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Wolken und Aerosole: weiterhin die grössten Unsicherheitsfaktoren in Klimamodellen

27.09.2013 von

666600_web_R_K_by_Katrin Schindler_pixelio.de_TeaserWolken und Feinstaub – auch Aerosole genannt – beeinflussen die Strahlungsbilanz der Erde auf komplexe Weise. Die vielfältigen Wechselwirkungen und ihr Effekt auf das Klima sind entsprechend schwierig vorherzusagen. Im jüngsten Bericht des Weltklimarats IPCC, der heute veröffentlicht wurde, ist den beiden Phänomenen nun ein eigenes Kapitel gewidmet.

 

Wie schon im vierten UN-Klimabericht sind Wolken und die als Aerosole bezeichneten Feinstaubpartikel weiterhin eine der grössten Unsicherheiten, wenn es darum geht, den Klimawandel zu verstehen und seine Folgen abzuschätzen. In der neusten, fünften Ausgabe des IPCC-Berichts werden diese Unsicherheitsfaktoren ausführlich behandelt.

Warum sind Wolken so unsichere Grössen in Klimaprojektionen?

Wolken reflektieren einerseits Sonnenlicht und halten andererseits Wärmestrahlung der Erde zurück. Man unterscheidet gemeinhin hohe Wolken, die die Erwärmung der Erde verstärken, und tiefliegende Wolken mit einem kühlenden Effekt (siehe Blogbeitrag vom 27.05.2010). Die Klimamodelle sagen übereinstimmend voraus, dass sich die hohen Wolken, die aus Eispartikeln bestehen, im wärmeren Klima in noch höhere Schichten verlagern werden. Das bedeutet, dass sie noch mehr Wärmestrahlung zurück halten und somit den menschengemachten Treibhauseffekt verstärken werden. Ungewissheit herrscht weiterhin bei den tiefliegenden Wasserwolken über den Ozeanen. Sie sind mit ihren geringen vertikalen Ausmassen nur schlecht in Klimamodellen erfasst. Es sieht so aus, als ob diese Wolken im wärmeren Klima abnehmen und somit als kühlende Elemente wegfallen – aber auch eine Zunahme der tiefliegenden Wolken ist nicht ganz ausgeschlossen. Betrachtet man die gesamten Änderungen aller Wolken, stellen sie mit mehr als 66 Prozent Wahrscheinlichkeit eine positive Rückkopplung dar: sie verstärken also den Treibhauseffekt.

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Die Grafik zeigt verschiedene Wolkentypen entlang dem Breitengrad und ihre erwarteten Änderungen, die durch die Erwärmung eintreten: Änderungen in Rot gelten als sicher, solche in Grau als unsicher. (Quelle: IPCC AR5 WG1)

Warum ist der Einfluss von Aerosolen so unsicher?

Auch Aerosole reflektieren einen Teil des Sonnenlichts in den Weltraum und mindern so den Treibhauseffekt. Zudem sind sie wichtig für die Wolkenbildung. Aerosolteilchen haben eine Vielzahl von Quellen – natürliche und menschengemachte –, unterscheiden sich in ihrer chemischen Zusammensetzung und variieren in Grösse und ihren Strahlungseigenschaften (siehe Blogbeitrag vom 12.02.2010). Um Aerosole in Klimamodellen in ihrer Komplexität möglichst realistisch darzustellen, sind so viele zusätzliche Berechnungen nötig, dass sich die Simulationszeit vervielfacht. Immer mehr Modelle nehmen das in Kauf. Die neuen Abschätzungen unter Zuhilfenahme von Satellitendaten haben ergeben, dass die Aerosolpartikel dem Treibhauseffekt weniger stark entgegenwirken als bisher angenommen. Der gesamte Strahlungsantrieb der Aerosole fällt mit -0.9 W/m2 (Unsicherheitsbereich von -1.9 W/m2 bis -0.1 W/m2) weniger negativ aus als im vierten Klimabericht.

Dem Treibhauseffekt trotzdem durch Geoengineering entgegenwirken?

