhersagen darüber, wie sich ein wärmer werdendes Klima auf die Fischerei auswirken wird, was wichtige Informationen für eine nachhaltige Bewirtschaftung sind.

„Wir freuen uns sehr, diesen Ozeandatensatz zur Verfügung stellen zu können“, sagte die NSF NCAR-Wissenschaftlerin Kristen Krumhardt, die die Arbeit leitete. „Es gibt so viele Fragen, die beantwortet werden könnten.“

Details zum neuen Datensatz, der der Community kostenlos zur Verfügung steht, finden Sie hier: veröffentlicht im Journal Fortschritte in der OzeanographieDie Arbeit stützte sich auf die Supercomputer Cheyenne und Frontera.

Ein erstaunliches Modell

Die Bedingungen in der Atmosphäre können sich erheblich auf den Ozean auswirken. So absorbiert der Ozean schätzungsweise 25 % der vom Menschen verursachten jährlichen Kohlendioxidemissionen und 90 % der gesamten mit diesen Emissionen verbundenen Erwärmung der Atmosphäre. Trotzdem liefern Simulationen, die durch Erdsystemmodellierung erstellt werden, in der Regel keine Daten über den Ozean, die sich leicht in nützliche Informationen über die Fischerei umsetzen lassen.

Dies liegt zum Teil daran, dass Ozeanmodelle oft mit niedriger Auflösung (etwa 100 Kilometer zwischen Gitterpunkten) laufen, wodurch die Wirbel und kleineren Ozeanmerkmale, die für das Leben im Meer sehr wichtig sind, nicht erfasst werden können. Ozeanmodelle simulieren standardmäßig keine Biogeochemie, eine Mischung aus Biologie, Chemie und Geologie, die den komplexen Kreislauf der Elemente im Ozean, in Gesteinen und im Leben beschreiben soll.

Insbesondere können Wissenschaftler durch die Modellierung der Biogeochemie der Ozeane die Nettoprimärproduktivität des Ozeans simulieren, also seine Fähigkeit, Kohlenstoff und anorganische Nährstoffe – die Bausteine ​​des Lebens – bei Einwirkung von Sonnenlicht in Phytoplankton umzuwandeln. Informationen über die Nettoprimärproduktivität sind für das Verständnis der Fischerei von entscheidender Bedeutung.

Für die neue Studie verwendeten die Wissenschaftler das auf dem NSF NCAR basierende Community Earth System Model, Version 2 (CESM2), um den Ozean von 1958 bis 2021 mit einer 100-mal höheren Auflösung als üblich zu simulieren. Die Wissenschaftler wiesen die Atmosphäre so an, dass sie die historischen Bedingungen nachahmte, und ließen dann die Ozeankomponente des Modells reagieren.

Die Bemühungen umfassten ein neu aktualisiertes biogeochemisches Modell namens Marine Biogeochemistry Library (MARBL). MARBL ermöglicht das Wachstum von vier Arten von Phytoplankton sowie zwei Klassen von Zooplankton. Diese Unterteilungen sind wichtig, da sich Fische nur von der größeren Klasse des Zooplanktons ernähren.

Mit den umfangreichen Daten darüber, wie das Klima die Bedingungen im Ozean beeinflusst, einschließlich des Wachstums von Phytoplankton und der Beweidung durch Zooplankton, hatten die Forscher alles, was sie brauchten, um ein separates Fischereimodell namens Fisheries Size and Functional Type Model oder FEISTY zu füttern. Das Modell wurde ursprünglich am Geophysical Fluid Dynamics Lab entwickelt, einem Gemeinschaftsprogramm von Princeton und NOAA.

„Für mich ist das ein erstaunliches Modell“, sagte Krumhardt. „Fische können von einer Größe zur nächsten wachsen, und wenn sie die größte Größe erreicht haben, können sie sich fortpflanzen, genau wie im echten Leben.“

Das FEISTY-Modell kategorisiert Fische nach ihrem Lebensraum: Grundfische, die sich am Meeresboden ernähren, und pelagische Fische, die an der Wasseroberfläche leben. Pelagische Fische werden weiter unterteilt in Futterfische, die nie sehr groß werden, wie Sardellen, und größere Fische, wie Thunfisch. Das Ergebnis ist ein Tool, mit dem das Forschungsteam einen detaillierten Überblick darüber erhalten konnte, wie sich Veränderungen in der Atmosphäre über Jahrzehnte hinweg wahrscheinlich auf Fischbestände ausgewirkt haben.

„Wir haben rekonstruiert, was der Ozean angesichts der atmosphärischen Vorgänge getan hätte“, sagte Krumardt. „Wir konnten die Ergebnisse auf verschiedene Weise validieren, unter anderem durch die Betrachtung von Satellitenbildern, die uns Informationen über Phytoplanktonblüten liefern, und durch die Analyse von Fischfangdaten im Laufe der Zeit.“

Der Datensatz des Projekts steht der Forschungsgemeinschaft kostenlos zur Verfügung und könne zur Beantwortung einer großen Bandbreite interessanter Fragen verwendet werden, so Krumhardt. Dazu gehöre auch die Frage, wie sich Hitzewellen im Meer, die Versauerung der Ozeane und Veränderungen des Meereises in der Vergangenheit auf die Fischerei ausgewirkt haben könnten.

Anhand des Datensatzes können Forscher die Zusammenhänge zwischen Klima und Gesundheit der Fischerei besser beschreiben und letztlich eine Grundlage für Prognosen darüber schaffen, wie es der Fischerei in einer wärmeren Zukunft voraussichtlich ergehen wird.