Die Albedo der Erde und ihre Symmetrie

Die Albedo der Erde ist der Anteil der einfallenden Sonnenstrahlung, der vom gesamten Planeten ins All zurückreflektiert wird. Satellitenbeobachtungen liefern uns Messungen der Sonneneinstrahlungsbilanz an der Oberseite der Atmosphäre und zeigen, dass unser Planet im Durchschnitt 30 % der Strahlung reflektiert. Völlig überraschend ist, dass jede einzelne Hemisphäre des Planeten im Durchschnitt ebenfalls 30 % reflektiert. Das ist deswegen überraschend, weil Land mehr Sonnenlicht reflektiert als der Ozean, und die Nordhemisphäre im Vergleich zur Südhemisphäre mehr Land als Ozean hat. Allein aus diesem Grund müsste die Nordhemisphäre mehr Sonnenlicht reflektieren, d. h. eine höhere Albedo aufweisen, einfach aufgrund dieses Ungleichgewichts auf der Oberfläche.

Der wichtigste "Akteur" für die Albedo-Symmetrie der Erde sind die Wolken, die für etwa die Hälfte der Albedo des Planeten verantwortlich sind. Es stellt sich heraus, dass die Wolken auf den größten Skalen so verteilt sind, dass sie das Defizit der Oberflächenalbedo der Südhemisphäre ausgleichen. Diese Tatsache ist seit Jahrzehnten durch Beobachtungen bekannt. Unbekannt ist, wie Wolken dies tun und warum. Das Wissen um diese Frage hat jedoch Auswirkungen auf grundlegende Prozesse, die dem Energiehaushalt des Planeten und dem äquatorialen Wärmetransport zugrunde liegen.

Datseris und Stevens waren in der Lage, den ersten Teil dieser Frage zu beantworten und mehrere Hinweise für den zweiten Teil zu liefern. Um herauszufinden, wie die Wolken das Ungleichgewicht der Oberflächenalbedo zwischen den beiden Hemisphären ausgleichen, konstruierten sie ein neues raum-zeitliches Feld, das die Wolkenalbedo darstellt,  aus Messungen des Wolkenanteils und der optischen Tiefe aus den Clouds and the Earth's Radiant Energy System (CERES) Daten, wie unten dargestellt.

Die Analyse zeigte, dass die tropische Bewölkung zwischen den beiden Hemisphären weitgehend ausgeglichen ist, auch wenn die innertropische Konvergenzzone (ITCZ, ein großes Band der Bewölkung in Äquatornähe, das den größten Teil des Pazifiks und des Atlantiks umspannt) hauptsächlich nördlich des Äquators liegt. Im Gegensatz dazu ist die Bewölkung der außertropischen Tiefdruckzugbahnen, insbesondere über dem Ozean (nicht in der Abbildung dargestellt), weitgehend unausgewogen, wobei die Wolkenalbedo über dem Ozean in den Zugbahnen auf der Südhemisphäre wesentlich höher ist. Dieses Ungleichgewicht der Wolkenalbedo gleicht das Ungleichgewicht der Oberflächenalbedo zwischen den beiden Hemisphären aus und führt zu einer insgesamt symmetrischen Albedo.

Die Frage, die sich nun stellt, ist, ob dieser ausgleichende Effekt der Wolken zufällig ist, oder ob ein "Kompensationsmechanismus" den Prozess unterstreicht. Um zu verstehen, welche Eigenschaften dieser Mechanismus erfüllen sollte, falls er existiert, analysierten Datseris und Stevens direkt die Daten der reflektierten Sonneneinstrahlung von CERES. Konkret analysierten sie die de-saisonalisierte, hemisphärisch gemittelte Zeitreihe R' (auch Anomalien genannt), die in der folgenden Abbildung dargestellt ist.