[[Bild:Forcing_Feedback.png|thumb|468px|Konzeptionelles Modell der Wirkungen von Klimaantrieb und Feedback auf die Strahlungsbilanz. Das Strahlungsungleichgewicht bezieht sich hier auf den oberen Rand der Atmosphäre, die Temperaturänderung auf die 2m Temperatur. Rote Pfeile sind Klimaantreibe, blaue Pfeile Rückkopplungen. Der gelbe Pfeil symbolisiert eine Störung der solaren Einstrahlung. Das Planck-feedback ist die Anpassung der emittierten Strahlung der Erde an ihre Temperaturänderung. Die Abbildung ist selbstgezeichnet nach Sherwood et al. (2014). 
Eine '''Störung''' wäre beispielsweise eine erhöhte CO2 Konzentration. Der resultierende [[Treibhauseffekt]] ist ein '''Klimaantrieb''', welcher zu einem '''Strahlungsungleichgewicht''' führt, in dem das Erdsystem am Oberrand der Atmosphäre weniger Strahlung emittiert als von der Sonne erhält. Dies gleicht die Erde zunächst und im Laufe der Zeit durch eine Temperaturänderung an der Oberfläche (in diesem Falle durch eine Temperaturerhöhung) aus. Dabei treten Rückkopplungen/'''Feedbacks''' innerhalb des Klimasystems auf, die wiederum Albedo und die atmosphärischen Durchlässigkeit (auch Emissivität genannt) der langwelligen Strahlung auf, welche wieder zu Temperaturveränderungen führen.
]]

In der Diskussion über das Ausmaß des Klimawandels wird oft von '''Rückkopplungsmechanismen (feedbacks)''' gesprochen. Diese treten als Folge des externen [[Klimaantrieb]]s bei Wechselwirkungen zwischen dem hervorgerufenen Strahlungsungleichgewicht bzw. der Temperaturerhöhung und der Antwort des Klimasystems auf diese Veränderung auf (Abb.1). Während Klimaantriebe die Ursache für einen Klimawandel darstellen, sind Rückkopplungen nur Folgen davon. 
Dabei bezieht sich die Rückkopplung auf die durch den Antrieb hervorgerufene Temperaturerhöhung an der Oberfläche. Wenn eine Änderung der Temperatur eine Größe beeinflusst, die über die Strahlungsbilanz wiederum zu einer Temperaturänderung führt, spricht man von einer Rückkopplung. So können Rückkopplungen anschaulich anhand eines Kreislaufs illustriert werden, der mit der Erwärmung der Oberflächentemperatur beginnt (Abbildung 1, rechte Seite). Innerhalb dieses Kreislaufs kann es dann zu einer Verstärkung oder Linderung des anfänglichen Temperaturanstiegs kommen. Im ersten Fall spricht man von einer positiven, im zweiten von einer negativen Rückkopplung. 
Ein solcher Kreislauf ist allerdings nur eine Modellvorstellung unter bestimmten Annahmen, da Rückkopplungen im Klimasystem nicht von einander getrennt ablaufen sondern untereinander interagieren (deshalb bezeichnet man das Klimasystems als nichtlinear). So lässt sich der Effekt einer einzelnen Rückkopplung auf die Temperatur nur schwer einschätzen. Beispielsweise wird bei einer deutlich negativen Temperaturgradient-Rückkopplung die Wasserdampf-Rückkopplung am Boden wahrscheinlich größer sein.

== Arten von Rückkopplungsmechanismen ==
*[[Wasserdampf-Rückkopplung und Temperatur-Gradient-Rückkopplung|Wasserdampf-Rückkopplung (water vapour feedback) und Temperatur-Gradient-Rückkopplung (lapse rate feedback)]] 
*[[Wolkenrückkopplungen|Wolkenrückkopplung]] 
*[[Eis-Albedo-Rückkopplung]] 
*Biogeophysikalische Rückkopplungen 
*Schwarzkörperstrahlung 
*Kohlenstoffkreislauf

== Einschätzung der Größenordnung der Rückkopplungsmechanismen ==

In der Summe verstärken Rückkopplungen eine anfängliche Erwärmung nach aktuellen Modellläufen um 2 W/(m²K) (Abbildung 2). Die größte Bedeutung kommt dabei der Wasserdampfrückkopplung zu. Die Ergebnisse streuen im Allgemeinen noch recht weit. Sehr wahrscheinlich sind jedoch die meisten Rückkopplungen positiv und verstärken die Klimaerwärmung.

