Werden Veränderungen der Wolken die globale Erwärmung verschärfen? Lasst uns heute sitzen und den Wolken beim Aufsteigen zusehen

Wenn wir uns unter einem klaren Himmel in der Sonne aalen, ist uns möglicherweise nicht bewusst, dass die Wolken über unseren Köpfen still und leise die Temperatur der Erde beeinflussen.

Wolken spielen eine komplexe und entscheidende Rolle bei der Regulierung des Erdklimas. Wissenschaftler haben umfangreiche Forschungen zu den Rückkopplungsmechanismen der Wolkenstrahlung durchgeführt. Im Dezember 2024 wies eine in Science veröffentlichte Studie darauf hin, dass die Gesamtmenge der tiefliegenden Wolken auf der Erde stark zurückgegangen ist und ihre Fähigkeit, Sonnenlicht zu reflektieren, allmählich nachgelassen hat, was wiederum die globale Erwärmung verschärft hat . Im Januar 2025 wies eine in Nature veröffentlichte Studie darauf hin, dass Veränderungen der Wolken zu einer Abschwächung der langwelligen Strahlung am Boden führen, was den Trend zur globalen Erwärmung bis zu einem gewissen Grad abmildern kann.

Bildquelle: Science

Wie tragen Wolken also zur Regulierung des Erdklimas bei? Heute ist Welttag der Meteorologie. Lassen Sie uns gemeinsam das Geheimnis der Wolken lüften.

01 Die Klimawirkung der Wolken: „Sonnenschutz“ und „Wärmedecke“ zugleich

Wolken sind das komplexeste Klimaregulierungssystem und beeinflussen den Energiehaushalt der Erde durch zwei gegensätzliche Mechanismen. Speziell:

(1) Kühleffekt

Die Wolkendecke hat erhebliche Auswirkungen auf die Temperatur, ein wichtiger Aspekt ist die kühlende Wirkung. Beispielsweise können niedrige Wolken (wie Stratocumulus- und Cumulonimbuswolken), die aus winzigen und dichten Wassertröpfchen bestehen, 30 bis 60 % der kurzwelligen Sonnenstrahlung reflektieren und so wie ein „ Sonnenschirm “ für die Erde wirken. Das Albedo von Cumulonimbuswolken (Anmerkung: die Fähigkeit der Erde, Sonnenstrahlung in den Weltraum zurückzureflektieren) beträgt etwa 0,9. Dies bedeutet, dass der größte Teil (90 %) der auf Cumulonimbuswolken treffenden Sonnenstrahlung in den Weltraum zurückreflektiert wird. Dieser „Sonnenschirmeffekt“ kann die Energieaufnahme der Erde wirksam reduzieren und die Oberflächentemperatur senken.

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(2) Treibhauseffekt

Hohe Wolken (wie Zirruswolken) bestehen aus Eiskristallen. Beeinflusst durch die optischen Eigenschaften der Eiskristalle und die vertikale Struktur der Atmosphäre reflektieren und absorbieren sie nur wenig kurzwellige Sonnenstrahlung, ihre Absorptionskapazität für langwellige Strahlung ist jedoch mehr als dreimal so hoch wie die von flüssigen Wolken. Sie absorbieren einen großen Teil der von der Oberfläche abgegebenen langwelligen Strahlung und strahlen die Wärme wieder an den Boden ab. Besonders deutlich wird dieser Treibhauseffekt nachts, beispielsweise durch tiefliegende Wolken, die auch nachts langwellige Strahlung zur Erde abgeben und die Erde sozusagen mit einer „ Wärmedecke “ bedecken. Dies ist an bewölkten und wolkenlosen Morgen im Winter deutlich zu spüren. Wenn die Nacht sternenklar und der Himmel wolkenlos ist, sind die Morgen im Allgemeinen ungewöhnlich kalt. Wenn die Nacht jedoch dicht bewölkt ist, sind die Morgentemperaturen milder. Dies ist die Manifestation des Treibhauseffekts von Wolken.

Insgesamt macht diese doppelte Strahlungseigenschaft Wolken zu einem „dynamischen Regulator“ des Energiehaushalts der Erde.

02 Da Wolken die vom Boden aufgenommene Wärmemenge verringern können, stellt sich die Frage, warum sie die globale Erwärmung möglicherweise sogar verschlimmern?

Untersuchungen zeigen, dass die Wolkendecke der Erde pro Jahrzehnt um etwa 1,5 % abnimmt. Diese scheinbar kleine Veränderung kann eine Kettenreaktion auslösen. Im Allgemeinen ist die Gesamtkühlungswirkung von Wolken größer als der Treibhauseffekt , doch der Klimawandel und menschliche Aktivitäten beeinflussen still und leise die Bildung und Auflösung von Wolken und beeinträchtigen über den Rückkopplungsmechanismus der Wolkenstrahlung zusätzlich die regulierende Wirkung der Wolken auf das Klima.

