Wie nah ist der Kipp-Punkt?

Massachusetts Institute of Technology:

From seawater to drinking water, with the push of a button

MIT researchers have developed a portable desalination unit, weighing less than 10 kilograms, that can remove particles and salts to generate drinking water.

The suitcase-sized device, which requires less power to operate than a cell phone charger, can also be driven by a small, portable solar panel, which can be purchased online for around $50. It automatically generates drinking water that exceeds World Health Organization quality standards. The technology is packaged into a user-friendly device that runs with the push of one button.

Unlike other portable desalination units that require water to pass through filters, this device utilizes electrical power to remove particles from drinking water. Eliminating the need for replacement filters greatly reduces the long-term maintenance requirements.

This could enable the unit to be deployed in remote and severely resource-limited areas, such as communities on small islands or aboard seafaring cargo ships. It could also be used to aid refugees fleeing natural disasters or by soldiers carrying out long-term military operations.

„This is really the culmination of a 10-year journey that I and my group have been on. We worked for years on the physics behind individual desalination processes, but pushing all those advances into a box, building a system, and demonstrating it in the ocean, that was a really meaningful and rewarding experience for me,“ says senior author Jongyoon Han, a professor of electrical engineering and computer science and of biological engineering, and a member of the Research Laboratory of Electronics (RLE).

Joining Han on the paper are first author Junghyo Yoon, a research scientist in RLE; Hyukjin J. Kwon, a former postdoc; SungKu Kang, a postdoc at Northeastern University; and Eric Brack of the U.S. Army Combat Capabilities Development Command (DEVCOM). The research has been published online in Environmental Science and Technology.

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Geomar:

Wie nah ist der Kipp-Punkt?

Neue Untersuchungen zum atlantischen Strömungssystem loten Schwelle zwischen natürlichen Schwankungen und einer klimawandelgetriebenen Entwicklung aus

25.04.2022/Kiel. Mit einer Publikation im Fachmagazin Nature Climate Change tragen Kieler Forschende erneut zum Verständnis der Veränderungen in der Atlantischen Meridionalen Umwälzzirkulation bei – in der Öffentlichkeit als „Golfstromsystem“ bekannt. Sie ist für das globale Klima ebenso wichtig wie für das Klimageschehen in Europa. Im Mittelpunkt der Untersuchungen steht die Frage, ob der menschengemachte Klimawandel die ozeanische Umwälzbewegung bereits verlangsamt. Der neuen Studie zufolge dominieren noch immer die natürlichen Schwankungen. Verbesserte Beobachtungssysteme könnten helfen, den menschlichen Einfluss auf das Strömungssystem frühzeitig zu erkennen.

Verlangsamt sich die Atlantische Meridionale Umwälzzirkulation (Atlantic Meridional Overturning Circulation, AMOC)? Kommt dieses für unser Klima so wichtige System von Meeresströmungen womöglich zukünftig zum Erliegen? Sind die beobachteten Schwankungen natürlichen Ursprungs oder bereits eine Folge des menschengemachten Klimawandels? Mit verschiedensten Methoden versuchen Forschende unterschiedlicher wissenschaftlicher Fachrichtungen, die gigantische ozeanische Umwälzbewegung besser zu verstehen.

„Die AMOC sorgt für mildes Klima in Europa und bestimmt jahreszeitliche Regenmuster in vielen Ländern rund um den Atlantik. Wenn sie sich langfristig abschwächt, wirkt sich dies auch auf unser Wetter und Klima aus. Außerdem könnten die Meeresspiegel an einigen Küsten schneller steigen und sich die Fähigkeit des Ozeans verringern, Kohlendioxid aufzunehmen und den Klimawandel abzumildern“, erklärt Professor Dr. Mojib Latif, Leiter der Forschungseinheit Maritime Meteorologie am GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel. „Wir hängen in vielerlei Weise von der AMOC ab – und können trotzdem bisher nur erahnen, wie sie sich entwickelt, und ob und wie stark wir Menschen selbst sie einem Kipp-Punkt entgegentreiben, an dem ein unaufhaltbarer Kollaps seinen Lauf nimmt.“

