Klima-Rückkopplung auf stratosphärischen Aerosol-Antrieb: die Schlüsselrolle des Muster-Effekts

In einer kürzlich im Journal of Climate veröffentlichten Studie zeigen Moritz Günther, Hauke Schmidt, Claudia Timmreck (alle MPI-M) und Matthew Toohey (University of Saskatchewan), warum die Abkühlung nach großen Vulkanausbrüchen geringer ist, als man aufgrund einfacher Energiebilanzargumente erwarten könnte.

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Große Vulkanausbrüche können Schwefel in die Atmosphäre einbringen und die Bildung von Sulfataerosol verursachen. Wenn die Injektion die Stratosphäre erreicht, können diese Partikel dort bis zu einigen Jahren verbleiben und das Sonnenlicht reflektieren, wirken also wie ein Sonnenschirm und kühlen die Erde ab. So sank die globale Oberflächentemperatur im Jahr nach dem Ausbruch des Vulkans Pinatubo auf den Philippinen 1991 um schätzungsweise 0,4 °C.

 

Frühere Modellstudien haben jedoch gezeigt, dass ein Strahlungsantrieb durch vulkanisches Aerosol zu geringeren Temperaturänderungen führt als ein Strahlungsantrieb derselben Größenordnung durch Treibhausgase. Moritz Günther und Kolleg*innen zeigen, dass dies mit der regionalen Verteilung der Temperaturänderung zusammenhängt.

 

Wenn das Aerosol hauptsächlich in den Tropen konzentriert ist, ist die Temperaturänderung im Indischen und Westpazifischen Ozean stärker als im globalen Durchschnitt. Es ist bekannt, dass Temperaturänderungen in dieser "Warm-Pool"-Region stärkere negative Temperaturrückkopplungen verursachen als Änderungen in allen anderen Regionen der Erde und somit zu einer relativ schwachen globalen Temperaturreaktion auf einen bestimmten Antrieb führen. Diese Besonderheit des Warm-Pools beruht darauf, dass Änderungen der Oberflächentemperatur in dieser Region sehr effizient an die freie Troposphäre weitergegeben werden, wo sie leichter durch Ausstrahlung in den Weltraum ausgeglichen werden können. Darüber hinaus wird die Stabilität der globalen Atmosphäre und damit die Bewölkung in einer Weise beeinflusst, die ebenfalls eine eher negative Rückkopplung bewirkt. Die Autor*innen zeigen, dass dieser so genannte Mustereffekt zeitskalenabhängig ist: Über Dutzende bis Hunderte von Jahren verlagert sich das Maximum der Temperaturänderung aus dem Warm-Pool in andere Regionen, was den effektiven Ausgleich der Temperaturstörungen durch Strahlungsenergieübertragung in den Weltraum unterbricht. Diese Zeitspanne ist jedoch länger, als die Wirkung eines Vulkanausbruchs in der Regel anhält, da Aerosole in der realen Welt nach einigen Jahren aus der Stratosphäre fallen. Im Vergleich zum Antrieb durch einen Anstieg des atmosphärischen CO2 führt der besondere Mustereffekt, der durch stratosphärisches Aerosol verursacht wird, dazu, dass der Aerosol-Antrieb weniger wirksam ist. Die Autor*innen zeigen, dass ein solcher Unterschied in den Temperaturänderungsmustern nicht nur im MPI-ESM simuliert wird, sondern auch von der Mehrzahl der CMIP-Modelle.

 

Die Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung des Indischen und Westpazifischen Ozeans für die Stabilisierung des Erdklimas und verbessern unser Verständnis von der Reaktion des Klimasystems auf Störungen der stratosphärischen Aerosolschicht.

 

Originalveröffentlichung:

Günther, M., Schmidt, H., Timmreck, C., & Toohey, M. (2022) Climate feedback to stratospheric aerosol forcing: the key role of the pattern effect. Journal of Climate. Early online release, https://doi.org/10.1175/JCLI-D-22-0306.1

 

Kontakt:

Moritz Günther
Max-Planck-Institut für Meteorologie
E-Mail: moritz.guenther@we dont want spammpimet.mpg.de

 

Dr. Hauke Schmidt
Max-Planck-Institut für Meteorologie
E-Mail: hauke.schmidt@we dont want spammpimet.mpg.de

 

Dr. Claudia Timmreck
Max-Planck-Institut für Meteorologie
E-Mail: claudia.timmreck@we dont want spammpimet.mpg.de