Rising sea levels, melting glaciers, heatwaves at sea – 2023 set a number of alarming new records. The global mean temperature also rose to nearly 1.5 degrees above the preindustrial level, another record. Seeking to identify the causes of this sudden rise has proven a challenge for researchers. After all, factoring in the effects of anthropogenic influences like the accumulation of greenhouse gases in the atmosphere, of the weather phenomenon El Niño, and of natural events like volcanic eruptions, can account for a major portion of the warming. But doing so still leaves a gap of roughly 0.2 degrees Celsius, which has never been satisfactorily explained. In the journal Science, a team led by the Alfred Wegener Institute puts forward a possible explanation for the rise in global mean temperature: our planet has become less reflective because certain types of clouds have declined.
„Auffällig war, dass sowohl im Datensatz der NASA als auch vom ECMWF 2023 als das Jahr mit der niedrigsten planetaren Albedo hervorsticht“, sagt Co-Autor Dr. Thomas Rackow vom ECMWF. Die planetare Albedo beschreibt den Anteil der Sonneneinstrahlung, der nach jeglicher Wechselwirkung mit der Atmosphäre und der Erdoberfläche ins Weltall zurück reflektiert wird. „Wir konnten bereits in den letzten Jahren einen gewissen Rückgang erkennen. Die Daten legen nun nahe, dass die planetare Albedo 2023 so niedrig wie nie seit mindestens 1940 gewesen sein könnte.“ Das befeuert die globale Erwärmung und kann die bisher fehlenden 0,2 Grad Celsius erklären. Doch was hat den rekordverdächtigen Rückgang der planetaren Albedo verursacht?
Rückgang niedriger Wolken verringert die Rückstrahlkraft der Erde
Die Albedo der Erdoberfläche nimmt seit den 1970er Jahren tendenziell ab. Zunächst auch dadurch, dass Schnee und Meereis in der Arktis immer weniger wurden und damit auch weiße Flächen, die Sonnenstrahlen reflektieren können. Seit 2016 kommt der Rückgang des Meereises in der Antarktis hinzu. „Die Analyse der Datensätze zeigt jedoch, dass der Rückgang der Oberflächenalbedo in den Polarregionen nur etwa 15 Prozent zum jüngsten Rückgang der planetaren Albedo beigetragen hat“, erklärt Helge Gößling. Auch andernorts habe das Reflexionsvermögen spürbar abgenommen. Um zu berechnen, wie sich die reduzierte Albedo ausgewirkt haben könnte, haben die Forschenden ein etabliertes Energiebilanzmodell verwendet, das den Temperaturverlauf von komplexen Klimamodellen sehr gut nachbildet. Das Ergebnis: Ohne die verringerte Reflexion seit Dezember 2020, wäre 2023 im Mittel etwa 0,23 Grad Celsius kühler ausgefallen.
Eine Entwicklung hat den Rückgang des planetaren Reflexionsvermögens offenbar maßgeblich beeinflusst: der Rückgang von niedrigen Wolken in nördlichen mittleren Breiten und in den Tropen. Dabei sticht der Atlantik besonders hervor, also genau jene Region, in der 2023 die ungewöhnlichsten Hitzerekorde beobachten wurden. „Auffallend ist, dass der östliche Nordatlantik, der einer der Haupttreiber für den jüngsten Anstieg der globalen Mitteltemperatur ist, nicht nur 2023 einen deutlichen Rückgang von niedrigen Wolken verzeichnete, sondern – wie fast der gesamte Atlantik – bereits in den letzten zehn Jahren.“ Die Daten zeigen, dass die Wolkenbedeckung in niedrigen Höhen abgenommen hat, während sie in hohen und mittleren Höhen nur geringfügig, wenn überhaupt, zurückging.
Dass hauptsächlich niedrige und nicht etwa höhere Wolken hinter dem Albedo-Rückgang stecken, ist folgenreich. Wolken in allen Höhen reflektieren Sonnenlicht und haben so eine kühlende Wirkung. Wolken in hohen, kalten Luftschichten haben jedoch zusätzlich auch eine wärmende Wirkung, weil sie die Wärme, welche die Erdoberfläche abstrahlt, in der Atmosphäre halten. „Das entspricht im Grunde der Wirkung von Treibhausgasen“, erklärt Helge Gößling. Diese Wirkung fehle jedoch weitestgehend bei niedrigeren Wolken. „Gibt es weniger niedrigere Wolken, verlieren wir nur den Kühleffekt, es wird also wärmer.“
Was aber hat den Rückgang der niedrigen Wolken verursacht? Weniger menschenverursachte Aerosole in der Atmosphäre, insbesondere durch strengere Auflagen beim Schiffsdiesel, dürften dazu beigetragen haben. Als Kondensationskeime sind Aerosole maßgeblich an der Wolkenbildung beteiligt, zusätzlich reflektieren sie auch selbst das Sonnenlicht. Außerdem könnten natürliche Schwankungen und Ozean-Wechselwirkungen eine Rolle spielen. Helge Gößling hält es jedoch für unwahrscheinlich, dass diese Faktoren als Erklärung ausreichen und bringt einen dritten Mechanismus ins Spiel: Es ist die Erderwärmung selbst, die die niedrigen Wolken verschwinden lässt. „Sofern hinter dem Albedo-Rückgang eine verstärkende Rückkopplung zwischen Erderwärmung und Wolken steckt, wie auch einige Klimamodelle nahelegen, müssen wir mit einer recht starken zukünftigen Erwärmung rechnen“, betont er. „Wir könnten einer globalen Klimaerwärmung von über 1,5 Grad Celsius bereits näher sein als bislang gedacht. Die verbleibenden Treibhausgasemissionen, die mit diesen Haltelinien des Paris-Abkommens verbunden sind, müssten entsprechend nach unten korrigiert werden, und Maßnahmen gegen die Folgen zu erwartender Wetterextreme würden noch dringlicher.“
Original publication
H. F. Goessling, T. Rackow, T. Jung, Recent global temperature surge intensified by record-low planetary albedo, Science (2024). doi: 10.1126/science.adq7280
