Wie biologische Partikel Regen beeinflussen
Wolken bilden sich auf vorhandenen Partikeln in der Atmosphäre, und extreme Wetterereignisse wie Überschwemmungen und Schneestürme hängen mit der Produktion grosser Mengen von Eis in den Wolken zusammen. EPFL-Klimaforschende zeigen, dass biologische Partikel wie Pollen, Bakterien, Sporen und Pflanzenmaterial, die in der Luft schweben, die Eisbildung in Wolken besonders gut fördern, und dass sich die Konzentration dieser Partikel mit steigenden und fallenden Temperaturen verändert. Die Ergebnisse sind im Nature-Portfolio Journal Climate and Atmospheric Sciences veröffentlicht.
«Biologische Partikel sind sehr effektiv bei der Bildung von Eis in Wolken, und die Bildung von Eis ist für den größten Teil der weltweiten Niederschläge verantwortlich, da Eis sehr schnell vom Himmel fällt. Intensive Eisbildung wird auch mit extremen Wetterlagen in Verbindung gebracht», erklärt Thanos (Athanasios) Nenes vom EPFL-Labor für atmosphärische Prozesse und ihre Auswirkungen, der die Studie zusammen mit dem Postdoktoranden Kunfeng Gao leitete. «Angesichts unserer Ergebnisse müssen Wetter- und Klimamodelle unbedingt biologische Partikel berücksichtigen, vor allem, weil biologische Partikel mit der Erwärmung des Klimas in grösseren Mengen in der Atmosphäre vorhanden sein dürften.»
In der Tat berücksichtigen die derzeitigen Wetter- und Klimamodelle weder die Auswirkungen biologischer Partikel noch deren zyklische Natur, was bedeutet, dass sie möglicherweise wichtige Modulatoren von Wolken und Treiber von Niederschlägen in den aktuellen und zukünftigen Klimavorhersagen übersehen.
Ein Teil des Teams bei der Arbeit für die Kampagne CHOPIN © 2025 LAPI/EPFL
Der Berg Helmos, eine Fallstudie für alpine Regionen
Die Studie berücksichtigt Luftproben und deren biologischen Gehalt, die am Berg Helmos, einem alpinen Gebiet in Griechenland, gesammelt wurden. Der Berg erreicht eine Höhe von 2350 m, ist das ganze Jahr über häufig bewölkt und wird durch biologische Emissionen aus dem darunter liegenden Bergwald beeinflusst. Wenn die Temperaturen im Laufe des Tages steigen, werden Pollen, Bakterien, Pilzsporen und pflanzliche Stoffe aus dem Bergwald freigesetzt, die ihren Höhepunkt in der Mittagszeit erreichen, wenn die Sonne am höchsten steht, und ihren Tiefpunkt in der Nacht erreichen.
«Wir stellen fest, dass die Anzahl der Partikel, die Eis bilden können, mit der Anzahl der biologischen Partikel übereinstimmt und beide eine stark korrelierte Tagesperiodizität aufweisen.»
Messinstrumente auf dem Mont Chelmós © 2025 LAPI/EPF
Als wissenschaftlicher Koordinator des europäischen Grossprojekts CleanCloud leitet Nenes derzeit eine zweite Kampagne auf dem Helmos, CHOPIN genannt, die mit noch mehr Instrumenten ausgestattet ist, um die Arten von biologischen Partikeln in der Atmosphäre zu identifizieren, die die Bildung von Wolkentröpfchen und Eis auslösen. Eine ganze Reihe von Wolkenradargeräten, Aerosol-Lidargeräten, UAVs, Fesselballons und direkten Luftprobenahmen (mit und ohne Wolken) wird eingesetzt, um mit noch nie dagewesener Detailgenauigkeit zu charakterisieren, wie jedes biologische Partikel zur Wolkenbildung beiträgt und welche Partikel dabei am effektivsten sind, um Wetter- und Klimavorhersagen zu verbessern.
Nenes fügt hinzu: «Die gesammelten Daten werden nicht nur zum Verständnis der Prozesse und zur Verbesserung der Modelle verwendet, sondern auch zur Verbesserung oder Entwicklung neuer Algorithmen, die von Satelliten und bodengestützter Fernerkundung zur Untersuchung von Aerosolen und Wolken eingesetzt werden. Wir und das CleanCloud-Konsortium insgesamt werden mit der Europäischen Weltraumorganisation und unseren Schwesterkonsortien CERTAINTY und AIRSENSE zusammenarbeiten, um den kürzlich gestarteten EarthCare-Satelliten optimal zu nutzen, mit dem Ziel, die Rolle von Aerosolen auf Wolken und Niederschlag in einer postfossilen Welt zu verstehen.»