== Lizenzangaben ==
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{{Kontakt}}
{{#set:
|Folge von=Klimaantrieb
}}
<metakeywords> Grundbegriffe</metakeywords>

[[Kategorie:Grundbegriffe]]
[[Kategorie:Klimasystem]]

Wasserdampfrückkopplung und Temperaturgradientrückkopplung

2015-08-13T13:11:14Z

Fabi:

Wasserdampfrückkopplung und Temperaturgradientrückkopplung

2015-08-13T10:26:09Z

Fabi:

Die Wasserdampfrückkopplung und die Temperaturgradientrückkopplung beeinflussen sich gegenseitig, weshalb sie im Folgenden Artikel zusammen erläutert werden.
==Wasserdampfrückkopplung==
[[Wasserdampf]] ist ein starkes [[Treibhausgase|Treibhausgas]] und absorbiert stark im [[Strahlungshaushalt der Atmosphäre|langwelligen Strahlungsbereich]]. Diese Absorption ist dabei (logarithmisch) abhängig von der Wasserdampfkonzentration. Wärmere Luft kann zudem mehr Wasserdampf aufnehmen. Kombiniert man diese beiden Punkte, erhält man eine stark positive Wasserdampfrückkopplung bei einer globalen Erwärmung (solange die relative Feuchtigkeit gleich bleibt). Die globale Erwärmung durch Kohlenstoffdioxid wird durch Wasserdampf verdoppelt, wenn man allein dieses [[Feedback]] in Betracht zieht.
==Temperaturgradientrückkopplung==
Durch unterschiedliche Erwärmung mit der Höhe als Reaktion auf einen [[Strahlungsantrieb]] wie bspw. eine erhöhte CO2 Konzentration kommt es ebenfalls zu einer Rückkopplung. Die Temperaturabnahme mit der Höhe ([[Gradient|Temperaturgradient]]) wird in der Troposphäre von Strahlung, Konvektion und dynamischen Prozessen bestimmt. In hochreichenden konvektiven Wolken nimmt die Temperatur [[adiabatische Prozesse|feuchtadiabatisch]] mit der Höhe ab. Das bedeutet, dass für ein Luftpaket angenommen wird, dass es bei seinem Aufstieg seine Temperatur nur durch Arbeit gegen Druckänderung (Expansionsabkühlung) oder durch Phasenumwandlungen des Wassers (Kondensationswärme) verändert und ansonsten keine Wärme, bspw. durch Strahlung aufnimmt oder abgibt - also isoliert ist. Da in einer Wolke vorrangig [[Kondensation]] und somit eine Erwärmung stattfindet, ist die Temperaturabnahme mit der Höhe im feuchtadiabatischem Fall nicht so stark wie ohne die Berücksichtigung von Phasenumwandlungen, also im trockenadiabatischem Fall.

===Tropische Temperaturgradientrückkopplung===
[[Datei:TempGradRueck.png|thumb|420px|'''Abbildung 1:''' Skizzenhafte adiabatische ('''durchgezogene Linien''') und feuchtadiabatische ('''gestrichelte Linien''') Temperaturabnahme mit der Höhe im jetztigen Klima ('''blau''') und in einem wärmeren Klima ('''rot'''). Die Tropen sind im mittel feuchtadiabatisch geschichtet. Dort ist die Erwärmung in der Höhe (Länge des oberen schwarzen Doppelpfeils) größer als bodennah (Länge des unteren schwarzen Doppelpfeils).]]
In den Tropen tritt konvektive Wolkenbildung immer wieder auf. Da dort horizontale Temperaturunterschiede sehr schnell durch dynamische Prozesse ausgeglichen werden, ist die tropische Troposphäre im mittel feuchtadiabatisch geschichtet. Klimamodelle zeigen, dass sie auch in einem wärmeren Klima so geschichtet sein wird, was bedeutet, dass in der Höhe eine stärkere Erwärmung stattfindet, als am Boden (s.h. '''Abbildung 1'''). Da die entscheidenden Schichten für die troposphärische Ausstrahlung in den Weltraum in der höheren Troposphäre liegen, nimmt durch diesen Effekt die langwellige Ausstrahlung zu (also das Gegenteil vom Treibhauseffekt), da sie auf Basis einer noch höheren Temperatur stattfindet. Deshalb ist diese Rückkopplung negativ.

