Manchmal steigt kühle Luft auf. Das bedeutet Folgendes für tropisches Klima.

Sie haben vielleicht einmal gelernt, dass "warme Luft aufsteigt und kühle Luft sinkt". Das gilt aber nicht immer. 

Das liegt daran, dass der Auftrieb der Luft - ihre Fähigkeit zum Aufsteigen - sowohl von ihrer Temperatur als auch von der Menge des darin enthaltenen Wasserdampfs bestimmt wird. Trockene Luft enthält hauptsächlich die Elemente Stickstoff und Sauerstoff, die zu verschiedenen Molekülen zusammengesetzt sind. Wasserdampf ist weniger dicht als diese schweren Moleküle; In feuchter Luft nimmt Wasserdampf Platz ein, der normalerweise von Stickstoff und Sauerstoff eingenommen wird. Dieses Phänomen, das als "Dampfauftriebseffekt" bekannt ist, macht feuchte Luft leichter als trockene Luft mit der gleichen Temperatur, dem gleichen Druck und dem gleichen Volumen. 

Im großen Stil hilft der Dampfauftriebseffekt dabei, die Luftbewegung durch den untersten Bereich der Atmosphäre, die als Troposphäre bekannt ist, zu lenken, und wirkt sich insbesondere auf Luft über feuchten tropischen Regionen aus. Selbst in den Tropen bleiben einige Luftflecken im Vergleich zu feuchterer Luft im Osten oder Westen relativ trocken. Ein neues Klimamodell legt nahe, dass dieser Kreislauf aus aufsteigender und sinkender feuchter Luft die Auswirkungen des Klimawandels in den Tropen etwas abfedern könnte.    

"Ohne diesen Effekt wäre die Klimaerwärmung [in tropischen Regionen] noch schlimmer", sagte der Studienautor Da Yang, Assistenzprofessor für Atmosphärenwissenschaften an der University of California in Davis und gemeinsamer Wissenschaftler der Fakultät des Lawrence Berkeley National Laboratory. Nach Yangs Modell, das am 6. Mai in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht wurde, verstärkt der Dampfauftrieb die Menge an Wärmeenergie (Wärme), die aus tropischen Regionen in den Weltraum abgegeben wird, in der Größenordnung von etwa 1 bis 3 Watt pro Quadratmeter. Das Modell legt nahe, dass der Effekt bei warmem tropischen Klima exponentiell zunehmen könnte, was bedeutet, dass die Region selbst bei steigenden Temperaturen immer mehr Wärme abgeben würde. 

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Das heißt, der Dampf-Auftriebseffekt hebt die Auswirkungen des Klimawandels in keiner Weise auf, sagte Yang. Aber es könnte das tropische Klima etwas stabilisieren, während die Temperaturen an den Erdpolen vergleichsweise schneller steigen, sagte er. 

Aber wie funktioniert das genau??

Wolken und klarer Himmel 

Der Dampf-Auftriebseffekt "ist Meteorologen seit sehr langer Zeit bekannt", teilte Olivier Pauluis, Professor für Mathematik und Atmosphären- / Ozeanwissenschaften an der New York University, der nicht an der Studie beteiligt war, in einer E-Mail mit . Obwohl vielen bekannt, ist die Vorstellung, dass warme Luft immer aufsteigt und kühle Luft immer sinkt, eine "falsche Annahme", sagte er.

"Die richtige 'konventionelle Weisheit' geht auf das Prinzip von Archimedes zurück und ist, dass leichte Luft aufsteigt und schwere Luft sinkt." Feuchte Luft ist jedoch leichter als trockene Luft mit der gleichen Temperatur und dem gleichen Druck, sagte Pauluis. 

Während moderne Modelle des Klimawandels diese Weisheit berücksichtigen, wollte Yang untersuchen, wie die feuchte Luft der Tropen die allgemeine Erwärmung in der Region beeinflusst, insbesondere. 

