Bestimmung des Einflusses des Strahlungsfeedbacks von atmosphärischem Methan auf die Klimasensitivität

• Antragstellerin: Dr. Franziska Winterstein
• Fachliche Zuordnung: Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 429337746

Methan (CH4) ist das Treibhausgas mit dem zweitgrößten Beitrag zum anthropogenen Strahlungsantrieb nach Kohlenstoffdioxid (CO2). Vorrangiges Thema dieses Projektes ist die erstmalige Quantifizierung der Bedeutung von atmosphärischem CH4 in dessen Rolle als Komponente der Gesamt-Strahlungsrückkopplung für die Klimasensitivität, welche den Strahlungsantrieb mit der Änderung der globalen Temperatur verknüpft. Eine auf der Basis von weniger fortgeschrittenen Modellen abgeleitete Näherung deutet darauf hin, dass die CH4-Strahlungsrückkopplung einen signifikant negativen Beitrag leisten könnte; dadurch käme es zu einer signifikanten Verstärkung der in Klimamodellen mit interaktiver Atmosphärenchemie bereits mehrfach nachgewiesenen negativen Ozon-Strahlungsrückkopplung. Allerdings benötigen diese vorläufigen Abschätzungen eine Bestätigung mit weiterentwickelten Modellen. In unserem Projekt soll eine neu entwickelte Option eines bewährten Klima-Chemie-Modells (CCMs) genutzt werden. Sie erlaubt Klimasensitivitätssimulationen mit Methanflussrandbedingung an Stelle der bisher üblichen vorgeschriebenen CH4-Mischungsverhältnisse am Modellunterrand. Das Projekt stützt sich auf das Konzept des effektiven Strahlungsantriebs, wobei schnelle Veränderungen im Klimasystem, einschließlich solcher chemischer Spurenstoffe, als Teil des Strahlungsantriebs aufgefasst werden. Nur die langsameren Änderungen, die sich auf der Zeitskala der Meeresoberflächentemperaturänderung entwickeln, werden als eigentliche Rückkopplungen mit Einfluss auf die Klimasensitivität interpretiert.Zunächst soll eine Bestimmung der schnellen und langsamen CH4-Rückkopplungen in durch CO2-Erhöhung angetriebenen CCM-Simulationen erfolgen, einerseits mit Flussrandbedingung, andererseits mit vorgeschriebenen Konzentrationen für CH4. Sodann wird eine analoge Simulationsserie mit CH4 als Strahlungsantrieb durchgeführt, in der die CH4-Flüsse verändert werden. Dabei wird CH4 sowohl als Antrieb als auch als Komponente der Strahlungsrückkopplung wirksam. In beiden Fällen erfolgt eine vollständige Analyse aller Rückkopplungen, aufgeschlüsselt sowohl nach schnellen und langsamen Effekten als auch nach Beiträgen physikalischer und chemischer Parameter. Dies wird Information darüber liefern, wie der Klimasensitivitätsparameter gegenüber CO2- und CH4-Strahlungsantrieben auf zusätzliche chemische Rückkopplungen reagiert.Zusammenfassend wird das Projekt unser gegenwärtiges Wissen über die durch chemische Spurenstoffe erzeugten Strahlungsrückkopplungen erweitern. Es wird darüber hinaus Zusammenhänge von physikalischen und chemischen Rückkopplungen auf kurzer und langer Zeitskala enthüllen und den letztendlichen Effekt der in CCMs zusätzlich wirkenden Ozon- und Methanrückkopplungen auf die Klimasensitivität quantifizieren. Dieser Wissenszuwachs wird insbesondere auch genauere Abschätzungen des Netto-Klimaeffektes zukünftiger CH4-Emissionen ermöglichen, was Voraussetzung zur Entwicklung Mitigationskonzepte ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Großbritannien, Schweiz
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professor Dr. Keith Shine; Dr. Andrea Stenke
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Martin Dameris