===Außertropische Temperaturgradientrückkopplung===
In den Außertropen berechnen die Klimamodelle stattdessen eine positive Temperaturgradientrückkopplung, da hier andere Prozesse eine Rolle spielen und horizontale Temperaturunterschiede nicht sofort ausgeglichen werden. Die tropische Rückkopplung überwiegt global gemittelt jedoch. Die berechneten Werte für die Rückkopplung unterscheiden sich auch von Modell zu Modell. Je stärker ein Modell die Erwärmung der tropischen Gebiete und je schwächer die Erwärmung in den Außertropen berechnet, desto negativer ist die Rückkopplung.

==Abhängigkeit von Wasserdampfrückkopplung und Temperaturgradientrückkopplung==
Die negative Temperaturgradientrückkopplung wirkt der positiven Wasserdampfrückkopplung entgegen und hängt stark von ihr ab. Ist die Wasserdampfrückkopplung stark, nimmt die Temperatur zu - die Atmosphäre schichtet sich aber feuchtadiabatisch, sodass es in der höheren Troposphäre wärmer ist und es kommt zu einer stärker negativen und somit ausgleichenden Temperaturgradientrückkopplung (s.h. '''Abildung 1'''). Dabei ist wichtig, dass Änderungen in der relativen Feuchte diese gegenseitige Beeinflussung verändern würden. Würde es relativ gesehen feuchter werden, wäre die ausgleichende Temperaturgradientrückkopplung nicht mehr so stark, sodass die Wasserdampfrückkopplung stärker ins Gewicht fallen würde. Die mittlere relative Feuchtigkeit zeigt aber kaum Veränderungen in Klimamodellen, solange die großskalige Zirkulation unverändert bleibt.

==Literatur==
* Bony, S., Colman, R., Kattsov, V., Allan, R., Bretherton, C., Dufresne, J-L., Hall, A., Hallegatte, S., Holland, M., Ingram, W., Randall, D., Soden, B., Tselioudis, G. und Webb, M. (2006): How Well Do We Understand and Evaluate Climate Change Feedback Processes? Journal of Climate. Vol. 19. S.3445-3482.
* Vial, J., Dufresne, J-L., Bony, S. (2013). On the interpretation of inter-model spread in CMIP5 climate sensitivity estimates. Climate Dynamics. Vol. 41, Issue 11-12, S. 3339-3362.

== Lizenzhinweis ==
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<metakeywords>DBS-Wiki-KW, Troposphäre, Wasserdampf, Strahlungshaushalt der Atmosphäre, Gradient, Rückkopplung</metakeywords>

[[Kategorie:Klimaänderungen]]

Wasserdampfrückkopplung und Temperaturgradientrückkopplung

2015-08-13T10:24:16Z

Fabi:

