Quelle: Universität Hamburg 20. April 2023.

20. April 2023 – Wenn sich die Atmosphäre mit dem Klimawandel erwärmt, entsteht zusätzlicher Wasserdampf. Dieser wiederum ist selbst ein Treibhausgas, hält die Wärmestrahlung nahe der Erdoberfläche fest und lässt die Temperatur auf der Erde weiter steigen – eine sich selbst verstärkende Rückkopplung. Der Wert der Klimasensitivität zeigt in Grad Celsius an, wie empfindlich die Erde auf Treibhausgase reagiert, wenn sich das CO₂ in der Atmosphäre verdoppelt. Um ihn zu berechnen, muss bekannt sein, wie Rückkopplungsprozesse auf der Erde genau ablaufen.

Solche Prozesse lassen sich mit dem sogenannten langwelligen Rückkopplungsparameter berechnen. Das Forschungsteam um Florian Römer hat diesen Wert nun erstmals mit Satellitendaten spektral berechnet. Spektral bedeutet: Die neue Methode zeichnet erstmals ein detailliertes Bild der Rückkopplung bei verschiedenen Strahlungsfrequenzen.

„Durch die spektrale Auflösung sehen wir genau, welche Strahlungsfrequenzen wie viel zur Rückkopplung beitragen“, so Florian Römer über die neue Methode. „Dadurch können wir die physikalischen Prozesse des Erdklimas sehr viel besser verstehen.“ Frühere Studien haben nur die gesamte Energie – das sogenannte Integral – zur Berechnung des Parameters herangezogen. Dadurch gingen jedoch wertvolle Informationen verloren. Auch die Berechnung des Werts mithilfe von Klimamodellen beruhte oft auf stark vereinfachten Annahmen. Durch die neue Methode verstehen die Forschenden besser, welche Prozesse die Klimasensitivität beeinflussen. Sie bestimmt, wie die Klimazukunft der Erde aussehen wird.

Römer hat auch überraschende Erkenntnisse gewonnen: Bisher gaben Klimamodelle an, dass bei Strahlungsfrequenzen, die besonders effektiv von Wasserdampf zurückgehalten werden, die Rückstrahlung ins Weltall bei einer Temperaturerhöhung konstant bleibt. Der Rückkopplungsparameter beträgt somit ungefähr Null. „Die Daten des analysierten Zeitraums zeigen: Die Strahlung nimmt leicht zu, wenn es wärmer wird“, so Römer. Klimamodelle können mit diesen Daten Schritt für Schritt immer genauer werden. „Unsere Studie zeigt, dass Satellitendaten auch auf diesem Gebiet ein sehr leistungsfähiges Instrument sind. Das ist ein großer Schritt nach vorne“, sagt Römer.

Originalpublikation:
Roemer F, Buehler S, Brath M, Kluft L, and John V (2023): Direct observation of Earth’s spectral longwave feedback parameter; Nature Geoscience, DOI: 10.1038/s41561-023-01175-6,
https://www.nature.com/articles/s41561-023-01175-6,
pdf: https://www.nature.com/articles/s41561-023-01175-6.pdf.

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Quelle: Universität Hamburg.

14. Dezember 2021 – Der Ozeanograph Prof. Dr. Detlef Stammer vom Centrum für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit (CEN) an der Universität Hamburg bekommt die Förderung im Rahmen eines Reinhart Koselleck-Projekts als Einzelperson zugesprochen. Mit solchen Projekten fördert die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) besonders innovative und in einem positiven Sinn risikobehaftete Forschungsansätze.

„In ein solches neues Klimamodell werden alle verfügbaren Messdaten und Beobachtungsdaten einfließen, die uns derzeit vorliegen, um das Modell realistischer zu machen“, sagt Prof. Stammer. Dafür sollen sämtliche vorhandenen Daten der vergangenen 50 Jahre über die Atmosphäre, den Ozean, den Boden oder das Meereis in das Modell eingespeist werden, zum Beispiel Temperatur, Niederschlag oder Kohlenstoffgehalt – weltweit und in unzähligen Zeitschritten. Ein Mammutprojekt.

Einen Namen hat das Vorhaben auch schon: EARTHRA. Dies steht für Erdsystem-Reanalyse. Das Ziel ist, das Klima der vergangenen 50 Jahre so zu simulieren, dass das Modell mit möglichst allen tatsächlichen Klimabeobachtungen übereinstimmt. Gelingt dies, würde sich ein riesiger Fundus an Wissen über die Vergangenheit eröffnen, denn das Modell könnte auch fehlende Messdaten ergänzen. Zudem würde es Klimavorhersagen für die Zukunft substanziell verbessern, und Wechselwirkungen und Fernwirkungen von Klima-Phänomenen könnten systematischer als bisher erforscht werden. „Wenn wir erfolgreich sind, wird das die weltweite Klimamodellierung enorm voranbringen. Auf solch ein Instrument hat die Forschungsgemeinde lange gewartet. Ich freue mich sehr, dass wir jetzt beginnen können“, so Stammer.

Universitätspräsident Univ.-Prof. Dr. Dr. h.c. Dieter Lenzen gratuliert: „Die Förderung im Rahmen der Reinhart Koselleck-Projekte der DFG zeigt einmal mehr die Spitzenklasse der Klimaforschung an der Universität Hamburg. Gerade dieser innovative Forschungsansatz von Prof. Stammer wird die Datenlage in der Klimaforschung maßgeblich voranbringen.“

Zunächst gilt es jedoch, methodische Herausforderungen anzugehen. Ein Erdsystemmodell setzt sich aus mehreren Teilmodellen zusammen. Es gibt beispielsweise je ein Modell für die Atmosphäre, den Ozean, die Vegetation – oder auch für Stoffkreisläufe wie den Kohlenstoffkreislauf auf der Erde. In jedem Teilmodell werden die physikalischen oder chemischen Prozesse möglichst genau durch mathematische Formeln beschrieben. Doch auch das detaillierteste Rechenmodell bleibt stets eine Vereinfachung der realen Welt und produziert deshalb auch Fehler. So ist es möglich, dass sich die neu eingespeisten Daten an verschiedenen Stellen widersprechen und dadurch auf Modellprobleme hinweisen. „Solche Unstimmigkeiten werden wir nutzen, um das Rechenmodell weiter zu verbessern, zum Beispiel indem wir gezielt bestimmte Parameter des Modells anpassen“, sagt Prof. Stammer.

In dieser Weise werden die Forschenden verschiedene Bereiche testen und überprüfen, welche Bausteine im weltweiten Klimarechenmodell verbessert werden müssen. Mithilfe der DFG-Förderung kann Prof. Stammer dafür über einen Zeitraum von fünf Jahren mehrere Stellen schaffen.

Prof. Dr. Detlef Stammer ist Direktor des Centrums für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit (CEN) und Sprecher des Exzellenzclusters „Climate, Climatic Change, and Society“ (CLICCS) an der Universität Hamburg sowie Leiter des World Climate Research Programme (WCRP).

Weitere Informationen zu den Reinhart Koselleck-Projekten sind auf den Seiten der DFG zu finden.

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