Rückkopplungseffekte beim Klimawandel

Warum hat sich die durch­schnitt­liche globale Ober­flächen­erwärmung zwischen 1979 und 2013 anomal verlangsamt? Ein Forschungs­team aus Deutschland, Groß­britannien und China schlägt jetzt eine Erklärung für das Phänomen vor: Die beobachtete Abkühlung des Südlichen Ozeans, die oft mit La-Niña-ähnlichen Trends der Meeres­ober­flächen­temperatur im Pazifik in Verbindung gebracht wird, habe während dieser Zeit teilweise zu einer negativeren globalen Rück­kopplungs­stärke des Klimawandels beigetragen, die die globale Erwärmung reduziert. Dieser Effekt sollte deshalb künftig in gekoppelten globalen Atmosphäre-Ozean-Klima­modellen berück­sichtigt werden, da er sich auf die Projektionen des künftigen Klimawandels auswirkt.

Der Südliche Ozean umgibt die Antarktis wie ein gigantischer Ring. Seine Strömungen fließen in riesigen Spiralen um den Kontinent und drücken große Mengen kalten Wassers in die anderen Ozeane. Trotz seiner Abgelegen­heit hat der Südliche Ozean Auswirkungen auf die anderen Ozeane und die Bewölkung über ihnen, selbst in den entfernten Tropen. Daher ist er für Klima­projek­tionen von Bedeutung.

Zwischen 1979 und 2013 kühlte sich die Meeres­ober­fläche des Südlichen Ozeans den Beobachtungs­daten zufolge erheblich ab und der tropische Pazifik kühlte sich zur gleichen Zeit insbesondere im östlichen Becken ebenfalls ab. Beides geschah trotz der globalen Erwärmung. Die der­zeitigen gekoppelten Klimamodelle sind jedoch nicht in der Lage, das beobachtete Muster und die damit verbundene anomale verstärkte tropische Bewölkung während dieses Zeitraums zu simulieren, die wie ein Sonnen­schutz­mittel zur Verlang­samung der globalen Erwärmung wirkte.

Während die Abkühlung des Südlichen Ozeans häufig auf einen La-Niña-ähnlichen Trend der pazifischen Meeres­ober­flächen­temperatur zurück­geführt wird, schlägt das Team eine alternative Hypothese vor: Die beobachtete Abkühlung des Südlichen Ozeans trage teilweise zu einer negativeren globalen Rück­kopplungs­stärke des Klimawandels bei. Das bedeutet, dass die Abkühlung des Südlichen Ozeans eine günstige Verkettung von Ereignissen auslöste, die das Ausmaß der durch den Klimawandel bedingten Erwärmung verringerte.

Die Forscher zeigen, dass die Berück­sich­tigung der jüngsten Abkühlung des Südlichen Ozeans, die in gekoppelten Klimamodellen bisher fehlt, zu einer besseren Darstellung der Wolken und ihrer Sensitivität auf die Erwärmung in Klimamodellen führt. Wird die Abkühlung berück­sichtigt, kann dadurch der Modellfehler bei der globalen Rück­kopplungs­stärke des Klimawandels halbiert werden. Die Rück­kopplungs­stärke ist ein Maß dafür, wie Wolken und andere Prozesse die globale Erwärmung verstärken oder dämpfen. Dieses Ergebnis unterstreicht die wichtige Rolle des Südlichen Ozeans bei der Steuerung der zeitlichen Entwicklung der globalen Rück­kopplungs­stärke.

Das Team verwendet ein Klima­modell­experiment, in dem die Meeres­ober­flächen­tempe­ra­turen des Südlichen Ozeans an die Beobachtungen angepasst werden. Sie stellen fest, dass die Abkühlung des Südlichen Ozeans zu einer Abkühlung im südöst­lichen tropischen Pazifik führt, was wiederum eine präzisere Darstellung der Wolken in der Simulation ermöglicht: In Über­ein­stimmung mit den Satelliten­beob­achtungen simuliert das Experiment mit der Abkühlung des Südlichen Ozeans eine starke Zunahme der Strato­kumulus-Bewölkung.

Die Wissenschaftler vermuten, dass die Reaktion der sub­tropischen Strato­kumulus-Wolken in den meisten gekoppelten Klimamodellen zu schwach ist. Dadurch werden die vom Südlichen Ozean angetriebenen Effekte in entfernten Regionen und der damit verbundene Einfluss auf die globale Rück­kopplungs­stärke unterschätzt. Die Studie unterstreicht daher die Notwendig­keit, die Modell­simulation von niedrigen Wolken zu verbessern, um die Verläufe der Fern­wirkungen und Verkettungen richtig darzustellen, die letztlich die zeitliche Entwicklung der globalen Rück­kopplungs­stärke steuern.

Die Beseitigung dieser Abweichung ist von besonderem Interesse, weil sie die Schätzung der Klima­sensi­tivität – ein wichtiger Maßstab dafür, wie stark sich unser Klima mit zunehmenden Treib­haus­gas­emis­sionen verändern wird – auf höhere Werte als die derzeit simulierten verschieben könnte, da für die Zukunft eine beschleunigte Erwärmung des Südlichen Ozeans vorher­gesagt wird.

MPIMET / RK

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  S. M. Kang et al.: Recent global climate feedback controlled by Southern Ocean cooling, Nat. Geosci., online 24. August 2023; DOI: 10.1038/s41561-023-01256-6
• Klimadynamik, Max-Planck-Institut für Meteorologie, Hamburg
• Grantham Institute – Climate Change and the Environment, Dept. of Physics, Imperial College London, Großbritannien
• State Key Laboratory of Satellite Ocean Environment Dynamics, Second Institute of Oceanography, Ministry of Natural Resources, Hangzhou, China