Aerosole: Problem gelöst? Seite 2

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Wolken über Berlin – bei Sonnenuntergang von unten beleuchtet. Schwefelsäure in der Atmosphäre hat bei der Bildung sicherlich mitgeholfen. Foto: C. Schrader 

 

Hamburg, 26. Mai 2016

Fortsetzung von Seite 1

Aus diesem wissenschaftlichen Erfolg entspinnt sich eine interessante forschungspolitische Diskussion, die ich in meinem SZ-Artikel nur anreiße, und hier vertiefen will. Bjorn Stevens, Direktor am Max-Planck-Institut für Meteorologie in Hamburg, verbindet sein Lob für die Ergebnisse aus der Schweiz mit einer Forderung, die den Autoren der Studien kaum gefallen dürfte. Da sich die Aerosole als wenig bedeutsam gezeigt haben, solle man sie gleich ganz aus den Simulationen nehmen und die Erforschung ihrer Effekte auf das Klima einstellen. „Insofern bedeuten die Messungen einen großen Sieg: Wir können das zur Seite legen und uns wichtigeren Dingen widmen.“

Zur genaueren Erklärung hat Stevens nach dem Interview noch eine E-Mail geschickt.

My point is that these studies support the assertion that we probably don’t need to better understand the aerosols to advance on what are some of the first rank problems related to understanding climate change.  As I mentioned yesterday, air pollution and human health are big issues, and science should work on problems that interest scientists (to some degree) so it would be unfair and incorrect to say that we should stop aerosol research.
I’m just trying to say that it is less central to understanding climate than we perhaps believed 10 or even a few years ago… or for that matter before this study.  And knowing what might be important (for a particular problem) is often a great step forward when researching something as complex as Earth’s climate.

Seine Position ist nicht ganz neu: Stevens hat das 2013 bereits in einen Kommentar in Nature geschrieben. Die damals besprochene Studie von Ken Carslaw (der auch zu dem Autoren der beiden neuen Nature-Studien gehört) und anderen in Leeds habe gezeigt, so Stevens, dass „wenn es einen Aerosol-Joker gab, dann wurde er bereits vor einem Jahrhundert gespielt und ist irrelevant für das Verständnis momentaner und künftiger Veränderungen des globalen Klimas geworden“.

Diese Logik leuchtete damals nicht unbedingt jedem ein, forderten doch die Autoren der Studie, man müsse mehr über die „unverdorbene vor-industrielle Umwelt“ erfahren. Die natürlichen Aerosole trügen 45 Prozent zur heutigen Unsicherheit über die Wirkung der Schwebteilchen bei, die industriellen nur 34 Prozent. So groß erschien der Unterschied nicht, als dass man den kleineren Part einfach ignorieren könnte.

Doch inzwischen haben die Forscher um Baltensperger und Curtius ja Daten über die Verhältnisse vor der Industrialisierung geliefert. Sie lassen den Einfluss der industriellen Aerosole geringer als befürchtet erscheinen, also kann Stevens seine Forderung mit Verve wiederholen.

Es ist wenig Wunder, dass die Autoren der neuen Studien die Schlussfolgerung des MPI-Direktors nicht teilen. Joachim Curtius hat mir geschrieben:

Durch unsere Untersuchungen verbessert sich genau unser Verständnis der früheren, nicht durch Menschen belasteten Atmosphäre, und wir erreichen damit eine wesentliche Verringerung der Unsicherheit und unser bisheriges „poor knowledge“ wird verbessert. Das ist genau das was auch nach Herrn Stevens’ Meinung bisher gefehlt hat. Damit können wir die Aerosoleffekte jetzt genauer beziffern. Die Verringerung dieser Unsicherheit (die gleichzeitig die Unsicherheit beim Gesamtstrahlungsantrieb inkl. Treibhausgase dominiert) ist eine der ganz großen Herausforderungen und genau da tragen wir zur Verringerung der Unsicherheit bei und es ist in  meinen Augen höchst sinnvoll diesen Fragen weiter nachzugehen.  Und, ja, die Effekte werden wohl kleiner, aber sie werden nicht null.

