Institut für Meteorologie und Klimaforschung

Reduziert Luftverschmutzung den Regen im südlichen Westafrika?

Die Luftverschmutzung im dicht besiedelten südlichen Westafrika nimmt rapide zu, mit erheblichen Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit. Aber wirkt sich die Verschmutzung auch auf das Klima aus? Diese Frage wurde 2015 in einem Artikel in Nature Climate Change von Knippertz et al. gestellt und im Rahmen des DACCIWA-Projekts (Dynamics-Aerosol-Chemistry-Cloud Interactions in Westafrika; Knippertz et al. 2015b) ausgiebig untersucht. Sechs Jahre später nun warnt ein neuer Artikel von Pante et al. (2021) in der Zeitschrift Atmospheric Chemistry and Physics davor, dass es in Beobachtungsdaten tatsächlich erste Hinweise auf eine beschleunigte Reduzierung des Niederschlags aufgrund der zunehmenden Konzentration von Aerosolpartikeln in der Region gibt.

„Die Untersuchung dieses Problems war eine echte Herausforderung“, sagt Prof. Peter Knippertz, Leiter der Arbeitsgruppe für „Atmosphärische Dynamik“ am IMK-TRO. Die Gründe dafür sind vielfältig:

  • Numerische Modelle haben Probleme, die komplexe Meteorologie des westafrikanischen Monsunsystems realistisch darzustellen.
  • Es gibt keine langfristigen Aerosoldaten aufgrund des fehlenden Stationsnetzwerks und von Wolkenkontamination in Satellitendaten.
  • Änderungen der Niederschläge werden nicht allein durch Verschmutzung verursacht.
  • Die Aerosoleffekte variieren saisonal und geografisch.

 

Niederschlagstrend von 2001 bis 2017 während der kleinen Trockenzeit (Juli bis August) für CHIRPS- (farbige Pixel) und Stationsdaten (farbige Kreise). Der Einfluss von Änderungen der Meeresoberflächentemperaturen wurde statistisch aus den Trends entfernt. Die graue Schattierung zeigt die Topographie. Der räumlich gemittelte Trend beträgt –0,072 mm d-1 Jahr-1 (statistisch signifikant auf dem Niveau α = 20%), was einer Verringerung von 150 auf 112 mm im Untersuchungszeitraum entspricht. (Abbildung aus Pante et al. 2021, ACP, CC-BY-Lizenz)

"Angesichts dieser schwierigen Situation", sagt Knippertz, "haben wir beschlossen, zuerst den Effekt der Änderung der Meeresoberflächentemperatur aus den Niederschlagstrends zu entfernen und dann indirekte Belege aus Messungen der Sichtweite, der Sonnenstrahlung und der Wolken zu verwenden, um das Verschmutzungssignal zu erfassen." Auf diese Weise wurde der deutlichste Hinweis auf eine mögliche aerosolinduzierte Regenunterdrückung während der sogenannten „kleinen Trockenzeit“ von Juli bis August gefunden (siehe Abbildung). Während dieser Saison wird Aerosol aus Verbrennung von Biomasse aus Zentralafrika nach Westafrika importiert, vermischt sich mit lokalen Emissionen aus den vielen großen Städten entlang der Guineaküste und breitet sich schnell mit den südlichen Monsunwinden aus. „Die Aerosolpartikel reduzieren die Menge an Sonnenlicht, die den Boden erreicht“, erklärt Prof. Andreas Fink, ein weiterer Autor der Studie, „was wiederum die Erwärmung während des Tages und die Auslösung lokaler Schauer und Gewitter verringert.“

Luftverschmutzung (Farbschattierung) und Wolken über dem südlichen Westafrika. (Abbildung aus Knippertz et al. 2015, BAMS, © American Meteorological Society)

Während der zweiten Regenzeit (September bis Oktober) sind die Monsunwinde schwächer und Aerosolimporte aus Zentralafrika bleiben aus, so dass der Effekt auf den Küstenstreifen beschränkt ist. Während der ersten Regenzeit (Mitte Mai bis Mitte Juli) konnten mit den verfügbaren Daten keine Auswirkungen der Luftverschmutzung festgestellt werden, wahrscheinlich aufgrund einer viel höheren räumlichen Organisation der Niederschläge.

Trotz der begrenzten Datenbasis und der geringen statistischen Signifikanz einiger Trends kommen die Autoren zu dem Schluss, dass die Gesamtsicht aller Evidenzen einen kausalen Zusammenhang zwischen der Niederschlagsreduktion und der anthropogenen Luftverschmutzung nahe legt. "Dies sollte ein Weckruf für die Politik in Westafrika sein", sagt Knippertz, "da eine weitere Erhöhung der Emissionen nicht nur die Gesundheit der Bevölkerung beeinträchtigt, sondern auch zukünftige Wasserressourcen gefährdet."

Referenzen
Pante, G.; Knippertz, P., Fink, A. H.; Kniffka, A., 2021: The potential of increasing man-made air pollution to reduce rainfall over southern West Africa. Atmos. Chem. Phys., 21, 35–55, doi:10.5194/acp-21-35-2021

Knippertz, P.; Evans, M.; Field, P. R.; Fink, A. H.; Liousse, C.; Marsham, J. H., 2015: The possible role of air pollution in climate change in West Africa. Nature Clim. Change, 5, 815–822. doi:10.1038/NCLIMATE2727

Knippertz, P.; Coe, H.; Chiu, C.; Evans, M.; Fink, A. H.; Kalthoff, N.; Liousse, C.; Mari, C.; Allan, R.; Brooks, B.; Danour, S.; Flamant, C.; Jegede, O. O.; Lohou, F.; Marsham, J. H., 2015b: The DACCIWA project: Dynamics-aerosol-chemistry-cloud interactions in West Africa. Bull. Amer. Meteorol. Soc., 96, 1451–1460. doi:10.1175/BAMS-D-14-00108.1

Arbeitsgruppe: "Atmosphärische Dynamik"