Messgerät „ICI“ soll neue Einsichten in rätselhafte Eiswolken liefern

11.04.2018

Wolken sind laut Weltklimarat eines der größten noch ungelösten Klimarätsel der Erde. Nun soll ein neues Messgerät besonders komplizierte erkunden – von einem Wettersatelliten aus.

Fotomontage des Wettersatelliten MetOp-SG im Weltraum
Prof. Stefan Bühler
Cirruswolken spielen eine entscheidende Rolle im Klimageschehen

An schönen Tagen kann ich meine Forschungsobjekte aus den Fenstern meines Büros studieren: Cirruswolken, die aussehen wie Federn, mit zarten Pinselstrichen über den Himmel getupft. Sie befinden sich in sechs bis vierzehn Kilometern Höhe, bestehen aus winzigen Eispartikeln und spielen eine entscheidende Rolle im Klimageschehen. Wie sie aber genau wirken, verstehen wir erst ansatzweise.

Um mehr über die Cirren herauszufinden, habe ich ein Messgerät entwickelt, das von einem Satelliten aus in die Eiswolken hineinsehen kann. 13 Jahre lang habe ich versucht, dieses Messgerät bei der Europäischen Weltraumagentur ESA unterzubringen. Nun hat das endlich geklappt: Im Jahr 2022 wird „ICI“ (für „Ice Cloud Imager“) mit dem Wettersatelliten MetOp-SG in den Weltraum starten und Cirren und andere Eiswolken zwanzig Jahre lang aus 800 Kilometern Höhe beobachten.

Wolken haben einen enormen Einfluss auf unser Klima. Einerseits reflektieren sie einen Teil der von der Sonne kommenden Strahlung zurück in den Weltraum. Anderseits halten sie einen Teil der von der Erde ausgehenden Wärmestrahlung zurück, die sonst in den Weltraum entweichen würde. So beeinflussen sie die Temperatur auf unserem Planeten.

Allerdings gibt es Unterschiede. Tiefhängende Wolken aus flüssigen Wassertröpfchen reflektieren vergleichsweise viel kurzwellige Sonnenstrahlung und lassen viel langwellige Wärmestrahlung der Erde entweichen –  ihren kühlenden Effekt kann man oft am eigenen Leib spüren. Cirren und andere Wolken aus Eisteilchen haben hingegen ganz andere physikalische Eigenschaften. Sie lassen mehr Sonnenstrahlung durch und halten gleichzeitig mehr Wärmestrahlung zurück; wirken also eher erwärmend als kühlend.

ICI wird messen, wie viel von der Erde kommende Strahlung eine Eiswolke durchlässt. Bisher können Forscher diese Strahlung nur in bestimmten Abschnitten des elektromagnetischen Spektrums messen: Ein Drittel entweicht unbeobachtet in den Weltraum. ICI dringt in diesen unerforschten Bereich vor und erfasst Strahlung im sogenannten „Submillimeterbereich“, zwischen 1,5 und 0,5 Millimetern Wellenlänge.

Dass solche Messungen mit heutigen Sensoren möglich sind, haben wir in verschiedenen Tests geprüft. So haben wir zusammen mit britischen Wissenschaftlern einen Prototyp des Instruments auf ein Flugzeug montiert und über Eiswolken fliegen lassen. Mit den Ergebnissen sind wir sehr zufrieden. Das ist zwar noch keine Garantie, dass ICI auch im Weltraum fehlerfrei arbeiten wird, aber eine gute Voraussetzung.

Mit Hilfe der gewonnen Daten können wir bestimmen, wie sich eine Wolke zusammensetzt: Wie viel Eis sie enthält, wie groß die einzelnen Kristalle sind und ob neben Eispartikeln auch Wassertröpfchen vorhanden sind. Diese Informationen brauchen wir, um unsere Klimarechenmodelle zu verbessern. Sie können Wolken nur stark vereinfacht darstellen: Die Wolken, die es heute gibt, und erst recht die Wolken, die es in Zukunft geben wird. Denn der Klimawandel wird sich auf sie auswirken. Ob es zukünftig allerdings mehr oder weniger Eiswolken geben wird, ob sie an anderen Orten auftreten oder sich anders zusammensetzen werden, wissen wir noch nicht. Dank „ICI“ werden wir das besser vorhersagen können – und die ersten Veränderungen quasi „live“ miterleben.

Dieser Artikel erschien im April 2018 als Gastbeitrag im Hamburger Abendblatt.

Prof. Stefan Bühler ist Mitglied des Centrums für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit (CEN) der Universität Hamburg und geschäftsführender Direktor des Meteorologischen Instituts.

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