Wissenschaftler auf Wolkenjagd: Der Einfluss auf den Klimawandel wird klarer

Wolken spielen eine zentrale Rolle für das Klima, da sie sowohl Sonnenlicht reflektieren als auch Wärme speichern. Diese Doppelfunktion erschwert es den Forschern, ihren Einfluss auf die Erderwärmung genau vorherzusagen. Je nachdem, wie sich Wolken in einer wärmeren Welt verändern, könnte die globale Temperatur entweder um 1,5 Grad moderat ansteigen oder um bis zu 4,5 Grad drastisch steigen, wenn der CO2-Gehalt in der Atmosphäre sich verdoppelt. Diese Unsicherheit stellt die größte Herausforderung bei zukünftigen Klimaprognosen dar.

Wissenschaftler machen jedoch Fortschritte. Kara Lamb, eine Klimaforscherin der Columbia University, konzentriert sich auf die Untersuchung von Eiswolken und deren Einfluss auf das Klima. Andere Forscher setzen auf fortschrittliche Methoden wie Cloud-Chambers und Satelliten, um das Verhalten von Wolken besser zu verstehen. Ein Projekt zur Simulation von Regen in kontrollierten Umgebungen und der Einsatz von Künstlicher Intelligenz tragen ebenfalls zur Lösung dieses Problems bei.

Wolken als Klimafaktor

Seit jeher untersuchen Wissenschaftler die Rolle der Wolken. Forscher wie Lamb bemerken, dass sich an den grundlegenden wissenschaftlichen Fragen nicht viel geändert hat. Faktoren wie Höhe, Ausdehnung und Dichte der Wolken spielen die wichtigste Rolle dabei, wie viel Sonnenlicht reflektiert oder Wärme gespeichert wird.

Helle, tief liegende Wolken reflektieren viel Sonnenlicht und kühlen so die Erde ab. Hohe, dünne Wolken wie Cirrus-Wolken fangen jedoch eher Wärme ein und tragen zur Erderwärmung bei. Auch wenn Wolken insgesamt eine kühlende Wirkung haben, verändert der Klimawandel ihre Eigenschaften so, dass diese Kühlung abnehmen wird. Wie stark, bleibt allerdings unklar.

Herausforderungen für Klimamodelle

Klimamodelle, die die langfristige Entwicklung des Erdklimas berechnen, kämpfen damit, die komplexen Prozesse der Wolkenbildung präzise darzustellen. „Es ist, als wolle man Zellen ohne Mikroskop studieren“, sagt die Forscherin Margaret Duffy laut NewScientist. Um dieses Problem zu umgehen, nutzen Wissenschaftler stark vereinfachte Parameter, was zu Unsicherheiten führt.

Eine bedeutende Studie der University of New South Wales identifizierte sechs zentrale Veränderungen in den Wolken, die durch den Klimawandel entstehen und wiederum das Klima beeinflussen. Zu diesen Veränderungen zählen unter anderem eine Verschiebung der Wolken von den mittleren Breiten hin zu den Polen und mehr Wasser in Eiswolken. Diese „Cloud Feedbacks“ erzeugen ein breites Spektrum an möglichen Szenarien, das von keiner zusätzlichen Erwärmung bis hin zu einer erheblichen Erhöhung der globalen Temperaturen reicht. Ein weiteres Problem sind Aerosole, kleine Partikel, die als Keime für die Wolkenbildung dienen. Forscher wie Duncan Watson-Parris von der University of California, San Diego, warnen, dass die Reduzierung von Aerosolen durch saubere Luft schwer messbar ist. Besonders im Zusammenhang mit aktuellen Geoengineering-Debatten, bei denen Aerosole gezielt in die Atmosphäre eingebracht werden könnten, um das Klima zu kühlen, sei dies problematisch.

Fortschritte durch neue Technologien

Forscher untersuchen derzeit intensiv die Bildung von Eiswolken und die Bedeutung der Größe der Eiskristalle. „Die Größe der Eiskristalle ist einer der sensibelsten Faktoren in unseren Modellen“, sagt Lamb. Trotz dieser Erkenntnisse verstehen die Wissenschaftler weiterhin nicht genau, wie Aerosole das Wachstum der Eiskristalle beeinflussen.

Dennoch helfen neue Technologien, die Unsicherheiten in der Wolkenforschung zu reduzieren. Zwischen 2014 und 2023 sanken die Unsicherheiten in den Berichten des Weltklimarats (IPCC) um rund 50 Prozent. Gleichzeitig stellten Forscher jedoch eine Zunahme des Erwärmungspotenzials durch Wolken um etwa 20 Prozent fest. Forscher setzen zunehmend auf sogenannte „cloud-resolving models“, die die Atmosphäre in einem sehr feinen Maßstab abbilden. Diese Modelle benötigen jedoch extrem viel Rechenleistung und können daher nur kurzfristige Vorhersagen machen oder auf kleine Gebiete angewendet werden.

EarthCARE-Satellit liefert neue Erkenntnisse

Ein wichtiger Meilenstein in der Wolkenforschung ist der im Mai 2024 gestartete EarthCARE-Satellit. Diese Mission, die von der Europäischen Weltraumorganisation und der Japanischen Weltraumagentur durchgeführt wird, liefert detaillierte Daten über Wolken, Aerosole und Strahlungswerte. Der Satellit verfügt über spezielle Instrumente wie Lidar und Doppler-Radar, um die Wolkenbildung und ihre Effekte besser zu beobachten. Forscher hoffen, diese neuen Daten zu nutzen, um Klimamodelle zu verbessern und Unsicherheiten zu verringern.

Wissenschaftler wie Graham Feingold von der US-amerikanischen National Oceanic and Atmospheric Administration betonen, dass viele Forscher aus verschiedenen Blickwinkeln daran arbeiten, das Problem der Wolken zu lösen. „Es wird kein einzelner Durchbruch sein, der uns Antworten liefert“, sagt Feingold. „Es sind viele kleine Fortschritte, die uns der Lösung näherbringen.“

Was du dir merken solltest:

• Wolken spielen eine entscheidende Rolle im Klimasystem, da sie sowohl das Sonnenlicht reflektieren als auch Wärme speichern, was ihre Wirkung auf die Erderwärmung schwer vorhersagbar macht.
• Wissenschaftler nutzen moderne Technologien wie Satelliten, Cloud-Chambers und Künstliche Intelligenz, um das komplexe Verhalten von Wolken besser zu verstehen und Unsicherheiten in Klimamodellen zu reduzieren.
• Trotz Fortschritten bleibt die genaue Rolle von Wolken in der Klimaprognose unklar, da Faktoren wie die Größe von Eiskristallen und die Auswirkungen von Aerosolen schwer messbar sind.

Bild: © Vecteezy