Ein deutsch-amerikanisches Forscherteam hat erstmals die komplexe Wechselwirkung zwischen Solarstrahlung, Atmosphäre und Ozean detailliert simuliert. Das jetzt in „Science“ veröffentlichte Ergebnis: Schon sehr geringe Veränderungen in der Strahlungsintensität erzeugen messbare Änderungen im Klimasystem. An der Tatsache, dass der Mensch heute ebenfalls einer der großen Einflussfaktoren des Klimas ist, ändert dies jeodch nichts.
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Unsere Sonne strahlt nicht gleichmäßig, das ist bereits seit Jahrzhenten bekannt. Das bekannteste Beispiel der Strahlungsschwankungen ist der berühmte Elf-Jahreszyklus der Sonnenflecken. Doch welche Einfluss haben diese Veränderungen auf die Erde und ihr Klima? Das war bisher nur in Teilen klar. Zwar bestreitet niemand den Einfluss der solaren Aktivität auf die natürliche Klimavariabilität d, das Ausmaß dieses Einflusses ist jedoch zum Teil Gegenstand heftiger Debatten. Die bisherigen Klimamodelle konnten seine Wirkung im Klimageschehen nicht zufriedenstellend nachvollziehen.
Wechselwirkungen simuliert
Jetzt ist es Forschern aus den USA und aus Deutschland erstmals gelungen, die komplexe Wechselwirkung zwischen Solarstrahlung, Atmosphäre und Ozean detailliert zu simulieren. Das Team um Gerald Meehl vom US-National Center for Atmospheric Research (NCAR) berechnete, wie die äußerst geringe Strahlungsvariation eine vergleichsweise große Änderung im System Atmosphäre-Ozean zustande bringt.
„Über das gesamte Strahlungsspektrum der Sonne betrachtet, ändert sich die Strahlungsintensität innerhalb eines Sonnenfleckenzyklus nur um 0,1 Prozent“, erklärt die Co-Autorin der Studie, Katja Matthes vom Deutschen GeoForschungsZentrum (GFZ). „Komplexe Wechselwirkungsmechanismen in der Stratosphäre und Troposphäre erzeugen dennoch messbare Änderungen in der Wassertemperatur des Pazifiks und im Niederschlag.“
Mehr Ozon und wärmere Stratosphäre
Damit es zu einer solchen Verstärkung kommen kann, müssen mehrere Rädchen ineinander greifen. Der erste Prozess läuft von oben nach unten: Erhöhte Solarstrahlung führt zu mehr Ozon und höheren Temperaturen in der Stratosphäre. „Der ultraviolette Strahlungsanteil variiert viel stärker als die anderen Anteile im Spektrum, nämlich um fünf bis acht Prozent, und das bildet mehr Ozon,“ erläutert Matthes. In der Folge wird vor allem die tropische Stratosphäre wärmer, was wiederum zu veränderter atmosphärischer Zirkulation führt. Dadurch verlagern sich auch die damit zusammenhängenden typischen Niederschlagsmuster in den Tropen.
Stärkere Verdunstung, mehr Regen
Der zweite Prozess geht den umgekehrten Weg: Die höhere Sonnenaktivität führt zu mehr Verdunstung in den wolkenfreien Gebieten. Mit dem Passat werden die erhöhten Feuchtigkeitsmengen zum Äquator gebracht, wo sie zu stärkerem Niederschlag, niedrigeren Wassertemperaturen im Ostpazifik und geringerer Wolkenbildung führen, die wiederum mehr Verdunstung erlaubt. „Diese positive Rückkopplung ist es, die den Prozess verstärkt“, so Matthes. Damit lassen sich auch die entsprechenden Messungen und Beobachtungen auf der Erde erklären.
„Die Studie ist wichtig für das Verständnis der natürlichen Klimavariabilität, die – auf unterschiedlichen Zeitskalen – ganz maßgeblich von der Sonne bestimmt wird“, erklärt Professor Reinhard Hüttl, Vorstandsvorsitzender des GFZ. „Um den anthropogen bedingten Klimawandel besser interpretieren und verläßlichere Szenarien der zukünftigen Klimaentwicklung machen zu können, ist es sehr wichtig, die darunterliegende natürliche Klimavariabilität zu verstehen. Die Untersuchung zeigt erneut, dass wir zum Verständnis des Systems Klima noch erheblichen Forschungsbedarf haben.“
(Deutsches GeoForschungszentrum GFZ – Helmholtz-Zentrum Potsdam, 28.08.2009 – NPO)
