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Aerosole - kleine Heizer im Schnee

Die Bedeutung der Aerosole für unser Klimasystem zieht nach und nach mehr Aufmerksamkeit auf sich. Die kleinen Partikel in der Luft spielen in vieler Hinsicht eine ganz bedeutende Rolle. Beispielsweise beeinflussen sie Strahlungs- und Wolkenprozesse in der Atmosphäre. In Bodennähe haben sie je nach Größe und chemischer Zusammensetzung eine große gesundheitliche Relevanz, da sie in unser Atemsystem gelangen können. Die Rolle der Aerosole nach ihrer Deposition ist aktuell jedoch noch weitgehend ungeklärt. Beispielsweise wird durch den Wind Mineralstaub in ariden Gebieten in die Luft gehoben und über weite Strecken transportiert. Auf diese Weise können die Partikel aus der Sahara in großen Mengen zu uns gelangen, oder sogar den Atlantik überqueren. Mit der Zeit findet Sedimentation statt und die Partikel lagern sich auf den Oberflächen ab. Diese Staubschicht führt dazu, dass die optischen Eigenschaften der jeweiligen Oberfläche verändert wird. Am deutlichsten kann man diesen Einfluss auf Schneeflächen beobachten. Fliegt man beispielsweise über die Alpen oder wandert in schneebedeckte Gebieten sieht man oft statt strahlendweißen Oberflächen, gräulich oder gelb-bräunliche Verfärbungen (Abb.1). Diese Verunreinigungen sind meist auf Ablagerungen von Mineralstaub, Ruß, oder anderer Partikel zurückzuführen, die die optischen Eigenschaften der Schneeoberfläche sichtlich beeinflussen. Durch die dunklen Beimengungen kommt es zu verstärkter Strahlungsabsorption und zu einer Erwärmung der Oberfläche. Die Schneebedeckung reagiert darauf mit einer verstärkten Schneeschmelze und geringerer Schneehöhe. Die Folge daraus ist in vielen Regionen ein verändertes Abflussregime und somit schwerwiegende Auswirkungen auf die Wasserversorgung.

Abb.1: Schnappschuss der Alpen bei Überflug. Deposition von Mineralstaub verursacht eine gräulich bis bräunliche Verfärbung der Schneebedeckung.

Erst seit einigen Jahren ist das Thema wieder verstärkt in den Vordergrund gerückt, da dem Aerosol eine größere Rolle beim Abschmelzen von Schnee und Gletschern zugesprochen wird. Seit September 2017 beschäftige ich (Anika Rohde) mich im Rahmen meiner Doktorarbeit mit diesem spannenden Thema. Mit Hilfe des Models ICON-ART (ICOsahedrisches Nichthydrostatisches Modell - Aerosols and Reactive Trace gases) lassen sich globale als auch regionale Simulationen durchführen, die Emission, Transport und Sedimentation von Aerosolen berücksichtigen. Derzeitig ist es mit dem Modell noch nicht möglich die Änderung auf die Reflektivität der Schneeoberfläche in Abhängigkeit von der aktuellen Konzentration der Partikel zu berechnen. Mein Ziel ist es daher, das Modell dahingegen zu erweitern, dass der Einfluss der abgelagerten Aerosole auf die optischen Eigenschaften abgebildet werden können. Mit Simulationen in schneereichen Regionen möchten wir uns einen besseren Eindruck von dem Einfluss der Aerosole verschaffen. Wir erhoffen uns damit ein besseres Verständnis für die Rolle des Aerosols auf den Strahlungshaushalt zu bekommen und die damit verbundenen Folgewirkungen abschätzen zu können.

[Arbeitsgruppe: Spurenstoffmodellierung und Klimaprozesse]