Mittels Auswertungen von Beobachtungsdaten, statistischen Analysen und Modellrechnungen hat ein Team um Professor Latif daher Veränderungen der vergangenen gut einhundert Jahre in dem Strömungssystem genauer untersucht. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Forschenden jetzt im Fachmagazin Nature Climate Change. Demnach kühlt sich ein Teil des Nordatlantiks ab – ein markanter Gegensatz zu den allermeisten Meeresregionen. Die Auswertungen deuten darauf hin, dass seit Anfang des 20. Jahrhunderts in erster Linie natürliche Schwankungen für diese Abkühlung verantwortlich sind. Gleichwohl weisen die Untersuchungen auf eine beginnende Verlangsamung der AMOC in den vergangenen Jahrzehnten hin.

Klimamodelle sagen übereinstimmend für die Zukunft eine deutliche Verlangsamung des Strömungssystems voraus, wenn unsere Kohlendioxid-Emissionen weiter steigen, sich der Ozean weiter erwärmt und sich das Schmelzen des Grönlandeises beschleunigt. „Unsere Studie liefert jedoch zusätzliche Beweise dafür, dass die interne Klimavariabilität eine bedeutende Rolle bei den Klimaveränderungen seit 1900 gespielt hat, und zeigt auch eine breite Palette plausibler zukünftiger Klimatrends auf“, sagt Hadi Bordbar, Mitautor der Publikation und physikalischer Ozeanograph am Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde (IOW). „Unsere Ergebnisse bestätigen frühere wissenschaftliche Erkenntnisse. Aber es bleibt die Frage, wie lange wir uns noch im Bereich natürlicher Schwankungen befinden und wann der Klimawandel die Kontrolle über die AMOC übernimmt. Dann verliefe die Entwicklung nur noch in Richtung Abschwächung und Risiken könnten deutlich zunehmen“, betont Dr. Jing Sun, Meteorologin am GEOMAR und Ko-Autorin der Studie.

Um die kritische Grenze zu bestimmen, sind bessere Beobachtungsdaten nötig, folgern die Autor:innen. „Wenn wir die bereits stattfindenden Veränderungen in allen Regionen des Atlantiks systematisch und dauerhaft messen, werden wir auch mit größerer Sicherheit sagen können, welchen Einfluss der Klimawandel auf das Strömungssystem der AMOC heute und in der Zukunft hat“, sagt Professor Dr. Martin Visbeck. Der Leiter der Forschungseinheit Physikalische Ozeanographie am GEOMAR ist ebenfalls Ko-Autor der Publikation. „Wir sehen im Moment keine sicheren Anzeichen dafür, dass das System sich dramatisch verlangsamt – sondern es schwankt. Aber da sich die neuesten Klimamodelle einig sind, dass eine deutliche Reduzierung eintreten wird, sollten wir wissen, wie lange wir uns noch auf der relativ sicheren Seite natürlicher Veränderungen befinden.“

Publikation:

Latif, M., Sun, J., Visbeck, M., Bordbar M.H. (2022): Natural variability dominates Atlantic Meridional Overturning since 1900. Nature Climate Change, doi: 10.1038/s41558-022-01342-4.

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Brazdil et al. 2022:

Documentary-based climate reconstructions in the Czech Lands 1501–2020 CE and their European context

Annual and seasonal temperature, precipitation, and drought index (SPI – standard precipitation index, SPEI – standard precipitation evapotranspiration index, Z index, PDSI – Palmer Drought Severity Index) series covering the Czech Lands territory (now the Czech Republic) over 520 years (1501–2020 CE) reconstructed from documentary data combined with instrumental observations were analysed herein. The temperature series exhibits a statistically significant increasing trend, rising from ∼ 1890 and particularly from the 1970s; 1991–2020 represents the warmest and driest 30-year period since 1501 CE. While the long-term precipitation total fluctuations (and derived SPI fluctuations) remain relatively stable with annual and decadal variabilities, past temperature increases are the key factor affecting recent increasing dryness in the SPEI, Z index, and PDSI series. The seasonal temperature series represent a broad European area, while the seasonal precipitation series show lower spatial correlations. A statistical attribution analysis conducted utilizing regression and wavelet techniques confirmed the influence of covariates related to volcanic activity (prompting temporary temperature decreases, especially during summer) and the North Atlantic Oscillation (influential in all seasons except summer) in the Czech climate reconstructions. Furthermore, components tied to multidecadal variabilities in the northern Atlantic and northern Pacific were identified in the temperature and precipitation series and in the drought indices, revealing notable shared oscillations, particularly at periods of approximately 70–100 years.