Studien haben gezeigt, dass eine starke Abnahme der marinen Wolkendecke in geringer Höhe das Albedo der Erde verringert und dadurch die globale Erwärmung verschärft. Weitere Untersuchungen zu den Gründen für den Rückgang ergaben, dass einerseits das anhaltende Schmelzen von Schnee und Meereis die für die Bildung von Wolken in geringer Höhe erforderlichen Wasserdampf- und Abkühlungsbedingungen veränderte; Andererseits reduzierte die Optimierung der Luftqualität die Bildung von Wolkenkondensationskeimen. Darüber hinaus beeinträchtigen durch den natürlichen Klimawandel verursachte Veränderungen der Luftzirkulation und der Meeresströmungen auch die Bildung und Verteilung von Wolken in geringer Höhe.

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Im Allgemeinen werden die dynamischen Veränderungen der Wolken sowohl von natürlichen als auch von menschlichen Faktoren beeinflusst und ihre Entstehungs- und Auflösungsmechanismen sind komplex und miteinander verbunden .

Die Treibhausgasemissionen haben seit der industriellen Revolution zugenommen und Studien haben gezeigt, dass erhöhte Konzentrationen von Kohlendioxid und Methan die Bildung von Stratocumuluswolken bzw. Zirruswolken beeinflusst haben. Die Emission anthropogener Aerosole beeinflusst die Wolkenmenge und -lebensdauer. Die durch die Urbanisierung bedingten Landnutzungsänderungen werden das Oberflächenalbedo und die Evapotranspiration verringern und so die Wolkenbildung hemmen.

03 Warum gelten Wolken als einer der unsichersten Faktoren bei der Klimavorhersage?

Die Zusammensetzung von Wolken und die physikalischen Prozesse in Wolken sind komplex und die Beobachtung von Wolkenveränderungen war schon immer eine große Herausforderung, was zu Schwierigkeiten bei der Untersuchung von Wolkenrückkopplungsmechanismen geführt hat. Obwohl moderne Klimamodelle die Zugbahnen von Taifunen genau simulieren können, basieren die globalen Klimamodelle, die derzeit zur Vorhersage des Klimawandels in den nächsten Jahrzehnten verwendet werden, hauptsächlich auf Gleichungen der Atmosphärendynamik. Diese erschweren eine genaue Simulation der Wolkenveränderungen und machen Vorhersagen über die Auswirkungen der Wolken auf die Klimaerwärmung mit großen Unsicherheiten behaftet . Die globale Erwärmung löst Veränderungen der Wolken aus, die sich über den Rückkopplungsmechanismus der Wolkenstrahlung weiter auf das Klima auswirken. Allerdings liefern aktuelle Modelle sehr unterschiedliche Vorhersagen darüber, in welchem ​​Ausmaß diese Rückkopplungen die Klimaerwärmung beeinflussen werden.

Nach Jahren harter Arbeit haben Wissenschaftler erhebliche Fortschritte bei der Verbesserung der Genauigkeit von Wolkenstrahlungssimulationen erzielt. Einige Wissenschaftler streben auch auf der Grundlage von Beobachtungsdaten nach Durchbrüchen. Sie verlassen sich nicht mehr auf komplexe Messungen der physikalischen Eigenschaften von Wolken, sondern verwenden stattdessen Daten zur Wellenlänge elektromagnetischer Wellen, die Wolken und langwellige Strahlung reflektieren können, um physikalische Prozesse zu analysieren.

Bis zur vollständigen Beantwortung der Frage „welche kombinierten Auswirkungen Wolkenveränderungen auf das Klima haben“, ist es allerdings noch ein weiter Weg. Wissenschaftler arbeiten daher gemeinsam daran, dieses Problem aus verschiedenen Blickwinkeln anzugehen. Beispielsweise kann mithilfe von Nebelkammergeräten die Mikrophysik der Wolken erforscht werden und der Zustand der Atmosphäre kann durch die Entwicklung hochauflösender Klimamodelle simuliert werden, um die Vorhersagegenauigkeit zu verbessern. Auch Machine-Learning-Algorithmen können auf Basis von Cloud-Parsing-Modellen eine unterstützende Rolle spielen. Darüber hinaus wird die Entwicklung eines modernen, umfassenden meteorologischen Beobachtungssystems auch genauere Wolkendaten liefern und so die Untersuchung der Strahlungsbilanz der Erde maßgeblich unterstützen.

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04 Fazit

Die Geschichte der Wolken zeigt uns, dass das Klimasystem weitaus komplexer und fragiler ist, als wir dachten. Wir müssen zusammenarbeiten, um diese blaue Kuppel zu schützen – denn jede Wolke trägt den Atem der Zukunft der Erde in sich.

Die Öffentlichkeit kann saubere Energie nutzen, um die Verbrennung fossiler Brennstoffe zu reduzieren, kohlenstoffarme Reisemethoden zu wählen, den Kohlenstoffausstoß zu verringern und die Treibhausgaskonzentrationen zu reduzieren, um die Auflösung der Wolken, insbesondere der niedrigen Wolken, zu verlangsamen; Umweltschutzmaßnahmen unterstützen, die Kontrolle der Aerosolemission fördern und mikrophysikalische Prozesse in Wolken ausgleichen; das Klimabewusstsein und bewusstes Handeln stärken und eine systematische Klima-Governance fördern.

Autor: Cui Guohui, Reporter des Meteorological Publicity and Science Center der China Meteorological Administration (China Meteorological News Agency)

Gutachter: Wei Ke, Forscher am Institut für Atmosphärenphysik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, stellvertretender Direktor des Monsunsystem-Forschungszentrums

Produziert von: Science Popularization China

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