Zu viel heiße Luft

Grazer Klimaforscher dokumentieren Temperaturtrends in der Atmosphäre: CO2-Reduzierung unerlässlich

Atlantik-Tief, Azoren-Hoch, Regenfront vom Mittelmeer: Temperaturunterschiede und Strömungen in der untersten Schicht der Atmosphäre bestimmen unser Wetter. Erwärmt sich dieser Teil der Lufthülle langfristig, beeinflusst das auch Hitzewellen in Europa oder extreme Niederschläge. Wie sich die Temperaturen in der Tropo- und Stratosphäre in den letzten vier Jahrzehnten verändert haben, konnten Forschende der Universität Graz erstmals konsistent aus Beobachtungen nachweisen. Die Ergebnisse dieser internationalen Studie werden in der aktuellen Ausgabe des Journal of Climate publiziert – so eine Medienmitteilung der Uni Graz vom 30.07.2020.

„Die Troposphäre, also die erdnahe Wetterschicht, hat sich seit den Nullerjahren um 0,25 bis 0,35 Grad pro Jahrzehnt erwärmt“, fasst Andrea Steiner vom Wegener Center für Klima und Globalen Wandel der Universität Graz ein Ergebnis zusammen. Über den gesamten Messzeitraum der Satellitenära sind es 0,6 bis 0,8 Grad. In der darüber liegenden Stratosphäre nimmt die Temperatur kontinuierlich ab, und zwar um ein bis drei Grad über die letzten 40 Jahre. Ursache für die Abkühlung ist der Anstieg von Treibhausgasen, der in dieser Atmosphärenschicht eine erhöhte Emission der Wärmestrahlung der Erde in den Weltraum bewirkt. Auch die Änderung der Ozonkonzentration spielt eine Rolle. Folglich hat sich die untere Stratosphäre seit den späten 1990er-Jahren – mit der Regeneration der Ozonschicht – weniger stark abgekühlt als davor.

„Die Temperaturtrends in der Atmosphäre sind, besonders im Bereich der Tropen, noch ausgeprägter als an der Erdoberfläche“, betonen Steiner und ihr Kollege Florian Ladstädter. Diese Entwicklung hat weitreichende Folgen: Die Luftschichten verschieben sich, damit verändern sich auch die großskaligen Zirkulationen. Außerdem werden die komplexen Wechselwirkungen zwischen der Erdoberfläche, den Ozeanen und der Atmosphäre beeinflusst. „All das bestimmt unter anderem das weltweite Wettergeschehen“, erklärt Steiner. Klar verantwortlich für die Erwärmung sind die Treibhausgase. Eine markante CO2-Reduktion bleibt also unerlässlich, um den Klimawandel zu bremsen.

Neues Bild

Für ihre Untersuchung haben die Grazer Forscher verschiedenste Daten aus unterschiedlichen Höhenlagen seit dem Ende der 1970er-Jahre ausgewertet und verglichen. Die Informationen stammten unter anderem von Wettersatelliten, von sogenannten GPS-Radio-Okkultationsmessungen sowie von bodengestützten Messungen. All diese Puzzlesteine fügen sich zu einem konsistenten Bild des Klimawandels der Atmosphäre. „Das zeigt uns, dass langfristige Beobachtungsdaten für die Klimaforschung essenziell sind“, so die WissenschafterInnen.

Abstract aus Journal of Climate

Temperaturbeobachtungen der oberen Luftatmosphäre sind nun seit mehr als 40 Jahren sowohl von boden- als auch von satellitengestützten Beobachtungssystemen verfügbar. In den letzten Jahren wurden erhebliche Verbesserungen bei der Verringerung der seit langem bestehenden Diskrepanzen zwischen den Datensätzen durch umfangreiche Aufbereitungsarbeiten erzielt. Das Aufkommen von Beobachtungen der Radio-Okkultation (RO) im Jahr 2001 hat zu weiteren Verbesserungen bei den vertikal aufgelösten Temperaturmessungen geführt, die eine detaillierte Analyse der Trends in der oberen Troposphäre/unteren Stratosphäre ermöglichen. Dieses Papier stellt den aktuellen Stand der atmosphärischen Temperaturtrends anhand der neuesten verfügbaren Beobachtungsaufzeichnungen vor. Wir analysieren Beobachtungen von fusionierten operationellen Satellitenmessungen, Radiosonden, Lidars und RO, die einen vertikalen Bereich von der unteren Troposphäre bis zur oberen Stratosphäre abdecken. Der Schwerpunkt liegt auf der Beurteilung von Klimatrends und auf der Ermittlung des Grades der Konsistenz zwischen den Beobachtungssystemen. Die Ergebnisse zeigen eine robuste Abkühlung der Stratosphäre um etwa 1-3 K und eine robuste Erwärmung der Troposphäre um etwa 0,6-0,8 K während der letzten vier Jahrzehnte (1979-2018). Konsistente Ergebnisse werden zwischen den satellitengestützten Schichtdurchschnittstemperaturen und den vertikal aufgelösten Radiosondenaufzeichnungen gefunden. Die gesamten Trendmuster zwischen Breite und Höhe sind zwischen RO und Radiosondenaufzeichnungen konsistent. Eine signifikante Erwärmung der Troposphäre zeigt sich in den nach 2001 verfügbaren RO-Messungen mit Trends von 0,25-0,35 K pro Jahrzehnt. Eine verstärkte Erwärmung in der tropischen oberen Troposphäre im Vergleich zu den Trends an der Oberfläche für 2002-2018 wird auf der Grundlage von RO- und Radiosondenaufzeichnungen in annähernder Übereinstimmung mit der Theorie der feuchten adiabatischen Lapse-Rate festgestellt. Die Konsistenz der Trendergebnisse aus den neuesten Datensätzen der oberen Luft wird zu einem besseren Verständnis der Klimaänderungen und ihrer Triebkräfte beitragen.

Die Studie ist ein Meilenstein der von Steiner ko-geleiteten Aktivität „Atmospheric Temperature Changes and their Drivers“, einer internationalen Zusammenarbeit im Rahmen des World Climate Research Programme. Die Publikation entstand im Rahmen des vom Österreichischen Wissenschaftsfonds FWF geförderten Projekts „VERTICLIM – Atmosphärische Vertikalstruktur und Trends in Klimadaten“.

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