Abschlusskonferenz ROMIC II: Forschende diskutieren, wie der Klimawandel die mittlere Atmosphäre verändert und welche Auswirkungen dies auf Mensch und Umwelt hat
Der Klimawandel hat starke Auswirkungen auf die mittlere Atmosphäre. Untersucht wurden diese mit der BMBF-Fördermaßnahme ROMIC in der FONA-Strategie. Die Erkenntnisse, etwa zur Entwicklung von Ozonschicht und Wolkenbildung, verbessern Klimamodelle.
Der Klimawandel hat unterschiedliche Auswirkungen auf die Atmosphäre, sowohl regional als auch global. Insbesondere in der mittleren Atmosphäre, das heißt von der oberen Troposphäre bis zur unteren Thermosphäre (ca. 10 bis 100 km, vgl. Abb. 1 unten) werden tiefgreifende Veränderungen durch menschliche Einflüsse, unter anderem durch Kohlendioxid- und Methan-Emissionen, beobachtet. Diese werden sich in den kommenden Jahrzehnten weiter verstärken.
Daher war es Ziel der Maßnahme ROMIC, die Bedeutung der mittleren Atmosphäre für das Klima und den Klimawandel zu erforschen. Dafür wurden Erkenntnisse über die Entwicklung der Ozonschicht, über Dynamiken auf regionalen und globalen Skalen bis hin zur Bildung von Wolken gewonnen. Auf einer Konferenz zur Fördermaßnahme präsentierten die Forscherinnen und Forscher jetzt ihre Ergebnisse.
Quantifizierung des Ozonabbaus in der Atmosphäre
Ein Projekt hat beispielsweise das Verständnis des Abbaus von Ozon durch kurzlebige Halogenverbindungen in der Stratosphäre wesentlich vertieft. Diese Halogenverbindungen sind zum einen natürlichen Ursprungs, zum anderen entstehen sie aber auch in großen Mengen durch Industrie, Verkehr und Landwirtschaft. Sie bauen das klimawirksame Ozon in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre besonders stark ab. Ihre Menge, Zusammensetzung und Dynamik war bisher nicht genau bekannt und wurde nun durch das Projekt näher bestimmt. So ergibt sich eine verbesserte Quantifizierung des Ozonabbaus. Dies trägt dazu bei, die Aussagen aktueller Klimamodelle zu präzisieren.
Darüber hinaus wurden in mehreren Projekten die Auswirkungen zukünftiger Klimaszenarien auf die mittlere Atmosphäre untersucht. Forschende haben im Rahmen von ROMIC den Einfluss steigender Mengen von Treibhausgasen in der Mesosphäre auf die zukünftige Entwicklung von Temperaturen, Winden sowie Eisteilchen eingehend untersucht.
Auswirkungen zukünftiger Klimawandelszenarien auf die Atmosphäre
Beispielsweise haben die Forschenden die Bildung von leuchtenden Nachtwolken durch kleinste Eiskristalle oberhalb der Mesosphäre in mehr als 80 Kilometer Höhe (vgl. Abb.) analysiert.
Wie kommt dieses Phänomen zustande? Die Erwärmung der Atmosphäre durch Kohlendioxid, Methan und andere Treibhausgase führt zu mehr Wasserdampf in der Atmosphäre. Kohlendioxid (CO2) erwärmt die untere Atmosphäre (Tropo- und Stratosphäre), kühlt jedoch auf der anderen Seite die Mesosphäre ab. In Kombination mit Wasserdampf entstehen hier schneller Eiskristalle. Die Forschenden vermuten daher, dass dadurch in Zukunft vermehrt leuchtende Nachtwolken auftreten werden.
Inzwischen ist auch bekannt, dass beispielsweise atmosphärische Wellen, sogenannte Schwerewellen als Störungen in der Troposphäre, Stratosphäre sowie Mesosphäre vorkommen und dort Einfluss auf die Atmosphäre haben (vgl. auch Infokasten unten zu Schwerewellen). Bleiben Schwerewellen in der Atmosphäre unberücksichtigt, vergrößern sie die Unsicherheiten bei der Vorhersage von meteorologischen Parametern beträchtlich. Mit Hilfe von Beobachtungen, hochaufgelösten numerischen Simulationen, meteorologischen Realanalysedaten und Klimamodellierungen konnten Schwerewellen im Rahmen von ROMIC genauer untersucht werden.
Durch die Weiterentwicklung von näherungsweisen Ansätzen, sogenannten Parametrisierungen, hat ROMIC wichtige Grundlagen geliefert, damit die Effekte von Schwerewellen in Klimamodellen besser dargestellt werden können. So wurde es möglich, die Auswirkungen auf das troposphärische Klima und auch auf unser Wetter zu quantifizieren.
Die neuen Quantifizierungen und Erkenntnisse von ROMIC werden dazu beitragen, die Grundlagendaten der aktuellen Klimamodelle zu präzisieren und deren Aussagen zu optimieren. So können bestehende Unsicherheiten im Klimaverständnis reduziert und die Vorhersagbarkeit von Klimaänderungen sowie die Wissensbasis für Klimaschutzmaßnahmen wesentlich verbessert werden.
Das BMBF hat die Gesamtmaßnahme mit insgesamt mehr als 15 Millionen Euro in zwei Phasen gefördert. Die zwei Phasen liefen von Juni 2012 bis Dezember 2017 (Phase I) sowie von September 2019 bis März 2023 (Phase II).
Was sind Schwerewellen?
Schwerewellen werden primär in der unteren Atmosphäre angeregt, zum Beispiel bei der Überströmung von Gebirgen, und breiten sich nach oben durch die gesamte Atmosphäre aus. Schwerewellen deponieren Energie und Impuls in der Atmosphäre und beeinflussen damit die Temperatur und die Zirkulation. Für eine korrekte Beschreibung der Atmosphärendynamik in Klima-Modellen ist die Berücksichtigung von Schwerewellen daher unabdingbar. Dies war jedoch bisher nur sehr eingeschränkt der Fall. Aus diesem Grund ist die Anregung und Ausbreitung von Schwerewellen ein aktuelles Forschungsgebiet.