Relative Luftfeuchtigkeit ist der Schlüssel zur Quantifizierung der sich ändernden Klimasensitivität der Erde

Die Klimasensitivität (Equilibrium Climate Sensitivity, ECS) ist die Änderung der Erdoberflächentemperatur als Reaktion auf eine Verdopplung des atmosphärischen CO₂. Sie ist ein Indikator für die Intensität der globalen Erwärmung. Ihr Wert ist jedoch ungenau und die Faktoren, die ihn beeinflussen, sind ebenfalls unklar. Das liegt daran, dass sich hinter einem scheinbar einfachen Indikator komplexe Physik verbirgt, die für das Verständnis des Erdklimas grundlegend ist.

Bourdin und ihre Co-Autoren Lukas Kluft und Bjorn Stevens untersuchten mit „Konrad“ die Feuchteabhängigkeit der ECS. „Konrad“ ist ein Ein-Säulen-Klimamodell der tropischen Atmosphäre, bei dem eine vertikale Säule von der Landoberfläche aufwärts durch die Atmosphäre reicht. Die wichtigsten beteiligten Prozesse sind hierbei der Strahlungstransport und die Konvektion. „Konrad“ simuliert das Strahlungs-Konvektions-Gleichgewicht der Säule.

Ein solches Modell war für die Zwecke der Autor*innen von Vorteil, da es — oft mit überraschender Genauigkeit — das Verhalten von komplizierten Beschreibungen des Klimasystems in einer physikalisch nachvollziehbaren Weise darstellt.

Indem sie das Gleichgewicht des mittleren Zustands simulierten, und wie es sich bei einer CO₂-Verdopplung verändert, berechneten die Forschenden die ECS für verschiedene Profile der relativen Feuchte. Entgegen den Erwartungen variierte die Klimasensitivität erheblich mit dem gewählten Zustand der relativen Feuchte, was ein Phänomen hervorhebt, das sie als „Feuchteabhängigkeit“ der Klimasensitivität bezeichnen.

Die Autor*innen zeigten, dass eine insgesamt feuchtere Atmosphäre sensitiver ist. Sie erklärten dies damit, dass sich das atmosphärische Fenster unter den für die feuchten Tropen typischen Bedingungen schließt. Das atmosphärische Fenster ist der Teil des elektromagnetischen Spektrums, der durch die Atmosphäre übertragen werden kann und es der Erdoberfläche ermöglicht, Energie in den Weltraum abzustrahlen. Ein überraschendes Ergebnis der Studie war, dass eine Erhöhung der Luftfeuchtigkeit nur in der unteren Troposphäre die ECS leicht verringert. Die Autor*innen zeigten außerdem, dass sich die Feuchteprofile in Simulationen des Klimawandels beträchtlich unterscheiden, insbesondere zwischen idealisierten Simulationen des Strahlungs-Konvektions-Gleichgewichts unter Verwendung von wolkenauflösenden Modellen. Die Feuchteprofile können für einen erheblichen Anteil (10-20 %) der Streuung in den Schätzungen der Klimasensitivität verantwortlich sein.

Außerdem stellten die Forschenden einen überraschenden Trend in Reanalysen von meteorologischen Beobachtungen fest: Die untere Troposphäre scheint trockener zu werden, und die obere Troposphäre wird über den analysierten vierzigjährigen Zeitraum über den tropischen Ozeanen feuchter. Vorbehaltlich der Genauigkeit dieser Rekonstruktionen bedingen diese beiden Trends, dass die Erde im Laufe der Zeit sensitiver gegenüber Antrieben sein wird.

Zusammenfassend weisen die Ergebnisse der Autor*innen auf die Notwendigkeit verbesserter Feuchtebeobachtungen und verbesserter Analysen bestehender Beobachtungen hin, um die sich ändernde Klimasensitivität der Erde besser beziffern zu können.