Stürme und Gewitter, beispielsweise in den Tropen, sind zu kleinräumig, um mit herkömmlichen Klimamodellen erfasst zu werden – und doch sind ihre Auswirkungen nicht zu vernachlässigen: „Die Prozesse, die in einem Gewitter auftreten, beeinflussen die Atmosphäre stark. Wir versuchen dies mit unseren sturmauflösenden Klimamodellen zu erfassen und haben dabei insbesondere Eiswolken im Blick“, erklärt Aiko Voigt vom Institut für Meteorologie und Geophysik.
In einem Paper für das Nature-Journal „Communications Earth & Environment“, das im Juli veröffentlicht wurde, fasst er mit Sylvia Sullivan vom Karlsruher Institut für Technologie aktuelle Forschungsergebnisse zum Einfluss von Eiswolken auf die tropische Energiebilanz zusammen.
Faktor vier
Dabei konnten die Forscher*innen zeigen, dass die Anzahl und Größe der Eiskristalle entscheidend für das Aufheizen und Abkühlen der Atmosphäre durch Absorption und Emission von Infrarotstrahlung ist. In ihren Simulationen konnten sie außerdem darlegen, dass kleinskalige Prozesse wie die Umwandlung von Eis zu Schnee und die Eisbildung an Aerosolpartikeln auch in zukünftigen hochaufgelösten Modellen eine große Rolle spielen und besser verstanden werden müssen. „Solche Modelle werden derzeit in internationalen Forschungsprogrammen als Digital Twins entwickelt und werden die Klimaforschung in der kommenden Dekade vorantreiben“, so Voigt.
Konkret fanden die Forscher*innen heraus, dass kleinskalige Wolkenprozessen das direkte Strahlungsheizen der Atmosphäre durch Wolkeneis um einen Faktor vier modulieren können. Außerdem zeigten sie, dass die Abkühlung des Erdsystems durch Emission von Infrarotstrahlung in den Weltraum ebenfalls stark von diesen kleinskaligen Prozessen abhängt. Dies ist wichtig für die Energiebilanz des Erdsystems und damit auch für den Klimawandel.
In den nächsten Jahren „heranzoomen“
In den künftigen Modellen müsse man daher insbesondere die Eiskristalle beachten. „Ganz allgemein zeigen unsere Ergebnisse, welche Bereiche wir in der atmosphärischen Modellierung in den kommenden Jahren quasi heranzoomen müssen, um den Einfluss von Eiswolken auf das globale und regionale Klima zu verstehen“, so Voigt.
- Dass Eiswolken besonders häufig in den Tropen vorkommen, erscheint nur auf den ersten Blick unlogisch: „In den Tropen wird Feuchtigkeit durch hochreichende Konvektion besonders effektiv bis in die oberen Schichten der Troposphäre hinauf transportiert – deshalb finden sich dort besonders viele Eiswolken“, so der Wolken- und Klimaforscher. In den Simulationen konzentrierten sich die Klimaforscher*innen auf die asiatische Monsunregion, die repräsentativ für diese Art der Konvektion und Wolken ist.
