Aerosole Aerosole und Strahlung Wolken Geoengineering Zusammenfassung Aerosole, Wolken und Klima Ulrike Lohmann ETH Z¨ urich Institut f¨ ur Atmosph¨ are und Klima 15. April 2015 Ulrike Lohmann (IACETH) Aerosole, Wolken und Klima 15. April 2015 1 / 24 Aerosole Aerosole und Strahlung Wolken Geoengineering Zusammenfassung Bedeutung von Aerosolpartikeln I I Notwendig f¨ ur die Wolkenbildung: Aerosole dienen als Wolkenkondensations- und Eiskeime Luftverschmutzung: I I I Reduktion der Sichtweite Winter smog durch Russ und Sulfat, z.B. London smog Bedeutung f¨ ur die Strahlung und Klima: I I I Direkter Aerosoleffekt: Aerosole streuen und absorbieren Strahlung Prim¨arer indirekter Aerosoleffekt: Mehr Aerosole f¨ uhren zu mehr aber kleineren Wolkentropfen bei gleichem Wolkenwassergehalt und dazu zu mehr Reflektion von Sonnenstrahlung (Twomey, 1977) Weitere indirekte Effekte: M¨ oglicher Einfluss auf die Lebenszeit der Wolke und ihre Vereisung Ulrike Lohmann (IACETH) Aerosole, Wolken und Klima 15. April 2015 2 / 24 Aerosole Aerosole und Strahlung Wolken Geoengineering Zusammenfassung London smog Ulrike Lohmann (IACETH) Aerosole, Wolken und Klima 15. April 2015 3 / 24 Aerosole Aerosole und Strahlung Wolken Geoengineering Zusammenfassung Verschiedene Aerosoltypen Brasseur et al., 2003 Ulrike Lohmann (IACETH) Aerosole, Wolken und Klima 15. April 2015 4 / 24 Aerosole Aerosole und Strahlung Wolken Geoengineering Zusammenfassung Aerosolquellen f¨ ur das Jahr 2000 Stier et al., ACP, 2005 Ulrike Lohmann (IACETH) Aerosole, Wolken und Klima 15. April 2015 5 / 24 Aerosole Aerosole und Strahlung Wolken Geoengineering Zusammenfassung Die wesentlichen Aerosolprozesse BC POM homogeneous nucleation gas-to-particle conversion condensation, coagulation large AP Particle number concentration [a.u.] sulfate nitrate organics bulk-to-particle conversion water uptake CCN activation condensation, coagulation cloud droplets mineral dust sea salt biological particles coagulation Brownian motion precipitation dry deposition wet deposition Particle radius [µm] 0.0015 0.005 nucleation mode 0.05 Aitken mode 0.5 accumulation mode coarse mode 5 50 giant particles Skript zur Atmosph¨ arenphysik-VL Ulrike Lohmann (IACETH) Aerosole, Wolken und Klima 15. April 2015 6 / 24 Aerosole Aerosole und Strahlung Wolken Geoengineering Zusammenfassung Vertikal integrierte Aerosolmasse im Jahresmittel Stier et al., ACP, 2005 Ulrike Lohmann (IACETH) Aerosole, Wolken und Klima 15. April 2015 7 / 24 Aerosole Aerosole und Strahlung Wolken Geoengineering Zusammenfassung Strahlungseffekte des Aerosols Ulrike Lohmann (IACETH) Aerosole, Wolken und Klima 15. April 2015 8 / 24 Aerosole Aerosole und Strahlung Wolken Geoengineering Zusammenfassung No particles, no fog http://www.youtube.com/watch?v=EneDwu0HrVg Movie made by scientists on their tea break on a research cruise to the Artic. Ulrike Lohmann (IACETH) Aerosole, Wolken und Klima 15. April 2015 9 / 24 Aerosole Aerosole und Strahlung Wolken Geoengineering Zusammenfassung Schiffabgasfahnen