Erdatmosphäre: Erste spektrale Bestimmung der langwelligen Rückkopplung

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.

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

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  F. E. Roemer et al.: Direct observation of Earth’s spectral long-wave feedback parameter, Nat. Geosci. 16, 416 (2023); DOI: 10.1038/s41561-023-01175-6
• Centrum für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit, Universität Hamburg