Warum stratosphärisches Aerosol den Indischen und Westpazifischen Ozean überproportional abkühlt

In einer neuen Studie zeigen Moritz Günther, Hauke Schmidt, Claudia Timmreck und Matthew Toohey, wie der Strahlungsantrieb durch stratosphärische Aerosole zu einer Kaskade unerwarteter Effekte mit globalen Auswirkungen führt. Die Erwärmung durch das Aerosol verändert die stratosphärische Zirkulation, was die Verteilung der Strahlungsenergieflüsse stört und schließlich die Oberflächentemperatur in einer Weise beeinflusst, die das Klimasystem weltweit bestimmt.

Große Vulkanausbrüche können Aerosole in die Stratosphäre einbringen, die das Sonnenlicht reflektieren und zu einer vorübergehenden Abkühlung führen. Diese Abkühlung ist nicht gleichmäßig über den Globus verteilt. Bestimmte Regionen, insbesondere der tropische indische Ozean und der westliche Pazifik, kühlen stärker ab als der globale Durchschnitt. Die Autor*innen hatten bereits zuvor gezeigt, dass die Temperaturen in dieser so genannten Warm-Pool-Region eine entscheidende Rolle bei der Stabilisierung der globalen Durchschnittstemperaturen als Reaktion auf den Strahlungsantrieb durch stratosphärisches Aerosol spielen [frühere Meldung]. Nun stellen sie die Frage, warum die Temperaturen in der Warm-Pool-Region so stark vom Aerosol-Antrieb beeinflusst werden.

In der vorliegenden Publikation weist das Forscherteam auf zwei Gründe hin. Erstens: Da große Vulkanausbrüche häufig in den Tropen stattfinden, konzentrieren sich die dabei entstehenden Aerosole in den Tropen, wo auch die Sonneneinstrahlung am stärksten ist. Dies führt zu einer stärkeren Strahlungsstörung und folglich zu einer ausgeprägteren Abkühlung in den Tropen einschließlich des Warmpools. Dieser Effekt trägt jedoch nur geringfügig zur ausgeprägten Abkühlung des Warmpools bei.

Zweitens werden die Auswirkungen von Veränderungen in der stratosphärischen Zirkulation, insbesondere die Beschleunigung der Brewer-Dobson-Zirkulation, auf die Temperaturmuster untersucht. Diese meridionale Umwälzzirkulation ist ein sich langsam bewegender Prozess, der durch Wellendissipation in der Stratosphäre angetrieben wird. Frühere Studien haben gezeigt, dass die Aerosole die Stratosphäre lokal aufheizen, was die Wellenausbreitung und damit die Antriebskraft der Zirkulation verändert und zu einer beschleunigten Umwälzung führt. Die vorliegende Studie bestätigt eine neue Vermutung der Autoren: Die beschleunigte Brewer-Dobson-Zirkulation exportiert eine beträchtliche Menge an Energie aus den Tropen in die Extratropen und trägt damit zu einer zusätzlichen Abkühlung der tropischen Regionen, insbesondere des Warmpools, bei.
 

Normalerweise wird die Stratosphäre nicht als starker Treiber für troposphärische Prozesse angesehen (mit einigen Ausnahmen wie der plötzlichen Erwärmung der Stratosphäre oder der quasi-biennialen Oszillation). Dies ist daher ein überraschendes Ergebnis, das die Bedeutung der stratosphärischen Zirkulation für die Oberflächentemperaturen und die Troposphäre unterstreicht. Darüber hinaus betonen die Ergebnisse die Bedeutung einer zusätzlichen Oberflächenperspektive für die Reaktion des Klimas auf Antriebsfaktoren. Strahlungsstörungen durch Klimaantriebe werden normalerweise in der oberen Atmosphäre gemessen. Dabei wird jedoch die Bedeutung von Zirkulationsanpassungen, die sich auf die Oberflächentemperaturen auswirken, außer Acht gelassen.

Originalpublikation

Günther, M., Schmidt, H., Timmreck, C., and Toohey, M.: Why does stratospheric aerosol forcing strongly cool the warm pool?, Atmos. Chem. Phys., 24, 7203–7225, https://doi.org/10.5194/acp-24-7203-2024, 2024

Kontakt

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

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

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