Cloud-Albedo - Cloud albedo
Die Wolkenalbedo ist ein Maß für die Albedo oder das Reflexionsvermögen einer Wolke . Wolken regulieren die Menge der von einem Planeten absorbierten Sonnenstrahlung und seine Sonnenoberflächenstrahlung . Im Allgemeinen korreliert eine erhöhte Wolkendecke mit einer höheren Albedo und einer geringeren Absorption von Sonnenenergie . Die Wolkenalbedo beeinflusst den Energiehaushalt der Erde stark und macht etwa die Hälfte der Albedo der Erde aus. Die Wolkenalbedo hängt von der Gesamtmasse des Wassers, der Größe und Form der Tröpfchen oder Partikel und ihrer Verteilung im Raum ab. Dicke Wolken (wie Stratocumulus ) reflektieren eine große Menge an einfallender Sonnenstrahlung, was zu einer hohen Albedo führt. Dünne Wolken (wie Cirrus ) neigen dazu, mehr Sonnenstrahlung durchzulassen und haben daher eine niedrige Albedo. Veränderungen der Wolkenalbedo, die durch Variationen der Wolkeneigenschaften verursacht werden, haben einen signifikanten Einfluss auf das globale Klima .
Wolkenkondensationskerne und Wolkenalbedo
Im mikroskopischen Maßstab entstehen Wolken durch die Kondensation von Wasser an Wolkenkondensationskeimen , wie Verschmutzung und Aerosolpartikeln . Größe, Konzentration, Struktur und chemische Zusammensetzung dieser Partikel beeinflussen die Albedo der Wolken. Zum Beispiel absorbieren schwarze Kohlenstoff- Aerosolpartikel mehr Sonnenstrahlung und Sulfat-Aerosol reflektiert mehr Sonnenstrahlung. Kleinere Partikel bilden kleinere Wolkentröpfchen, die dazu neigen, die Niederschlagseffizienz einer Wolke zu verringern und die Wolkenalbedo zu erhöhen. Darüber hinaus erhöhen mehr Wolkenkondensationskerne die Größe einer Wolke und die Menge der reflektierten Sonnenstrahlung.
Ursachen der Cloud-Albedo-Variation
Die Wolkenalbedo auf einem Planeten variiert von weniger als 10 % bis über 90 % und hängt von der Tropfengröße, dem Gehalt an flüssigem Wasser oder Eis, der Dicke der Wolke, dem Sonnenzenitwinkel usw. ab.
Weg des flüssigen Wassers
Der Weg des flüssigen Wassers einer Wolke variiert mit der sich ändernden Tröpfchengröße, was das Verhalten von Wolken und ihre Albedo verändern kann. Die Variationen der Albedo typischer Wolken in der Atmosphäre werden von der Säulenmenge an flüssigem Wasser und Eis in der Wolke dominiert. Je kleiner die Tropfen und je größer der flüssige Wassergehalt, desto größer die Wolkenalbedo, wenn alle anderen Faktoren konstant sind.
Der Twomey-Effekt (Indirekter Aerosoleffekt)
Der Twomey-Effekt ist eine erhöhte Albedo der Wolken aufgrund von Wolkenkeimen durch Umweltverschmutzung. Eine Erhöhung der Aerosolkonzentration und Aerosoldichte führt zu einer höheren Wolkentröpfchenkonzentration, kleineren Wolkentröpfchen und einer höheren Wolkenalbedo. In makrophysikalisch identischen Wolken hat eine Wolke mit wenigen größeren Tropfen eine geringere Albedo als eine Wolke mit mehr kleineren Tropfen. Die kleineren Wolkenpartikel erhöhen in ähnlicher Weise die Wolkenalbedo, indem sie den Niederschlag reduzieren und die Lebensdauer einer Wolke verlängern. Dies erhöht in der Folge die Wolkenalbedo, da die Sonnenstrahlung über einen längeren Zeitraum reflektiert wird. Der Albrecht-Effekt ist das verwandte Konzept der erhöhten Wolkenlebensdauer durch Wolkenkerne.
Zenitwinkel
Die Wolkenalbedo nimmt mit dem Gesamtwassergehalt oder der Tiefe der Wolke und dem Sonnenzenitwinkel zu . Die Änderung der Albedo mit dem Zenitwinkel ist am schnellsten, wenn die Sonne nahe dem Horizont steht, und am geringsten, wenn die Sonne über dem Himmel steht. Die Absorption der Sonnenstrahlung durch planparallele Wolken nimmt mit zunehmendem Zenitwinkel ab, da Strahlung, die bei höheren Zenitwinkeln in den Weltraum reflektiert wird, weniger tief in die Wolke eindringt und daher weniger wahrscheinlich absorbiert wird.
Einfluss auf das globale Klima
Die Wolkenalbedo beeinflusst indirekt das globale Klima durch die Streuung der Sonnenstrahlung und die Absorption im Strahlungshaushalt der Erde. Variationen der Wolkenalbedo verursachen atmosphärische Instabilität, die den Wasserkreislauf , Wettermuster und atmosphärische Zirkulation beeinflusst . Parametrisiert werden diese Effekte durch den Cloud-Strahlungsantrieb , ein Maß für die kurz- und langwellige Strahlung in Abhängigkeit von der Wolkenbedeckung . Das Earth Radiation Budget Experiment hat gezeigt, dass kleine Variationen in Wolkenbedeckung, Struktur, Höhe, Tröpfchengröße und Phase erhebliche Auswirkungen auf das Klima haben. Eine Zunahme der kurzwelligen Reflexion von Wolken um fünf Prozent würde dem Treibhauseffekt der letzten zweihundert Jahre entgegenwirken.
Cloud Albedo-Klima-Feedback-Schleifen
Es gibt eine Vielzahl von positiven und negativen Wolken-Albedo-Klima-Feedback-Schleifen in Wolken- und Klimamodellen. Ein Beispiel für eine negative Wolken-Klima-Rückkopplungsschleife ist, dass mit der Erwärmung eines Planeten die Bewölkung zunimmt, was die Albedo eines Planeten erhöht. Eine Erhöhung der Albedo reduziert die absorbierte Sonnenstrahlung und führt zu einer Abkühlung. Eine entgegenwirkende positive Rückkopplungsschleife berücksichtigt das Ansteigen der hohen Wolkenschicht, die Verringerung der vertikalen Verteilung der Bewölkung und die verringerte Albedo.
Luftverschmutzung kann zu Variationen in den Wolkenkondensationskernen führen, wodurch eine Rückkopplungsschleife entsteht, die die Atmosphärentemperatur, die relative Bescheidenheit und die Wolkenbildung abhängig von Wolken- und regionalen Eigenschaften beeinflusst. Beispielsweise können erhöhte Sulfataerosole die Niederschlagseffizienz verringern, was zu einer positiven Rückkopplungsschleife führt, in der eine verringerte Niederschlagseffizienz die atmosphärische Langlebigkeit des Aerosols erhöht. Auf der anderen Seite kann eine negative Rückkopplungsschleife in Mischphasenwolken festgelegt werden , in denen Ruß Aerosol Eisphase Niederschlagsbildung erhöhen kann und Aerosolkonzentrationen reduzieren.
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