vor der K¨ uste Washingtons Stevens and Feingold, Nature, 2009 Ulrike Lohmann (IACETH) Aerosole, Wolken und Klima 15. April 2015 10 / 24 Aerosole Aerosole und Strahlung Wolken Geoengineering Zusammenfassung Flugzeugmessungen in Schiffabgasfahnen Durkee et al., JAS, 2000 Ulrike Lohmann (IACETH) Aerosole, Wolken und Klima 15. April 2015 11 / 24 Aerosole Aerosole und Strahlung Wolken Geoengineering Zusammenfassung Direkter (obere Abb.) und indirekter Wolkenalbedoeffekt (untere Abb.) in W m−2 [Boucher und Pham, GRL, 2002] Ulrike Lohmann (IACETH) Aerosole, Wolken und Klima 15. April 2015 12 / 24 Aerosole Aerosole und Strahlung Wolken Geoengineering Zusammenfassung Radiative forcing of climate between 1750 and 2011 Forcing agent Anthropogenic Well Mixed Greenhouse Gases Ozone Confidence Level Very High CO 2 Halocarbons Other WMGHG Very High C H 4 N 2O Stratospheric High Tropospheric Stratospheric water vapour from CH 4 Medium Surface Albedo Black carbon on snow Land Use Contrails High/Low Medium Low High Medium Contrail induced cirrus Aerosol-Radiation Interac. Aerosol-Cloud Interac. Low Natural Total anthropogeni c Solar irradiance Medium -1 0 1 Radiative Forcing (W m-2) 2 3 IPCC, 2013, Fig. 6, TS Ulrike Lohmann (IACETH) Aerosole, Wolken und Klima 15. April 2015 13 / 24 Aerosole Aerosole und Strahlung Wolken Geoengineering Zusammenfassung [k z [km] High level clouds 11 Cirrocumulus 10 9 8 Cirrus Cirrostratus Altostratus 7 Low level clouds Mid level clouds 6 5 4 3 Altocumulus Cumulonimbus Nimbostratus Cumulus 2 1 Stratus Stratocumulus Skript zur Atmosph¨ arenphysik-VL Ulrike Lohmann (IACETH) Aerosole, Wolken und Klima 15. April 2015 14 / 24 Aerosole Aerosole und Strahlung Wolken Geoengineering Zusammenfassung Globale Verteilung der Wolken IPCC AR5, Fig. 7.6 (Boucher et al., 2013) Ulrike Lohmann (IACETH) Aerosole, Wolken und Klima 15. April 2015 15 / 24 Aerosole Aerosole und Strahlung Wolken Geoengineering Zusammenfassung Globaler Energiehaushalt [W m−2 ] solar reflected 100 incoming solar 340 TOA thermal outgoing 199 solar reflected by clouds, aerosol and gases 79 atmosphere thermal outgoing 239 greenhouse gases solar down surface solar 185 absorbed 79 Earth surface imbalance 0.6 absorbed solar 161 sensible heat 20 latent heat 84 up surface 398 atmospheric window 40 down surface 342 Skript zur Atmosph¨ arenphysik-VL Ulrike Lohmann (IACETH) Aerosole, Wolken und Klima 15. April 2015 16 / 24 Aerosole Aerosole und Strahlung Wolken Geoengineering Zusammenfassung Strahlungseffekt von Wolken [W m−2 ] sun 1 TOA 1 4 2 3 1 high cloud 2 4 4 low cloud 3 3 2 1 2 reflected short-wave radiation incoming short-wave radiation 2 3 4 absorbed and re-emitted long-wave radiation outgoing long-wave radiation 4 Earth surface Skript zur Atmosph¨ arenphysik-VL Ulrike Lohmann (IACETH) Aerosole, Wolken und Klima 15. April 2015 17 / 24 Aerosole Aerosole und Strahlung Wolken Geoengineering Zusammenfassung Strahlungseffekt von Wolken [W m−2 ] IPCC AR5, Fig. 7.7 (Boucher et al., 2013) Ulrike Lohmann (IACETH) Aerosole, Wolken und Klima 15. April 2015 18 / 24 Aerosole Aerosole und Strahlung Wolken Geoengineering Zusammenfassung Wolken und Klimawandel Erw¨armung durch CO2 Verdopplung und Ver¨anderungen im Bedeckungsgrad niedriger Wolken Stephens, J. Clim., 2005 Ulrike Lohmann (IACETH) Aerosole, Wolken und Klima 15. April 2015 19 / 24 Aerosole Aerosole und Strahlung Wolken Geoengineering Zusammenfassung Wolken-R¨ uckkopplung im 5. IPCC Bericht CMIP5 Feedback (W m-2 ºC-1) 1.5 CMIP3 CFMIP LW CFMIP & CMIP3 Models (by cloud level) 1.0 SW Net CFMIP Models (by cloud property) 0.5 0.0 -0.5 -1.0 Total High Middle Low Amount Height Opacity IPCC, 2013, Fig. 7.10 (Boucher et al., 2013) Ulrike Lohmann (IACETH) Aerosole, Wolken und Klima 15. April 2015 20 / 24 Aerosole Aerosole und Strahlung Wolken Geoengineering Zusammenfassung ¨ Wolken-Anderung bei CO2 -Verdopplung Rising High Clouds Broadening of the Hadley Cell Narrowing of Tropical Ocean Rainfall Zones Rising High Clouds Poleward Shift of Storms Rising of the Melting Level More Polar Clouds Less Low Clouds Equator 30º 60º Pole Rot: robuste positive R¨ uckkopplung. Grau: kleine und/oder sehr unsichere R¨ uckkopplung. IPCC, 2013, Fig. 7.11 (Boucher et al., 2013) Ulrike Lohmann (IACETH) Aerosole, Wolken und Klima 15. April 2015 21 / 24 Aerosole Aerosole und Strahlung Wolken Geoengineering Zusammenfassung Methoden zur Reduktion der Solarstrahlung (SRM) Quelle: Miriam K¨ ubbeler, IAC Ulrike Lohmann (IACETH) Aerosole, Wolken und Klima 15. April 2015 22 / 24 Aerosole und Strahlung Wolken Change in T Aerosole 1.0 Geoengineering Zusammenfassung 0.5 0.0 GeoMIP G2: Reduktion der Solarkonstante 2.5 0 10 20 30 40 50 60 70 0 10 20 30 40 Year 50 60 70 (b) 0.10 Change in Precipitation (mm day-1) (a) 3.0 Change in Temperature (°C) -0.5 BNU-ESM HadCM3 CanESM2 HadGEM2-ES CCSM4 IPSL-CM5A-LR CESM-CAM5.1-FV MIROC-ESM EC-Earth MPI-ESM-LR GISS-E2-R NorESM1-M Ensemble Mean 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 0.08 0.06 0.04 0.02 0 -0.02 -0.04 -0.06 -0.08 -0.5 0 10 20 30 40 50 60 70 (b) n Precipitation (mm day-1) 0.10 Figure : Zeitreihen der global gemittelten Oberfl¨achentemp. (a) und 0.08 Niederschlag (b). Durchgezogene Linien: Simulationen mit SRM, die die 0.06 Temp.erh¨ ohung einer 1%/yr CO2 Erh¨ ohung 50 Jahre lang kompensieren. 0.04 Gestrichelte Linien: 1%/yr CO2 Erh¨ ohung 0.02 0 Ulrike -0.02 Lohmann (IACETH) IPCC AR5 Fig. 7.24 (Boucher et al., 2013) Aerosole, Wolken und Klima 15. April 2015 23 / 24 Aerosole Aerosole und Strahlung Wolken Geoengineering Zusammenfassung Zusammenfassung I Aerosole stellen die gr¨ osste Unsicherheit beim anthropogenen Strahlungsantrieb dar, insbesondere durch ihre Wechselwirkungen mit Wolken I Wolken stellen eine der gr¨ ossten Unsicherheiten im zuk¨ unftigen Klima dar I Geoengineering-Methoden, die die Solarstrahlung reduzieren, k¨onnen nicht gleichzeitig Temperatur und Niederschlag auf heutigem Niveau stabilisieren Ulrike Lohmann (IACETH) Aerosole, Wolken und Klima 15. April 2015 24 / 24
© Copyright 2024 ExpyDoc
