ETH-Klimablog - Klimaforschung - Wasser in der Atmosphäre

ETH life zum Thema

Welternährung: «Ein nahrhafter Denkanstoss» (17.10.13)
Klimaforschung: «Klimaforschung im Dialog» (4.10.13)
Klimaforschung: «Emissionen verpflichten uns langfristig» (27.9.13)
Energieforschung: «Der Asket unter den Motoren» (12.9.13 )

Blog-Schwerpunkte

Die Beiträge geordnet nach Wissensgebieten rund um den Klimawandel:
>Klimaforschung
>Umweltfolgen
>Energie
>Mobilität
>Wirtschaft
>Politik
>Stadtentwicklung
>Welternährung
>Nord-Süd

Archive

Wasser in der Atmosphäre

17.05.2011 von

In unserem Klimasystem laufen ähnliche Prozesse ab wie beim Kochen am heimischen Herd. Die Erdoberfläche ist die Wasserpfanne, die Erdatmosphäre ist die Luft in der Küche. An beiden Orten bestimmen Luftströmungen, wie die Wetterverhältnisse sind. In der Küche hilft uns der Dampfabzug die Strömungen zu regulieren und so zu verhindern, dass es neblig wird. In der Atmosphäre sind die Zusammenhänge komplizierter.

Rolle des Wasserdampfs im Klimasystem

Unser Klimasystem reagiert vielfältig auf die Zunahme der Treibhausgase in der Atmosphäre und die damit verbundene Erderwärmung. Zum Beispiel kann die Atmosphäre in einem wärmeren Klima mehr Wasser in Form von Wasserdampf aufnehmen. Dieser atmosphärische Wasserdampf spielt als stärkstes Treibhausgas der Erdatmosphäre eine zentrale Rolle in der Strahlungsbilanz der Erde (siehe Blogbeitrag Markus Huber >hier). Verschiedene Studien haben in den letzten Jahren zudem gezeigt, dass der Wasserdampf auch die Transportsysteme der Atmosphäre beeinflusst, wie zum Beispiel die Zugbahnen von Tiefdruckgebieten.

Wasserdampf ist Energieträger im Klimasystem

Wasser tritt in der Atmosphäre in allen drei Erscheinungsformen auf (fest, flüssig und gasförmig). Bei einer Umwandlung von Wasserdampf zu Flüssigwasser, wie zum Beispiel bei der Wolkenbildung, gibt der Wasserdampf Kondensationswärme an die Umgebungsluft ab und wärmt sie lokal auf. Die Verdunstung von Wasser hingegen kühlt die Umgebungsluft ab.

Wasserdampf ist somit nicht nur für den Wassertransport in der Atmosphäre wichtig. Vielmehr tritt er auch als eine Art Energieträger im Klimasystem auf. Diese Erkenntnis ist von grossem Nutzen für das Verständnis der Strömungsmuster und der Transportmechanismen in der Atmosphäre.

Beeinflusst Wasserdampf die atmosphärischen Luftströmungen?

Wie die Bewegung der Luftmassen sich unter verschiedenen Klimabedingungen durch den Einfluss von Wasserdampf verändert, wurde in einer kürzlich erschienenen Studie untersucht (Schneider et al. 2010¹). Die Forscher kommen zum bemerkenswerten Schluss, dass sowohl in einem gegenüber heute leicht wärmeren Klima, wie auch in einem leicht kälteren Klima die Zirkulation in den Tropen abgeschwächt wird.

Die oben erläuterte Rolle des Wasserdampfes als Energieträger ist ein wichtiger Grund für diese komplexe klimabedingte Änderung der atmosphärischen Strömung.

Klimarelevanz atmosphärischer Wasserwege

Die komplizierte Wechselwirkung zwischen dem Transportmittel (atmosphärische Zirkulation) und dem Transportgut (Wasserdampf) ist bezeichnend für die Herausforderungen, mit denen sich die aktuelle Klimaforschung befasst. Klimaschwankungen sind nicht einfach Reaktionen des Erdsystems auf eine Zunahme von Treibhausgasen. Die festgestellten Klimaänderungen sind vielmehr das Zusammenspiel einer Vielzahl von zum Teil noch wenig erforschten Mechanismen.

 

¹ Schneider, T, O’Gorman, P. A., Levine, X. J., 2010, Water vapor and the dynamics of climate changes, Reviews of Geophysics.

 

Zur Autorin

Franziska Aemisegger ist diplomierte Umweltingenieurin. Zurzeit schreibt sie ihre Doktorarbeit am Institut für Atmosphäre und Klima der ETH Zürich. Persönliches Zitat und Biografie

 

 





Kommentare (6) >Alle Kommentare aufklappen>Alle Kommentare zuklappen

@ Martin Holzherr. 18.05.2011, 16:58
„die Tropopausenhöhe steigt mit der globalen Erwärmung, das haben sie sogar selbst schon hier kundgetan:“

Mir ging es um Ursache und Wirkung. Also nicht die globale Erwärmung ist Ursache der Höhenänderung, sondern die Höhenänderung ist Ursache der globalen Erwärmung.

