Grundmechanismen des KlimasPhysiker aus Jena und Karlsruhe liefern neue Berechnungsmodelle der Landoberflächentemperatur
Eine aktuelle Studie von Forschenden des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie in Jena und des Karlsruher Instituts für Technologie liefert neue Rechenmodelle für die Temperatur auf der Erdoberfläche. Das Besondere daran: Die Modelle können die Temperaturen mit vergleichsweise einfacher Physik erklären.
Die Temperaturen auf der Erdoberfläche sind einem konstanten Wechsel aus Erwärmung und Abkühlung unterworfen: Die Sonnenstrahlen und der Treibhauseffekt der Atmosphäre heizen die Erde auf. Die Verdunstung von Wasser sowie die Wärmeabgabe durch Luftbewegung sorgen dagegen für Abkühlung. Während Forschende bereits viel über die Effekte der Strahlung herausfinden konnten, sind die Auswirkungen von Verdunstung und Luftbewegung noch vergleichsweise unerforscht.
Die Hadley-Zirkulation ist mit für die Erwärmung der Wüste verantwortlich
Eine aktuelle Studie am Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena und am Zentrum Klima und Umwelt des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) kommt zu dem Ergebnis, dass die Abkühlung der Erdoberfläche ein komplexes System ist und Verdunstung dabei keineswegs die alleinige Hauptrolle spielt. Für die hohen Temperaturen in den Wüstenregionen ist beispielsweise eine Kombination aus Wassermangel, wolkenlosem Himmel und der sogenannten Hadley-Zirkulation verantwortlich. Letzteres ist ein Zirkulationssystem zwischen Subtropen und Äquator. Eine derartige Bewegung von Luftmassen könnte die Erdoberfläche in der Region eigentlich kühlen. Weil die Hadley-Zirkulation jedoch eher weiter oben in der Atmosphäre stattfindet, führt das zu weniger Abkühlung und noch mehr Wärme.
Wassermangel = weniger Verdunstungskälte
Der Wassermangel spielt in Wüstenregionen eine wichtige Rolle, weil es in Ermangelung von Wasser auch keine Verdunstung gibt, die die Erdoberfläche in diesen Regionen kühlen könnte. Erwin Zehe, Professor für Hydrologie am Institut für Wasser und Gewässerentwicklung des KIT und Co-Autor der aktuellen Studie erklärt, man müsse sich das vorstellen wie wenn man auf die eigene Hand puste: "Wenn sie die Hand vorher anfeuchten, wird die Kühlung stärker, weil die Verdunstungswärme ihrer Hand entzogen wird“.
Die Bewegung von Luftmassen benötigt Energie
Den Teams aus Jena und Karlsruhe ist es dabei gelungen, die Temperaturen auf der Landoberfläche unseres Planeten mit einfachen physikalischen Grundgesetzen zu erklären. Die Bewegung von Luftmassen benötige beispielsweise immer eine Energiequelle, ähnlich wie ein Auto zum Antrieb einen Motor benötige, betont Erwin Zehe. Die Erwärmung der Oberfläche sei in dem Fall der Motor, der den Transport warmer Luft in die Atmosphäre antreibt. Durch die Luftbewegung werde dem Boden Wärme entzogen und dies sorge wiederum für eine Abkühlung der Oberfläche. "Je mehr turbulente Luftbewegung, desto mehr Abkühlung der Oberfläche. Es ist so, als ob man auf eine heiße Suppe pustet – je mehr man pustet, desto schneller kühlt sie ab", erläutert Sarosh Alam Ghausi, Hydrologe am Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena und Erstautor der Studie. Da die Abkühlung der Energieerzeugung entgegenwirke, ergebe sich aus dieser Balance ein spezifisches Maximum an Energieerzeugung. Daraus lasse sich dann der Abkühleffekt von Verdunstung und Luftbewegungen auf der Landoberfläche bestimmen.
Links/Studien
Die aktuelle Studie Radiative controls by clouds and thermodynamics shape surface temperatures and turbulent fluxes over land ist im Journal PNAS erschienen und kann hier nachgelesen werden.
iz
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