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Willis Eschenbach auf WUWT:

A Sense Of Proportion

Let me start with a simple fact. The earth has been warming for about 300 years, since the depth of the Little Ice Age in 1700AD. But is this warming significant? We’re usually treated to graphs like the following, showing various estimates of modern warming.

Setting aside the question of whether these estimates are hopelessly contaminated by urban warming (most probably they are), the question remains—how big is this warming in the real world?

One way to look at this is to look at the normal range of average temperatures for a country. Here, for example, are the monthly maximum and minimum temperatures for the USA. Contrary to my usual practice, I’ve put them in degrees Fahrenheit, for no reason other than that’s what the US uses …

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UK Centre for Ecology & Hydrology:

New portal improves forecasts of devastating storms in West Africa

An online portal developed by the UK Centre for Ecology & Hydrology (UKCEH) will enable forecasters in West Africa to provide communities with earlier and more reliable warnings about large storms.

Storms in the Sahel region, which can reach over 100km in size, have become more extreme since the 1980s due to global warming, with more intense rainfall. Severe flooding during the monsoon from June to September causes human and livestock deaths, plus damages property and infrastructure, leaving thousands of people without homes and livelihoods.

State-of-the-art weather forecast models struggle to predict where new storms will hit and how strong they will be, which makes it difficult to provide warnings to people in affected areas so they can protect their property and livestock or get out of harm’s way.

National forecasting agencies in Africa can already make predictions of how storms will behave in the next couple of hours by observing current atmospheric conditions, and analyzing hundreds of historical storms.

Now, thanks to a recent breakthrough by UKCEH scientists, they can make these short-term forecasts, known as ’nowcasts‘, for six hours ahead and with a higher degree of accuracy. The new research found drier soils can increase the intensity of storms when they are on the move, affecting where they travel and the amount of rainfall they produce.

These novel nowcasting predictions and related satellite observations for West Africa are available via UKCEH’s new free portal, which has been funded by the Natural Environment Research Council (NERC).

National forecasters can interpret the data and make localized forecasts, sending out warnings to people in areas that are expected to be hit by a storm. Last year, as part of a trial of the nowcasting tool, forecasters in Senegal used it to issue a severe weather warning to the public via text message.

Dr. Steven Cole of UKCEH says that „the portal is a great example of how new scientific understanding can be translated into useable real-time tools by working with forecasters. Importantly, this will support communities in West Africa to better manage flood risk from intense rainfall.“

A recent study published in Environmental Research Letters found that using data about land surface temperatures improves predictions about the path and strength of an approaching mesoscale convective system (MCS) up to 12 hours ahead. These „megastorms“ can be bigger than the size of England and unleash over 100mm of rainfall in just an hour.

„We found a surprising level of predictability of storms from land surface temperatures when testing our methodology on historical data, and West African forecasters are finding our approach very useful for their work,“ says Professor Chris Taylor of UKCEH.

„We would expect mesoscale convective systems elsewhere in the world to also be influenced by drier soils. Therefore, our methodology could potentially be used to improve storm and flood warning systems in tropical regions such as South Asia and Australia, as well as parts of USA and South America.“

The new nowcasting portal allows forecasters to observe storm clouds in near real-time via satellite and compare them with historical storm behavior, plus view data on current land surface conditions. The online tool then uses these data, updated every 15 minutes, to calculate the probability of a mesoscale convective system reaching different areas of the Sahel between the current time and six hours ahead.

