Entschlüsselung der Rolle von Mischphasenwolken im Klimasystem
Mischphasenwolken sind für unser Wetter und Klima von entscheidender Bedeutung. Diese Wolkenart kann sowohl Flüssigkeit als auch Eis enthalten und ist für den Großteil der Niederschläge auf der Erdoberfläche verantwortlich. Ein genaues Verständnis davon, wie diese Wolken sich angesichts der Erderwärmung verändern, ist unabdingbar, um künftige Klimaveränderungen mit Genauigkeit zu modellieren. In bisherigen Modellen wurden ihre Phasenwechsel jedoch nicht korrekt dargestellt. „Wir wissen seit etwa zehn Jahren, dass globale Klimamodelle tendenziell zu viel Eis und zu wenig Flüssigkeit in Wolken simulieren“, erklärt Trude Storelvmo, Atmosphärenwissenschaftlerin an der Universität Oslo und Koordinatorin des Projekts https://www.mn.uio.no/geo/english/research/projects/mc2/index.html (MC2. Das Forschungsteam des Projekts MC2, das vom Europäischen Forschungsrat finanziert wurde, arbeitete darauf hin, ein genaueres Bild der Wolkenphasen zu gewinnen. Dieses neue Verständnis wird die Simulation von Wolkenrückkopplungen in Klimamodellen erleichtern – und damit besseren Aufschluss darüber geben, wie stark die Erwärmung künftig steigen wird. „Eishaltige Wolken bekommen mit zunehmender Erwärmung einen höheren Flüssigkeitsgehalt“, sagt Storelvmo. „Wenn das passiert, reflektieren sie auch mehr Sonnenstrahlung zurück ins All und wirken sich damit dämpfend auf die treibhausgasbedingte Erderwärmung aus.“ Wenn die Modelle bereits von Anfang zu viel Eis simulieren, wird damit auch diese dämpfende Wirkung übertrieben, sodass das Klima gegenüber Treibhausgasen weniger anfällig scheint, als es tatsächlich der Fall ist.
Feldbeobachtungen und hochauflösende Simulationen in Kombination
Das Team führte zur Erfassung von Wolkendaten zunächst Feldversuche durch. Dabei wurden Feldmessungen in den hohen nördlichen Breitengraden durchgeführt, wo sich reichlich Wolken finden, die aufgrund ihrer ausreichenden Kälte eishaltig sind. Die Forschenden kombinierten Messungen am Boden mit Messungen mit Fesselballons und Fluggeräten direkt in den Wolken. Diese Felddaten, die zu unterschiedlichen Aspekten wie beispielsweise dem Vorkommen von eisbildenden Partikeln gesammelt wurden, wurden in die Modellsimulationen des Teams eingespeist. Anhand dieser Daten konnten die Forschenden außerdem besser bewerten, wie gut die Simulationen Wolkenphasen und räumliche Strukturen darstellten. Anschließend kombinierte das Team die Feldbeobachtungen mit den hochauflösenden Simulationen und Satellitenbeobachtungen. Auf dieser Grundlage konnte es globale Klimamodelle entsprechend anpassen und neu bewerten, wie diese bei Veränderungen der Treibhausgaskonzentration reagieren.
Zusammenhänge zwischen Wolkenrückkopplung und Erwärmung
Auf halber Strecke des Projekts machte das Team eine äußerst interessante Entdeckung. „Wir stellten fest, dass sich die negative Wolkenphasen-Rückkopplung bei anhaltender Erwärmung mit der Zeit verändert. Mit anderen Worten, der Dämpfungseffekt nimmt mit jedem neuen Temperaturanstieg ein wenig mehr ab, bis er schließlich komplett verschwindet“, erklärt Storelvmo. Das führt zu einer Beschleunigung der Erwärmung und einer Verschiebung hin zu einem neuen Klimazustand, der gegenüber Störungen durch Treibhausgase empfindlicher ist. „Als wir die Ergebnisse veröffentlichten, verwendeten wir zwar nicht den Begriff ‚Kipppunkt‘, aber er könnte möglicherweise angemessen sein“, merkt Storelvmo an. Kürzlich erhielt sie ein Stipendium des Europäischen Forschungsrates, um diesen Effekt im Projekt STEP-CHANGE näher zu untersuchen.
Wertvolle Erkenntnisse für die allgemeine Wissenschaft
Die Forschung zur Klimarückkopplung hat sich bislang vorwiegend auf makroskopische Eigenschaften in Wolken und ihren engen Zusammenhang mit atmosphärischen Zirkulationsmustern konzentriert, was zweifellos auch wichtig ist, wie Storelvmo anmerkt. Doch die Wolkenphasen-Rückkopplung wird hauptsächlich durch mikroskopische Eigenschaften, wie Aerosolpartikel, Wolkentröpfchen und Eiskristalle, und ihre Wechselwirkungen untereinander bestimmt. „Meines Erachtens hat MC2 demonstriert, dass diese Eigenschaften auf der Mikroskala wirkliche Relevanz für die Erderwärmung haben und daher nicht zu ignorieren sind“, ergänzt Storelvmo. „Das Projekt hat hoffentlich die Bedeutung der Wolkenphase für Klimaprojektionen herausgestellt.“
Schlüsselbegriffe
MC2, Wolke, Mischphase, Klima, Veränderungen, Klimawandel, Modell, Eis, Wasser, eisbildend, Aerosole, Feldbeobachtungen