Stratospheric Change and its Role for Climate Prediction

Wie verändert der Klimawandel die Stratosphäre?
Stratospheric Change and its Role for Climate Prediction (SHARP)
S. Meul, S. Oberländer-Hayn, C. Gellhorn, U. Jahre unter gleichbleibenden Randbedingungen reaLangematz, Institut für Meteorologie, Freie Univer- lisiert. So werden die Auswirkungen von vergangesität Berlin
nen und zukünftigen Änderungen in den Konzentrationen der Treibhausgase (engl. greenhouse gases,
GHGs) und der ozonzerstörenden Substanzen (engl.
Kurzgefasst
ozone depleting substances, ODSs; z.B. FCKWs)
• Der Klimawandel hat nicht nur Auswirkungen auf auf die Stratosphäre untersucht.
die Troposphäre, sondern auch auf höhere SchichExemplarisch zeigt Abbildung 1 die Änderunten unserer Erdatmosphäre.
gen von Temperatur [Kelvin, K] (links) und der
• Ansteigende Treibhausgaskonzentrationen und Ozonsäule [Dobson Units, DU] (rechts) zwischen
anthropogene Emissionen halogener Quellgase Modellsimulationen für die Jahre 2000 und 2095.
(FCKWs) beeinflussen die Chemie und Dynamik Die zukünftige Zunahme der GHG-Konzentrationen
der Stratosphäre. Deren wechselseitiger Einfluss folgt hierbei dem moderaten A1B-Szenario des
IPCC [IPCC, 2014]. Durch die Regulierungen des
sind Gegenstand aktueller Forschung.
Montrealer Protokolls wird eine Abnahme der ODSs
• Anhand von Modellsimulationen am HLRN unter- im 21. Jahrhundert vorhergesagt [WMO, 2014].
sucht die Forschergruppe SHARP die Folgen des
Zwischen 2000 und 2095 wird eine Erwärmung
Klimawandels in der Stratosphäre.
von maximal 6 K in der mittleren Troposphäre in
den Tropen und eine Abkühlung der Stratosphäre
Die DFG-Forschergruppe Stratospheric Change von maximal 7 K in der Stratopausenregion (rund
and its Role for Climate Prediction (SHARP) hat 50 km) simuliert (Abb. 1, links oben). Da rund 90%
zum Ziel, das Verständnis des globalen Klimawan- des gesamten Ozons in der Stratosphäre zu finden
dels und somit die Genauigkeit von Prognosen sind, wird die Ozonsäule überwiegend durch das
zukünftiger Klimaänderungen zu verbessern. Der stratosphärische Ozon bestimmt. Der rechte Teil
Schwerpunkt von SHARP liegt auf der Identifizie- der Abbildung 1 zeigt eine Zunahme der Ozonsäule
rung, Erklärung und Vorhersage von Änderungen in um bis zu 50 DU in den Extratropen und eine
der Stratosphäre, die sich infolge des Klimawandels leichte Abnahme in den Tropen. Um die zukünftige
einstellen. Zudem wird deren Rückkoppelung auf die Entwicklung besser zu verstehen, ist es hilfreich
Troposphäre und damit auf Wetter und Klima unter- die Änderungen in die Anteile aufzuschlüsseln, die
sucht. SHARP orientiert sich dabei inhaltlich an den durch GHGs und ODSs verursacht werden.
