Wolken und Klima

Wolken und Klima

Wolken reflektieren einen Teil des Sonnenlichtes zurück in den Weltraum. Folglich erreicht weniger Sonnenenergie den Erdboden. Doch ganz so einfach machen es uns Wolken nicht, sie beeinflussen das Klima auch noch in anderer Weise. Ist dir aufgefallen, dass eine Nacht weniger kalt ist, wenn Wolken am Himmel sind? Wir versuchen zu erklären, warum ...

Infrarot-Strahlung

Wir dürfen nicht vergessen, dass die Strahlung, die wir Sonnenlicht nennen, aus verschiedenen Arten von Strahlung zusammengesetzt ist. Da sind zum einen die Farben des sichtbaren Lichtes, die wir zusammen als weiß sehen. Ebenso gibt es aber auch noch ultraviolette und infrarote Strahlung, die das menschliche Auge nicht wahrnimmt.

Einige Tiere sehen ultraviolettes Licht, wie z.B. die Bienen. Andere nehmen infrarotes Licht wahr (z.B. Schlangen). Wir können Infrarot-Strahlung zwar nicht sehen, aber wir fühlen sie als Wärme.

Der größte Teil des ultravioletten Lichtes wird hoffentlich auch weiterhin durch die Ozonschicht zurückgehalten, solange wir diese unbeschadet lassen. Sie bewahrt uns vor den schädigenden Einflüssen dieses energiereichen Lichtes. Deswegen ist sie so wichtig.
Die Atmosphäre, die Ozeane und vor allem die Wolken senden entsprechend ihrer Albedo einen Teil des Sonnenlichtes zurück ins Weltall. Dies ist der Grund, warum Astronauten die Erde überhaupt sehen können.

1. Die Erde vom Weltraum aus gesehen.
Quelle: NASA.

Etwa 70% der Sonnenenergie aber kommen an der Erdoberfläche an und werden überwiegend von ihr aufgenommen (absorbiert). So wie sich unsere Haut erwärmt, wenn die Sonne scheint, so erwärmt sich auch die Erde und sendet infrarote Wärmestrahlung zurück.

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2.  Das Bild zeigt für einen Tag im Juli 2000 die durchschnittliche Wärmemenge (in Watt pro Quadratmeter), die von der Erde zurück in den Weltraum gesandt wird. Gelbe Farben zeigen die Orte, an denen mehr Wärme (bzw. ausgesandte Strahlung) vom Dach der Atmosphäre ausgestrahlt wird. Violette und blaue Farben zeigen mittlere Werte, weiße Bereiche die geringste Ausstrahlung. Wüstenregionen emittieren viel Wärme, während der von Schnee und Eis bedeckte antarktische Kontinent nur sehr wenig abgibt.

Würde alle Infrarotstrahlung rückhaltlos ins Weltall abgegeben, so betrüge die mittlere Temperatur auf der Erde -18°C. Nur Polarbären würden sich wohlfühlen.

3.  Ein Polarbär-Junges mit seiner Mutter.
Quelle: USFWS.

Der Treibhauseffekt von Wolken

Dank des Treibhauseffektes ist unser Planet in Realität aber nicht so kalt. Näheres hierzu in 'Untere Atmosphäre' - Einheit 2. Der Treibhauseffekt ist durch Wasserdampf, Wolken und einige andere Gase begründet. An dieser Stelle erklären wir nur die Rolle der Wolken.

Wolken bedecken etwa 50% der Erdoberfläche. Wenn eine Wolke von der Erdoberfläche emittierte Strahlung absorbiert, dann sendet sie einen Teil der Energie dieser Strahlung in den Weltraum. Einen anderen Teil sendet sie aber auch wieder zurück und erwärmt so unseren Planeten. Aus diesem Grunde haben Wolken die Möglichkeit, die Temperaturdifferenz zwischen Tag und Nacht zu verringern.

4. Wolken nehmen Einfluss sowohl auf das Licht, das von der Sonne zur Erde gelangt, als auch auf die Wärmestrahlung, die von der Erde abgegeben wird. Hohe Wolken haben dabei einen anderen Effekt als niedrige Wolken. Flash Animation: Anja Kaiser © ESPERE

Am Tag wird der Erdboden durch die Sonne aufgewärmt. Je weniger Wolken in der Atmosphäre sind, umso mehr wird die Oberfläche erwärmt.

In der Nacht verlässt, wenn sie wolkenlos ist, der Hauptteil der Infrarotstrahlung die Erde in Richtung Weltraum. Die Nacht ist kalt. Ist der Himmel jedoch bewölkt, so wird ein Teil der Strahlung von den Wolken aufgefangen, die sie teilweise zur Erdoberfläche zurücksenden. Daher ist die Temperatur über dem Boden höher, als dies ohne Wolken der Fall wäre.

5. Eine wolkenlose Nacht ist kalt. Quelle: J. Gourdeau

6. In einer bewölkten Nacht kühlt sich der Erdboden nicht so stark ab, da die Wolken Infrarotstrahlung zurücksenden.

In der Wüste schwankt die Temperatur stark zwischen Tag und Nacht. Die Luft ist so trocken und der Himmel so klar, dass die Hitze sehr schnell entweicht. So können die Tiefstwerte der Nacht 35°C unter den Tageswerten liegen.

Antrieb der Klimaänderung durch Wolken

Wolken können also die Erde erwärmen, indem sie die Hitze unter ihnen einfangen. Wir bezeichen dies als 'Treibhaus-Antrieb'. Denn der Vorgang ruft eine Erwärmung oder einen 'positiven Antrieb' des Erdklimas hervor. Nun können Wolken unseren Planeten aber auch abkühlen, indem sie Sonnenlicht in den Weltraum reflektieren. Das Gleichgewicht zwischen dieser entgegenwirkenden Albedo der Wolken und dem Treibhaus-Antrieb der Wolken bestimmt darüber, ob ein bestimmter Wolkentyp die Erde eher erwärmt oder einen kühlenden Effekt hat.

Hohe dünne Wolken wie die Cirrus-Wolken tragen zur Erwärmung bei. Tiefe dicke Wolken wie Stratocumulus hingegen begünstigen eher die Abkühlung.

Derzeit nehmen Wissenschaftler an, dass der weltweite Einfluss von Wolken insgesamt die Temperatur der Erde senkt.

7. Der Treibhaus-Antrieb der Wolken, bestimmt für die Jahre 1985 und 1986. Die Gebiete, in denen die Abkühlung am stärksten ist, werden in Farben von gelb über grün nach blau dargestellt. In manchen Gebieten nimmt man an, dass Wolken zu einer Erwärmung beitragen. Dies drücken Farben von orange über rot bis hin zu pink aus.
Quelle: NASA Langley Research Center.

Wissen darüber zu gewinnen, ob die Wolken im Falle einer globalen Erwärmung durch menschliche Aktivität mehr zur weiteren Erwärmung oder mehr zur gegensteuernden Abkühlung beitragen, ist eine der größten Herausforderungen für die Klimaforschung der Zukunft. Steigt die Temperatur im weltweiten Mittel, so gelangt mehr Wasserdampf in die Luft, demzufolge entstehen auch mehr Wolken. Werden sie mehr Sonnenlicht zurück in den Weltraum streuen oder werden sie mehr Wärmeenergie in der Atmosphäre zurückhalten?

Last modified: Sunday, 16 September 2018, 5:54 PM