Neue Satellitenanalyse hilft genauere Aussagen über den Klimawandel zu treffen

Internationales Wissenschaftlerteam unter Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Chemie findet neue Methode, um bisherige Unsicherheiten bei der Vorhersage der Erderwärmung zu verringern – Satellitenanalyse liefert genauere Messwerte um die Aufwindgeschwindigkeit an der Wolkenuntergrenze zu ermitteln und die Fähigkeit von Aerosolpartikeln zur Bildung von Wolkentröpfchen zu quantifizieren

Mainz, 2.3.2016        

Die Schätzungen für die durch menschliche Emissionen  verursachte globale Erwärmung bis zum Ende des 21. Jahrhunderts reichen von 1,5 bis 4,5 Grad Celsius. Diese Unsicherheit ist eine wesentliche Ursache für die intensive öffentliche Debatte über die Verantwortung der Menschheit für den Klimawandel und die Maßnahmen, die zur Begrenzung seiner Folgen erforderlich sind. Ein internationales Wissenschaftlerteam aus Israel, Deutschland, China und den USA hat nun eine Möglichkeit gefunden, diese Unsicherheit durch die Verwendung von Daten eines neuen operationellen Wettersatelliten zu reduzieren.

Messtürme des „Amazon Tall Tower Observatory“ (ATTO) reichen bis zu 325 Meter hoch in den Wolkenhimmel über dem brasilianischen Regenwald und sammeln wichtige Daten, um Voraussagen über die Klimaentwicklung zu verbessern. Foto: Meinrat O.Andreae
Messtürme des „Amazon Tall Tower Observatory“ (ATTO) reichen bis zu 325 Meter hoch in den Wolkenhimmel über dem brasilianischen Regenwald und sammeln wichtige Daten, um Voraussagen über die Klimaentwicklung zu verbessern. Foto: Meinrat O.Andreae

Seit langem ist allgemein anerkannt, dass die Treibhausgasemissionen eine Ursache der globalen Erwärmung sind, da sie die Abgabe der von der Erde abstrahlenden Hitze an den Weltraum verlangsamen. Diesem relativ bekannten Erwärmungseffekt wirken in noch wenig bekanntem Ausmaß von Menschen verursachte Partikelemissionen wie beispielsweise Rauch, Staub und andere Arten von Luftverschmutzungspartikeln entgegen. Welchen Einfluss diese Partikel letztlich auf das Klima haben, ist davon abhängig, welchen Einfluss sie auf die Wolkeneigenschaften haben. Verschmutzte Wolken bestehen beispielsweise aus einer Vielzahl kleinerer Tropfen, die die Wolke heller machen. Die kleineren Wolkentropfen verschmelzen langsamer zu Regentropfen, sodass die Wolke länger bestehen bleibt und noch mehr Sonnenstrahlungswärme in den Weltraum zurückstrahlt.

So wichtig diese kleinen, Kondensationskerne genannten Partikel für Wolken und Klima sind, so schwer sind sie mit konventionellen Fernerkundungstechniken zu messen. Daher mussten sich Forscher bislang hauptsächlich auf von Flugzeugen und Bodenstationen aus durchgeführte Messungen verlassen. Das machte es schwieriger, ein globales Bild der Häufigkeit und Eigenschaften der Partikel zu entwickeln. Des Weiteren ist die Geschwindigkeit, mit der die Luft in die Wolken aufsteigt, ebenso wichtig für die Ermittlung der Wolkentröpfchenkonzentrationen. Aktuell wird der Aufwind an der Wolkenuntergrenze mit erdgebundenen Radaren oder Flugzeugen gemessen, und Messdaten sind daher nur spärlich bzw. lokal beschränkt vorhanden. Für die Quantifizierung der Klimawirkung müssten solche Messungen jedoch mit globaler Reichweite durchgeführt werden, was nur mithilfe von Satelliten erreicht werden kann.

Eine Lösung des Problems fand nun ein internationales Team von Wissenschaftlern – unter ihnen Forscher des Max-Planck-Instituts für Chemie in Mainz: In einer kürzlich in dem wissenschaftlichen Journal Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlichten Studie beschreiben die Autoren, wie mithilfe von Messdaten bereits existierender Satelliten einerseits die Aufwindgeschwindigkeiten an der Wolkenuntergrenze bestimmt als auch andererseits die Fähigkeit der Aerosolpartikel quantifiziert werden kann, Wolkentröpfchen zu bilden. Die neue Technik eröffnet Möglichkeiten für globale Messungen, deren Fehlen bislang eine der Hauptquellen für Unsicherheiten über den Klimawandel war.

Geleitet wurde das Team von Daniel Rosenfeld von der Hebräischen Universität Jerusalem, Meinrat O. Andreae vom Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz, Zhanqing Li von der Universität Maryland in den USA, Paulo Artaxo von der Universität Sao Paulo und Xing Yu vom meteorologischen Institut der Provinz Shaanxi, Xi’an, China. Die Forscher entwickelten die Satellitenmethodik und validierten sie mithilfe von Oberflächenmessungen an Standorten des US-Energieministeriums in Oklahoma, über dem Meer an Bord eines Schiffes zwischen Honolulu und Los Angeles und über dem Amazonas in Zusammenarbeit mit dem brasilianischen Nationalinstitut für Amazonasforschung.

Die Forscher des MIP für Chemie steuerten Messungen von Wolkenkondensationskernen bei, die an den Messtürmen des „Amazon Tall Tower Observatory“ (ATTO) inmitten des Amazonasbeckens durchgeführt wurden. Solche „Ground-Truth-Daten“ sind wesentlich für die Validierung der Satellitenmessungen.