Empfehlungen des Schwerpunktprogramms Stratospheric Processes and their Role in Climate (SPARC)
Hierzu zeigen der mittlere und untere Teil der Abdes Weltklimaforschungsprogramms (WCRP) der bildung 1 die separierten Änderungen durch GHGs
WMO.
und ODSs. Die troposphärische Erwärmung ist naDie Arbeitsgruppe Atmosphärendynamik am In- hezu ausschießlich auf die GHG-Zunahme zurückstitut für Meteorologie der FU Berlin arbeitet zuführen, wohingegen in der Stratosphäre beide Anmit dem gekoppelten Klima-Chemie-Modell EMAC teile zu berücksichtigen sind. Die stratosphärische
(ECHAM/MESSy Atmospheric Chemistry, Jöckel et Abkühlung durch den zukünftigen Anstieg der GHGs
al. [2006]). Hierbei handelt es sich um ein globales ist mit 8 K höher als der Gesamteffekt aus GHGAtmosphärenmodell, welches die Erdatmosphäre und ODS-Änderungen, da die abnehmenden ODS
vom Erdboden bis in eine Höhe von rund 80 km Konzentrationen eine Ozonzunahme und somit eine
abdeckt. Die Verwendung von interaktiver Chemie Erwärmung um bis zu 1 K hervorrufen.
ermöglicht die Untersuchung der Auswirkungen eiDie Zunahme der Ozonsäule wird in den nördliner geänderten chemischen Zusammensetzung der chen Breiten v.a. durch die Zunahme der GHGs beAtmosphäre auf das Klima und somit die Progno- stimmt, wohingegen in den südlichen mittleren und
se zukünftiger Klimaänderungen. Dieses gekoppelte hohen Breiten der Effekt durch die abnehmenden
Modellsystem ist sehr rechenzeitintensiv. Daher wird ODSs dominiert. Die gegensätzliche Entwicklung in
der parallelisierte Modellcode am Höchstleistungs- den Tropen ist auf die GHGs zurückzuführen, welrechenzentrum HLRN betrieben.
che zu einem verstärkten Abtransport des Ozons
Im Rahmen von SHARP werden zur gezielten Un- aus den Tropen in die hohen Breiten führen.
tersuchung einzelner Klimaantriebe Sensitivitätsstudien in Form von Modellsimulationen über mehrere
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Abbildung 1: Änderungen von Temperatur [K] (links) und Ozonsäule [DU] (rechts) zwischen 2000 und 2095 (oben), sowie die
entsprechenden Anteile durch GHG-Zunahme (Mitte) und ODS-Abnahme (unten).
Langematz, U., S. Meul, K. Grunow, E. Romanowsky, S. Oberländer, J. Abalichin, und A. Kubin, J.
of Geophys. Res., 119, 2092-2112, (2014) doi:
10.1002/2013JD021100.
WWW
http://www.fu-berlin.de/sharp
Weitere Informationen
!
[1] IPCC, Contribution of Working Group III to the
Fifth Assessment Report of the Intergovernmental
Panel on Climate Change (2014).
Meul, S., U. Langematz, S. Oberländer, H. Garny,
und P. Jöckel, Atmos. Chem. Phys., 14, 2959-2971,
(2014) doi:10.5194/acp-14-2959-2014.
Oberländer, S., U. Langematz, and S. Meul, J. of
Geophys. Res., 118, 10.296-10.312, (2013) doi:
10.1002/jgrd.50775.
[2] P. Jöckel, H. Tost, A. Pozzer, C. Brühl, J. Buchholz, L. Ganzeveld, P. Hoor, A. Kerkweg, M. G. Lawrence, R. Sander, B. Steil, G. Stiller, M. Tanarhte, Projektpartner
D. Taraborrelli, J. van Aardenne, und J. Lelieveld,
Universitäten: Bremen, Karlsruhe, Heidelberg,
Atmos. Chem. Phys., 6, 5067 - 5104 (2006).
Frankfurt; Max-Planck-Institute: Hamburg (Meteo[3] World Meteorological Organization (WMO), Scien- rologie) und Mainz (Chemie); Deutsches Zentrum
tific Assessment of Ozone Depletion: 2014, Global für Luft- und Raumfahrt: Oberpfaffenhofen
Ozone Research and Monitoring Project - Report
No. 55, 416 pp. (2014).
Weiterführende Literatur zum Thema:
Förderung
DFG Forschergruppe (FOR) 1095
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