Die Wasserdampfrückkopplung und die Temperaturgradientrückkopplung beeinflussen sich gegenseitig, weshalb sie im Folgenden Artikel zusammen erläutert werden.
==Wasserdampfrückkopplung==
[[Wasserdampf]] ist ein starkes [[Treibhausgase|Treibhausgas]] und absorbiert stark im [[Strahlungshaushalt der Atmosphäre|langwelligen Strahlungsbereich]]. Diese Absorption ist dabei (logarithmisch) abhängig von der Wasserdampfkonzentration. Wärmere Luft kann zudem mehr Wasserdampf aufnehmen. Kombiniert man diese beiden Punkte, erhält man eine stark positive Wasserdampfrückkopplung bei einer globalen Erwärmung (solange die relative Feuchtigkeit gleich bleibt). Die globale Erwärmung durch Kohlenstoffdioxid wird durch Wasserdampf verdoppelt, wenn man allein dieses [[Feedback]] in Betracht zieht.
==Temperaturgradientrückkopplung==
Durch unterschiedliche Erwärmung mit der Höhe als Reaktion auf einen [[Strahlungsantrieb]] wie bspw. eine erhöhte CO2 Konzentration kommt es ebenfalls zu einer Rückkopplung. Die Temperaturabnahme mit der Höhe ([[Gradient|Temperaturgradient]]) wird in der Troposphäre von Strahlung, Konvektion und dynamischen Prozessen bestimmt. In hochreichenden konvektiven Wolken nimmt die Temperatur [[adiabatische Prozesse|feuchtadiabatisch]] mit der Höhe ab. Das bedeutet, dass für ein Luftpaket angenommen wird, dass es bei seinem Aufstieg seine Temperatur nur durch Arbeit gegen Druckänderung (Expansionsabkühlung) oder durch Phasenumwandlungen des Wassers (Kondensationswärme) verändert und ansonsten keine Wärme, bspw. durch Strahlung aufnimmt oder abgibt - also isoliert ist. Da in einer Wolke vorrangig [[Kondensation]] und somit eine Erwärmung stattfindet, ist die Temperaturabnahme mit der Höhe im feuchtadiabatischem Fall nicht so stark wie ohne die Berücksichtigung von Phasenumwandlungen, also im trockenadiabatischem Fall.

===Tropische Temperaturgradientrückkopplung===
[[Datei:TempGradRueck.png|thumb|420px|'''Abbildung 1:''' Skizzenhafte adiabatische ('''durchgezogene Linien''') und feuchtadiabatische ('''gestrichelte Linien''') Temperaturabnahme mit der Höhe im jetztigen Klima ('''blau''') und in einem wärmeren Klima ('''rot'''). Die Erwärmung ist in der Höhe (Länge des oberen schwarzen Doppelpfeils) größer als bodennah (Länge des unteren schwarzen Doppelpfeils).]]
In den Tropen tritt konvektive Wolkenbildung immer wieder auf. Da dort horizontale Temperaturunterschiede sehr schnell durch dynamische Prozesse ausgeglichen werden, ist die tropische Troposphäre im mittel feuchtadiabatisch geschichtet. Klimamodelle zeigen, dass sie auch in einem wärmeren Klima so geschichtet sein wird, was bedeutet, dass in der Höhe eine stärkere Erwärmung stattfindet, als am Boden (s.h. '''Abbildung 1'''). Da die entscheidenden Schichten für die troposphärische Ausstrahlung in den Weltraum in der höheren Troposphäre liegen, nimmt durch diesen Effekt die langwellige Ausstrahlung zu (also das Gegenteil vom Treibhauseffekt), da sie auf Basis einer noch höheren Temperatur stattfindet. Deshalb ist diese Rückkopplung negativ.

===Außertropische Temperaturgradientrückkopplung===
In den Außertropen berechnen die Klimamodelle stattdessen eine positive Temperaturgradientrückkopplung, da hier andere Prozesse eine Rolle spielen und horizontale Temperaturunterschiede nicht sofort ausgeglichen werden. Die tropische Rückkopplung überwiegt global gemittelt jedoch. Die berechneten Werte für die Rückkopplung unterscheiden sich auch von Modell zu Modell. Je stärker ein Modell die Erwärmung der tropischen Gebiete und je schwächer die Erwärmung in den Außertropen berechnet, desto negativer ist die Rückkopplung.

