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Das wolkige Südpolarmeer weist in den neuesten IPCC-Klimamodellen ein verbessertes Strahlungsbudget auf, aber es gibt immer noch erhebliche Verzerrungen in den simulierten physikalischen Eigenschaften von Wolken über dem Südpolarmeer. Diese Vorurteile werden weitgehend widerlegt, wenn sie gemeinsam die Strahlungswirkung der Wolke beeinflussen. Das Wolkenbild wird vom FY-3D-Satelliten erfasst. Bildnachweis: Nationales Meteorologisches Satellitenzentrum der Chinesischen Meteorologischen Verwaltung
Wolken können die Oberfläche des Planeten kühlen oder erwärmen, ein Strahlungseffekt, der erheblich dazu beiträgt globales Energiebudget und kann durch menschengemachte Verschmutzung verändert werden. Treffend Südpolarmeer genannt, der südlichste Ozean der Welt, ist er weit entfernt von menschlicher Verschmutzung, aber reichlich Meeresgasen und Aerosolen ausgesetzt. Es ist zu etwa 80% mit Wolken bedeckt. Wie trägt dieses Wasser und seine Beziehung zu den Wolken zum Klimawandel bei?
Wissenschaftler forschen immer noch, um das herauszufinden, und sie sind jetzt einen Schritt näher gekommen, dank einer internationalen Zusammenarbeit, die Kompensationsfehler in häufig verwendeten Klimamodellierungsprotokollen identifiziert, die als bekannt sind CMIP6. Sie veröffentlichten ihre Ergebnisse heute (20. September) in der Zeitschrift Fortschritte in der Atmosphärenwissenschaft.
Wolkenstrahlungseffekt
Wolken können als Treibhausbestandteil wirken, um die Erde zu erwärmen, indem sie den ausgehenden langwelligen Infrarotstrahlungsfluss an der Spitze der Atmosphäre einfangen. Wolken können auch die planetarische Albedo verstärken, indem sie kurzwellige Strahlung der Sonnenstrahlung zurück in den Weltraum reflektieren, um die Erde zu kühlen. Der Nettoeffekt der beiden konkurrierenden Prozesse hängt von der Höhe, Art und den optischen Eigenschaften der Wolken ab. Der Wolkenstrahlungseffekt (CRE) auf den aktuellen Strahlungshaushalt der Erde kann aus Satellitendaten abgeleitet werden, indem die Auftriebsstrahlung in bewölkten und nicht bewölkten Regionen verglichen wird.
„Vorurteile über Wolken und Strahlung über dem Südpolarmeer sind seit langem ein Problem in früheren Generationen globaler Klimamodelle“, sagte der korrespondierende Autor Yuan Wang. Heute ist er Associate Professor am Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences der Purdue University. „Nachdem die neuesten CMIP6-Modelle veröffentlicht wurden, waren wir gespannt, wie sie funktionieren und ob die alten Probleme noch vorhanden sind.“
CMIP Phase 6 (CMIP6) ist ein Projekt des World Climate Research Programme (WCRP). Es ermöglicht die systematische Bewertung von Klimamodellen, um ihre Beziehung zueinander und zu Daten aus der realen Welt zu klären. In dieser Studie analysierten Wang und die Forscher fünf der CMIP6-Modelle, die als Standardreferenzen dienen.
Wang sagte, die Forscher seien auch durch andere Studien auf diesem Gebiet motiviert, die auf die Bewölkung des Südlichen Ozeans als einen Faktor hinweisen, der zur hohen Empfindlichkeit einiger CMIP6-Modelle beiträgt, wenn die Simulationen eine Oberflächentemperatur vorhersagen, die für die Geschwindigkeit zu schnell ansteigt. von erhöhter Strahlung. Mit anderen Worten, die Wolken im Südpolarmeer könnten bei falscher Simulation einen Schatten auf die Projektion des zukünftigen Klimawandels werfen.
„Dieses Papier betont die Kompensation von Fehlern in den physikalischen Eigenschaften der Wolken, trotz der allgemeinen Verbesserung der Strahlungssimulation über dem Südlichen Ozean“, sagte Wang. „Mit Weltraumsatellitenbeobachtungen sind wir in der Lage, diese Fehler in den simulierten mikrophysikalischen Eigenschaften von Wolken zu quantifizieren, einschließlich Wolkenanteil, Wolkenwassergehalt, Wolkentröpfchengröße und mehr, und weiter aufzuzeigen, wie jeder zur allgemeinen Verzerrung des Strahlungseffekts beiträgt die Wolken.“
Die Strahlungswirkung von Wolken – wie Wolken mit Strahlung interferieren, um die Oberfläche zu erwärmen oder zu kühlen – wird weitgehend von den physikalischen Eigenschaften der Wolke bestimmt. „Die Strahlungseffekte von Wolken in CMIP6 ähneln Satellitenbeobachtungen, aber wir haben festgestellt, dass es große kompensierende Verzerrungen im Weg des flüssigen Wassers in der Wolkenfraktion und im effektiven Radius des Tropfens gibt“, sagte Wang. „Die Hauptimplikation ist, dass, obwohl die neuesten CMIP-Modelle die Simulation ihrer mittleren Zustände verbessern, wie etwa Strahlungsflüsse an der Spitze der Atmosphäre, die detaillierten Wolkenprozesse immer noch mit großer Unsicherheit verbunden sind.“
Laut Wang erklärt diese Diskrepanz auch teilweise, warum die Bewertungen der Klimasensitivität des Modells nicht sehr gut abschneiden, da diese Bewertungen auf der detaillierten Physik des Modells beruhen – und nicht auf der durchschnittlichen Zustandsleistung – um die Gesamtwirkung auf das Klima zu bewerten.
„Unsere zukünftige Arbeit wird darauf abzielen, individuelle Parametrisierungen zu ermitteln, die für diese Verzerrungen verantwortlich sind“, sagte Wang. „Hoffentlich können wir eng mit Modellentwicklern zusammenarbeiten, um sie zu lösen. Schließlich ist das ultimative Ziel jeder Modellbewertungsstudie, zur Verbesserung dieser Modelle beizutragen.“
Referenz: „Compensating for Errors in Radiant and Physical Properties of Clouds Over the Southern Ocean in the CMIP6 Climate Models“ von Lijun Zhao, Yuan Wang, Chuanfeng Zhao, Xiquan Dong und Yuk L. Yung, 20. September 2022, Fortschritte in der Atmosphärenwissenschaft.
DOI: 10.1007/s00376-022-2036-z
Weitere Mitwirkende sind Lijun Zhao und Yuk L. Yung, Department of Geology and Planetary Sciences, California Institute of Technology; Chuanfeng Zhao, Institut für Atmosphären- und Ozeanwissenschaften, Fakultät für Physik, Peking-Universität; und Xiquan Dong, Institut für Hydrologie und Atmosphärenwissenschaften, University of Arizona.
