Wolken entpuppen sich als Erwärmungsbremse: Möglicher weiterer Hinweis auf eine niedrigere CO2-Erwärmungswirkung

Die Wolken sind die großen Unbekannten im Klimawandel. Ist es purer Zufall, dass die tropische Wolkenbedeckung in den letzten 30 Jahren deutlich abgenommen hat? Inwieweit verstärken die Wolken den Klimawandel, oder sind sie sogar indirekter Auslöser? Erwärmung durch weniger Wolken oder weniger Wolken durch Erwärmung? IPCC-Modelle gehen davon aus, dass die Wolken den CO2-Effekt verstärken. Vereinfacht ausgedrückt würde eine Erwärmung die niedrigen Wolken reduzieren, was die Erwärmung weiter verstärkt. Allerdings gibt es aus der Wolkenforschung starke Hinweise auf den gegenteiligen Effekt, also ein “negativer Feedback”, was die CO2-Erwärmung dämpfen und nicht verstärken würde (siehe z.B. Lambert et al. 2015, Pyrina et al. 2015, Dolinar et al. 2015).

Am 4. Mai 2017 erschien in den Geophysical Research Letters eine weitere Arbeit die ein negatives Feedback durch Wolken dokumentiert. Ein Forscherteam um Joachim Fallmann simulierte in einem Klimamodell eine Temperaturerhöhung in der Nordsee. Im Modell erhöhten sich daraufhin die niedrigen Wolken, was wiederum abkühlend wirkte. Durch diese negative Rückkopplung wurde die ursprüngliche Temperaturerhöhung letztendlich abgeschwächt, und nicht etwa verstärkt. Fallstudien wie diese werden dringend benötigt, um die IPCC-Modellannahmen zu überprüfen. Hier der Abstract der Arbeit von Fallmann und Kollegen:

Impact of sea surface temperature on stratiform cloud formation over the North Sea
This study presents a numerical simulation assessing the effect of dynamical ocean–atmosphere coupling on the structure of the marine atmospheric boundary layer over the southern North Sea. Using a high-resolution regional coupled ocean-atmosphere prediction system, with a coupling frequency of 1 h, a diurnal variation of sea surface temperature simulated by the ocean model is applied to the atmosphere component. This results in a surface warming in the coupled compared to an atmosphere-only run. Shallow convection initiated by heating of the lower atmosphere by a relatively warmer ocean surface leads local formation of low level clouds between 1300 h and 1700 h in the coupled run. The impact of these clouds in reflecting incoming solar radiation is demonstrated through a relative cooling of the sea surface temperature in the coupled simulation compared to an ocean-only run forced by an atmosphere-only run without representation of ocean-atmosphere interactions.

Der vormal pauschal vom IPCC angenommene Wolken-Verstärker entpuppt sich immer mehr zum Bremsklotz für die Erwärmung. Ein Wissenschaftlerteam um Chen Zhou vermutet sogar, dass hier einer der Gründe für den Erwärmungshiatus der letzten knapp zwei Jahrzehnte zu suchen ist. In Nature Geoscience stellten sie eine Zunahme der Wolkenbedeckung in den Tropen in den 1980er-2000er Jahren fest, trotz globaler Erwärmung. Ein klassischer negativer Feedback. Hier der Abstract der Arbeit, die am 31. Oktober 2016 erschien:

Impact of decadal cloud variations on the Earth’s energy budget
Feedbacks of clouds on climate change strongly influence the magnitude of global warming1, 2, 3. Cloud feedbacks, in turn, depend on the spatial patterns of surface warming4, 5, 6, 7, 8, 9, which vary on decadal timescales. Therefore, the magnitude of the decadal cloud feedback could deviate from the long-term cloud feedback4. Here we present climate model simulations to show that the global mean cloud feedback in response to decadal temperature fluctuations varies dramatically due to time variations in the spatial pattern of sea surface temperature. We find that cloud anomalies associated with these patterns significantly modify the Earth’s energy budget. Specifically, the decadal cloud feedback between the 1980s and 2000s is substantially more negative than the long-term cloud feedback. This is a result of cooling in tropical regions where air descends, relative to warming in tropical ascent regions, which strengthens low-level atmospheric stability. Under these conditions, low-level cloud cover and its reflection of solar radiation increase, despite an increase in global mean surface temperature. These results suggest that sea surface temperature pattern-induced low cloud anomalies could have contributed to the period of reduced warming between 1998 and 2013, and offer a physical explanation of why climate sensitivities estimated from recently observed trends are probably biased low4.

Thorsten Mauritsen vom Hamburger Max-Planck Institut für Meteorologie erläuterte in einem Begleitartikel in Nature Geoscience die Bedeutung des negativen Wolkenfeedbacks. Hier könnte durchaus ein weiterer Hinweis darauf zu finden sein, dass die CO2-Klimasensitivität in Wirklichkeit geringer ist als lange vom IPCC angenommen. Auszüge:

Climate scientists broadly agree that Earth’s equilibrium climate sensitivity — the global warming that occurs a long time after the atmospheric carbon dioxide has been doubled — is likely to be between 1.5 and 4.5 K. Estimates based on climate models often favour the upper end of the range1,2, whereas estimates based on instrumental-record warming tend to arrive at the lower end3,4. This apparent discrepancy is currently the subject of intense research efforts and a number of explanations have been proposed. Writing in Nature Geoscience, Zhou and colleagues5 show that the cloud response to a peculiar pattern of sea surface temperature warming could be the cause of the difference. [...] Thanks to the studies by Zhou and colleagues5 and Gregory and colleagues6, we are now right at the verge of a breakthrough in understanding past warming. In a few years from now we will probably have cracked the problem of deciphering the cause-and-effect relationships between sea surface warming patterns, cloud feedbacks and climate sensitivity. Key to achieving this will be grasping the interaction between deep and shallow tropical clouds through the atmospheric circulation11.