==Abhängigkeit von Wasserdampfrückkopplung und Temperaturgradientrückkopplung==
Die negative Temperaturgradientrückkopplung wirkt der positiven Wasserdampfrückkopplung entgegen und hängt stark von ihr ab. Ist die Wasserdampfrückkopplung stark, nimmt die Temperatur zu - die Atmosphäre schichtet sich aber feuchtadiabatisch, sodass es in der höheren Troposphäre wärmer ist und es kommt zu einer stärker negativen und somit ausgleichenden Temperaturgradientrückkopplung (s.h. '''Abildung 1'''). Dabei ist wichtig, dass Änderungen in der relativen Feuchte diese gegenseitige Beeinflussung verändern würden. Würde es relativ gesehen feuchter werden, wäre die ausgleichende Temperaturgradientrückkopplung nicht mehr so stark, sodass die Wasserdampfrückkopplung stärker ins Gewicht fallen würde. Die mittlere relative Feuchtigkeit zeigt aber kaum Veränderungen in Klimamodellen, solange die großskalige Zirkulation unverändert bleibt.

==Literatur==
* Bony, S., Colman, R., Kattsov, V., Allan, R., Bretherton, C., Dufresne, J-L., Hall, A., Hallegatte, S., Holland, M., Ingram, W., Randall, D., Soden, B., Tselioudis, G. und Webb, M. (2006): How Well Do We Understand and Evaluate Climate Change Feedback Processes? Journal of Climate. Vol. 19. S.3445-3482.
* Vial, J., Dufresne, J-L., Bony, S. (2013). On the interpretation of inter-model spread in CMIP5 climate sensitivity estimates. Climate Dynamics. Vol. 41, Issue 11-12, S. 3339-3362.

== Lizenzhinweis ==
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[[Kategorie:Klimaänderungen]]

Datei:TempGradRueck.png

2015-08-13T10:19:40Z

Fabi: Die Veränderung des Temperaturgradienten in einem wärmeren Klima

Die Veränderung des Temperaturgradienten in einem wärmeren Klima

Wasserdampfrückkopplung und Temperaturgradientrückkopplung

2015-08-13T10:17:51Z

Fabi: Die Seite wurde neu angelegt: „Die Wasserdampfrückkopplung und die Temperaturgradientrückkopplung beeinflussen sich gegenseitig, weshalb sie im Folgenden Artikel zusammen erläutert werden…“

Die Wasserdampfrückkopplung und die Temperaturgradientrückkopplung beeinflussen sich gegenseitig, weshalb sie im Folgenden Artikel zusammen erläutert werden.
==Wasserdampfrückkopplung==
[[Wasserdampf]] ist ein starkes [[Treibhausgase|Treibhausgas]] und absorbiert stark im [[Strahlungshaushalt der Atmosphäre|langwelligen Strahlungsbereich]]. Diese Absorption ist dabei (logarithmisch) abhängig von der Wasserdampfkonzentration. Wärmere Luft kann zudem mehr Wasserdampf aufnehmen. Kombiniert man diese beiden Punkte, erhält man eine stark positive Wasserdampfrückkopplung bei einer globalen Erwärmung (solange die relative Feuchtigkeit gleich bleibt). Die globale Erwärmung durch Kohlenstoffdioxid wird durch Wasserdampf verdoppelt, wenn man allein dieses [[Feedback]] in Betracht zieht.
==Temperaturgradientrückkopplung==
Durch unterschiedliche Erwärmung mit der Höhe als Reaktion auf einen [[Strahlungsantrieb]] wie bspw. eine erhöhte CO2 Konzentration kommt es ebenfalls zu einer Rückkopplung. Die Temperaturabnahme mit der Höhe ([[Gradient|Temperaturgradient]]) wird in der Troposphäre von Strahlung, Konvektion und dynamischen Prozessen bestimmt. In hochreichenden konvektiven Wolken nimmt die Temperatur [[adiabatische Prozesse|feuchtadiabatisch]] mit der Höhe ab. Das bedeutet, dass für ein Luftpaket angenommen wird, dass es bei seinem Aufstieg seine Temperatur nur durch Arbeit gegen Druckänderung (Expansionsabkühlung) oder durch Phasenumwandlungen des Wassers (Kondensationswärme) verändert und ansonsten keine Wärme, bspw. durch Strahlung aufnimmt oder abgibt - also isoliert ist. Da in einer Wolke vorrangig [[Kondensation]] und somit eine Erwärmung stattfindet, ist die Temperaturabnahme mit der Höhe im feuchtadiabatischem Fall nicht so stark wie ohne die Berücksichtigung von Phasenumwandlungen, also im trockenadiabatischem Fall.

