Meteorologie Wolkenzählung soll größtes Klimarätsel lösen

Wolken entscheiden darüber, wie stark die Klimaerwärmung ausfällt - doch niemand weiß, ob sie mehr werden oder weniger. Jetzt wird gezählt.

DWD, MPI-M

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Vor ein paar Tagen gewitterte es im Westen Afrikas - das gewöhnliche Wetterphänomen geriet zur großen Show für Wissenschaftler: Genauer als je zuvor verfolgten sie an ihren Computerbildschirmen, wie die Gewitter zu einem riesigen Sturmwirbel verschmolzen, zum Hurrikan "Gaston".

Das Besondere: Auf den neuen Wettersimulationen der Forscher sind selbst kleine Wolken erkennbar - die sieht man bislang nur auf Satellitenfilmen, aber nicht auf den Simulationen, die Klimaprognosen ermöglichen.

Die bunten Filme versetzen Forscher regelrecht in Ekstase - die präzisen Wetterbilder könnten das größte Rätsel der Klimaforschung lösen: Wie schlimm wird die Erwärmung?

Mehr Schatten - oder weniger?

Wolken entscheiden darüber, wie stark der Mensch das Klima ändert. Doch es mangelt an Grundwissen, selbst der grobe Trend ist unbekannt: Werden Wolken mehr oder weniger im Zuge der Erwärmung? Niemand weiß es.

Die Frage ist entscheidend: Mehr der tief fliegenden Schattenspender würden die Erwärmung bremsen, weniger von ihnen hingegen würden dafür sorgen, dass mehr Sonnenstrahlung den Boden erreicht - die Erwärmung würde verstärkt.

Doch bislang sind auf Klimasimulationen keine einzelnen Wolken erkennbar. In die Rechnungen fließen lediglich Schätzwerte ein - für Gebiete von der Größe deutscher Bundesländer geben die Rechnungen zum Beispiel an: 30 Prozent Bewölkung für einen bestimmten Zeitpunkt.

Seit 25 Jahren kein Fortschritt

Die Vereinfachungen stellen die Klimaprognosen nicht komplett in Frage: Schließlich sollen sie nicht das exakte Wetter, sondern das durchschnittlich herrschende Klima vorhersagen, also grobe Veränderungen zeigen.

Die Unsicherheiten der Rechnungen sind aber doch so groß, dass der Uno-Klimarat trotz aller Warnungen vor drohenden Umweltveränderungen nur grobe Spannen für die zu erwartende Erwärmung angibt: Würde sich die Menge des Treibhausgases CO2 in der Luft verdoppeln, dürfte sich die globale Durchschnittstemperatur in Bodennähe um 1,5 bis 4,5 Grad erhöhen, fasst der Klimarat den Stand des Wissens zusammen.

Vor allem das Unwissen über die Wolken sorgt für die große Unsicherheit. Trotz abertausender Forschungsprojekte ließ sich die Spanne seit 25 Jahren nicht verkleinern - die Klimaforschung kommt bei ihrer Schicksalsfrage nicht voran.

"Erstmals Kopien der Wirklichkeit"

Zwei teure Neuerungen sollen das nun ändern: neue Simulationen und Forschungsflugzeuge.

Ihre genauen Hurrikan-Simulationen seien nur möglich, weil neue Computer in Klimaforschungszentren in Hamburg und im britischen Reading doppelt so viel Rechenleistung brächten wie ihre Vorgänger, sagt Matthias Brueck vom Max-Planck-Institut für Meteorologie (MPI).

Der Klimatologe spricht von Goldgräberstimmung seiner Zunft. "Erstmals haben wir mit den Simulationen genaue Kopien der Wirklichkeit", freuen sich auch Daniel Klocke vom Deutschen Wetterdienst und Cathy Hohenegger vom MPI, die die Modellierungen unterstützen.

Wie passend, dass auch die Flotte der Forschungsflugzeuge modernisiert wurde. Mit "Halo" verfügt die deutsche Klimaforschung nun über ein Flugzeug, das mit 15 Kilometern weitaus höher fliegen kann als seine Vorgänger. Es hat ein breites Arsenal an Geräten an Bord, die etwa Hurrikane von oben vermessen können.

Den Wolken entgegen fliegen

Mit den Flugzeugdaten lasse sich prüfen, wie gut die Computersimulationen das reale Wettergeschehen wiedergeben, betont Brueck.

Hurrikan "Gaston" bot den Forschern nun beste Gelegenheit: Sie ließen ihre neuen Simulationen laufen, die zeigten, wie sich "Gaston" Richtung Amerika über den Atlantik schob. Dann flogen die Forscher dem Wetterungetüm mit "Halo" entgegen - und zählten die Wolken, um zu kontrollieren, ob die Simulationen tatsächlich die Wirklichkeit abbildeten. Die Daten werden noch ausgewertet.

Je realistischer die Simulationen wären, desto besser gerieten künftige Hurrikan-Warnungen, sagt Brueck: Bislang lässt sich nicht vorhersagen, aus welchen Gewittern Hurrikane werden. Die Simulationen aber verrieten den Zustand der Wirbel im Detail, sogar die Menge der Energie im Innern ließe sich erkennen.

Wolken schälen sich heraus

Die Simulationen wären demnach schlauer als die Wetterdaten, die ihnen zugrunde liegen: Die stammen vom Europäischen Wetterdienst ECMWF und sind auf 15 Quadratkilometer genau - einzelne Wolken fallen also durchs Raster, sind nicht erkennbar.

Die neuen Animationen aber rechnen die Wetterdaten so präzise in die Zukunft, dass sich in den Filmen einzelne Wolken herausschälen. Die entscheidende Frage lautet nun: Wie genau sind die Simulationen?

Zur Klärung startet "Halo" im Winter und im Sommer, um bei unterschiedlichem Wetter die reale Bewölkung mit den Simulationen zu vergleichen. Die Wolkenzählung soll zeigen, wie Bewölkung auf Erwärmung reagiert - und damit endlich genauere Klimaprognosen ermöglichen.

Cumulonimbus: Aufsteigende Warmluft erzeugt einen Sog, die Wolke wächst.

Nimbostratus: Dicke, dunkle Wolken, die meist Regen bringen.

Cumulonimbus calvus: Die aufquellenden Wolken können der Ursprung von Gewittern sein.

Tiefe Wolken: Ihre Unterseite erscheint schwarz, sie liegt im Schatten. Doch Regen fällt meist nicht aus den kleinen Gebilden.

Cumuluswolken im Sonnenuntergang

Schönwetterwolke (Cumulus): An Sommertagen steigt feuchte Warmluft auf und kondensiert zu isolierten, scharf abgegrenzten Bäuschen.

Gewitter im Anmarsch: Blitze, Donner, Sturm und Niederschlag drohen.

Wolkenfront im Sonnenuntergang: Eine ausgewachsene Wolke kann hundert Millionen Tonnen Wasser aufnehmen, heftige Schauer drohen.

Gewitter: In den Wolken kann sich durch aufsteigende Winde eine Spannung von Hunderten Millionen Volt aufbauen. Wird die elektrische Spannung zu groß löst sie sich mit einem Schlag, es blitzt.

Stratocumulus: Das fleckige Wolkenmosaik kühlt tiefere Luftschichten.

Altocumulus: Die Haufenwolken kühlen die Erde, sie spenden Schatten



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