Erdsystemforscher entdecken fehlendes Teil in Klimamodellen

Da sich der Planet aufgrund des vom Menschen verursachten Klimawandels immer weiter erwärmt, werden präzise Computerklimamodelle eine Schlüsselrolle spielen, um im Detail zu erhellen, wie sich das Klima in den kommenden Jahren weiter verändern wird.

In einer Studie veröffentlicht in Journal of Geophysical Research: Atmosphärenhat ein Team unter der Leitung von Forschern der Abteilungen für Erdsystemwissenschaften der UC Irvine und der Abteilungen für Klima- und Weltraumwissenschaften und -technik der University of Michigan enthüllt, wie ein derzeit häufig von Geowissenschaftlern verwendetes Klimamodell eine wichtige physikalische Eigenschaft des Klimasystems der Erde, die sogenannte Albedo, überschätzt. Dabei handelt es sich um das Ausmaß, in dem Eis das den Planeten erwärmende Sonnenlicht in den Weltraum reflektiert.

„Wir haben festgestellt, dass bei älteren Modellversionen das Eis um etwa 5 Prozent zu stark reflektiert“, sagte Chloe Clarke, Projektwissenschaftlerin in der Gruppe von UC Irvine-Professor Charlie Zender. „Die Reflektivität des Eises war viel zu hoch.“

Die Menge an Sonnenlicht, die der Planet empfängt und reflektiert, ist wichtig, um abzuschätzen, wie stark sich der Planet in den kommenden Jahren erwärmen wird. Frühere Versionen des Modells, das sogenannte Energy Exascale Earth System Model (E3SM), überschätzten das Albedo, weil sie die mikrophysikalischen Eigenschaften von Eis in einer sich erwärmenden Welt nicht berücksichtigten, wie Clarke es beschrieb.

Zu diesen Eigenschaften gehören die Auswirkungen von Dingen wie Algen und Staub auf das Albedo. Dunkel gefärbte Algen und Staub können dazu führen, dass Schnee und Eis weniger reflektieren und das Sonnenlicht schlechter reflektieren können.

Für die Analyse untersuchten Clarke und ihr Team Satellitendaten, um das Albedo des grönländischen Eisschildes zu ermitteln. Sie fanden heraus, dass die Reflektivität von E3SM die Reflektivität des Eisschildes überschätzt. „Das bedeutet, dass das Modell weniger Schmelze schätzt, als man aufgrund der mikrophysikalischen Eigenschaften des Eises erwarten würde“, sagte Clarke.

Doch mit der neuen Eisreflexion, die in das Modell eingearbeitet wurde, schmilzt das grönländische Eisschild mit einer um etwa sechs Gigatonnen höheren Geschwindigkeit als in älteren Modellversionen. Diese Annahme basiert auf Albedo-Messungen, die besser mit Satellitenbeobachtungen übereinstimmen.

Clarke hofft, dass die Studie ihres Teams die Bedeutung der scheinbar winzigen Eigenschaften unterstreicht, die weitreichende Konsequenzen für das Gesamtklima haben können. „Ich denke, unsere Arbeit wird dazu beitragen, dass Modelle uns dabei helfen, die mit Schnee und Eis verbundenen Klimarückkopplungen viel besser zu erfassen“, sagte sie.

Als nächstes möchte Clarke verschiedene eisige Teile des Planeten untersuchen, um abzuschätzen, wie weit verbreitet die Albedo-Diskrepanz in E3SM ist.

„Unsere nächsten Schritte bestehen darin, das System global einsetzbar zu machen und nicht nur über Grönland gültig zu machen“, sagte Clarke, der außerdem die neuen Schmelzraten des grönländischen Eisschildes mit Beobachtungen vergleichen will, um zu messen, wie viel genauer das neue Eis-Albedo ist. „Es wäre nützlich, es auf Gletscher in Gegenden wie den Anden und Alaska anzuwenden.“

Weitere Autoren sind Raf Antwerpen (Lamont-Doherty Earth Observatory), Mark G. Flanner (University of Michigan), Adam Schneider (National Oceanic and Atmospheric Administration), Marco Tedesco (Lamont-Doherty Earth Observatory) und Charlie S. Zender (UC Irvine).