Wolken sind einer der grössten Unsicherheitsfaktoren, wenn es darum geht, das Ausmass der Erderwärmung bis zum Ende des Jahrhunderts vorherzusagen. Cumuluswolken in niedrigen Schichten der Atmosphäre reflektieren Sonnenlicht und kühlen so die Erdoberfläche. Um besser zu verstehen, wie sich die Wolkenbedeckung mit dem Klimawandel verändert, startete ein internationales Team am 20. Januar 2020 eine Messkampagne bei der Karibikinsel Barbados.

 von Annette Kirk

Viele der derzeitigen Prognosen verheissen nichts Gutes. Die komplexen Klimamodelle sagen voraus, dass sich durch die Erderwärmung künftig in den Tropen, die heute noch von breiten Wolkenbändern bedeckt sind, weniger Wolken bilden werden. Die dunklen Land- und Meeresoberflächen würden dann mehr Sonnenlicht absorbieren, sich weiter aufheizen und den Klimawandel auf diese Weise weiter ankurbeln. Einfachere Modelle kommen zu gegenteiligen Ergebnissen. Um zu klären, ob die positive Rückkopplung eintreten und wie stark sie gegebenenfalls ausfallen wird, haben 40 Forschungseinrichtungen in einer deutsch-französischen Initiative das Projekt EUREC4A aufgesetzt. Es baut auf einer jahrzehntelangen Zusammenarbeit mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Caribbean Institute for Meteorology and Hydrology auf Barbados auf.

«Wir werden überprüfen, ob das Verhalten von Modellen korrekt ist, die eine starke Abnahme der Bewölkung mit der Erwärmung zeigen», sagt Bjorn Stevens, Direktor am Max-Planck-Institut für Meteorologie in Hamburg und einer der Initiatoren der Kooperation. «Falls ja, würde es bedeuten, dass höhere Schätzungen der zu erwartenden Erwärmung durch ansteigendes CO2 plausibler sind.» Bei der Frage, wie Wolken auf den Klimawandel reagieren, gebe es noch viel Unsicherheit. «Wir wollen dies mit EUREC4A ändern.»

Um die Prognosen der Modelle überprüfen zu können, werden die Forscher der Kooperation nun Messdaten sammeln. Viele Messdaten, denn die Wolkenbildung wird von zahlreichen Faktoren beeinflusst, etwa von der vertikalen Durchmischung der Luft, der Turbulenz an der Erdoberfläche und der grossräumigen Zirkulation, also dem globalen Kreislauf von Luftströmungen. «Die niedrigen Wolken bei Barbados sind repräsentativ für die Wolken, die in den Passatwindregionen in den gesamten Tropen zu finden sind», sagt Sandrine Bony, Wissenschaftlerin am Laboratoire de Météorologie Dynamique in Paris und ebenfalls Leiterin der Kooperation. «Daher wird das, was wir aus EUREC4A lernen werden, nicht nur unserem Verständnis der Wolken vor Barbados, sondern auch der tropischen Wolken im Allgemeinen dienen.»

Ein aussagekräftiges Bild von den Bedingungen und Prozessen, bei denen Wolken entstehen, ergibt sich allerdings erst aus Daten eines relativ grossen Gebiets. Daher hat die EUREC4A-Kooperation fünf Forschungsflugzeuge zusammengebracht, die östlich von Barbados in verschiedenen Höhen unterschiedliche Gebiete mit jeweils rund 200 Kilometer Durchmesser überfliegen. Drei der Flieger, darunter das Forschungsflugzeug Halo des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt, an dem auch die Max-Planck-Institute für Meteorologie und Chemie beteiligt sind, werden für die Kampagne eigens auf Barbados stationiert.

Zudem werden vier hochseetaugliche Forschungsschiffe das Untersuchungsgebiet durchkreuzen, darunter die deutschen Forschungsschiffe Meteor und Maria S. Merian. Die Bremer Max-Planck-Forscher untersuchen unter anderem die Rolle von Meeresorganismen im Kohlenstoffhaushalt. Zwei Göttinger Max-Planck-Teams werden von den beiden Schiffen Ballondrachen bis zu zwei Kilometer hoch in die Atmosphäre steigen lassen, um die Mikrophysik und die Rolle turbulenter Strömungen bei der Entstehung von Wolkentröpfchen zu erforschen.

Eine Art Basisstation hat die EUREC4A-Kampagne mit dem Barbados-Wolkenobservatorium, dessen Messungen unter anderem von Fernerkundungen mit Erdbeobachtungssatelliten und Untersuchungen des flexibel steuerbaren Wetterradars POLDIRAD (Polarization Diversity Doppler Radar) flaniert werden. Mit den Daten wollen die Forscher nicht nur die Vorhersagen der Klimamodelle überprüfen, sondern auch dazu beitragen, die grosse Streubreite der Vorhersagen, wie stark das Klima auf die weiter steigende Menge an Treibhausgasen in der Atmosphäre reagieren wird, einzugrenzen. «Die Abschätzungen der Klimasensitivität sind nach wie vor sehr unsicher, und die meisten dieser Unsicherheiten sind auf die Reaktion der niedrigen Wolken in den Tropen, insbesondere in den Passatwindregionen, zurückzuführen», sagt Sandrine Bony. Angesichts der grossen Datenmenge, die bei den EUREC4A-Messungen anfällt, wird es jedoch ein paar Jahre dauern, ehe die Forschenden die vielen Puzzleteile zu einem umfassenden Bild zusammengesetzt haben werden. Dann werden sie möglicherweise auch die Fragen beantworten können, ob die kühlende Wolkendecke der Tropen mit dem Klimawandel löchrig wird, und wenn ja, wie sehr die Erderwärmung dadurch verstärkt wird.