Mehr Wolken durch Waldbrände in Südostasien

Wechselwirkungen zwischen Aerosolen, Grenzschichtentwicklung und Monsunzirkulation verstärken die Bildung von niedrigen Wolkendecken in Südostasien.

Wolken spielen eine Schlüsselrolle in der Energiebilanz der Erde. Tiefe Wolken wie Stratocumulus, Cumulus und Stratus bedecken etwa 30 Prozent der Erde und haben einen Netto-Kühlungseffekt auf unser Klima. Was einerseits der globalen Erwärmung entgegenwirkt, kann andererseits wirtschaftliche Folgen haben: Eine lang anhaltend dichte und niedrige Wolkendecke über Land kann die landwirtschaftliche Produktion und die Erzeugung von Solarstrom mindern. Versteht man die Faktoren besser, die zur Bildung von niedrigen Wolkendecken führen, hilft dies nicht nur bei der regionalen Wettervorhersage und der globalen Klimavorhersage, sondern auch bei der Abschätzung von sozioökonomischen Folgen.

Ein internationales Team unter der Leitung von Yafang Cheng vom Max-Planck-Institut für Chemie (MPIC) und Aijun Ding von der Universität Nanjing sind jetzt der Frage nachgegangen, welche Rolle die Biomasseverbrennung bei der Bildung von niedrigen Wolken spielt. Dazu nutzten sie umfangreiche Wetter-, Satelliten- und Emissionsdaten und kombinierten sie mit Modellsimulationen. Denn beim Abbrennen von Biomasse gelangen weltweit riesige Mengen an Aerosolpartikeln in die Atmosphäre. Diese Aerosole wechselwirken mit Wolken und verstärken die Bildung tiefer Wolkendecken.

„Wir haben festgestellt, dass Aerosole aus der Verbrennung von Biomasse einen besonders starken Einfluss auf die Wolkenbildung in Südostasien haben“, sagt der Erstautor der jetzt erschienenen Studie Ke Ding. In dieser Region leben etwa 270 Millionen Menschen auf etwa 500.000 Quadratkilometern. „Die Zunahme der Bewölkung über dem Land in Südostasien ist mit der im Südostatlantik vergleichbar, die durch Brände im südlichen Afrika verursacht wird. Und dass, obwohl die Emissionen aus der Biomasseverbrennung in Südostasien deutlich geringer sind.“ Laut Ding, der als Austausch-Doktorand des Chinese Scholarship Council (CSC) bis vor kurzem in Chengs Gruppe forschte und jetzt Assistenzprofessor an der Universität Nanjing ist, betragen sie nur etwa ein Fünftel der Emissionen des südlichen Afrikas.

Bei hohen Aerosolbelastungen nehmen Absorptions- und Streuungseffekte weiter zu

„Der Hauptgrund für den größeren Einfluss der Aerosole und die stärkere Wolkenbildung ist ein Synergieeffekt,“ erklärt Yafang Cheng, Leiterin einer Minerva-Forschungsgruppe am MPIC. „Er entsteht durch die großräumigen Luftzirkulationen während des Monsuns und die Interaktionen in der Aerosol-Wolken-Grenzschicht in Südostasien.“

Aerosole können die Wolkenbildung direkt beeinflussen, indem sie als Wolkenkondensationskeime dienen (Aerosol-Cloud-Interaction, ACI), oder indirekt, indem sie Sonnenstrahlen absorbieren bzw. streuen (Aerosol-Strahlungs-Interaktion, ARI). Die Wirkung von Aerosolen als Wolkenkondensationskeime (ACI-Effekt) wurde bereits in vielen Studien beschrieben. Laut Chengs Team spielen jedoch Absorption und Streuung, insbesondere durch absorbierende Rußpartikel, eine dominante Rolle. Sie verstärken die Bildung von tiefen Wolkendecken in Südostasien. Dies unterstützt auch die Hypothese der Forschenden, dass es bei hohen Aerosolbelastungen zur Sättigung von Wolkenkondensationskeimen kommt, die Absorptions- und Streuungswirkung durch die Aerosole jedoch weiter zunehmen. Somit spielt dieser Effekt in Zeiten und in Regionen mit starker Luftverschmutzung eine wichtigere Rolle. Er tritt vor allem im Frühjahr auf und beeinflusst so das regionale Klima und das Wetter. Wegen der großen Bedeutung der Bewölkung auf die landwirtschaftliche Produktion und die Solarenergieerzeugung ist der jetzt beschriebene Mechanismus wichtig für die regionale Nachhaltigkeit und muss in zukünftige Prognose- und Bewertungsmodelle aufgenommen werden.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erwarten, dass der Klimawandel die Häufigkeit und Ausbreitung von Waldbränden erhöhen wird. Umso wichtiger seien daher umfangreiche und langfristige Referenzmessungen. Sie würden helfen, Klimaauswirkungen von Waldbränden besser abzuschätzen und den zukünftigen Klimawandel besser zu verstehen. Solche Messungen werden beispielsweise im Rahmen des laufenden Projekts CARIBIC-SP2 durchgeführt.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Dr. Yafang Cheng
yafang.cheng@mpic.de

Dr. Hang Su
hang.su@mpic.de

Originalpublikation:

Ding, K., Huang X, Ding, A., Wang, M., Su, H., Kerminen, V.-M., Petäjä, T., Tan, Z., Wang, Z., Zhou, D. Sun, J., Liao, H., Wang, H., Carslaw, K., Wood, R., Zuidema, P., Rosenfeld, D., Kulmala, M., Fu, C., Pöschl. U., Cheng, Y., Andreae, M.O.: Aerosol-boundary-layer-monsoon interactions amplify semi-direct effect of biomass smoke on low cloud formation in Southeast Asia. Nature Communications 12: 6416 (2021).
https://doi.org/10.1038/s41467-021-26728-4.

Weitere Informationen:

https://www.mpic.de/5114939/biomass-burning-south-east-asia