===Tropische Temperaturgradientrückkopplung===
In den Tropen tritt konvektive Wolkenbildung immer wieder auf. Da dort horizontale Temperaturunterschiede sehr schnell durch dynamische Prozesse ausgeglichen werden, ist die tropische Troposphäre im mittel feuchtadiabatisch geschichtet. Klimamodelle zeigen, dass sie auch in einem wärmeren Klima so geschichtet sein wird, was bedeutet, dass in der Höhe eine stärkere Erwärmung stattfindet, als am Boden (s.h. '''Abbildung 1'''). Da die entscheidenden Schichten für die troposphärische Ausstrahlung in den Weltraum in der höheren Troposphäre liegen, nimmt durch diesen Effekt die langwellige Ausstrahlung zu (also das Gegenteil vom Treibhauseffekt), da sie auf Basis einer noch höheren Temperatur stattfindet. Deshalb ist diese Rückkopplung negativ.

===Außertropische Temperaturgradientrückkopplung===
In den Außertropen berechnen die Klimamodelle stattdessen eine positive Temperaturgradientrückkopplung, da hier andere Prozesse eine Rolle spielen und horizontale Temperaturunterschiede nicht sofort ausgeglichen werden. Die tropische Rückkopplung überwiegt global gemittelt jedoch. Die berechneten Werte für die Rückkopplung unterscheiden sich auch von Modell zu Modell. Je stärker ein Modell die Erwärmung der tropischen Gebiete und je schwächer die Erwärmung in den Außertropen berechnet, desto negativer ist die Rückkopplung.

==Abhängigkeit von Wasserdampfrückkopplung und Temperaturgradientrückkopplung==
Die negative Temperaturgradientrückkopplung wirkt der positiven Wasserdampfrückkopplung entgegen und hängt stark von ihr ab. Ist die Wasserdampfrückkopplung stark, nimmt die Temperatur zu - die Atmosphäre schichtet sich aber feuchtadiabatisch, sodass es in der höheren Troposphäre wärmer ist und es kommt zu einer stärker negativen und somit ausgleichenden Temperaturgradientrückkopplung (s.h. '''Abildung 1'''). Dabei ist wichtig, dass Änderungen in der relativen Feuchte diese gegenseitige Beeinflussung verändern würden. Würde es relativ gesehen feuchter werden, wäre die ausgleichende Temperaturgradientrückkopplung nicht mehr so stark, sodass die Wasserdampfrückkopplung stärker ins Gewicht fallen würde. Die mittlere relative Feuchtigkeit zeigt aber kaum Veränderungen in Klimamodellen, solange die großskalige Zirkulation unverändert bleibt.

==Literatur==
* Bony, S., Colman, R., Kattsov, V., Allan, R., Bretherton, C., Dufresne, J-L., Hall, A., Hallegatte, S., Holland, M., Ingram, W., Randall, D., Soden, B., Tselioudis, G. und Webb, M. (2006): How Well Do We Understand and Evaluate Climate Change Feedback Processes? Journal of Climate. Vol. 19. S.3445-3482.
* Vial, J., Dufresne, J-L., Bony, S. (2013). On the interpretation of inter-model spread in CMIP5 climate sensitivity estimates. Climate Dynamics. Vol. 41, Issue 11-12, S. 3339-3362.

== Lizenzhinweis ==
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<metakeywords>DBS-Wiki-KW, Troposphäre, Wasserdampf, Strahlungshaushalt der Atmosphäre, Gradient, Rückkopplung</metakeywords>

[[Kategorie:Klimaänderungen]]

2015-08-12T15:22:07Z

Fabi:

Wolken wirken sich stark und durch unterschiedliche Prozesse auf den [[Strahlungshaushalt]] des Klimasystems aus. (Zelinka, 2010: Auf das aktuelle Klima wirken Wolken abkühlend mit einem [[Strahlungsantrieb]] von -20 W/m² am Oberrand der Atmosphäre durch Reflexion von [[Wolken|Sonnenstrahlen]]. Vergleicht man diesen Wert mit dem Strahlungsantrieb bei einer Verdoppelung von CO2, nämlich in etwa 4 W/m², so erkennt man, dass kleine Änderungen der Wolken dramatische Effekte auf das Klima haben können.) Dementsprechend wichtig ist es, die Reaktion von Wolken auf eine eine Klimaerwärmung - also die Wolkenrückkopplung, zu kennen und ihre Größe zu bestimmen.

