Klare Sicht bei der Wolkenbildung
Wolken sind nicht wahllos über den Himmel verstreut, sondern oft in massiven, komplexen Systemen organisiert, die sich über Hunderte von Kilometern erstrecken können. Zu den dramatischsten Beispielen dieser mesoskaligen konvektiven Systeme gehören tropische Wirbelstürme, bei denen sich ein gewaltiger Wolkenring um ein windstilles Zentrum, das „Auge“, windet. Doch wodurch wird eine Anhäufung von Wolken verursacht? Das ist eine Frage, die Klima- und Wetterforschende schon lange beschäftigt. Gleichzeitig ist es auch die Frage, die das EU-finanzierte Projekt CLUSTER beantworten will. „Ein besseres Verständnis der Funktionsweise der Wolkenorganisation und möglicher Veränderungen in einer sich erwärmenden Welt ist für die Entwicklung von Klimamodellen, mit denen sich künftige Niederschlagsmuster besser vorhersagen lassen, von entscheidender Bedeutung – sowie eine dringende Notwendigkeit für Gemeinschaften weltweit“, sagt Caroline Muller(öffnet in neuem Fenster), Klimawissenschaftlerin am Institute of Science and Technology Austria(öffnet in neuem Fenster), dem koordinierenden Partner des Projekts.
Suche nach Antworten in der tropischen Atmosphäre
Ursprünglich war geplant, bestehende satelliten- und bodengestützte Beobachtungen der tropischen Atmosphäre zu nutzen, um die atmosphärische Strahlung zu untersuchen – ein Schlüsselprozess bei der Entstehung von Stürmen. Während des Projekts hatte das Projektteam jedoch die Möglichkeit, an einer großen Feldkampagne in den Tropen teilzunehmen, bei der neue, qualitativ hochwertige Messungen in der Atmosphäre gesammelt werden konnten. „Dies gab uns die nicht vorhergesehene Möglichkeit, Strahlungsprofile mit sehr feinen vertikalen Details zu berechnen“, erklärt Muller. Auf der Grundlage dieser Beobachtungen wurde im Rahmen des Projekts eine neue Theorie entwickelt, mit der erklärt werden soll, wie die Strahlung im Weltraum abhängig von den Feuchtigkeitsbedingungen variiert.
Wolkenorganisation und extreme Wetterereignisse
Das Projekt, das vom Europäischen Forschungsrat(öffnet in neuem Fenster) unterstützt wurde, betrachtete auch die grundlegenden physikalischen Mechanismen, die der Organisation von Wolken zugrunde liegen, und deren Auswirkungen auf Wetterextreme. So stellten die Forschenden etwa anhand idealisierter Simulationen fest, dass die konvektive Selbstaggregation die momentanen extremen Niederschläge erheblich verstärken kann. Außerdem brachten sie eine stärker organisierte Konvektion mit intensiveren täglichen tropischen Niederschlagsextremen in Verbindung. „Indem wir die in idealisierten Studien aufgedeckte Physik mit realistischen numerischen Simulationen und mit tatsächlichen Beobachtungen der Atmosphäre in Verbindung brachten, lieferten wir nicht nur ein klareres Verständnis der Prozesse bei der Bildung organisierter Sturmsysteme, sondern auch der Konsequenzen für extreme Wetterereignisse“, fügt Muller hinzu. Vor kurzem haben Forschende damit begonnen, maschinelle Lernwerkzeuge einzusetzen, um Sturmsysteme in realistischen globalen Klimasimulationen zu analysieren. Diese Arbeit ermöglicht es ihnen, das strukturierte Verhalten organisierter Stürme genauer zu untersuchen.
Vorbereitung auf eine wärmeres Klima
In der Wissenschaft wirft die Beantwortung einer Frage oft zehn neue auf. So geschieht es auch beim Projekt CLUSTER. Aus diesem Grund sind die Arbeiten von Muller und ihrem Team noch nicht beendet, auch wenn das Projekt jetzt abgeschlossen ist. So beschäftigen sie sich derzeit mit den neuesten globalen, hochauflösenden Klimasimulationen, um die gesellschaftlichen und klimatischen Auswirkungen organisierter Wolkensysteme weiter zu erforschen. „Ob es sich um kreisförmige mesoskalige konvektive Komplexe, Böenwalzen oder tropische Wirbelstürme handelt – ich hoffe, dass unsere Erkenntnisse über organisierte Wolkensysteme zu den breiteren internationalen Bemühungen beitragen, sich besser auf eine Klimaerwärmung vorzubereiten“, schließt Muller. „Das Verständnis dieser Systeme ist von entscheidender Bedeutung, wenn wir die künftige Entwicklung extremer Wetterverhältnisse vorhersehen wollen.“
