Neue Satellitendaten messen erstmals den kühlenden Einfluss von Aerosolen

    Aerosole sind die größte Unsicherheitsquelle in der Klimaforschung. Nun liefert eine internationale Studie erstmals belastbare Zahlen zu ihrem kühlenden Effekt –Klimaprognosen dürften dadurch deutlich verbessert werden.

    Die Studie zeigt, dass neue Satellitenmessungen wie die des PACE-Satelliten die Analyse von Aerosol-Wolken-Wechselwirkungen verbessern. Bild: NASA GSFC
    Die Studie zeigt, dass neue Satellitenmessungen wie die des PACE-Satelliten die Analyse von Aerosol-Wolken-Wechselwirkungen verbessern. Bild: NASA GSFC

    Feinste Schmutzpartikel in der Atmosphäre beeinflussen das Klima stärker als lange angenommen. An ihnen kann sich Wasserdampf anlagern und Tröpfchen bilden, wodurch die Wolken mehr Sonnenlicht zurück ins All reflektieren. Die Erde kühlt sich ab. Die Kühlung wirkt dem menschengemachten Treibhauseffekt entgegen, kann ihn jedoch nicht aufheben. Wie stark der Gegeneffekt tatsächlich ist, ließ sich bisher nur mit großen Unsicherheiten abschätzen.

    Als Aerosole werden winzige Schwebeteilchen in der Luft bezeichnet, wie Pollen, Wassertropfen (Nebel) oder Feinstaubpartikel (Ruß, Smog), mit Größen meist im Nano- oder Mikrometerbereich. Weil sich Wasserdampf an ihnen festsetzen kann, fungieren Aerosole auch als Wolkenkondensationskeime.

    Einem Forschungsteam unter Leitung der Universität Leipzig ist es nun gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen der Universität zu Köln und dem SRON Netherlands Institute for Space Research gelungen, diese Unsicherheiten zu verringern, und zwar mit kombinierten Fernerkundungsdaten von Satelliten und modernen Klimasimulationen. Die Ergebnisse wurden im Fachjournal Science Advances veröffentlicht.

    Im Mittelpunkt der Arbeit stand die Frage, welche Messgröße sich am besten eignet, um die Zahl der Wolkenkondensationskeime realistisch abzubilden. Unterschiedliche Ausgangsvariablen liefern teils stark abweichende Ergebnisse, wodurch Klimamodelle stark verzerrt wurden.

    „Man muss Simulationen mit Satellitenmessungen kombinieren und die Aerosolkonzentration in der Nähe des Erdbodens nehmen. Alle anderen Methoden führen zu größeren Fehlern.“

    – Prof. Dr. Johannes Quaas, Institut für Meteorologie, Universität Leipzig

    Wichtig sei es, bodennahe Konzentrationen von Wolkenkondensationskeimen als Referenzgröße zu verwenden. Wird dieser Wert genutzt, sinkt die Unsicherheit der berechneten Strahlungswirkung deutlich. Der kühlende Effekt fällt etwas geringer aus als in unbeschränkten Schätzungen, wird aber durchgehend besser dargestellt.

    Hilfreicher Nord-Süd-Vergleich

    Ein wichtiger Ansatz der Studie ist der Vergleich zwischen Nord- und Südhalbkugel. Da sich Landmassen und Industrie ungleich verteilen – mit wesentlich mehr Emissionen im Norden – unterscheiden sich auch die Aerosolkonzentrationen sehr voneinander. Die Forschenden nutzten die natürlichen Kontraste als großskaliges Experiment unter realen Bedingungen.

    Aus den Unterschieden von Nord- und Südhalbkugel lässt sich auf den Einfluss von Luftverschmutzung auf Wolkenbildung und Strahlungsbilanz schließen.

    „Im Ergebnis schätzen wir, dass dieser Effekt der Aerosole auf Wolken etwa ein Viertel des menschengemachten Treibhauseffekts kompensiert hat“, erklärt Meteorologe Quaas. Damit liefern die Daten erstmals eine belastbare Größenordnung für den sogenannten Twomey-Effekt. Der Twomey-Effekt, der auch erster indirekter Aerosoleffekt genannt wird, gibt an, inwiefern höhere Aerosolkonzentrationen das Reflexionsvermögen von Wolken erhöhen.

    Kurzlebige Kühlung, langlebiges CO₂

    Wenn die kühlende Wirkung von Aerosolen genauer bestimmt werden kann, lassen sich auch künftige Erwärmungsszenarien verlässlicher berechnen. Allerdings hat das Ganze einen Haken: Aerosole verbleiben nur kurz in der Atmosphäre. Bereits nach etwa einer Woche werden sie durch Niederschläge ausgewaschen. Kohlendioxid hingegen bleibt über Jahrhunderte wirksam.

    Verbessert sich die Luftqualität – was aus gesundheitlichen und ökologischen Gründen dringend notwendig wäre –, nimmt die kühlende Aerosolwirkung ab. Der Treibhauseffekt tritt dann umso deutlicher zutage.

    Laut Quaas besteht im Bereich der Aerosol- und Wolkenforschung eine enge Zusammenarbeit zwischen der Universität Leipzig und dem Leibniz-Institut für Troposphärenforschung. „Wir untersuchen solche Dinge mit vielfältigen Methoden, von Labormessungen bis zu globaler Klimamodellierung.“ Satellitendaten der NASA und von SRON bildeten die empirische Basis der 2022 gestarteten Untersuchung.

    Trotz der Fortschritte bleibt die Wechselwirkung zwischen Aerosolen und Wolken die größte Unsicherheitsquelle in der anthropogenen Strahlungsbilanz. Besonders unklar sind schnelle Wolkenanpassungen, also Veränderungen von Wolkenbedeckung und Wassergehalt infolge veränderter Partikelkonzentrationen.

    „Es bleiben viele offene Fragen rund um Aerosole und Wolken“, gibt Quaas zu. Im EU-geförderten Projekt CleanCloud wollen die Forschenden nun untersuchen, wie sich Gewitter und Wolkendynamik entwickeln, wenn die Luft sauberer wird.

    Quellenhinweis:

    Hailing Jia et al. (2026): Optimal choice of proxy for cloud condensation nuclei reduces uncertainty in aerosol-cloud-climate forcing. Science Advances, 12, eaea4828.