Klimafaktor Wolken: Feldkampagne soll Klimarätsel entschlüsseln

Am 20. Januar 2020 startet die knapp sechswöchige Feldstudie EUREC4A (Elucidating the role of clouds-circulation coupling in climate), die durch umfangreiche Messungen in Atmosphäre und Ozean die Rolle der Wolken und der vertikalen Luftbewegung, der so genannten Konvektion, für den Klimawandel erforschen will. Die deutsch-französische Initiative mit mehr als 40 Partnern findet östlich und südlich der Karibikinsel Barbados statt. Unter Kölner Beteiligung wird EUREC4A von Professor Dr. Bjorn Stevens vom Max-Planck-Institut für Meteorologie (MPI-M) in Hamburg und Dr. Sandrine Bony vom Laboratoire de Météorologie Dynamique in Paris geleitet. Die Initiative baut auf einer jahrzehntelangen Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern und Wissenschaftlerinnen aus Barbados am Caribbean Institute for Meteorology and Hydrology (CIMH) unter der Leitung von Dr. David Farrell auf und erweitert diese.

Wolken sind ein wesentlicher Klimafaktor. Wie die tiefen Wolken in den Regionen der Passatwinde auf die globale Erwärmung reagieren, bestimmt maßgeblich, wie schnell und intensiv zukünftige Entwicklungen verlaufen werden. Frühere Studien untersuchten die Rolle von Wolken und Konvektion im Klimasystem bisher mit Theorien und Klimamodellen. Mit den umfangreichen Messungen während der Feldstudie EUREC4A werden die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler den Lebenszyklus der konvektiven Wolken in der Region im Detail studieren, um ein möglichst vollständiges Bild davon zu erhalten und bestehende Theorien und Modelle überprüfen zu können.

Analysen der Klimamodell-Vergleichsstudien über die letzten Jahrzehnte zeigten, dass eine durch die Klimaerwärmung bedingte Abnahme der Wolken in der Passatregion zu einer weiter zunehmenden globalen Erwärmung führt, eine sogenannte positive Rückkopplung. Projektleiter Professor Dr. Bjorn Stevens: „Wir werden überprüfen, ob das Verhalten von Modellen korrekt ist, die eine starke Abnahme der Bewölkung mit der Erwärmung zeigen. Falls ja, würde es bedeuten, dass höhere Schätzungen der zu erwartenden Erwärmung durch ansteigendes CO2 plausibler sind. Bei der Frage nach der Reaktion der Wolken auf den Klimawandel gibt es noch viel Unsicherheit.“

In numerischen Modellen reagieren die Passatwolken zum Beispiel unterschiedlich auf Störungen des Klimas. So sagen komplexe Klimamodelle vorher, dass das mit niedrigen Wolken bedeckte Gebiet sehr empfindlich auf die Umgebungsbedingungen reagiert, während einfachere Prozessmodelle das Gegenteil zeigen. Diese Widersprüche zu verstehen und aufzulösen, ist der Ausgangspunkt für die Feldstudie. Projektleiterin Dr. Sandrine Bony fügt hinzu: „Die Abschätzungen der Klimasensitivität sind nach wie vor sehr unsicher, und die meisten dieser Unsicherheiten sind auf die Reaktion der niedrigen Wolken in den Tropen, insbesondere in den Passatwindregionen, zurückzuführen. Die niedrigen Wolken bei Barbados sind repräsentativ für die Wolken, die in den Passatwindregionen in den gesamten Tropen zu finden sind. Daher wird das, was wir aus EUREC4A lernen werden, nicht nur unserem Verständnis der Wolken vor Barbados, sondern auch der tropischen Wolken im Allgemeinen dienen.“

Kern der Kampagne ist der Einsatz von fünf Forschungsflugzeugen, vier hochseetauglichen Forschungsschiffen, fortschrittlicher bodengestützter Fernerkundung am Barbados-Wolkenobservatorium (BCO – Barbados Cloud Observatory) des MPI-M, einer neuen Generation hochentwickelter Satellitenfernerkundungsmethoden und modernster Klimamodelle. „Erst durch diese Kombination aus vielfältigen Messungen und hochauflösenden Simulationen wird es möglich, die entscheidenden Prozesse im Detail zu analysieren und dadurch unser Verständnis zu erweitern“, erklärt Professorin Dr. Susanne Crewell vom Institut für Geophysik und Meteorologie der Universität zu Köln, die Besonderheiten des Kampagnenaufbaus.

Von deutscher Seite sind an der EUREC4A-Kampagne vier Max-Planck-Institute (MPI-M, MPI für Dynamik und Selbstorganisation, MPI für Chemie und MPI für Marine Mikrobiologie) sowie fünf Universitäten (Hamburg, Hohenheim, Köln, Leipzig und München), drei Helmholtz-Einrichtungen (Deutsches Zentrum für Luft und Raumfahrt (DLR), GEOMAR und Helmholtz-Zentrum Geesthacht Zentrum für Material- und Küstenforschung), das Leibniz-Institut TROPOS und der Deutsche Wetterdienst beteiligt.