Wolken gibt es in unzähligen Formen, Größen und Arten, die ihre Auswirkungen auf das Klima steuern. Neue Forschungsarbeiten unter der Leitung der University of Washington zeigen, dass die Zersplitterung gefrorener Flüssigkeitströpfchen zu Eissplittern in den Wolken des Südlichen Ozeans die Fähigkeit der Wolken, das Sonnenlicht in den Weltraum zu reflektieren, drastisch beeinflusst.
Die am 4. März in der Open-Access-Fachzeitschrift AGU Advances veröffentlichte Arbeit zeigt, dass die Einbeziehung dieses Eiszersplitterungsprozesses die Fähigkeit hochauflösender globaler Modelle verbessert, Wolken über dem Südpolarmeer zu simulieren – und damit die Fähigkeit der Modelle, das Klima der Erde zu simulieren.
„Niedrige Wolken über dem Südpolarmeer sollten nicht als Flüssigwolken behandelt werden“, sagte die Hauptautorin Rachel Atlas, eine UW-Doktorandin in Atmosphärenwissenschaften. „Die Eisbildung in den niedrigen Wolken des Südlichen Ozeans hat einen erheblichen Einfluss auf die Wolkeneigenschaften und muss in globalen Modellen berücksichtigt werden.“
Die Ergebnisse zeigen, dass es wichtig ist, den Prozess einzubeziehen, bei dem Eispartikel mit unterkühlten Wassertröpfchen kollidieren, so dass diese gefrieren und dann zerspringen und viele weitere Eissplitter bilden. Dadurch werden die Wolken dunkler, oder ihr Reflexionsgrad nimmt ab, so dass mehr Sonnenlicht die Meeresoberfläche erreichen kann.
Der Unterschied zwischen der Berücksichtigung der Details der Eisbildung innerhalb der Wolken und der Nichtberücksichtigung betrug im Sommer zwischen 45 Grad Süd und 65 Grad Süd 10 Watt pro Quadratmeter, was genug Energie ist, um einen erheblichen Einfluss auf die Temperatur zu haben.
Für die Studie wurden Beobachtungen aus einer Feldkampagne aus dem Jahr 2018 verwendet, bei der Wolken im Südpolarmeer durchflogen wurden, sowie Daten des CERES-Satelliten der NASA und des japanischen Satelliten Himawari-8.
Die Eisbildung reduziert die Reflexion der Wolken, weil die Eispartikel sehr effizient entstehen, wachsen und aus der Wolke fallen.
„Die Eiskristalle nehmen einen großen Teil der dünneren Wolke vollständig ein und verringern so die horizontale Abdeckung“, so Atlas. „Die Eiskristalle entziehen auch einen Teil der Flüssigkeit in den dicken Kernen der Wolke. Die Eispartikel reduzieren also sowohl die Wolkendecke als auch die verbleibende Wolke.“
Im Februar, dem Sommer im Südlichen Ozean, sind etwa 90 % des Himmels mit Wolken bedeckt, und mindestens 25 % dieser Wolken sind von der Art von Eisbildung betroffen, die im Mittelpunkt der Studie stand. Die korrekte Darstellung der Wolken, insbesondere in den neuen Modellen, die kleinere Gitterabstände verwenden, um Wolken und Stürme einzubeziehen, ist wichtig, um zu berechnen, wie viel Sonnenstrahlung die Erde erreicht.
„Der Südliche Ozean ist ein massiver globaler Wärmespeicher, aber seine Fähigkeit, Wärme aus der Atmosphäre aufzunehmen, hängt von der Temperaturstruktur des oberen Ozeans ab, die mit der Wolkenbedeckung zusammenhängt“, so Atlas.
Mitautoren der Studie sind Chris Bretherton, ein emeritierter UW-Professor für Atmosphärenwissenschaften, der jetzt am Allen Institute for AI in Seattle arbeitet, Marat Khairoutdinov von der Stony Brook University in New York und Peter Blossey, ein UW-Forscher für Atmosphärenwissenschaften. Die Forschung wurde von der National Science Foundation finanziert.
Datum: April 13, 2022
Quelle: Universität von Washington
Journal Reference:
- R. L. Atlas, C. S. Bretherton, M. F. Khairoutdinov, P. N. Blossey. Hallett‐Mossop Rime Splintering Dims Cumulus Clouds Over the Southern Ocean: New Insight From Nudged Global Storm‐Resolving Simulations. AGU Advances, 2022; 3 (2) DOI: 10.1029/2021AV000454