Trotz dieser enormen Unsicherheiten bei den Wolken und Aerosolen werden zahlreiche Optionen diskutiert, ob und wie man sich die kühlenden Eigenschaften von Aerosolen und ihren Einfluss auf die Wolkenbildung zunutze machen kann, um mehr Sonnenlicht zu reflektieren und so den Treibhauseffekt zu kompensieren. Dieses sogenannte Sonnenlicht-Geoengineering wird zum ersten Mal im neusten UN-Klimabericht thematisiert. Einige theoretische und Modell-Studien belegen, dass solche Massnahmen zu einer Abkühlung führen können. Allerdings hebt der Bericht besonders hervor, dass dieses Geoengineering noch in den Kinderschuhen steckt, ungetestet ist und mit zahlreichen Nebenwirkungen und Risiken verbunden ist.

Alle die genannten Faktoren – Wolken, die die Erwärmung weiter verstärken; Aerosolteilchen, die weniger kühlen, und grosse Unsicherheiten beim Geoengineering – zeigen mir, dass die Senkung der Treibhausgasemissionen im Vordergrund stehen muss, um die negativen Auswirkungen des Klimawandels so gut es geht zu vermeiden.

Zur Autorin

Ulrike Lohmann ist Professorin für Atmosphärenphysik an der ETH Zürich. Persönliches Zitat und Biografie

Hinweis

Sehen Sie den neusten Polybahn-Pitch mit Ulrike Lohmann auf Youtube und lesen Sie die Berichterstattung zum IPCC-Report inklusive Interview mit Reto Knutti auf ETH Life.

 





Kommentare (7) >Alle Kommentare aufklappen>Alle Kommentare zuklappen

@Lysenkoff 30.9.

Genau dort liegt der Hund vergraben. Ich habe lange nach einer Aussage der Art gesucht: „Im Zeitraum 1950 bis 1980 sind 35% bis 40% des globalen Temperaturanstiegs auf anthropogene Treibhausgasemissionen zurückzuführen, im Zeitraum 1980 bis 2010 sind es 60% bis 70%.“ Wenn eine solche Aussage möglich wäre, wäre sie in den IPCC Berichten an prominenter Stelle gebracht worden. Man findet aber nichts dergleichen.

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Der neue Klimabericht hat die einzelnen Anteile an der Erwärmung seit 1951 angegeben. Um dies tun zu können, muss man die Klimamechanismen und deren Auswirkungen recht genau kennen resp. quantifizieren können.
Hier heisst es, man kann einen Mechanismus nicht recht quantifizieren – was nun?

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@Roggenmoser

Sie haben recht, mein Kommentar war unglücklich. Man sollte nur Kommentare schreiben, in denen man auf den kommentierten Artikel eingeht. Ich entschuldige mich bei Frau Lohmann.

Ich habe den IPCC Bericht 2007 auszugsweise gelesen und war nach der Lektüre sehr besorgt. Ich habe mich dann gelegentlich über den Verlauf der Klimaerwärmung erkundigt und war immer ein bisschen erstaunt, dass er so langsam vorangeht. Jetzt vor dem neuen Bericht habe ich mir die Zeit genommen, mich im Internet besser zu informieren. Dabei habe ich festgestellt, dass die wichtigsten Fragen keineswegs endgültig geklärt sind. Es gibt unter ausgewiesenen Klimaforschern unterschiedliche Ansichten über die Grösse des Einflusses der Pacific Decadal Oscillation, der Wolkenbildung, der Sonnenaktivitäten etc. auf den Klimawandel. Auch die Grösse des Einflusses des anthropogenen CO2 Ausstosses ist umstritten, und das ist ja wohl die wichtigste Frage für einen Laien mit einer Ölheizung wie mich.

Es ist ausserordentlich schwierig, sich eine Meinung zur Wirkgrösse des CO2 Ausstosses zu bilden. Ich habe auch auf der ETH Website nach experimentellen Studien dazu oder nach aus Beobachtungen abgeleiteten Theorien gesucht. Leider habe ich nichts gefunden. Man scheint sich da weitgehend auf Modellierungen zu verlassen. Die Namen der Modelle kenne ich nicht. Ich habe aber das Vertrauen in die den IPCC Berichten zugrunde liegenden Modelle verloren. Zwischen 2007 und 2013 hat der globale Temperaturanstieg stagniert trotz einer starken Zunahme des weltweiten CO2 Ausstosses. Wie kann man da behaupten, die Gewissheit, dass der grössere Teil des Klimawandels der vergangenen 60 Jahre auf anthropogene Ursachen zurückgehe, habe von 90% auf 95% zugenommen?

