Neue Forschungsergebnisse unter der Leitung der University of East Anglia (UEA) verringern die Unsicherheit über den zukünftigen Klimawandel im Zusammenhang mit der Stratosphäre, der wichtige Auswirkungen auf das Leben auf der Erde hat.
Der vom Menschen verursachte Klimawandel ist eine der größten Herausforderungen, vor denen wir heute stehen, aber die Unsicherheit über das genaue Ausmaß des globalen Wandels behindert wirksame politische Reaktionen.
Eine erhebliche Unsicherheitsquelle betrifft zukünftige Veränderungen des Wasserdampfs in der Stratosphäre, einer extrem trockenen Region der Atmosphäre 15–50 km über der Erdoberfläche.
Zukünftige Zunahmen des Wasserdampfs bergen hier die Gefahr, den Klimawandel zu verstärken und die Erholung der Ozonschicht zu verlangsamen, die das Leben auf der Erde vor schädlicher ultravioletter Sonnenstrahlung schützt.
Jetzt hat ein internationales Team unter der Leitung von Peer Nowack, bis vor Kurzem Mitglied der Klimaforschungseinheit der UEA, einen neuen statistischen Lernansatz entwickelt, der Informationen aus Satellitenbeobachtungen mit modernsten Klimamodelldaten kombiniert, um den Bereich einzuschränken wahrscheinliche zukünftige stratosphärische Wasserdampfmengen.
Eines der wichtigsten Ergebnisse schließt die extremsten Szenarien effektiv aus, die implizieren, dass die Wasserdampfkonzentration pro Grad globaler Erwärmung um mehr als 25 % ansteigen könnte. Der neue Ansatz bedeutet eine Reduzierung des 95. Perzentils der Klimamodellreaktionen um 50 %. Die Studie „Reaktion von stratosphärischem Wasserdampf auf die durch Satellitenbeobachtungen eingeschränkte Erwärmung“ wurde in veröffentlicht Naturgeowissenschaften.
„Der vom Menschen verursachte Klimawandel beeinflusst die Erdatmosphäre auf viele wichtige und oft überraschende Arten“, sagte Prof. Nowack, jetzt am Institut für Theoretische Informatik am Karlsruher Institut für Technologie, Deutschland.
„In unserer Arbeit befassen wir uns mit Veränderungen des stratosphärischen Wasserdampfs im Zuge der globalen Erwärmung, einem Effekt, der immer noch kaum verstanden wird. Da Wasserdampf für die Physik und Chemie der Stratosphäre von zentraler Bedeutung ist, hatte ich das Gefühl, dass wir unbedingt einen neuen Ansatz brauchen, um ihn anzugehen.“ Dieser seit langem bestehende Unsicherheitsfaktor.
„Mit unserem neuen datengesteuerten Ansatz, der Ideen des maschinellen Lernens nutzt, konnten wir Erdbeobachtungen äußerst effektiv nutzen, um diese Unsicherheit zu reduzieren. Dazu mussten wir einen Rahmen entwickeln, in dem wir wissenschaftliches Verständnis und daraus gewonnene mathematische Zusammenhänge kombinieren konnten.“ Satellitendaten auf innovative Weise.
„Mit diesem Ansatz konnten wir zeigen, dass viele Klimamodellprojektionen sehr großer Wasserdampfveränderungen in der Stratosphäre mittlerweile nicht mehr mit Beobachtungsergebnissen übereinstimmen“, sagte Co-Autor Dr. Sean Davis, ein Forschungswissenschaftler bei der National Oceanic and Atmospheric Administration in den USA, spezialisiert auf Satellitenmessungen von stratosphärischem Wasserdampf.
Die Quantifizierung stratosphärischer Wasserdampftrends unter der globalen Erwärmung ist eine langjährige Forschungsherausforderung. Die Komplexität der zugrunde liegenden Prozesse, die den Wasserdampf in der Stratosphäre steuern, und die relativ kurze Aufzeichnung qualitativ hochwertiger Satellitenbeobachtungen haben diese Aufgabe erschwert.
Das Vorhandensein sogenannter Klimarückkopplungen stellt eine zusätzliche Herausforderung dar, da diese dazu beitragen können, die globale Erwärmung weiter zu verstärken oder zu dämpfen, was zu einem größeren Spektrum möglicher künftiger Temperaturerhöhungen führen kann.
Die Menge an Wasserdampf in der Stratosphäre ist ein Beispiel für eine solche Rückkopplung, deren Zunahme laut Klimamodellen zunehmen wird. Die Bandbreite der modellierten Zunahmen ist jedoch seit Jahrzehnten sehr groß.
Dies ist wichtig, da große klimabedingte Anstiege des stratosphärischen Wasserdampfs, wie sie von vielen Klimamodellen prognostiziert werden, die Erholung der Ozonschicht und des antarktischen Ozonlochs im Laufe dieses Jahrhunderts verzögern könnten.
Manoj Joshi, Professor für Klimadynamik an der UEA und Co-Autor des Papiers, sagte jedoch: „Unsere Forschung legt nahe, dass die Wasserdampfkonzentrationen in der Stratosphäre zwar wahrscheinlich immer noch mit der globalen Erwärmung zunehmen, die großen Veränderungen jedoch die Erholung der Ozonschicht erheblich verzögern könnten.“ sind höchst unwahrscheinlich.“
Mehr Informationen:
Reaktion von stratosphärischem Wasserdampf auf Erwärmung, eingegrenzt durch Satellitenbeobachtungen, Naturgeowissenschaften (2023). DOI: 10.1038/s41561-023-01183-6