MfG

Ich bin gleicher bzw. anderer Meinung: Daumen hoch 0 Daumen runter 0

Sehr geehrter Herr Ebel,
die Tropopausenhöhe steigt mit der globalen Erwärmung, das haben sie sogar selbst schon hier kundgetan:
Im Kommentar von Jochen Ebel. 02.04.2010, 7:44 in Gesucht: Persönliche Klimaerlebnisse
Die spektrale Abstrahlung der Erde, die durch Satelliten gemessen wird, zeigt in Abhängigkeit von der Absorptionslänge eine bestimmte Intensitätsverteilung. Die Abnahme der Absorptionslänge (steigende Konzentration) erfordert die Änderung der Erd-Tropopause (Höhe bzw. Druck) in Richtung Venus- und Mars-Tropopausen, die kälter und höher sind – und das wird auch beobachtet.

Im Assessemnt Report 4 liest man dazu: Analyses of radiosonde data have documented increases in tropopause height over the past 3 to 4 decades (Highwood et al., 2000; Seidel et al., 2001). …
Model simulations with individual forcings indicate that the major drivers of the model tropopause height increases are ozone-induced stratospheric cooling and the tropospheric warming caused by greenhouse gas increases (Santer et al., 2003a).

Ich bin gleicher bzw. anderer Meinung: Daumen hoch 0 Daumen runter 1

Zu Kommentar von Martin Holzherr. 18.05.2011, 1:11
„denn die Konvektionszonen liegen durch die globale Erwärmung in grösserer Höhe (Tropopause steigt).“

Ist es nicht gerade umgekehrt?

Wenn der Temperaturgradient am unteren Rand der Stratosphäre den kritischen Grenzwert erreicht, wird die Luftschichtung instabil und die Troposphäre mit ihrer Vertikalzirkulation beginnt. Mit mehr Treibhausgasen (Verkürzung der Absorptionslänge in den Strahlungstransportgleichungen) wird dieser kritische Wert bei niedrigeren Drücken erreicht.

Mit konstanten Temperaturgradienten steigt dann die Oberflächentemperatur.

MfG

Ich bin gleicher bzw. anderer Meinung: Daumen hoch 0 Daumen runter 0

Wasserdampf ist ja für den durchschnittlichen feuchtadiabatischen Gradienten (ca. 6,5K/km) in der Troposphäre verantwortlich.

Ändert sich der Gradient?

Der horizontale Wärmetransport ist dafür verantwortlich, das die durchschnittliche potentielle Temperatur der polaren Tropopause gleich der durchschnittlichen Oberflächentemperatur des Äquators ist.

Ändert sich etwas daran?

MfG

Ich bin gleicher bzw. anderer Meinung: Daumen hoch 0 Daumen runter 0

Sehr geehrte Frau Aemisegger,

Sie berichten über einen möglichen Grund für die Abschwächung der tropischen Zirkulation in der Atmosphäre.
Klimamodelle einer wärmeren Zukunft zeigen die Abschwächung der tropischen atmosphärischen Zirkulation jedenfalls.

Verantwortlich dafür ist nach einigen Studien eine stärkere Zunahme der Luftfeuchtigkeit als der Niederschläge
Ein anderes Erklärungsmodell bieten Chou und Chen, die die erhöhte atmosphärische Stabilität dafür verantwortlich machen, denn die Konvektionszonen liegen durch die globale Erwärmung in grösserer Höhe (Tropopause steigt).

Sei’s wie sei. Eines ist jedenfalls sicher. Eine global wärmere Welt mit anderen Temperaturverteilungen (polnahe Gebiete erwärmen sich stärker) wird andere Zirkulationsmuster haben. Eventuell dramatisch andere. Doch jede deutliche Änderung beispielsweise des Sommermonsuns in Indien hat starken Einfluss auf die Landwirtschaft: Gebiete, die vorher fruchtbar waren sind es nicht mehr, bei anderen Gebieten, die jetzt fast menschenleer, ist es vielleicht umgekehrt. Nicht alles ist unbekannt oder umstritten. Als sicher gilt das polwärtswandern der typischen Zirkulationszellen, was darauf hinausläuft, dass ganze Klimata sich polwärts verschieben.

Für mich steht fest, dass dies die Welt viel stärker verändern wird, als die meisten heute denken – und zwar selbst dann, wenn es weniger Extremereignisse (Stürme, Trocken- und Hitzeperioden, etc.) gäbe als heute. Grund: Fruchtbare Gebiete sind heute dichtbesiedelt, Wüsten und Trockengebiete fast menschenleer. Verschieben sich diese Gebiete werden auch die Menschen migrieren. Migration gibt es schon heute und sie ist mit Problemen verbunden, obwohl beispielsweise pro Jahr nicht einmal 1 Promille der Afrikaner nach Europa migrieren. Veränderte Zirkulationsmuster und veränderte regionale Klimata könnten weltweit massive Migrationswellen auslösen. Darauf ist niemand vorbereitet.

Ich bin gleicher bzw. anderer Meinung: Daumen hoch 0 Daumen runter 0

Ach nein, und ich dachte der Einfluss von Treibhausgasen sei „einfache Physik“ und „seit Arrhenius bekannt“. Hat es auf jeden Fall bis jetzt geheissen.

Ich bin gleicher bzw. anderer Meinung: Daumen hoch 0 Daumen runter 1

top
 
FireStats icon Powered by FireStats