DKK-Klima-Frühstück

20.02.2015

Wolken - die großen Unbekannten im Klimasystem

Steigt die Lufttemperatur bei ungebremstem CO2 Ausstoß bis zum Ende dieses Jahrhunderts um 2 oder bis zu 6 Grad an? Die Projektionen der Klimamodelle gehen in dieser Frage stark auseinander. Einer der Gründe sind die immer noch vorhandenen Lücken im Verständnis des Klimasystems und hier bereitet den Wissenschaftlern die Wirkung der Wolken im Klimasystem besonders viel Kopfzerbrechen.

Wolken sind für systematische Messungen nicht nur schwer zugänglich, sie unterliegen auch ständiger und schneller Veränderung, sind in Form, Entstehung, Zusammensetzung und Höhenvorkommen unterschiedlich und haben deshalb verschiedene Auswirkung auf die Energiebilanz in der Atmosphäre. So wirken Wolken in tieferen Atmosphärenschichten kühlend, weil sie Sonnenstrahlen reflektieren und weniger Energie die Erdoberfläche erreicht. Hohe Eiswolken, Zirren genannt, wirken hingegen eher wärmend, da sie die Wärmeabstrahlung der Erde nicht in die Atmosphäre entlassen, sondern wieder Richtung Erdoberfläche reflektieren.

Inzwischen hat man große Fortschritte bei der Vermessung der Wolken und der Sammlung von Daten über ihre Entstehung gemacht. In sogenannten Messkampagnen wurden riesige Datenmengen gesammelt und ausgewertet, zum Beispiel den weltweit größten Datensatz zur Entstehung von Zirruswolken. Diese Entwicklung nahm das Deutsche Klima-Konsortium zum Anlass, zwei „Wolken“-Experten im Rahmen der Veranstaltungsreihe „DKK-Klima-Frühstück“ am 11. Februar 2015 nach Berlin einzuladen: Dr. Frank Stratmann vom Leipziger Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) sowie Dr. Martina Krämer vom Forschungszentrum Jülich. 

Frank Stratmann untersucht im weltweit einzigartigen Leipziger Wolkensimulator (Leipzig Aerosol Cloud Interaction Simulator, LACIS) die Wechselwirkungen zwischen Aerosolpartikeln und Wolkentropfen: Im Kleinen wird die Wolkenbildung simuliert, die sich normalerweise bis zu einer Höhe von 15 km über der Erdoberfläche abspielt. Am Anfang jeder Wolke stehen winzige Partikel, die sogenannten Aerosol- oder auch Feinstaubpartikel. Sie sind mineralischen (z. B. Wüstenstaub oder Ruß) oder biologischen Ursprungs (z.B. Pollen). Auf einigen Partikeln kondensiert Wasserdampf und es bilden sich Wolkentropfen, die letztlich zu Eiskeimen gefrieren. Die Entstehung von Eis ist unter anderem sehr wichtig für die Bildung von Niederschlägen. Mithilfe des Leipziger Wolkensimulators konnten bereits maßgebliche neue Erkenntnisse gewonnen werden, wie dem hemmenden Einfluss organischer Substanzen auf die Bildung von Wolkentropfen oder die fördernde Wirkung biologischer Makromoleküle auf das Gefrieren der Tropfen.

Martina Krämer erläutert wie die Forschungsgruppe „Wasserdampf und Wolken“ am Forschungszentrum Jülich den Geheimnissen der Wolkenbildung auf die Spur kommt. So werden mit Hilfe von neuester Messtechnik in Flugzeugen Eiswolken direkt in der Atmosphäre analysiert. In Messkampagnen in bis zu 20 km Höhe von der Arktis bis in die Tropen trugen die Forscher bereits insgesamt 90 Stunden in situ (vor Ort) Daten zusammen. Dabei entstand die größte Datenbank qualitätsgeprüfter Messungen weltweit. Weiterhin erläuterte Martina Krämer die neuesten Erkenntnisse des Instituts. Vor allem Zirren, also die besonders hohen Wolken, lassen Eiskeime entstehen. Außerdem nimmt der Vereisungsgrad in Mischwolken mit zunehmender Höhe zu. Des Weiteren stellten die Wissenschaftler fest, dass in Zirren generell weniger Eiskristalle enthalten sind, als bisher angenommen. Diese Ergebnisse helfen, die Klimawirkung der Eiswolken besser zu verstehen.

Beide Institute tragen mit ihren Forschungsergebnissen maßgeblich zum Verständnis der Wolkenbildung bei. Das DKK-Klima-Frühstück zeigte:  Die Wolkenforschung steckt nicht mehr in den Kinderschuhen, um jedoch größere Sprünge zu machen ist mehr Forschung notwendig - denn „keine Wolke ist wie die andere“.

 

DKK-Hintergrundpapier "Wolkenforschung" (PDF)

Vortrag Dr. Stratmann (PDF)
Vortrag Dr. Krämer (PDF)

Als Videomitschnitt mit den Kurzvorträgen der beiden Experten

 

 

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