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„Es sieht so aus, als ob diese Wolken im wärmeren Klima abnehmen und somit als kühlende Elemente wegfallen“

Es ist allgemein bekannt, dass es bei wolkenlosem Himmel tagsüber beträchtlich wärmer ist. So betrachtet, wäre die Temperaturzunahme seit der letzten Eiszeit Ursache für die Abnahme der Wolkenbedeckung. Oder ist es umgekehrt, führte die Abnahme der Wolkenbedeckung zur Zunahme der Temperatur und damit zum Rückgang des Eises. Gibt es dafür belastbare Langzeitbeobachtungen?

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@Suter: Ich gehe nicht davon aus, dass Sie den IPCC-Report gelesen haben. Dort wird die Frage nach den Unsicherheiten der einzelnen Parameter detailliert erklärt. Mich würde interessieren, was sie genau mit „vollständigem Versagen der IPCC-Modelle“ meinen. Welches vollständige Versagen? Welche IPCC-Modelle (der IPCC hat keine eigenen Modelle)?
Es würde Pauschalkritikern und Zweiflern wie Ihnen gut tun, sich zuerst mit den Fakten vertraut zu machen, bevor Sie hier populistisch im Namen der ganzen Öffentlichkeit Aufklärung fordern. Die Dokumente sind frei zugänglich. Man muss sie dann halt auch lesen.

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Liebe Frau Lohmann

Ich bin erstaunt, dass Sie Wolken und Aerosole als die grössten Unsicherheitsfaktoren in Klimamodellen bezeichnen. Der grösste Unsicherheitsfaktor scheint mir die Grösse des Einflusses von CO2 auf den Klimawandel zu sein. Das vollständige Versagen der IPCC Modelle geht wohl am ehesten auf eine falsche Bestimmung dieser Grösse zurück. An einer Klärung dieser Frage hat die Öffentlichkeit das grösste Interesse.

Ich bin gleicher bzw. anderer Meinung: Daumen hoch 3 Daumen runter 4

Mehr oder weniger Wolken und mehr oder weniger Aerosole – das kann schon einen Unterschied machen. Für permanentes Geoengineering sind aber Versuche Wolken und Aerosole global zu verändern um ein bestimmtes Klimaziel zu erreichen, äusserst problematisch. Vor allem im heutigen politischen Umfeld wo politische Entscheidungen immer von souveränen Staaten getroffen werden, die Entscheidungsgewalt über eine klar umrissene Land- und Meerfläche besitzen. Welches Land könnte in Kauf nehmen, dass andere Länder über ihr Klima mitbestimmen, indem sie Aerosole und Wolkenhäufigkeit und -stärke verändern?
Wenn schon Aerosol- und Wolkengeoengineering, dann könnte man sich das am ehesten noch regional und zeitlich beschränkt vorstellen. Hitzewellen, wie sie die USA 2012 heimgesucht haben, könnten beispielsweise nach neuesten Studien mit Sulfataerosolen recht effektiv gedämpft und ihre Schadenswirkung damit reduziert werden.

Insgesamt dürfen wir schliessen, dass Wolken und Aerosole in den nächsten 50 Jahren wohl kaum bewusst global beeinflusst und verändert werden.
Die einzige nachhaltige Form des globalen Geoengineering, die zudem in Bezug auf ihre atmosphärischen Auswirkungen auf wenig politischen Widerstand stossen dürfte, bleibt somit die Entfernung von CO2 aus der Atmosphäre. Das aber ist als technische Massnahme so teuer, dass mit einem Einsatz in den nächsten 50 Jahren ebenfalls nicht gerechnet werden kann und muss.

Einen Einfluss nimmt der Mensch indirekt jedoch auf die Wolken-und Aerosolbildung: Die regionale Bewölkung und die Dichte von Bioaersolen (Terpenen) wird durch die Bewaldung deutlich beeinflusst. Und was für Wald und wieviel Wald stehen bleibt bestimmen die Waldbesitzer – also wiederum souveräne Staaten zusammen mit ihren Bewohnern.

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