Ein Team internationaler Wissenschaftler aus den USA, Frankreich, Deutschland und Äthiopien veröffentlichte kürzlich hochmoderne Klimaforschung darüber, wie Gewitter „zusammenballen“ können und wie sich dies auf das Erdklima auswirkt. Dies führte zu der Entdeckung, dass diese Verklumpung oder Ansammlung von Wolken das Klima der Erde auf vielfältige Weise beeinflussen kann, die bisher nicht verstanden wurde.
Die Forschung mit dem Titel „Der Einfluss konvektiver Aggregation auf die stabile Isotopenzusammensetzung von Wasserdampf“ wurde kürzlich in veröffentlicht AGU-Fortschritte.
„Es handelt sich um eine neue Gruppe von Datensätzen, und dies war das erste Mal, dass wir all diese verschiedenen Techniken einsetzen konnten, um das interessante Problem zu lösen, wie Wolken zusammenklumpen und wie sich diese Klumpenbildung auf das Klima auswirken kann“, sagte die Abteilung Erde der University of New Mexico & Planetologie-Professor Joseph Galewsky. Diese Forschung wurde durchgeführt, während Galewsky ein Forschungssemester in Frankreich am Laboratoire de Météorologie Dynamique (LMD) in Paris verbrachte.
Die Idee, dass sich Gewitter zusammenballen können, ist seit Jahrzehnten bekannt, aber die Auswirkungen auf Wasserdampf und die Verwendung stabiler Isotope im Wasserdampf zur Verfolgung dieser Prozesse sind recht neu. Es gibt Hinweise darauf, dass die Wolkenklumpenbildung einen überraschend großen Einfluss auf das Klima hat.
In dieser Forschung untersuchte das Team internationaler Wissenschaftler mithilfe von Fernerkundungsdaten, wie sich die Organisation von Wolken auf die Chemie des Wasserdampfs in der Atmosphäre auswirkt. Diese Wolken können von einzelnen Zellen bis hin zu größeren Systemen wie tropischen Wirbelstürmen reichen. Die Studie konzentrierte sich auf die globalen Tropen von 2015 bis 2020.
Eine der wichtigsten Erkenntnisse der Forschung war, dass die Wolkenorganisation die Verteilung von Wasserdampf in der Atmosphäre beeinflusst. Sie fanden heraus, dass die Atmosphäre tendenziell mehr Feuchtigkeit aufweist, wenn Wolken nicht organisiert (nicht aggregiert) sind, der Wasserdampf jedoch relativ wenig Deuterium, ein schweres Wasserstoffisotop, enthält. Dies deutet darauf hin, dass die Verdunstung durch Regen zu diesem Muster beiträgt.
„Wasserdampf selbst ist ein Treibhausgas, eigentlich das wichtigste Treibhausgas, und die stabilen Isotope im Wasserdampf helfen uns, die Prozesse zu verfolgen, die die Verteilung von Wasserdampf steuern. Wir fanden heraus, dass in Regionen, in denen Gewitter nicht organisiert sind, „Das bedeutet, dass die Wolken isoliert sind und ein bisschen wie Popcorn aussehen, die Atmosphäre tendenziell recht feucht ist“, sagte Galewsky.
Bei organisierter (aggregierter) Konvektion gibt es weniger Feuchtigkeit in der Atmosphäre, aber der Wasserdampf ist stärker mit Deuterium angereichert. Dies impliziert einen stärkeren Transport von Wasserdampf aus der Nähe der Erdoberfläche in die oberen Teile der Atmosphäre.
„Wenn die Wolken sehr dicht gebündelt sind, ist die Atmosphäre tendenziell viel trockener und der Wasserdampf ist stärker isotopenangereichert, was bedeutet, dass Wasserdampf von der Grenzschicht, den untersten Teilen der Atmosphäre, in die Mitte gelangt.“ Atmosphäre“, erklärte Galewsky.
Schließlich entdeckten sie, dass es bei mäßiger Organisation konvektiver Wolken (mittlere Aggregation) keine signifikanten Unterschiede in der Isotopenzusammensetzung des Wasserdampfs gibt.
„Es gibt Aufschluss darüber, wie sich diese Häufung von Stürmen durch Strahlungsprozesse im Zusammenhang mit Schwankungen der Luftfeuchtigkeit auf das aktuelle Klima auswirkt. Es hilft uns möglicherweise auch, vergangene Klimazonen besser zu verstehen, da die Isotope im Wasserdampf häufig in Höhlenformationen oder Eisbohrkernen aufgezeichnet werden.“ „, sagte Galewsky.
Die Ergebnisse können bei der Interpretation paläoklimatischer Aufzeichnungen hilfreich sein, da frühere Veränderungen in der konvektiven Wolkenorganisation zu Isotopensignalen führen könnten, die in früheren Forschungen nicht erkannt wurden. Dies ist von entscheidender Bedeutung für das Verständnis früherer Klimaschwankungen.
„Wir haben herausgefunden, dass die Art und Weise, wie diese Wolken organisiert sind, einen großen Einfluss auf den Wasserdampf in der Atmosphäre haben kann. Und das ist wichtig, weil es beeinflussen kann, wie sich die Erde abkühlen kann, was offensichtliche Auswirkungen auf den Klimawandel hat.“ „, sagte Galewsky.
Diese Forschung trägt dazu bei, die Lücke zwischen theoretischen Modellen und realen Beobachtungen zu schließen und ermöglicht es den Forschern, die komplexen Wechselwirkungen innerhalb der Atmosphäre besser zu verstehen. „Leute, die sich mit konvektiver Aggregation befassen, fordern schon seit langem Isotopenstudien, und wir waren die erste Gruppe, die das tatsächlich geschafft hat“, sagte Galewsky. Dies wird dazu beitragen, bessere Beobachtungsbeschränkungen für Klimamodelle bereitzustellen. Die Ergebnisse dieser Forschung können dazu beitragen, Klimamodellierern neue Möglichkeiten zu bieten, zu testen, ob ihre Modelle korrekt funktionieren.
„Die Atmosphäre erwärmt sich derzeit, und es gibt überwältigende Beweise dafür, dass dies auf die Verbrennung fossiler Brennstoffe zurückzuführen ist. Und obwohl die grundlegende Physik des Klimawandels sehr gut verstanden ist und zu diesem Zeitpunkt seit mehr als einem Jahrhundert gut verstanden wird, gibt es solche.“ „Viele Details, die wir immer noch nicht gut verstehen; insbesondere hat die wahrscheinlich größte Unsicherheit in unserer Prognose des zukünftigen Klimas mit Wolken und ihrem Einfluss auf das Klima zu tun“, erklärte Galewsky,
„Dies ist ein neuer Weg, um diese wichtigste Unsicherheit in Klimaprognosen für die Zukunft und für New Mexico zu beseitigen. Diese Forschung wird dazu beitragen, diese zukünftigen Studien besser einzuschränken.“
Mehr Informationen:
Joseph Galewsky et al., Der Einfluss der konvektiven Aggregation auf die stabile Isotopenzusammensetzung von Wasserdampf, AGU-Fortschritte (2023). DOI: 10.1029/2023AV000877