Das Wetter und der Klimawandel

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Klimawandel durch Ruß und Ozon in der Troposphäre

Rußemissionen und troposphärisches Ozon spielen bei dem Anstieg der Temperaturen auf der Nordhalbkugel eine wesentlich größere Rolle als bisher gedacht. Beide Stoffe zusammen übertreffen dabei sogar die Wirkung des Treibhausgases CO2!

Zu diesem Ergebnis kommen Prof. Robert J. Allen und Kollegen (University of California, Riverside, USA) in ihrem neuen Paper „Recent Northern Hemisphere tropical expansion primarily driven by black carbon and tropospheric ozone“(Nature, 17. Mai 2012):

Our analysis strongly suggests that recent Northern Hemisphere tropical expansion is driven mainly by black carbon and tropospheric ozone, with greenhouse gases playing a smaller part.

Die Wissenschaftler beschäftigten sich mit der schon seit mehreren Jahrzehnten stattfindenden Expansion der Tropen. Um durchschnittlich 0,36° Breitengrade pro Jahrzehnt dehnt sich die tropische Klimazone nach Norden aus. Die sich daraus ergebende „Verbreiterung“ der Hadley-Zirkulation verschiebt ihrerseits die trockenen Gebiete des Subtropengürtels in Richtung Nordpol. Und auch die Zugbahnen der dynamischen Tiefdruckwirbel, welche in den mittleren breiten das Wetter bestimmen, verlagern sich polwärts.

Robert J. Allen Quelle: UCR Today

Diese beobachtbaren Änderungen konnten mit einem Klimamodell, das Rußemissionen und troposphärisches Ozon berücksichtigt, erfolgreich nachvollzogen werden. Bisherige Klimamodelle hatten das so nicht geschafft.

Rußaerosole und troposphärisches Ozon absorbieren die Strahlung der Sonne und erwärmen dann die Atmosphäre. Beide Stoffe werden verstärkt mit zunehmender Industrialisierung vor allem in den niedrigeren und mittleren Breiten freigesetzt; Schwerpunkt Südostasien. Nur über großen Teilen Europas haben die Rußemissionen infolge von Umweltschutzmaßnahmen abgenommen. Das troposphärische Ozon hat aber auch dort wie fast überall (bis auf die Südpolregion) stark zugenommen. Es entsteht durch sekundäre photochemische Prozesse unter Beteiligung von Stickoxiden und flüchtigen organischen Substanzen, welche nicht nur industriell (Formaldehyd, ungesättigte Kohlenwasserstoffe, Halogenkohlenwasserstoffe), sondern auch durch die Natur (Terpene aus Pflanzen, insbesondere aus Bäumen, sie sind für den „Waldgeruch“ verantwortlich) erzeugt werden. Allein in Gegenwart von Stickoxiden halten sich photochemischer Ozonaufbau und Ozonabbau die Waage. Kommen aber die flüchtigen organischen Substanzen hinzu, so verschieben diese nachdem sie oxidativ umgebaut wurden, das Gleichgewicht in Richtung Ozonaufbau.

Trends bei den Rußemissionen und dem troposphärischem Ozon (1970-2009) Quelle: Allen et al. 2012

Noch einmal zurück zu dem Vergleich von Modellen und Wirklichkeit:

Nur unter Einbeziehung der Rußemissionen und des Ozons funktionierten die Modelle. Genauer gesagt, sie näherten sich der Wirklichkeit an. Bei den Modellen ohne Ruß und Ozon schrumpften die Tropen (bis auf die Wintermonate) sogar anstatt zu expandieren!

Aber es bleibt bis heute immer noch eine beachtliche Lücke, auch bei den „guten“ Modellen! Daher muß es noch weitere Faktoren geben, welche für die Expansion der Tropen sorgen!

Expansion der Tropen: Ein Beispiel für den Vergleich von Modellen mit der Realität Quelle: Allen et al. 2012

Vielleicht spielt ja die fortgesetzte Abholzung des tropischen Regenwaldes dabei mit?

Die Hadley-Zirkulation in den Tropen wird ganz wesentlich durch latente Wärme aus der Verdunstung von Wasser angetrieben. In den Gebieten des feuchtwarmen tropischen Regenwaldes verdunsten große Mengen an Wasser über die Blätter der Bäume. Es bilden sich Quellwolken, bei der Kondensation der kleinen Wassertröpfchen wird die latente Wärme frei, verstärkt die Konvektion und fördert damit die Wolkenbildung. Ein sich selbst verstärkender Prozess, der zur Bildung der mächtigen Wolkentürme der Innertropischen Konvergenzzone führt, die ja Bestandteil der Hadley-Zirkulation ist. Die Wolken über dem Regenwald wirken abkühlend, denn sie reflektieren einen erheblichen Teil des Sonnenlichts. Damit schützen sie gleichzeitig den Regenwald vor der Austrocknung durch Überhitzung.

Jens Christian Heuer

Quelle: Robert J.Allen, Stephen C. Sherwood, Joel R. Norris, Charles S. Zender „Recent Northern Hemisphere tropical expansion primarily driven by black carbon and tropospheric ozone“, Nature 485 (17 May 2012). Vielen Dank an Herr Prof. Robert J.Allen für die Zusendung des Papers!

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