Erdatmosphäre: Erste spektrale Bestimmung der langwelligen Rückkopplung

Messreihen von Satelliten liefern zentrale Klimagröße.

Wie viel Wärmeenergie strahlt von der Erde zurück ins All? Das ist eine zentrale Klimagröße, über die der langwellige Rückkopplungs­parameter Auskunft gibt. Ein Forschungs­team um Florian Römer von der Uni Hamburg hat diesen jetzt erstmals spektral bestimmt – mit Messreihen von Satelliten.

Abb.: Tausende Satel­liten um­kreisen mehr­mals am Tag die Erde. Die...
Abb.: Tausende Satel­liten um­kreisen mehr­mals am Tag die Erde. Die ge­sam­mel­ten Daten können helfen, die zu­künf­tige Er­wär­mung der Atmo­sphäre ge­nauer zu be­stimmen. (Bild: Pexels)

Wenn sich die Atmosphäre mit dem Klimawandel erwärmt, entsteht zusätzlicher Wasserdampf. Dieser wiederum ist selbst ein Treibhausgas, hält die Wärmestrahlung nahe der Erdober­fläche fest und lässt die Temperatur auf der Erde weiter steigen – eine sich selbst verstärkende Rück­kopplung. Der Wert der Klima­sensi­ti­vität zeigt in Grad Celsius an, wie empfindlich die Erde auf Treib­haus­gase reagiert, wenn sich das CO2 in der Atmosphäre verdoppelt. Um ihn zu berechnen, muss bekannt sein, wie Rück­kopplungs­prozesse auf der Erde genau ablaufen.

Solche Prozesse lassen sich mit dem lang­welligen Rück­kopplungs­parameter berechnen. Römer und seine Kollegen konnten diesen Wert jetzt mithilfe von Satelliten­daten spektral berechnet. Spektral bedeutet: Die neue Methode zeichnet erstmals ein detail­liertes Bild der Rück­kopplung bei verschiedenen Strahlungs­frequenzen.

„Durch die spektrale Auflösung sehen wir genau, welche Strahlungs­frequenzen wie viel zur Rück­kopplung beitragen“, erläutert Römer die neue Methode. „Dadurch können wir die physi­ka­lischen Prozesse des Erdklimas sehr viel besser verstehen.“ Frühere Studien haben nur die gesamte Energie zur Berechnung des Parameters herangezogen. Dadurch gingen jedoch wertvolle Informa­tionen verloren. Auch die Berechnung des Werts mithilfe von Klima­modellen beruhte oft auf stark verein­fachten Annahmen. Durch die neue Methode verstehen die Forscher besser, welche Prozesse die Klima­sensi­ti­vität beeinflussen. Sie bestimmt, wie die Klimazukunft der Erde aussehen wird.

Römer und sein Team haben dabei auch über­raschende Erkenntnisse gewonnen: Bisher gaben Klimamodelle an, dass bei Strahlungs­frequenzen, die besonders effektiv von Wasserdampf zurück­ge­halten werden, die Rück­strahlung ins Weltall bei einer Temperatur­erhöhung konstant bleibt. Der Rück­kopplungs­parameter beträgt somit ungefähr Null. „Die Daten des analysierten Zeitraums zeigen: Die Strahlung nimmt leicht zu, wenn es wärmer wird“, so Römer. Klimamodelle können mit diesen Daten Schritt für Schritt immer genauer werden. „Unsere Studie zeigt, dass Satelliten­daten auch auf diesem Gebiet ein sehr leistungs­fähiges Instrument sind. Das ist ein großer Schritt nach vorne.“

UHH / RK

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