Die Tropen liegen laut National Geographic etwa 20 Grad vom Äquator entfernt und wie ein Gürtel um den Planeten gewickelt. In den Tropen erzeugen globale Luftzirkulationsmuster Säulen feuchter Luft und Säulen relativ trockener Luft, die nebeneinander sitzen und sich himmelwärts erstrecken, sagte Yang. Das gleiche Muster alternierender Luftsäulen manifestiert sich auch in kleineren Maßstäben, aber diese lokalisierten Luftblasen lösen sich innerhalb weniger Tage auf, während die größeren Luftsäulen über lange Zeiträume stabil bleiben und das Klima in den Tropen beeinflussen, sagte er.

Wolken und Gewitter bilden sich in der feuchten Luft, während klarer Himmel die trockenen Regionen weitgehend überspannt, sagte Yang. Wasserdampf wirkt als Treibhausgas und fängt die Wärmeenergie ein, die von den Ozeanen, dem Land und den unteren Regionen der Atmosphäre abgegeben wird. Daher kann wenig Energie aus feuchteren Regionen der Tropen in den Weltraum entweichen. "Der größte Teil der Energie würde von den Regionen mit klarem Himmel abgegeben, nicht von den Wolken", sagte Yang. 

Hier kommt der Dampfauftrieb ins Spiel. 

Laut den Computermodellen des Teams steigt kühle Luft, die von Wasserdampf durchdrungen ist, nach oben, bildet Wolken und lässt dabei Regen fallen. Währenddessen sinkt relativ trockene, warme Luft in klaren Regionen des Himmels. Während sich das tropische Klima erwärmt, erwärmt sich mehr Wasser und geht in seine dampfförmige Form über, wodurch die Luft darüber immer feuchter wird. Die nachfolgende Änderung des Auftriebs treibt die feuchte Luft nach oben und treibt Wellen durch die Umgebungsluft; Diese Wellen, bekannt als atmosphärische Gravitationswellen, drücken Wärme aus der feuchten Luft in die trockene Luft in der Nähe, sagte Yang. 

Grundsätzlich gleichen die Wellen den plötzlichen Anstieg des Dampfauftriebs aus, indem sie den zusätzlichen Auftrieb durch Wärme verringern, sagte er.        

Dieser Zyklus treibt immer mehr Wärme in die trockene Luft, die Wärmeenergie in den klaren Himmel darüber abgibt, sagte Yang.   

"Mit anderen Worten, [Dampfauftrieb] wird die sinkende trockene Luft noch wärmer machen", sagte Yang, wodurch mehr Wärme aus Regionen mit klarem Himmel abgegeben werden kann. "Wenn wir diesen Dampfauftriebseffekt nicht haben, wäre es wahrscheinlich umgekehrt", was bedeutet, dass die zunehmend warme Luft in feuchten Regionen aufsteigen würde, in denen ihre Wärme unter Wolken eingeschlossen wäre, fügte er hinzu. 

Das Ergebnis ist nicht "unbedingt bahnbrechend", wie Wissenschaftler seit langem über den Dampfauftriebseffekt wissen, sagte Pauluis. Er unterstreicht jedoch die Notwendigkeit, sowohl die Temperatur als auch die relative Luftfeuchtigkeit bei der Modellierung des Klimawandels zu berücksichtigen, insbesondere in tropischen Regionen, fügte er hinzu.

Mit Blick auf die Zukunft wollen Yang und seine Mitautoren groß angelegte Modelle entwickeln, um ihre Theorie zu testen. In der aktuellen Studie modellierten sie kleine Systeme feuchter und trockener Luft, die wie ein großes System über die Zeit stabil blieben. Um ein umfassendes Modell zu entwickeln, das die Aktivitäten in den Tropen insgesamt erfasst, benötigt das Team viel mehr Rechenleistung. Darüber hinaus hofft Yang, Beobachtungsdaten aus verschiedenen tropischen Regionen sammeln zu können, um zu sehen, wie sich die Vorhersagen des Teams in der realen Welt halten.

"Wir wollen auch wissen, wie sich der Auftrieb von Dampf auf Wolken und Winde auf der Erde auswirkt." er sagte.  

"Eine zentrale Herausforderung bei der Vorhersage des zukünftigen Klimawandels besteht darin, die Veränderungen der Wolken auf niedriger Ebene korrekt zu bewerten. Hier ist der Effekt des [Dampfauftriebs] signifikanter", fügte Pauluis hinzu.

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Ursprünglich veröffentlicht am . 

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