Neue Abschätzung zur zukünftigen Auswirkung von Luftverschmutzung auf den Strahlungshaushalt der Erde

Fast alle neuen Zukunftsszenarien des IPCC bis Ende des 21. Jahrhunderts zeigen eine globale Abnahme der Luftverschmutzung durch die von Menschen verursachten Aerosole, die Auswirkungen auf den Strahlungshaushalt fallen aber unterschiedlich aus. Zu diesem Ergebnis kommen Dr. Stephanie Fiedler, Wissenschaftlerin in der Abteilung "Atmosphäre im Erdsystem" am Max-Planck-Institut für Meteorologie (MPI-M), und ihre Koautoren in einer neuen Studie, die in Geoscientific Model Development veröffentlicht wurde.

Die Änderungen der Luftverschmutzung bis zum Jahr 2100 basieren auf den neuen Zukunftsszenarien, die vom "Intergovernmental Panel on Climate Change" (IPCC) für den neuen Sachstandsbericht zur Einschätzung des Klimawandels genutzt werden. Diese Szenarien wurden mit Hilfe der am MPI-M entwickelten Parametrisierung für anthropogene Aerosole in Klimasimulationen zum ersten Mal interpretiert. Um die Auswirkung der neuen Szenarien für den Strahlungshaushalt der Erde zu verstehen, führten die Autor*innen Klimaexperimente mit dem Atmosphärenmodell ECHAM6.3 des MPI-M und den neuen Entwicklungsszenarien für die anthropogenen Aerosole durch. In einer Reihe von Experimenten mit einer Simulationsdauer von mehreren Jahrzehnten wurde die zeitliche Abfolge von Wettersystemen leicht variiert, die Aerosolverteilungen jedoch jedes Jahr exakt wiederholt. "Wenn wir die Experimente lange genug rechnen, können wir die Auswirkung der Aerosole auf den globalen Strahlungshaushalt im Modell präzise bestimmen," erklärt Dr. Stephanie Fiedler. Aus den Modelluntersuchungen konnten die Wissenschaftler*innen die Unsicherheit im zukünftigen Strahlungsantrieb für die vom Menschen verursachten Aerosole abschätzen, die mit den neusten Annahmen für die gesellschaftliche, wirtschaftliche und technologische Entwicklung zusammenhängt. Diese Unsicherheit liegt am Ende des 21. Jahrhunderts bei 30-108 % gegenüber dem Strahlungsantrieb durch anthropogene Aerosole für das Jahr 2005.

Die Stärke des Strahlungsantriebs von anthropogenen Aerosolen durch die Wechselwirkung mit Wolken ist trotz langjähriger Forschungsanstrengungen immer noch unklar. Demzufolge berechnen auch komplexe Klimamodelle unterschiedlich starke Auswirkungen von Änderungen der Aerosole auf Wolken. Die Auswirkung dieser Unsicherheit auf die Ergebnisse der Modellrechnung für das Ende des 21. Jahrhunderts haben die Wissenschaftler*innen weitergehend untersucht. In Experimenten mit der Annahme einer besonders starken Wirkung der anthropogenen Aerosole auf Wolken fanden sie einen fast doppelt so großen Einfluss auf den globalen Strahlungsantrieb in der Zukunft als in den vorherigen Abschätzungen der Autor*innen. Dieses Ergebnis bedeutet, dass Aerosole der zukünftigen Erwärmung durch Treibhausgase stärker entgegenwirken würden als in den vorherigen Berechnungen. Wie groß die relative Kühlung durch anthropogene Aerosole ist, hängt demnach auch von der noch schlecht verstandenen Sensitivität der Wolken gegenüber Änderungen der Luftverschmutzung ab. Inwieweit solche Wechselwirkungen für das globale Klima wichtig sind, müssen zukünftige Studien zeigen.

Zum Hintergrund: Anthropogene Aerosole sind vom Menschen verursachte Schwebeteilchen in der Atmosphäre. Sie beeinflussen das Klima durch ihren Effekt auf die Sonnenstrahlung und durch ihren Einfluss auf Wolkentropfen. Über die Stärke dieser Aerosoleffekte wird jedoch seit Jahrzehnten diskutiert. Einerseits kommen komplexe Klimamodelle, die die Ausbreitung und Wechselwirkung von Aerosol im Erdsystem beschreiben, zu unterschiedlichen Ergebnissen. Andererseits ist es schwer, in Beobachtungen mögliche Aerosoleffekte von Wetterentwicklungen zu trennen. Infolge dessen haben Klimaforscher weniger Vertrauen in die derzeitigen Abschätzungen des Strahlungsantriebs durch anthropogene Aerosole als in die Abschätzungen für Treibhausgase. Die in der Studie benutzte neue Methode hilft, die Unsicherheiten des Strahlungsantriebs durch anthropogene Aerosole besser zu verstehen. Da diese Methode in Experimenten für den nächsten Sachstandsbericht des IPCC zum Einsatz kommen wird, gibt es neue Hoffnung, das Verständnis der Wirkung von anthropogenem Aerosol auf das Erdklima zu verbessern.

Originalveröffentlichung:

Fiedler, S., Stevens, B., Gidden, M., Smith, S. J., Riahi, K., and van Vuuren, D. (2019) First forcing estimates from the future CMIP6 scenarios of anthropogenic aerosol optical properties and an associated Twomey effect, Geosci. Model Dev., 12, 989-1007, doi:10.5194/gmd-12-989-2019.

Kontakt:
Dr. Stephanie Fiedler
Max-Planck-Institut für Meteorologie
Tel.: 040 41173 416
E-Mail: stephanie.fiedler@we dont want spammpimet.mpg.de