Wolken bilden sich aus Partikeln in der Atmosphäre. Extreme Wetterereignisse - wie Überschwemmungen oder Schneestürme - sind mit der Produktion grosser Mengen an Eis in der Bewölkung verbunden. In der Luft schwebende biologische Partikel wie Pollen, Bakterien, Sporen oder Pflanzenmaterial sind besonders anfällig für die Förderung der Eisbildung im Inneren der Wolken. An der EPFL zeigen Klimaforscher, dass diese Partikelkonzentrationen mit steigenden und fallenden Temperaturen schwanken. Die Ergebnisse werden in der Zeitschrift Climate and Atmospheric Sciences der Fachgruppe Nature veröffentlicht.
"Biologische Partikel sind sehr effektiv bei der Bildung von Eis in den Wolken, und dieses Eis ist für die meisten Niederschläge auf unserem Planeten verantwortlich, weil es sehr schnell vom Himmel fällt. Massive Eisbildungen werden auch mit extremen Wetterereignissen in Verbindung gebracht", erklärt Thanos (Athanasios) Nenes vom Laboratoire des processus atmosphériques et de leurs impacts an der EPFL, der die Studie zusammen mit dem Postdoc-Forscher Kunfeng Gao geleitet hat.
"Angesichts unserer Entdeckung müssen die Wetter- und Klimamodelle unbedingt die biologischen Partikel berücksichtigen, zumal erwartet wird, dass sie mit der globalen Erwärmung in grösseren Mengen gefunden werden". Die derzeitigen Modelle berücksichtigen weder die Auswirkungen dieser Partikel noch ihre zyklische Natur. Dadurch entgehen ihnen in ihren aktuellen und zukünftigen Vorhersagen potenziell wichtige Wolkenmodulatoren und Niederschlagsfaktoren.
Der Berg Chelmós als Fallstudie für die Alpenregion
Die Studie betrachtet Luftproben und deren biologischen Inhalt, die am Berg Chelmós in einer alpinen Region in Griechenland entnommen wurden. In einer Höhe von bis zu 2350 Metern ist der Gipfel das ganze Jahr über häufig bewölkt und unterliegt dem Einfluss biologischer Emissionen aus dem tiefer gelegenen alpinen Wald. Während des Tages, wenn die Temperaturen steigen, setzen die Wälder Pollen, Bakterien, Pilzsporen und Pflanzenmaterial frei. Die Emissionen erreichen ihren Höhepunkt zur Mittagszeit, wenn die Sonne im Zenit steht, und sind während der Nacht am niedrigsten."Wir haben herausgefunden, dass die Anzahl der Partikel, die einen Eiskern bilden können, relativ zur Menge der biologischen Partikel ist, und dass beide eine stark korrelierte Tagesperiodizität zeigen. Die Zunahme biologischer Partikel kann zu Wolkenbildungen beitragen, die dann Niederschlag produzieren", schlussfolgert Kunfeng Gao.
Thanos Nenes nahm am IPCC Scoping Meeting in Malaysia teil, um zur Festlegung der Kapitel beizutragen und den Inhalt des siebten Sachstandsberichts des Gremiums zu bestimmen. "Unsere Ergebnisse kommen genau zum richtigen Zeitpunkt", erklärt er. Als wissenschaftlicher Koordinator des europäischen CleanCloud -Projekts führt er derzeit am Berg Chelmós eine zweite Kampagne mit dem Titel CHOPIN durch. Sein Team setzt mehr Instrumente ein, um die Art der biologischen Partikel in der Atmosphäre zu identifizieren, die die Bildung von Tröpfchen und Eis in den Wolken induzieren. Mit einer ganzen Batterie von Wolkenradaren, Aerosol-Lidaren, Drohnen, Ballonsonden und direkten Luftproben (mit und ohne Wolken) können die Wissenschaftler in einem nie dagewesenen Detailgrad charakterisieren, wie jedes biologische Partikel zur Wolkenbildung beiträgt und welche Partikel dabei am effektivsten sind. Ziel ist es, die Wetter- und Klimaprognosen zu verbessern.
"Die Daten, die wir sammeln, werden nicht nur dazu dienen, die Prozesse besser zu verstehen und die Modelle zu verbessern, sondern auch dazu, die Algorithmen für Satelliten und Bodensensoren zur Untersuchung von Wolken und Aerosolen zu optimieren oder neu zu entwickeln. Mit dem CleanCloud-Konsortium werden wir mit der Europäischen Weltraumorganisation und den Gruppen CERTAINTY und AIRSENSE zusammenarbeiten, um den kürzlich in die Umlaufbahn gebrachten Satelliten EarthCare bestmöglich zu nutzen: Unser Ziel ist es, die Auswirkungen von Aerosolen auf Wolken und Niederschlag in einer Welt nach fossilen Brennstoffen zu verstehen."
