Donnerstag, 31. März 2011

Untersuchung belegt Klimabeeinflussung durch Kondensstreifen

Kondensstreifen unmittelbar hinter einer Linienmaschine | Copyright: NASA

Oberpfaffenhofen-Wessling/ Deutschland - Flugzeuge entlassen nicht nur enorme Mengen von Abgasen in die Luft, auch die Kondensstreifen, wie sie in Höhen zwischen acht und dreizehn Kilometern Höhe entstehen, beeinflussen das Klima durch die damit erzeugte Wolkenbildung. Wissenschaftler des "Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt" (DLR) haben nun erstmals eine Methode entwickelt, um den Klimaeffekt des Luftverkehrs in Hinblick auf Kondensstreifen und der daraus folgenden Wolkenbildung zu bestimmen. Die Datenauswertung zeigt: Die Kondensstreifen-induzierte Bewölkung bildet die größte Komponente des gesamten Strahlungsantriebs des zivilen Luftverkehrs und trägt damit heute stärker zur Erderwärmung in einem Jahr bei als das gesamte bislang von der modernen Luftfahrt ausgestoßene Kohlendioxid im gleichen Zeitraum.

Kondensstreifen bilden sich aus Wasserdampf in Verbindung mit den Rußpartikeln, wie sie von Flugzeugen ausgestoßen werden. Schon kurz nach dem Ausstoß bilden sich in der eisigen Atmosphäre Eiskristalle und aus diesen Kondensstreifen können sich später Zirruswolken entwickeln. Diese durch den Menschen verursachten Eiswolken sowie die Kondensstreifen werden zusammengefasst als "Kondensstreifen-Zirren" bezeichnet. Bislang gab es keine Informationen zu dieser Wolkenklasse.

Nun haben Wissenschaftler am "DLR-Institut für Physik der Atmosphäre" (dlr.de) ein Computermodell entwickelt, mit dem der Zyklus dieser Wolkenklasse - von ihrer Entstehung bis zur Auflösung - auf globaler Ebene bestimmt werden kann. "Wir haben Kondensstreifen-Zirren in einem Klimamodell eingeführt und können nicht nur deren Klimawirkung, sondern auch die Reaktion der natürlichen Wolken auf diese neue Wolkenklasse erstmals bestimmen. Damit eröffnen wir uns die Möglichkeit zu ganz neuartiger Forschung", erklärt Dr. Ulrike Burkhardt.

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Dieses globale Klimamodell, so die Pressemitteilung des DLR, liefere insbesondere Daten zum Bedeckungsgrad, den optischen Eigenschaften und dem globalen Strahlungsantrieb der Kondensstreifen-Zirren. Diese Größen wurden von den DLR-Wissenschaftlern erstmals abgeschätzt und aktuell im Fachmagazin "Nature Climate Change" veröffentlicht.

Der Beitrag des Luftverkehrs zur globalen Klimaveränderung wird anhand des Strahlungsantriebs bewertet - ein Maß für die Störung des Klimasystems. Kondensstreifen-Zirren verursachen netto einen Strahlungsantrieb von 31 Milliwatt pro Quadratmeter. Dieser Wert übertrifft knapp die Klimastörung des von Flugzeugtriebwerken ausgestoßenen Kohlendioxids. Der Strahlungsantrieb von Kondensstreifen alleine wird sogar um das Neunfache übertroffen. Die Kondensstreifen-induzierte Bewölkung (contrail-induced cloudiness, CIC) ist damit der größte Faktor beim Strahlungsantrieb des zivilen Flugverkehrs.

Der Strahlungsantrieb der Kondensstreifen-Zirren zeigt Spitzenwerte in Mitteleuropa und dem Osten der USA (oben). Der Bedeckungsgrad durch Kondensstreifen-Zirren ist in Westeuropa und im Südosten der USA am stärksten (unten). | Quellen: Nature Climate Change, dlr.de

"In dem Ergebnis bereits berücksichtigt sind Wechselwirkung mit natürlichen Wolken. Denn die zusätzlich entstandenen Kondensstreifen-Zirren entziehen der Atmosphäre Feuchtigkeit, so dass die natürliche Bewölkung zurückgeht. Der direkt wärmende Strahlungsantrieb wird dabei um etwa 20 Prozent kompensiert. Anhand der neuen Berechnungsmethode können die DLR-Wissenschaftler den Einfluss der Kondensstreifen-Zirren auf das Klima umfassend bestimmen", so das DLR.

Für die Reduzierung von Kondenstreifen-Zirren gibt es derweil verschiedene Ansätze: So führt schon die Reduktion der Rußpartikel und des Wasserdampfs, etwas durch Veränderung der Antriebssysteme zu weniger Kondenstreifen und in deren Folge somit auch zu weniger Wolkenbildung. Auch haben unterschiedliche Treibstoffe möglicherweise Auswirkung auf die optische Dichte der Abgase. Zudem kann der Strahlungshaushalt schon von Seiten der Flugführung gesenkt werden. "Die Bildung von Kondensstreifen-Zirren wird durch Feuchtigkeit in der Atmosphäre begünstigt. Werden bevorzugt trockene Gebiete durchflogen, entstehen dort keine oder weniger dieser menschenbedingten Wolken." Aus diesen Einsichten können zukünftig Strategien entwickelt werden, mit denen sich die Kondensstreifenbildung deutlich reduzieren lassen könnte. Basierend auf den neuen Abschätzungen des DLR können nun Vorgehensweisen für den Klimaschutz erarbeitet werden, welche diesen wichtigen Effekt von Kondensstreifen-Zirren mit einbeziehen. Gleichzeitig unternehmen die Atmosphären- und Klimaforscher laufend Anstrengungen, die Modellvorhersagen zu optimieren.

So wurde, ebenfalls am DLR-Institut für die Physik der Atmosphäre, das Kondensstreifen-Vorhersage Werkzeug "CoCiP" entwickelt. Mit dem computerbasierten "Contrail Cirrus Prediction Tool" lassen sich Kondensstreifen-Zirren infolge eines einzelnen Flugzeuges oder einer Flotte von Flugzeugen, Flug für Flug, regional oder global mit verhältnismäßig wenig Rechenzeit simulieren.

Das Ergebnis eine Kondensstreifen-Simulation mit "CoCip" | Quelle/Copyright: dlr.de

Die Methode berechnet Kondensstreifen-Zirren für gegebene Flugverkehrsdaten und Vorhersagedaten von numerischen Wettervorhersagen (NWV): "Die Eigenschaften der anfänglichen Abgasfahne hängen dabei von den Eigenschaften des Flugzeugs ab. Die Entwicklung der einzelnen Kondensstreifen ist abhängig von Wind, Temperatur, Feuchtigkeit und Eiswassergehalt in der Umgebung. Diese Felder werden anhand von NWV-Daten bestimmt. Die Bahn der Abgasfahne folgt dem horizontalen und vertikalen Wind. Scherung und turbulente Mischung beeinflussen die Dicke, Breite und Schräglage der Kondensstreifen. Der Eiswassergehalt wird als Funktion der Eisübersättigung in der Umgebung bestimmt unter der Annahme von Eissättigung im Kondensstreifen. Das Modell simuliert zudem die Abnahme der Zahl der Eispartikeln durch Turbulenz, Aggregation und Sedimentation. Der Klima-Strahlungsantrieb infolge der Kondensstreifen wird aus den Eigenschaften der Kondensstreifen und der vom NWP-Modell bereits bekannten Strahlungsflüsse ohne Kondensstreifen berechnet."

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