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Faszination Wolkenforschung

Wie Klimaforscher den Himmel vermessen

Nahezu unendlich erscheint die Farb- und Formenvielfalt der Wolken am Himmel. Die rätselhaften Formationen aus Wassertröpfchen und Eiskristallen verändern sich permanent und haben die Menschen schon immer fasziniert. Aktuell gilt ihnen die besondere Aufmerksamkeit der Klimaforscher.

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Sie sind immer in Bewegung. Unbeständig, vergänglich und stets einzigartig ziehen die Wolken hoch über unserem Planeten umher. Genau wie zwei Drittel der Erdoberfläche mit dem Wasser der Ozeane bedeckt sind, so sind auch stets etwa zwei Drittel der Erde von Wolken verhangen. Zu allen Zeiten waren die Menschen fasziniert vom Form- und Farbspiel der flüchtigen Gebilde: Landschaftsmaler, Künstler und Träumer versuchten, sie in ihren Werken festzuhalten. Doch für Wissenschaftler blieben die Wolken lange ein großes Rätsel – eben weil sie so dynamisch, wandelbar und weit entfernt sind.

Tatsächlich gehören Wolken zu den komplexesten Erscheinungen, die in der Natur überhaupt zu finden sind. Auch heute noch stehen Forscher vor zahlreichen unbeantworteten Fragen. Besonders im Hinblick auf die globale Erwärmung gilt ihnen aktuell das gesteigerte Interesse der Klimaforschung. Weil sie den größten Unsicherheitsfaktor innerhalb  aktueller Klimamodelle darstellen, widmete der Weltklimarat (IPCC) den Wolken sogar ein eigenes Kapitel in seinem Ende 2013 veröffentlichten Bericht.

Wie Wolken entstehen und was in ihnen steckt

Doch was sind eigentlich Wolken? Kurz gesagt handelt es sich um Ansammlungen winzig kleiner Wassertröpfchen, kleiner als ein Hundertstel Millimeter. In Regenwolken sind diese allerdings deutlich größer als in Schönwetterformationen. Die in den Wolken gebündelten Wassertröpfchen bilden sich um Kondensationskerne in der Luft herum – entweder, wenn warme Luft aufsteigt oder wenn sich warme Luftschichten über kältere schieben. Schnee- und Eiskristalle oder gar Hagelkörner bilden sich bei großer Kälte und in besonders hohen Luftschichten. Hinzu kommen außerdem Staubpartikel und Teilchen aus Abgasen oder Rauch.
Die Farbe der Wolken hängt in erster Linie von derjenigen des einfallenden Lichts ab. Sie verteilen sich über mehrere Stockwerke um die Erde, in niedriger, mittelhoher und großer Höhe. Nach Schätzungen zirkulieren um die 13 Billiarden Liter Wasser in der Atmosphäre – fast 300mal so viel wie im Bodensee. Innerhalb von zehn Tagen tauscht es sich durch Niederschlag und Verdunstung einmal komplett aus.

Die Anfänge der Wolkenforschung

Der von der Weltorganisation für Meteorologie herausgegebene, erstmals 1896 erschienene „Internationale Wolkenatlas“ teilt die Wolken in unterschiedliche Gattungen, Arten und Unterarten ein: Nach Kriterien wie Helligkeit, Farbe, Größe und räumlicher Erscheinung unterscheiden Wolkenforscher zehn Hauptgruppen und mehr als 200 unterschiedliche Wolkentypen. Als Begründer der Wolkenforschung, auch Nephologie genannt, gilt der Apotheker und Naturforscher Luke Howard: Er teilte Wolken erstmals wissenschaftlich in Kategorien ein. Seine Veröffentlichung „On The Modification of Clouds“ („Über die Wandelbarkeit der Wolken“) von 1802 gilt als Schlüsselwerk der Wolkenforschung.

Wolken verstehen mit Computermodellen

Heute wollen Klimaforscher wissen, wie groß der Einfluss der Wolken auf den Strahlungshaushalt der Erde – und damit auf das Klima – ist. Mit den bisherigen Computermodellen zum Klimawandel ist es schwierig, die künftige Wolkenbildung und Niederschlagsverteilung darzustellen. Die Unsicherheit bisheriger Modellaussagen beziffern die Forscher auf rund 50 Prozent. Bislang sind die genauen Vorgänge in der Atmosphäre einfach noch zu unbekannt.

Mehr als 120 Forscher aus 17 Instituten arbeiten in Deutschland an besseren Modellen für die Wolken- und Niederschlagsbildung. Ihr Ziel: Treffsichere Aussagen zur Entwicklung der Niederschläge in einzelnen Regionen. Die mit neuen Modellen gewonnenen Erkenntnisse könnten in die nächsten Berichte zum Erdklima einfließen. Doch ob jemals alle Rätsel, die die Wolken in sich bergen, gelöst werden, ist fraglich. Bei allem wissenschaftlichen Interesse bleiben die geheimnisvollen Formationen am Himmel auch immer Objekte der Fantasie und der Faszination.
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