UKCEH scientists are continuing to work with forecasting services in West Africa to increase the advance warning time and its reliability by combining more factors influencing storm behavior within their nowcast modeling, in addition to land surface temperature. These include soil moisture, atmospheric humidity, wind conditions and the amount of rainfall there has been in preceding days.

As part of a collaboration with ANACIM, the national meteorological service in Senegal, UKCEH has also developed short-term forecasts of potential flood impacts and risk in Dakar which are available on the portal. It also hopes to work with other forecasting services to provide this service for other areas.

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SciDev.Net:

Tree loss in tropics casts doubt over climate goals

Tropical regions of the world lost 11.1 million hectares of forest cover in 2021, new data shows, calling into question global pledges to end deforestation by 2030.

Taking in the Amazon and the Congo Basin, the tree loss included 3.75 million hectares of „critically important“ primary rainforests, according to the World Resource’s Institute’s Global Forest Watch.

This resulted in 2.5 gigatons of carbon dioxide released into the atmosphere, equivalent to the annual fossil fuel emissions of India, the forests monitor said.

Global Forest Watch deputy director Mikaela Weisse told a virtual press conference: „The team specifically focused on the loss in humid tropical primary forests, which are areas of pristine rainforest that are important for carbon storage and biodiversity.

„We also focused on tropical forests because that is where modern-day deforestation—more than 96%—takes place.“

The report described the rate of primary forest loss in the tropics in recent years as „stubbornly consistent.“ The loss in 2021 was 11% less than in 2020 but followed a 12% increase in 2019, mostly attributed to fires, it said.

At the UN climate summit, COP26 in Glasgow last November, leaders from 141 countries signed a declaration on forests and land use, pledging to „halt and reverse forest loss by 2030.“

Realizing these goals requires „a consistent decline in forest loss every year for the rest of the decade,“ according to the report based on data from the University of Maryland in the U.S. So far this is only happening in a few countries in the tropics, such as Indonesia and Malaysia, where primary forest cover loss has declined in recent years.

„This new data underscore just how much effort is needed to achieve the deforestation goals,“ said Weisse.

Brazil accounted for more than 40% of the world’s tropical primary forest loss in 2021, amounting to 1.5 million hectares. The vast majority of this occurred in the Amazon, said Rod Taylor, global director of the forests program at the World Resource Institute.

„Forest cover loss in Brazil, especially in the Amazon has been persistent over the years,“ said Taylor, adding that loss due to fire fluctuated depending on the conditions. The analysis, for the first time, took into account tree cover loss due to wildfires, intentionally set fires and fires from agricultural activities.

Between 2020 and 2021, non-fire losses in Brazil—usually linked to agricultural expansion—increased 9%, according to the report. It said clear-cut deforestation was the highest it had been since 2006, when a number of measures were introduced to reduce deforestation.

Key states in the western Brazilian Amazon saw a 25% increase in non-fire loss of primary forest loss, with new „hot spots“ springing up where large-scale clearings had been made alongside existing roads, probably for cattle grazing, the report suggests.

„New research shows that the Amazon is losing resilience much faster than we thought, even reaching a tipping point where vast areas transform from rainforest to Savannah, resulting in massive emissions,“ said Weisse.

The Democratic Republic of Congo (DRC) had the second largest forest loss in 2021, losing nearly half a million hectares of forest cover. This was driven by small-scale agriculture and harvesting of trees for charcoal production, according to the analysis.

„DRC’s vast forest is a big global carbon sink and big changes are needed to curb this forest loss,“ warned Elizabeth Goldman, senior geographic information system research manager at Global Forest Watch.

„These should include pursuing of new development pathways and improving agricultural yields so that expansion of agriculture does not continue unchecked into primary forests, and access to clean energy,“ she suggested.

On the positive side, Indonesia saw a 25% reduction in primary forest loss compared to 2020, the country’s fifth year in a row in decline. Malaysia also experienced a fifth year in decline.

