Das Verständnis der Wolkenbildung in Polarregionen ist wichtig, um den Einfluss der Sonnenstrahlung auf die polaren Eiskappen zu erkennen. Bestehende numerische Modelle haben jedoch Schwierigkeiten, Eiswolken genau nachzubilden. Forscher aus Japan haben nun mithilfe realer Beobachtungen und Klimadaten herausgefunden, dass marine Bioaerosole, die von Strömen warmer, feuchtigkeitsbeladener Luft aus höheren Breitengraden getragen werden, zur Bildung von Eiswolken über der Hochgradregion des Südpolarmeeres beitragen.
Wolken, die aus winzigen Wassertröpfchen, Eispartikeln oder einer Mischung aus beidem bestehen, sind dynamische Komponenten des Klimasystems unseres Planeten. Sie spielen eine wichtige Rolle bei der Regulierung der Menge an Sonnenlicht, die an ihren Wolkenoberseiten absorbiert oder reflektiert wird. Abhängig von ihrer Zusammensetzung bilden sich Wolken in unterschiedlichen Höhen und haben unterschiedliche Auswirkungen auf das Klima. Besonders wichtig ist das Verständnis der Wolkenbildung in Polarregionen, die dem Klimawandel ausgesetzt sind. Es wird uns wichtige Informationen liefern, um dann ihre Auswirkungen auf die Eisschilde zu untersuchen.
Obwohl numerische Modelle unsere Fähigkeit, Wolkenbildung zu simulieren, erheblich verbessert haben, erklären sie nicht genau, wie Aerosolpartikel, die als Ausgangspunkte für die Bildung von Eiskristallen in Wolken dienen, den Prozess der Eiswolkenbildung beeinflussen. Diese Verzerrungen können zu Fehlern in der Art und Weise führen, wie diese Modelle das Verhalten von Eiswolken in der Atmosphäre vorhersagen.
Um die Genauigkeit numerischer Modelle bei der Darstellung der Wolkenbildung zu verbessern, griffen Assistenzprofessor Kazutoshi Sato und Jun Inoue, beide vom Nationalen Institut für Polarforschung in Japan, auf reale Beobachtungen sowie Satelliten- und Klimadaten zurück, um die Mechanismen hinter der Eiswolke aufzudecken Bildung im Südpolarmeer aufgrund von Bioaerosolen, die aus den Ozeanen emittiert werden.
„Die Entwicklung von Kenntnissen über die Bildung von Eiswolken im Zusammenhang mit marinen Bioaerosolen könnte dazu beitragen, die Leistung der Wolkenphase in numerischen Modellen zu verbessern“, erklärt Dr. Inoue. Ihre Ergebnisse wurden kürzlich in der Zeitschrift veröffentlicht Geophysikalische Forschungsbriefe.
Den Anfang machte eine Expedition in den Südpolarmeer rund um die Antarktis zwischen November 2022 und März 2023. Dort beobachteten die Forscher, wie sich in der mittleren Troposphäre bei Temperaturen über –10 °C Eiswolken bildeten. Gleichzeitig bemerkten sie flüssige Wasserwolken in der oberen Troposphäre bei Temperaturen unter –20 °C. Normalerweise bilden sich Eiswolken bei kälteren Temperaturen, daher waren die Forscher daran interessiert zu verstehen, warum diese Eiswolken bei milderen Temperaturen auftraten.
Mithilfe einer Rückwärtstrajektorienanalyse verfolgten sie einen Strom warmer, feuchter Luft aus dem südlichen Afrika. Mithilfe von Satellitendaten stellten die Forscher dann fest, dass die Luftmasse beim Durchqueren des Südlichen Ozeans in den mittleren Breiten auf Regionen mit einer hohen Konzentration von Chlorophyll-a traf, einem mit Phytoplankton assoziierten Pigment. Sie fanden außerdem heraus, dass die Menge an Dimethylsulfid (DMS) in der Luft in Regionen höher war, in denen starke und intensive Wellen im Wasser herrschten.
Warum ist die Präsenz von DMS hier bemerkenswert?
DMS ist eine schwefelhaltige Verbindung, die oft mit der Aktivität des Phytoplanktons in Verbindung gebracht wird. DMS ist für seine Rolle als Kern bei der Bildung flüssiger Wasserwolken bekannt. Sein Vorkommen in der Atmosphäre dient auch als Indikator für Meeresbakterien. Diese Bakterien können aufgrund der Gischt, die bei hohen Wellen entsteht, in die Atmosphäre gelangen. Den Forschern zufolge fungieren Meeresbakterien in diesem Strom feuchter, warmer Luft, die aus dem Südpolarmeer mittlerer Breite stammt, als Eiskeim bildende Partikel und tragen zur Bildung von Eiswolken bei höheren als erwarteten Temperaturen über den Gebieten hoher Breiten des Südlichen Ozeans bei Südlicher Ozean.
„Mit einer Wolkenpartikel-Sensorsonde haben wir Eiswolken in einem hohen Breitengrad bei Temperaturen über –10 °C in der Nähe eines Stroms warmer und feuchter Luft aus mittleren Breiten entdeckt. Diese Ströme werden oft als atmosphärischer Fluss bezeichnet ( AR)“, sagt Dr. Sato.
„Die AR empfing unter Bedingungen hoher Wellen marine Bioaerosole aus dem Ozean mittlerer Breite. Diese Bioaerosole erreichten die Eiswolkenbildungsschicht. Unsere Beobachtungen legen nahe, dass diese marinen Bioaerosole, die über die AR gereist sind, zur Eiswolkenbildung unter relativ hohen Wellen beitragen. Temperaturverhältnisse.“
Klimamodelle hatten Schwierigkeiten, die Bildung von Eiswolken unter höheren Temperaturbedingungen genau zu simulieren. Die Ergebnisse dieser experimentellen Studie könnten eine genauere numerische Modellierung der Klimabedingungen, insbesondere in gefährdeten Polargebieten, ermöglichen.
Mehr Informationen:
Kazutoshi Sato et al, Eiswolkenbildung im Zusammenhang mit der ozeanischen Versorgung mit eiskeimbildenden Partikeln: Eine Fallstudie im Südpolarmeer in der Nähe eines atmosphärischen Flusses im Spätsommer, Geophysikalische Forschungsbriefe (2023). DOI: 10.1029/2023GL106036
Bereitgestellt vom National Institute of Polar Research