Aerosole in Großstädten beeinflussen das Klima stärker als bisher angenommen

Aerosole in der Atmosphäre entscheiden über das Erdklima. Die winzigen Schwebeteilchen reflektieren Sonnenlicht und beeinflussen zugleich die Bildung von Wolken. Wichtig dabei ist ihre Fähigkeit, Wasser aus der Luft aufzunehmen – ein Vorgang, der als Hygroskopizität bezeichnet wird.

Lange konnte jedoch nur stark vereinfacht berechnet werden, wie Aerosole Wasser tatsächlich aufnehmen. Ein internationales Forschungsteam unter Leitung des Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung (TROPOS) in Leipzig kommt nun zu dem Ergebnis, dass die Vereinfachungen besonders in stark belasteten Ballungsräumen zu großen Ungenauigkeiten führen.

Schnellere Wasseraufnahme in verschmutzten Regionen

Für ihre Untersuchung werteten die Forschenden Daten aus verschiedenen Regionen der Erde aus, etwa aus Städten wie Beijing, Kairo, Paris oder Houston oder aus abgelegenen Gebieten in Namibia oder über dem Atlantik. Die Messungen erstreckten sich über mehr als zehn Jahre.

Im Mittelpunkt stand die Frage, wie stark Aerosolpartikel unter unterschiedlichen Umweltbedingungen wachsen, wenn sie Wasserdampf aufnehmen. Denn davon hängt ab, wie Wolken entstehen und wie viel Sonnenenergie zurück ins All reflektiert wird. Bei diesem Gleichgewicht zwischen Abkühlung und Erwärmung spricht man auch vom Strahlungsantrieb, der eine wichtige Größe im globalen Klimasystem darstellt.

Besonders auffällig waren die Ergebnisse in dicht besiedelten und stark verschmutzten Regionen. Dort treffen frische Emissionen aus Verkehr, Industrie oder Haushalten auf ältere Aerosole in der Atmosphäre. Dadurch verändern sich die chemischen Eigenschaften der Partikel erheblich.

„In stark verschmutzten Regionen wie Megacitys in Ägypten oder Indien wachsen die Partikel wahrscheinlich schneller an und nehmen mehr Wasser auf“, sagt Dr. Ajit Ahlawat von der TU Delft. „Das könnte erklären, weshalb sich diese Regionen weniger schnell erwärmen.“

Die Studie macht zugleich deutlich, dass herkömmliche Klimamodelle vor allem in urbanen Räumen an ihre Grenzen stoßen. Viele Berechnungen gehen davon aus, dass sich Aerosole gleichmäßig vermischen. Unterschiede bei Herkunft, Größe oder chemischer Zusammensetzung werden oft nicht ausreichend berücksichtigt.

Um die komplexen Wechselwirkungen besser zu verstehen, wurden chemische Analysen, meteorologische Daten und Größenverteilungen der Partikel mit Methoden des maschinellen Lernens verbunden. Dadurch konnten regionale Unterschiede besser abgebildet werden als in bisherigen Modellen.

„Im Gegensatz zu früheren regionalen ML-Studien wurde unser Ansatz auf geografisch verschiedene und regional aufgelöste Datensätze ausgeweitet und evaluiert, wodurch die Vorhersagegenauigkeit und Interpretierbarkeit verbessert werden konnte“, erklärt Shravan Deshmukh vom TROPOS.

Bedeutung für die Zukunft

„Aufbauend auf früheren Arbeiten liefern unsere regionalen Schätzungen eine verbesserte, datengestützte Darstellung der Hygroskopizität von Aerosolen“, erklärt Prof. Mira Pöhlker vom TROPOS und der Universität Leipzig. „Dieser Ansatz führt zu genaueren Schätzungen des negativen Strahlungsantriebs und bietet eine Alternative zu herkömmlichen einheitlichen Parametrisierungen.“

Die Wissenschaftlerin verweist darauf, dass sich der regionale Strahlungsantrieb durch die neuen Berechnungen um bis zu ±0,1 Watt pro Quadratmeter verändern könne. Global betrachtet sei das ein bedeutsamer Wert.

Die Forschenden hoffen deshalb, dass ihr neu entwickelter Algorithmus künftig in internationale Klimamodelle integriert wird. Dadurch könnten Vorhersagen zu Temperaturentwicklung, Wolkenbildung und Aerosoleffekten noch genauer werden.

Quellenhinweis:

Deshmukh, S., Ferrer-Cid, P., Romshoo, B., et al. (2026): Regional aerosol hygroscopicity influences radiative forcing globally. Communications Earth & Environment.