Und Urs Baltensperger hat sich so geäußert:

Es ist zwar richtig, dass bei der heutigen Situation mit höheren Aerosolkonzentrationen eine Änderung von sagen wir 10% eine kleinere Auswirkung hat als in der vorindustriellen Zeit. (…) Dies bedeutet aber nicht, dass die Auswirkungen völlig egal wären; wir sprechen ja über viel größere Änderungen als 10%. (…) Der Strahlungsantrieb der Aerosole durch Wechselwirkung mit den Wolken  ist damit nach wie vor relevant, aber schlecht quantifiziert, und benötigt deshalb weitere Forschung, unter anderem, um die Effekte der vorindustriellen Zeit und damit auch die Differenz besser quantifizieren zu können. (…) Daneben gibt es aber nach wie vor den direkten Effekt der Aerosolpartikel mit der Strahlung (in unseren Papern gar nicht angesprochen), und da gibt es diesen Sättigungseffekt nicht. Ich kann aus diesen Gründen die Schlussfolgerungen absolut nicht nachvollziehen. Sie werden auch durch ständige Wiederholungen nicht richtiger.

Diese Diskussion hat unter anderem Bedeutung für das Design künftiger Klimamodelle: Brauchen Sie die zusätzliche Komplexität, die das Nachstellen der Aerosol-Chemie bedeutet oder nicht? Piers Foster von der Universität Leeds, der wie Stevens ein Lead Author des entsprechenden Kapitels im fünften Bericht des IPCC war, nimmt eine Art Mittelposition ein und wirbt für Pragmatismus – vor allem weil die Aerosole viel Rechenzeit verbrauchen.

I think the wider climate community needs to move to suites of related climate models with different degrees of complexities, so you can choose your climate model depending on the question you want to answer. The new UK Earth system model which is just going online is a case in point. Colleagues at Leeds, led by Ken Carslaw (author of the Nature papers) led the development of the aerosol scheme within this model. It contains the complexities talked about in the Nature papers, so it is a good one.
However, they are very computational expensive models to run and around 75% of the computer time within the Earth system model is taken up by the interactive chemistry and aerosol scheme. This severely limits the experiments we can do with it. So I think we also need the stripped down models with simplistic aerosol schemes – and these simple models can be used to explore many other very important problems in climate change not related to aerosols.

In der Tat empfiehlt aber auch er seinen Kollegen, bei ihren Forschungsanträgen in Zukunft nicht mehr zu betonen, die Aerosole machten die größte Unsicherheit in der Klimaberechnung aus. Das stimme einfach nicht mehr. „Die Aerosol-Community hat großartige Arbeit geleistet und es gibt noch viele Fragen, denen sie sich widmen kann: Luftqualität und der Beitrag der Aerosole zur Klimavariabilität sind zwei interessante.“
 

Ergänzung am 29. Juni 2016

Mehrere Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung in Leipzig und von der dortigen Universität haben mich gebeten, hier auch ihre Stellungnahme zu der These von  Bjorn Stevens zu dokumentieren.

Dieser Aussage möchten wir ausdrücklich widersprechen. Generell ist es sehr problematisch, aus den Untersuchungsergebnissen zu einigen organischen Partikelbestandteilen direkt auf deren Auswirkung auf die Wolkenbildung auf klimarelevanten Skalen zu schließen. Klimamodelle können Aerosol-Wolkenprozesse noch nicht ausreichend realistisch abbilden. Daher kann die Bedeutung der neuen Ergebnisse für die Klimaentwicklung nicht ohne weiteres abgeleitet werden. Dass die Einflüsse atmosphärischer Aerosolpartikel auf das Klima im Allgemeinen nicht ignoriert werden sollten, wird auch in einer gerade erschienenen, thematisch relevanten Veröffentlichung in der renommierten amerikanischen Fachzeitschrift ‚Proceedings of the National Academy of Sciences’ verdeutlicht (Seinfeld et al 2016). Hier stellen die Autoren heraus, dass selbst bei einer Verringerung der Empfindlichkeit von Wolkeneigenschaften in Bezug auf Aerosolpartikeln, es in Zukunft, z.B. auf Grund der sinkenden Partikelkonzentrationen, nicht weniger wichtig wird, die von ihnen verursachten Modifikation des Treibhauseffekts und damit ihre Wirkung auf das Erdsystem besser zu verstehen.

Die Schlussfolgerung, dass die Rolle von Aerosolpartikeln im Klimasystem verstanden, ihre Auswirkungen hinreichend geklärt und quantifiziert wären und somit zu diesem Themenkomplex nicht weiter geforscht werden solle, ist also in keiner Weise nachvollziehbar.

gez. Ina Tegen, Hartmut Herrmann, Andreas Macke, Frank Stratmann, Ulla Wandinger, Alfred Wiedensohler (Leibniz-Institut für Troposphärenforschung); Johannes Quaas, Manfred Wendisch (Leipziger Institut für Meteorologie, Universität Leipzig)

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