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Wolken sind der Schlüssel unseres Klimasystems

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Wolken sind der Schlüssel unseres Klimasystems

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Mit Hilfe eines 200 Meter hohen Turms soll eine der schwierigsten Fragen der Klimaforschung gelöst werden: Sie betrifft die Wolken. “Wir befinden uns nun in 100 Metern Höhe auf dem Cabauw Turm des niederländischen Wetteramtes. Hier messen wir Temperatur, Feuchtigkeit und den Wind, um nachvollziehen zu können, wie Wolken entstehen”, erläutert Pier Siebesma. Zu den weit über das Land verstreuten Instrumenten zählen ein Radar zur Erfassung von Niederschlägen, Sensoren für Sonnenstrahlung und Laser zur Messung der Wolkenhöhe. Die hier gesammelten Daten fließen in ein Forschungsprojekt der Europäischen Union, dessen Leitung Pier Siebesma innehat. Er ist Wissenschaftler des Königlichen Meteorologischen Instituts der Niederlande. Die Frage nach den Wolken ist für die Klimaforschung von entscheidender Bedeutung: “Klima-Modelle sind unser einziges Instrument, um unsere Zukunft zu verstehen. Wir benutzen sie, um Klima-Szenarien für das 21. Jahrhundert zu entwerfen. Wir haben ein Dutzend davon und sie geben uns unterschiedliche Antworten darauf, wie sich die Temperaturen im 21. Jahrhundert verändern werden. Unklarheit ist vor allem auf die Wolken zurückzuführen. Es stellt sich die Frage: Wie werden Wolken in diesen Klima-Modellen dargestellt?”

Wolken sind ein charakteristisches Merkmal unseres Planeten. Etwa zwei Drittel der Erde werden von Wolken bedeckt. Gilt das aber auch für den Fall, dass wir die Atmosphäre weiterhin verschmutzen? “Ließe sich der Klimawandel allein auf die Erhöhung von Treibhausgasen wie Kohlendioxid zurückführen, wäre das Problem einfach: Bei einer Verdoppelung des CO2-Anteils stiege die Temperatur um ein Komma zwei Grad”, sagt Siebesma. “Doch unser Planet und unser Klima bilden ein dynamisches System. Die Wolken werden auf einen globalen Temperaturanstieg reagieren.”

Untersucht wird dieses dynamische System im Rahmen des europäischen Projekts EUCLIPSE. Das Team, das sich mit der Erforschung der Wolken befasst, zählt auch zu den Berichterstattern des Klimareports der Vereinten Nationen. Die französische Wissenschaftlerin Sandrine Bony unterstreicht die komplexe, widersprüchliche Rolle der Wolken für das Klima: “Die unterschiedlichen Wolkenarten haben nicht die gleiche Wirkung auf die Strahlung, auf die Energiebilanz der Erde. Tiefe Wolken haben beispielsweise einen kühlenden Effekt, weil sie die Sonne stark reflektieren. Zum Treibhauseffekt tragen sie aber kaum bei. Hohe Wolken hingegen tragen stark zum Treibhauseffekt und kaum zur Abkühlung bei.” Sandrine nutzt von Satelliten gesammelte Daten, um die Wolken zu studieren und vergleicht sie mit den Wolken von Klima-Modellen. In der Vergangenheit konnten Wissenschaftler allenfalls feststellen, dass es Wolken gab, über die Dicke der Wolkendecke gab es keine Informationen. “Seit einigen Jahren, seit dem Start der Satelliten Calipso und CloudSat 2006 verfügen wir über ganz neue Informationen zur vertikalen Struktur der Wolken”, erläutert Sandrine Bony. “Sie ermöglichen ein besseres Verständnis davon, wie Wolken zustande kommen, und eine bessere Beurteilung der Wolken-Simulationen, wie sie bei Klima-Modellen zum Einsatz kommen.” Die aus dem All mögliche 3D-Sicht auf Wolken ist für die Wissenschaftler von entscheidender Bedeutung. “Diese Karte zeigt die Verteilung tief liegender Wolken, wie sie der Satellit CALIPSO 2008 beobachtet hat. Die alte Version des Modells unterschätzt stark die Rolle dieser Wolken verglichen mit den Messungen. In neueren Modellen gelingt die Simulation dieser Wolken eher”, sagt Bony.

Die tiefen Wolken sind es, die sich im Zusammenhang mit Klima-Modellen nur schwer reproduzieren und voraussagen lassen. Zurück in den Niederlanden bei einem anderen Partner des Projekts EUCLIPSE. “Wir setzen hochmoderne Turbulenz-Modelle ein, mit deren Hilfe man sich auf etwa 30 Meter heranzoomen kann. Wir können daher beobachten, was in Sachen Dynamik, Hitze und Feuchtigkeit in den Wolken vorgeht”, so Stephan de Roode in Delft. Die 3D-Computer-Simulationen Stephan de Roodes bieten die Möglichkeit zum detaillierten und interaktiven Studium tiefer Wolken. Er will erfahren, ob es bei einem wärmeren Klima mehr oder nur weniger Wolken geben wird. “Gelingt es uns, zu zeigen, dass die Ergebnisse unseres Modells mit den Messungen der Satelliten übereinstimmen, machen wir Tests mit äußeren Kräften. Zum Beispiel: Was geschieht, wenn die Temperatur der Meeresoberfläche steigt? Was geschieht, wenn sich horizontale Luftströmungen verändern? Was geschieht, wenn die Temperatur in einer Höhe von einem Kilometer steigt? Welche Auswirkung hat das auf Wolken im tieferen Teil der Atmosphäre? Solche Fragen stellen wir mit Hilfe unseres Modells.”

Zur Zeit gibt es die Wolken betreffend mehr Fragen als Antworten. Doch die von Satelliten gelieferten Daten und Messungen auf der Erde führten zu neuen Erkenntnissen. Pier Siebesma: “Unter anderem haben wir herausgefunden, dass es mehr Wolken in mittlerer Höhe gibt als wir dachten. Eine ganze Reihe dieser Wolken in mittlerer Höhe, die also weder sehr hoch noch sehr tief sind, fehlen in den Klima-Modellen.” Zu den Schwierigkeiten bei der globalen Beobachtung der Wolken zählt, dass unsere Atmosphäre nicht ohne weiteres in kleine Einheiten unterteilt werden kann. “Klima-Modelle funktionieren mit einer groben Auflösung, sie beinhalten nichts, was kleiner ist als 100 Kilometer. Die meisten Wolken aber sind kleiner als 100 Kilometer. Wir wünschen einen besseren Zugriff darauf, wir müssen sie also besser vermessen, wie wir das hier in Cabauw oder aus dem All mit Satelliten tun. Auch müssen wir sie mit Hilfe hochauflösender Modelle besser nachbilden, um sie besser zu verstehen. Danach setzen wir sämtliche Ergebnisse bei Klima-Modellen ein, um bessere Vorhersagen machen zu können”, so Siebesma. Diese Vorhersagen werden in den nächsten UN-Klimabericht einfließen, der 2013 erscheinen soll.

Weitere Informationen dazu: www.euclipse.eu