Analyse von Wolken-Klima-Wechselwirkungen mit globalen

Analyse von Wolken-Klima-Wechselwirkungen mit globalen Klimamodellen und
Satellitenbeobachtungen
Johannes Quaas
Globale Klimamodelle sind die wichtigsten Hilfsmittel, um das Klima des Erdsystems und großskalige
Klimaänderungen zu verstehen. Anerkanntermaßen spielen Wolkenprozesse eine bedeutende Rolle
für das Klima auf der Erde, insbesondere durch ihren Einfluss auf die Energiebilanz und den hydrologischen Kreislauf. Allerdings sind viele Wolkenprozesse und ihr Einfluss auf das Klima nur unzureichend verstanden und nur grob in Klimamodellen berücksichtigt.
Satelitenbeobachtungen sind aufgrund der großräumigen und zeitlich langen Messungen zahlreicher
Wolken-, Aerosol- und Strahlungsparameter von besonderer Bedeutung, wobei allerdings die Unsicherheiten durch die zur Ableitung physikalischer Parameter angewandten Methoden beachtet werden müssen. Aus Satellitendaten errechnete Statistiken sind sehr nützliche Hilfsmittel, um Wolkenprozesse zu analysieren und um die Darstellung dieser Prozesse in Klimamodellen (“Parametrisierungen”) zu evaluieren.
Beispielsweise habe ich die Relation von Wolkenobergrenzen-Temperatur und thermodynamischer
Phase der Wolkenpartikel aus Satellitendaten untersucht, um die Darstellung der Unterteilung des
kondensierten Wassers in Eis- und Flüssigphase als Funktion der lokalen Temperatur im Klimamodell
zu untersuchen (Doutriaux-Boucher and Quaas, Geophys. Res. Lett. 2004).
In ähnlicher Weise ermöglicht die
Relation des WolkentröpfchenRadius (bzw. der Tröpfchenanzahlkonzentration) und der Aerosolkonzentration (Abb. 1) die Untersuchung des “indirekten Effekts”, durch den Aerosole (speziell anthropogene Verschmutzungspartikel) Wolkeneigenschaften und dadurch die
planetare Albedo ändern. Ich
Abbildung 1. Statistische Relation zwischen Tröpfchenanhabe solche Relationen genutzt,
zahlkonzentration und Aerosolkonzentration aus Satellitendaten
um die Darstellung dieser Effekte
(MODIS) und zwei globalen Modellen (LMDZ and ECHAM) mit (a)
der Standard-MOdellkonfogiation und (b) der verbesserten
in Klimamodellen zu untersuchen
Prozess-Darstellung (aus Quaas et al., Atmos. Chem. Phys. 2006).
(Quaas et al., J. Geophys. Res.
2004; Quaas and Boucher, Geophys. Res. Lett. 2005; Dufresne et al., Geophys. Res. Lett. 2005; Quaas et al., Atmos. Chem. Phys.
2006) sowie für eine Abschätzung des Strahlungsantriebs dieser Effekte aus Satellitendaten (Quaas
et al., J. Geophys. Res. 2008).
Internationale Modellvergleichsstudien ermöglichen weitere Einblicke in die Unsicherheiten und die
Bedeutung einzelner Prozesse für das Klima. Ich habe zu mehreren solchen Projekten beigetragen,
um Wolken-Klima-Interaktionen (Ringer et al., Geophys. Res. Lett. 2006) und Aerosol-Wolken-Wechselwirkungen zu untersuchen (Menon et al., J. Geophys. Res. 2003; Penner et al., Atmos. Chem.
Phys. 2006). Aktuell organisiere ich im Rahmen des AEROCOM-Projekts eine Studie zur Evaluierung von Aerosol-Wolken-Wechselwirkungen in verschiedenen Klimamodellen mit Satellitendaten.