von Tilo Arnhold, Leibniz-Institut für Troposphärenforschung e. V.
Die Strahlungswirkung des Rauchs einzelner extremer Waldbrände kann offenbar zu globalen Auswirkungen führen, die die Energiebilanz der Atmosphäre und damit das globale Klima auf komplexe Weise beeinflussen.
Zu diesem Schluss kommt ein Team des Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung (TROPOS) aus einer Analyse der extremen Waldbrände 2019/20 in Australien mithilfe von Simulationen mit einem globalen Aerosol-Klimamodell. Die simulierten Auswirkungen des Rauches führten zu einem Temperaturanstieg von mehreren Grad Celsius in den oberen Luftschichten und zu einer Abschwächung der Zirkulation in der unteren Stratosphäre.
Durch weitere Anpassungsmechanismen kommt es zu einem Rückgang der relativen Luftfeuchtigkeit um etwa 0,2 Prozent und zu Niederschlägen in ähnlicher Größenordnung. Ein globaler Einfluss der australischen Brände auf unser Wetter und Klima sei daher nicht auszuschließen, schreiben die Forscher Atmosphärenchemie und Physik.
Die Waldbrände im Schwarzen Sommer in Australien um den Jahreswechsel 2019/20 waren außergewöhnlich: Extreme pyrokonvektive Rauchwolken (pyroCb) transportierten beispiellose Mengen Rauch in die untere Stratosphäre. Zwischen dem 29. Dezember 2019 und dem 4. Januar 2020 wurden bei mehreren solchen Ereignissen zwischen 0,3 und 2 Millionen Tonnen Rauchpartikel in Höhen von 12 bis 14 Kilometern transportiert.
Die Rauchschicht breitete sich über einen großen Bereich der südlichen Hemisphäre aus und konnte auch zwei Jahre später noch durch Lidar-Messungen in der Stratosphäre nachgewiesen werden. Die Intensität der australischen Brände war vergleichbar mit der der letzten großen Vulkanausbrüche, und der austretende Rauch beeinflusste sogar das Erdklima: Rauchpartikel erhitzen die Atmosphäre durch den enthaltenen Ruß deutlich stärker, im Gegensatz zu vulkanischem Aerosol, das hauptsächlich reflektiert Sonnenlicht.
Dieser Absorptionseffekt wurde in einer früheren TROPOS-Studie intensiv untersucht und eine direkte Erwärmungsrate der gesamten Südhalbkugel von bis zu +0,5 Watt pro Quadratmeter geschätzt. Selbst dieser relativ einfach erscheinende direkte Erwärmungseffekt wurde unter Experten kontrovers diskutiert. Viel komplexer wird es jedoch, wenn man die Kette von Anpassungsmechanismen bedenkt, die die Atmosphäre unserer Erde später möglicherweise durch die Auswirkungen des australischen Rauchs durchlaufen hat.
Um diesen Mechanismus genauer zu untersuchen, baute die aktuelle TROPOS-Studie auf den Arbeiten des Vorjahres auf und nutzte das globale Aerosolklimamodell ECHAM-HAM, um die Auswirkungen von Waldbrandpartikeln umfassend zu quantifizieren. Mithilfe von Computersimulationen konnte gezeigt werden, dass die Absorption des Sonnenlichts durch den australischen Rauch zu einem relevanten Anstieg der Temperatur der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre um mehrere Grad Celsius führte.
Interessanterweise geschah dies nicht nur lokal auf der Südhalbkugel, sondern die positive Temperaturanomalie breitete sich im Laufe einiger Monate auch über die Tropen in Richtung der Nordhalbkugel aus. Nach Analyse der Simulationsdaten konnte diese interhemisphärische Kopplung auf Veränderungen in der globalen Zirkulation zurückgeführt werden, insbesondere auf die Abschwächung des aufsteigenden südhemisphärischen Zirkulationszweigs.
In der vorliegenden Studie wurden interessante Hinweise auf einen Rückkopplungseffekt der beschriebenen stratosphärischen Veränderungen auf unsere Wettersysteme gefunden. Beispielsweise führte die Erwärmung der oberen troposphärischen Schichten im Modell zu einer Verringerung der relativen Luftfeuchtigkeit und damit zu einem Rückgang der Zirruswolken. Darüber hinaus wurden Zusammenhänge identifiziert, die darauf hindeuten, dass ein Rückgang der weltweiten Niederschläge um etwa 0,2 % aufgrund der Wirkung des australischen Rauchs im Bereich des Möglichen liegt.
„Die genauen Auswirkungen extremer Brände auf unser Wetter und Klima lassen sich aufgrund der bestehenden Unsicherheiten nur schwer abschätzen Auswirkungen auf die gesamte Erde haben globale Auswirkungen. Unsere Ergebnisse zeigen auch, dass nicht nur die Zirruswolkendecke reduziert wird, sondern dass der gesamte Wasserkreislauf durch die australischen Brände geschwächt worden sein könnte – obwohl die quantitative Abschätzung dieser Auswirkungen äußerst unsicher ist. “ sagt Dr. Fabian Senf vom TROPOS.
Die TROPOS-Studie hat gezeigt, dass Rauch großer Waldbrände zu Veränderungen der globalen Zirkulation führen kann. Sie reiht sich damit in die Reihe verschiedener internationaler Studien ein, die Hinweise auf großräumige Veränderungen zeigen. Im Jahr 2022 warnten beispielsweise britische Forscher um Prof. Jim M. Haywood von der University of Exeter vor den Risiken einer künstlichen Einbringung absorbierender Partikel in die Stratosphäre.
Dies könnte die positive Phase der winterlichen Nordatlantischen Oszillation verstärken, die mit Überschwemmungen in Nordeuropa und Dürren in Südeuropa verbunden ist. Die weitreichenden Folgen von Rauch in der Stratosphäre und die möglichen Auswirkungen auf die Troposphäre sind noch nicht klar.
„Da der schnelle Klimawandel das Risiko und die Intensität von Waldbränden erhöht, besteht ein dringender Bedarf, die Beschreibung extremer Brände und ihrer Auswirkungen in globalen Klimamodellen zu verbessern“, sagt Prof. Ina Tegen vom TROPOS. Hierzu ist es notwendig, die atmosphärischen Bedingungen, die zu extremen pyrokonvektiven Rauchwolken führen, und die Eigenschaften der emittierten Rauchpartikel besser zu verstehen, um diese möglichen Wechselwirkungen in den Klimaprojektionen angemessen berücksichtigen zu können.
Mehr Informationen:
Fabian Senf et al., Wie sich die extremen Waldbrände in Australien 2019–2020 auf die globale Zirkulation und Anpassungen auswirkten, Atmosphärenchemie und Physik (2023). DOI: 10.5194/acp-23-8939-2023
Bereitgestellt vom Leibniz-Institut für Troposphärenforschung e. V.