Wolken über Bombai
Eine neue Studie zeigt, wie Verschmutzung Stürme erzeugt, die länger anhaltende, größere und dichtere Wolken hinterlassen. Im November der Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften (PNAS), veröffentlichte einige Ergebnisse, die eine lange Debatte schließen. Sie zeigen, wie sich Umweltverschmutzung auf die globale Erwärmung auswirkt. Diese Arbeit wird dazu beitragen, die Genauigkeit von Wetter- und Klimamodellen zu verbessern.
Die meisten Forscher dachten das Luftverschmutzung verursacht größere, länger anhaltende Sturmwolken, indem Sturmfronten anfälliger für Luftströmungen gemacht werden und interne Konvektion verursacht wird. In dieser Studie beobachtete er, dass Verschmutzung als Phänomen Wolken dauerhafter macht, jedoch auf andere Weise als bisher angenommen, durch eine Verringerung der Größe ihrer Eispartikel und eine Verringerung der Gesamtgröße der Wolke. Dieser Unterschied wirkt sich direkt auf die Art und Weise aus, wie Wissenschaftler Wolken in Klimamodellen darstellen.
Diese Studie bringt das, was wir täglich sehen, mit dem in Einklang, was in Computermodellen angegeben ist. Beobachtungen zeigen ambossförmige Wolken (Komulonimbus) höher und größer in sturmsicheren Sturmsystemen, aber Modelle zeigen nicht immer eine stärkere Konvektion, dank dieser Studie sehen wir warum.
Das geheime Leben der Wolken
Amboss- oder Comulonimbus-Wolken über verschmutztem Gebiet
Modelle, die Wetter und Klima vorhersagen, rekonstruieren das Leben von Gewitterwolken nicht gut, da sie sie mit einfachen Gleichungen darstellen, die kein vollständiges Bild liefern. Diese schlechte Rekonstruktion stellte die Forscher vor ein Dilemma: "Verschmutzung führt dazu, dass Ambosswolken länger halten als bei klarem Himmel", aber warum?
Ein möglicher Grund sind Aerosole (kleine Partikel natürlichen oder menschlichen Ursprungs), die als Grundlage für die Bildung von Wolkentröpfchen dienen. Ein verschmutzter Himmel hat viel mehr Aerosole (Smog und Dunst) als ein sauberer und dies bedeutet weniger Wasser für jedes Partikel. Verschmutzung erzeugt mehr Tröpfchen, aber kleiner.
Eine größere Anzahl kleinerer Tröpfchen verändert die Eigenschaften der Wolken. Lange Zeit wurde angenommen, dass größere und kleinere Tröpfchen eine Kettenreaktion auslösen, die zu größeren, länger anhaltenden Wolken führt, anstatt auszufallen. Durch die leichteren Tropfen steigt Ihr Wasser durch Gefrieren auf. Durch dieses Gefrieren wird die in den Tropfen enthaltene Wärme entzogen und eine Temperaturänderung erzeugt, die eine interne Konvektion erzeugt. Eine intensivere Konvektion wirft mehr Wassertropfen auf und bildet so die Wolke.
Forscher beobachten jedoch nicht immer eine intensivere Konvektion in Bezug auf größere und dauerhaftere Wolken in verschmutzten Umgebungen, was darauf hinweist, dass uns etwas fehlt, das berücksichtigt werden muss.
Um dieses Dilemma zu lösen, hat das für diese Studie verantwortliche Team beschlossen, echte Sommerstürme mit computergenerierten Modellen zu vergleichen. Das Modell umfasste die physikalischen Eigenschaften von Wolkenteilchen sowie die Fähigkeit zu beobachten, ob die Konvektion stärker oder weicher wird. Die Simulationen in dieser Studie dauerten 6 Monate.
Konvektion ist nicht der Schuldige.
Die Daten wurden an drei Orten mit unterschiedlichem Verschmutzungs-, Feuchtigkeits- und Windgrad gesammelt: in den Tropen des westlichen Pazifiks, im Südosten Chinas und in den großen Ebenen von Oklahoma. Die Daten stammen vom ARM-Klimaforschungssystem des DOE (US-Energieministerium).
Die Simulationen wurden auf dem Olympus-Supercomputer von PNNL (Pacific Northwest National Laboratory) durchgeführt. Diese Simulationen eines Monats voller Stürme sind den derzeit beobachteten Wolken sehr ähnlich und stellen fest, dass die Modelle Sturmwolken gut nachgebildet haben.
Bei Betrachtung dieser Modelle wurde festgestellt, dass Verschmutzung in allen Fällen die Größe, Dicke und Dauer der Ambosswolken erhöht. Aber nur an zwei Orten (den Tropen und China) wird eine intensivere Konvektion beobachtet. In Oklahoma führte die Verschmutzung zu einer sanfteren Konvektion. Diese Inkonsistenz mit dem, was bisher gedacht wurde, legt nahe, dass der Grund keine intensive Konvektion ist.
Das Forscherteam untersuchte die Eigenschaften der Wassertropfen und Eiskristalle in den Wolken genauer und kam zu dem Schluss, dass die Verschmutzung unabhängig von ihrer Position kleinere Tropfen und Eiskristalle hervorbrachte.
Auch bei klarem Himmel sind Eispartikel schwerer und fallen schneller aus den Ambosswolken aus, wodurch sie sich schnell auflösen. Bei verschmutztem Himmel waren die Eiskristalle kleiner und zu leicht, um auszufallen, wodurch größere und haltbarere Wolken entstanden.
Beitrag zur globalen Erwärmung.
Auf der anderen Seite schätzte das Team, wie Sturmwolken zum Heizung oder Kühlung. Diese Wolken kühlen die Erde tagsüber mit ihren Schatten, fangen aber nachts Wärme wie eine Decke ein und machen die Nächte wärmer.
Unter Berücksichtigung der Auswirkungen der Verschmutzung auf Gewitterwolken verstehen wir, dass sie die für die Erde in den kommenden Jahrzehnten vorhergesagte endgültige Erwärmung beeinflussen könnten. Eine genauere Darstellung von Wolken in Klimamodellen ist der Schlüssel zur Verbesserung der Genauigkeit von Vorhersagen zum Klimawandel.
Weitere Informationen: Der Cumulonimbus, Wichtige Erkenntnisse zu atmosphärischen Partikeln in Städten, Blitze werden mit der globalen Erwärmung stärker
Quelle: PNAS