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KLIMA: Wolken sind Fluch und Segen

Die Wolken beeinflussen das Klima der Erde. Die einen wirken abkühlend, weil sie Sonnenstrahlen reflektieren, die anderen halten die Wärme zurück. Wolken machen Klimaprognosen schwierig.
Andreas Lorenz-Meyer
Die Wolken erschweren den Klimatologen ihre Prognosen wegen ihrer Rätselhaftigkeit. (Bild: Gaëtan Bally/KEY)

Die Wolken erschweren den Klimatologen ihre Prognosen wegen ihrer Rätselhaftigkeit. (Bild: Gaëtan Bally/KEY)

Andreas Lorenz-Meyer

Wolken, diese flüchtigen Gebilde am Himmel, beeinflussen den Strahlenhaushalt und damit das Klima der Erde. Rund 50 der insgesamt 240 Watt pro Quadratmeter der globalen Sonneneinstrahlung werden von ihnen reflektiert – das wirkt abkühlend. Jedoch besitzen nicht alle Wolken den gleichen Effekt. Die hoch liegenden Zirruswolken, die aus winzigen Eisteilchen bestehen, lassen den Grossteil der Solarstrahlung zur Erde durch. Die tiefer liegenden Wasserwolken, die aus lauter Wassertröpfchen zusammengesetzt sind, reflektieren dagegen viel Sonneneinstrahlung. Sie sorgen für starke Abkühlung.

Hinzu gesellt sich ein zweiter Wolken-Faktor. Hier geht es um die langwellige Wärmestrahlung, die von der Erde wieder zurück ins Weltall strebt. Wolken absorbieren diese Wärmestrahlung, ein Teil davon wird zur Erde zurückgeschickt. Das ist der wärmende Effekt, der umso stärker ausfällt, je kälter die Wolken im Vergleich zur Erdoberfläche sind. Entsprechend halten die eisigen Zirruswolken mehr Wärmestrahlung in der Atmosphäre.

Bei tiefen Wolken überwiegt der Abkühleffekt

Betrachtet man beides, den Einfluss auf Solar- und Wärmestrahlung, so überwiegt bei den tiefen Wolken insgesamt der abkühlende Effekt, bei den Zirruswolken der erwärmende. Das klingt übersichtlich, aber Wolken sind weiterhin der grösste Unsicherheitsfaktor bei den Klimaprojektionen. Denn die Erwärmung verändert die globale Wolkenverteilung, und die Folgen sind schwer abzuschätzen. Gibt es positive Rückkopplungen, also Effekte, die die Erwärmung noch verstärken? Oder negative Rückkopplungen, gegen die Erwärmung wirkende, abkühlende Effekte? Ulrike Lohmann vom Institut für Atmosphäre und Klimasysteme an der ETH Zürich geht seit vielen Jahren den komplizierten Fragen rund um die Wechselwirkung zwischen Wolke und Erwärmung nach. Einige kann sie bereits beantworten. Zum Beispiel, was bei den Tiefdruckgebieten in mittleren Breiten passiert. Sie schieben sich durch die Erwärmung weiter Richtung Pol. Lohmann erklärt die Wirkung: «Tiefdruckgebiete bestehen aus vielen tiefen Wolken, bei denen der abkühlende Effekt durch Reflexion von Sonnenlicht überwiegt. Wenn sie in Breitengrade gelangen, in denen weniger Sonnenlicht zur Verfügung steht, reduziert sich ihr kühlender Effekt.» Auch Gewitterwolken bescheren uns eine positive Rückkopplung, also noch mehr Erwärmung.

Marine Wolkengebiete machen Prognosen unsicher

Ein Rätsel bleibt dagegen die Wirkung der tiefen Stratus- und Stratocumuluswolken in den Subtropen über den kalten Ozeanströmen. Diese marinen Wolkengebiete machen die Erwärmungsprognosen unsicher, wie Lohmann sagt. Das heisst, sie sind der Hauptgrund, warum Klimaforscher bei ihren Projektionen die mögliche Erwärmung bisher nicht gradgenau angeben, sondern zum Beispiel von mindestens 1 und höchstens 4 Grad Erwärmung sprechen. Ein besonderer Typ Wolke sind Mischwolken. Sie treten im Bereich 0 bis minus 35 Grad Celsius auf und bestehen gleichzeitig aus Wolkentröpfchen und Eiskristallen. «Mischwolken wurden in der Forschung bisher vernachlässigt», sagt Lohmann, «weil sie schwerer zu beobachten sind als andere Wolkenarten.» Hoch oben in den Alpen untersucht Lohmann die Mischgebilde auf kleinstem Raum, im Inneren der Wolken. Lohmann weiss schon genauer, über welche Feinstaubpartikel sich die Eiskristalle in den Mischwolken bilden. Daran beteiligt sind Partikelchen, die man in den Hochalpen nicht vermuten würde. «Am Jungfraujoch sehen wir die höchsten Eiskeimkonzentrationen, wenn die Luft Saharastaub enthält.» Die Messungen dort lassen sich nicht einfach so global übertragen, dennoch steht der grosse Einfluss der Mischwolken auf den künftigen Strahlenhaushalt der Erde fest.

Ihr Einfluss entspricht drei Fünfteln der globalen Abkühlung durch Wolken. Wird es nun wärmer, startet ein folgenreicher Prozess: Eiswolken verwandeln sich in Wasserwolken – das bringt Abkühlung, da Wasserwolken mehr Sonnenlicht reflektieren. Fragt sich nur, in welchem Masse abkühlend die Wolken in der Übergangsphase von Eis zu Wasser sind. Für exakte Klimaprojektionen ein entscheidender Aspekt. Verschiedene Vergleiche von Modellrechnungen zeigen, dass die Mischwolken doch nicht so viel Abkühlung bringen.

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