Hidayah Hamzah, forest and peat monitoring senior manager at World Resources Institute, Indonesia attributes Indonesia’s progress to corporate and government actions that „are clearly working“ as the country „heads in the right direction to meeting its climate commitments.“

She said the Indonesian government had increased fire monitoring, expanded forest restoration, and revoked licenses for logging, palm oil plantations and mining in forests.

But Hamza is worried that palm oil prices in the country are at a 40-year high. „This might increase the appetite to expand palm oil plantation in forest areas,“ she warned.

These exceptions aside, Benson Ochieng‘, executive director at the Institute for Law and Environmental Governance in Nairobi, says the global forest loss trends are indicative of unwillingness to follow through on climate commitments.

„Commitments such as zero-deforestation are beautiful. But they are as good as the people who implement them. Otherwise they would not be worth the paper they are written on,“ Ochieng‘ told SciDev.Net.

He challenged leaders and corporations to put pledges into action, citing the example of the AFR100 initiative where African countries will begin restoring 100 million hectares of degraded land by 2030.

„Unlike other pledges and commitments, the AFR100 initiative has a budget, funders and timelines,“ he said.

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Max-Planck-Gesellschaft:

Deindustrialisierung als Fakt und Fiktion

Ob es in den reichen westlichen Nationen einen Wandel von der Industrie- zur Dienstleistungsgesellschaft gibt oder geben soll, ist umstritten

Mit dem Bedeutungsverlust der Industrie in westlichen Gesellschaften sind weitreichende Befürchtungen verbunden, aber auch die Hoffnung, neue Arbeitsmöglichkeiten zu erschließen. Vorhersagen über einen Strukturwandel von der Industrie- zur Dienstleistungsgesellschaft wurden somit immer wieder zum Gegenstand politischer Konflikte. Ein historischer Blick darauf, von wem und auf welche Weise die postindustrielle Gesellschaft in öffentlichen Debatten thematisiert wurde, kann verständlich machen, wie gesellschaftliche Machtstrukturen und Konfliktkonstellationen solche Zukunftsszenarien beeinflussen.

Die Diagnose ist nicht neu: Seit den späten 1970er-Jahren gilt die industrielle Güterproduktion in reichen Ländern als Auslaufmodell. Was nicht in Länder mit günstigeren Lohnkosten verlagert wird – so ein einflussreiches Narrativ –, wird stückweise automatisiert, bis sich in reichen Industrieländern langsam, aber sicher eine postindustrielle Gesellschaft herausbildet. Mit der Deindustrialisierung– dem gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Bedeutungsverlust der fertigenden Industrie – werden in den Sozialwissenschaften zahlreiche gesellschaftliche Probleme im frühen 21. Jahrhundert in Verbindung gebracht – unter anderem der mehrheitsfähige Rechtspopulismus in England und den USA, sich verschärfende interregionale Unterschiede, wachsende Einkommensungleichheiten, sinkende Produktivitätsentwicklung und politische Blockaden in der Klimapolitik. Auf die ein oder andere Weise gilt die Deindustrialisierung mit ihren Flurschäden als zentrale Ursache für viele der gegenwärtig diskutierten Herausforderungen, wenn es um die Stabilität demokratisch-kapitalistischer Gesellschaften geht.

Bevor er seit 2008 zunehmend als Geißel der reichen Demokratien Europas und Nordamerikas beschrieben wurde, war der wirtschaftliche Strukturwandel durchaus positiv besetzt – eine Art postkapitalistische Utopie. Historisch ist die Theorie vom quasi zwangsläufigen Strukturwandel von der manuellen Feldarbeit über den Karosseriebau zur Softwareprogrammierung geprägt von einem aus heutiger Sicht schlicht naiven Fortschrittsglauben. Der Historiker Jan-Otmar Hesse hat sie treffend als einen letzten „Dinosaurier des modernisierungstheoretischen Mesozoikums” beschrieben. Mit ihr verbunden waren nicht selten Versprechen, dass mit dem Verschwinden der Industriearbeit Klassenkonflikt, Ressourcenknappheit und manuelle Arbeit überwunden würden.

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