Strahlungsbilanz Der Einfluss der Wolken

Wolken haben zweierlei konkurrierende Einflüsse auf die Strahlungsbilanz der Erde:

1.) Sie reflektieren die Sonnenstrahlung und hindern sie daran, die Erdoberfläche zu erreichen. Sie schirmen somit wie ein Sonnenschirm die Erde von der Strahlung ab und tragen zur Abkühlung der unteren Atmosphäre bei.

2.) Sie absorbieren die Infrarotstrahlung, die von der Erde ausgeht und speichern somit die Wärme in der Atmosphäre wie in einem Treibhaus.

Wollen wir ermitteln, welche dieser beiden Wirkungen letztlich dominiert, so müssen wir darauf hinweisen, dass sich nicht alle Wolken in derselben Weise verhalten. Ihre mikrophysikalischen Eigenschaften bestimmen den Einfluß auf die Strahlungsbilanz. Mikrophysikalische Eigenschaften bedeutet: Beschaffenheit der kondensierten Phase - d.h. Eiskristalle und ihre Form oder aber Tropfen, ihre Zahl und ihre Größe.

Cirrus Wolken z.B., die ausschliesslich aus Eis bestehen, haben nur eine schwache Albedo (Albedo = Fähigkeit, die auftreffende Sonnenstrahlung zu reflektieren). Dafür absorbieren sie sehr gut die von der Erde abgestrahlte Infrarotstrahlung. Folglich tragen sie netto zu einer Erderwärmung bei. Niedrige Wolken (überwiegend flüssiges Wasser) dagegen haben eine hohe Albedo und zeigen schwächere Infrarotabsorption. Daher neigen sie eher dazu, die Erdoberfläche abzukühlen. Somit können wir uns vorstellen, dass es schwerlich möglich ist, die Frage nach dem Einfluß der Wolken auf das Weltklima mit einem Satz zu beantworten.

Bildquelle: ESPERE - eu

Animation: Die verschiedenen Wirkungen der Wolken:
Cirrus Wolken lassen den Hauptteil des einfallenden Sonnenlichtes (gelb) passieren. Nur ein Teil wird reflektiert. Andererseits wird die Infrarotstrahlung von der Erde (rot) wirkungsvoll aufgenommen. Beide Effekte führen in Summe zu einer Erwärmung der unteren Atmosphäre.
Niedrige Wolken wie Stratus Wolken dagegen reflektieren erhebliche Anteile des auf sie fallenden Sonnenlichtes. Nur ein kleiner Teil erreicht die Erde. Der Hauptteil der Infrarotstrahlung dagegen passiert die Wolken. Dies führt netto zu einer Abkühlung.

In Summe überwiegt, so wird derzeit angenommen, die abkühlende Wirkung der verbreiteteren niedrigen Wolken den Erwärmungseffekt der hohen Wolken. Daher kann man vereinfachend Wolken in toto als Gegenspieler der globalen Erwärmung betrachten. Sorgen menschliche Einflüsse jedoch für die bevorzugte Ausbildung bestimmter Wolken, so müssen wir sehr wohl unterscheiden und mit derartigen Verallgemeinerungen vorsichtig sein.

Warum ist es für uns heute so wichtig, die Prozesse um die und in den Wolken zu verstehen?

Derzeit ist in der internationalen Forschergemeinde der Atmosphärenwissenschaftler die Wolkenphysik eines der bedeutendsten Gebiete. Es ist wichtig, möglichst bald zu verstehen, wie sich Wolken bilden und entwickeln, zu wissen, wie sie Schadstoffe und Spurengase aufnehmen, die Verknüpfung zwischen ihrer Mikrophysik und dem Einfluss auf die Strahlungsbilanz zu erforschen. Zwei Beispiele mögen uns davon überzeugen.

Sulfataerosol:

Der Mensch bringt viele Aerosolpartikel in die Luft ein. Zum einen können solche Partikel giftig sein oder den Säuregehalt der Wolkentropfen erhöhen (z.B. Schwefelsäure/Sulfat aus schwefeldioxidhaltigen Abgasen). Werden die Partikel von den Tropfen aufgenommen, so werden sie mit dem Regen den Boden erreichen und das Wasser kontaminieren (Problem des sauren Regens in Gebieten mit hoher Luftverschmutzung).

Zum anderen können solche Partikel aber auch einen drastischen Einfluß auf den Strahlungshaushalt der Erde haben. Dies bezeichnen wir als indirekten Aerosoleffekt. Eine Zunahme der Aerosolpartikel in der Luft bedeutet eine Zunahme an Wolkenkondensationskeimen und folglich auch die Bildung von mehr Wolkentropfen. Teilt sich aber eine höhere Anzahl an Wolkentropfen die gleich Menge Wasser, so ist der einzelne Tropfen im Durchschnitt kleiner. Je kleiner die Tropfen, desto niedriger die Wahrscheinlichkeit, dass die Wolken zu Regen führen und desto länger ihre Lebenszeit. Kleinere Tropfen reflektieren überdies effizienter die Sonnenstrahlung. Betrachten wir die Summe dieser Effekte von höherer Albedo, größerer Tropfenzahl und längerer Lebenszeit, so kann man sich vorstellen, daß die Verschmutzung der Luft mit Partikeln eine erhebliche Abkühlung der Erdoberfläche nach sich ziehen wird.

In der Abgasfahne von Flugzeugen können wir oft Wolken (oft als Kondenzstreifen bezeichnet) beobachten. Flugzeuge bringen eine grosse Zahl an Aerosolen in solchen Höhen in die Luft ein, in denen sich Cirruswolken bilden können. Bleiben diese sogenannten Contrails erhalten, so nimmt die prozentuale Bedeckung mit Cirruswolken zu. Man nimmt an, dass sie den Treibhauseffekt und die Erderwärmung erhöhen.

Quelle: University of Wisconsin - http://cimss.ssec.wisc.edu/wxwise/class/contrail.html
Bild von Ed Hopkins

Fazit:

Wollen wir also errechnen, wie sich der menschliche Einfluß auf unser Klima auswirkt und auswirken wird und wie nachhaltige Veränderungen vermieden werden können, so muss der Einfluss der Wolken untersucht werden. Wie in diesen Kapiteln geschildert, beginnen wir viele Prozesse zu verstehen, manche Unbekannte harrt jedoch noch der weiteren Erforschung.