Globale Modellsimulationen der Auswirkungen von Seeschiffen auf Aerosole, Wolken und die Strahlungsbilanz

Zusammenfassung. Die internationale Schifffahrt trägt erheblich zum Kraftstoffverbrauch aller verkehrsbezogenen Aktivitäten bei. Die spezifischen Emissionen von Schadstoffen wie Schwefeldioxid (SO2) pro kg ausgestoßenem Kraftstoff sind höher als im Straßenverkehr oder in der Luftfahrt. Neben gasförmigen Schadstoffen emittieren Schiffe auch verschiedene Arten von Feinstaub. Das Aerosol beeinflusst die Strahlungsbilanz der Erde direkt durch Streuung und Absorption der solaren und thermischen Strahlung und indirekt durch Veränderung der Wolkeneigenschaften. Hier verwenden wir ECHAM5/MESSy1-MADE, ein globales Klimamodell mit detaillierter Aerosol- und Wolkenmikrophysik, um die Klimaauswirkungen der internationalen Schifffahrt zu untersuchen. Die Simulationen zeigen, dass die Schiffsemissionen die Wolkentropfenanzahlkonzentration tiefer mariner Wasserwolken je nach Schiffsemissionskataster und geografischer Region signifikant um bis zu 5 % bis 30 % erhöhen. Während der Flüssigwassergehalt der Wolken in diesen Simulationen nahezu unverändert bleibt, nehmen die effektiven Radien der Wolkentropfen ab, was zu einer Zunahme der optischen Wolkendicke um bis zu 5–10 % führt. Die Sensitivität der Ergebnisse wird anhand von drei verschiedenen Emissionskatastern für heutige Bedingungen abgeschätzt. Die Sensitivitätsanalyse zeigt, dass die Schifffahrt im globalen Mittel im Jahr 2000 zu 2,3 % bis 3,6 % zur gesamten Sulfatlast und zu 0,4 % bis 1,4 % zur gesamten Rußlast beiträgt. Neben Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung der Aerosole erhöht die Schifffahrt die Aerosolanzahlkonzentration, z. B. um bis zu 25 % im Größenbereich des Akkumulationsmodus (typischerweise >0,1 μm) über dem Atlantik. Die gesamte optische Aerosoldicke über dem Indischen Ozean, dem Golf von Mexiko und dem nordöstlichen Pazifik nimmt je nach Emissionskataster um bis zu 8–10 % zu. Veränderungen der optischen Aerosoldicke, die durch schifffahrtsbedingte Modifikationen der Aerosolpartikelanzahlkonzentration und der chemischen Zusammensetzung verursacht werden, führen zu einer Veränderung der kurzwelligen Strahlungsbilanz am oberen Rand der Atmosphäre (ToA) unter wolkenfreien Bedingungen von etwa −0,014 W/m² bis −0,038 W/m² im globalen Jahresmittel. Der entsprechende direkte Aerosol-Strahlungsantrieb unter All-Sky-Bedingungen liegt zwischen −0,011 W/m² und −0,013 W/m². Der indirekte Aerosoleffekt von Schiffen auf das Klima erweist sich als weitaus größer als bisher angenommen. Hier wird ein indirekter Strahlungseffekt von −0,19 W/m² bis −0,60 W/m² (eine Veränderung des atmosphärischen kurzwelligen Strahlungsflusses an der ToA) berechnet, was 17 % bis 39 % des gesamten indirekten Effekts anthropogener Aerosole ausmacht. Dieser Beitrag ist hoch, da Schiffsemissionen in Regionen mit häufigen tiefen marinen Wolken in einer ansonsten sauberen Umgebung freigesetzt werden. Zudem ist der potenzielle Einfluss von Feinstaub auf die Strahlungsbilanz über der dunklen Meeresoberfläche größer als über verschmutzten Regionen an Land.