==Bestimmung der Wolkenrückkopplung==
Ob eine Rückkopplung sich verstärkend oder abschwächend auswirkt, lässt sich [[Feedback|mit Klimamodellen berechnen]]. Die Reaktion sowohl des Bewölkungsgrad als auch der Eigenschaften von Wolken an sich auf eine bodennahe Temperaturänderung ist allerdings noch recht unklar. Die Großzahl der Modelle zeigt eine positive Rückkopplung - das heißt, Wolken verstärken die globale Erwärmung. Die Modelle weichen untereinander in der Größe aber stark ab. So macht die Wolkenrückkopplung den größten Anteil der Unsicherheit in der Bestimmung der Klimasensitivität aus.

==Unsicherheiten==
(Zelinka, 2010): Die Unsicherheiten bei der Bestimmung der Wolkenrückkopplung werden Veränderungen im kurzwelligen Strahlungsbereich (Sonnenstrahlen) zugeschrieben. Modelle, welche weniger tiefe Bewölkung in der Zukunft berechnen, weisen gleichzeitig eine stärkere Erwärmung im 21. Jahrhundert auf, weil weniger kurzwellige Strahlung reflektiert wird. Genau so gibt es auch Modelle, die einen Anstieg der Fläche tiefer Wolkenschichten simulieren bei gleichzeitig geringerem Anstieg der Temperatur.

==Bekannte Mechanismen bei der Wolkenrückkopplung==
Wolkenauftreten ist maßgeblich gekoppelt an die mittleren Lufströmungen (Dynamik) der Troposphäre. Gerade in den Tropen ist bekannt, dass die Zirkulation über die Wolkenart und ihre Häufigkeit entscheidend ist. Daraus folgt, dass ein besseres Verständnis der Wolkenrückkopplung erzielt werden könnte, wenn man die Reaktion der tropischen Dynamik auf den Klimawandel besser verstehen würde. Vial: Die Tropen sind auch deshalb so wichtig, weil auf Grund ihrer großen Ausdehnung fast 50 Prozent des Feedbacks von ihnen ausgehen). Eine Theorie, wie in den Tropen auf regionaler Skala die Zirkulation Änderungen in der Bewölkung und in der Strahlungswirkung der Wolken hervorruft, ist der Iris Effekt.

Auch in den Außertropen wird sich eine Veränderung in der Zirkulation auf die Bewölkung auswirken. Beispielsweise sehen viele Modelle eine vermehrte Sturmaktivität in einem Klima mit erhöhter Co2 Konzentration, welche unmittelbar mit dem mittleren Bewölkungsgrad zusammenhängt. Doch auch hier ist die genaue Wirkung auf die Wolken noch unklar.

Im langwelligen Strahlungsbereich sind die Modelle einig, dass die Wolkenrückkopplung positiv ist. Eine unterstützende Theorie dazu bildet die Theorie der fixen Wolkenoberkantentemperatur. Im Folgenden werden diese Theorien erläutert.

===Theorie der fixen Wolkenoberkantentemperatur===
[[Datei:TempGrad.png|thumb|420px|'''Abbildung 1:''' Skizzenhafte Temperaturabnahmen mit der Höhe für verschiedene Modellatmosphären mit Strahlung. '''Blau''': Unbewegliche Troposphäre ohne Phasenumwandlung von Wasser. '''Rot''': Bewegliche, also konvektive Atmosphäre ohne Phasenumwandlung von Wasser. '''Rot gestrichelt''': Konvektive Atmosphäre mit Phasenumwandlung von Wasser.
Die tropische Atmosphäre ist wie eine konvektive Atmosphäre mit Kondensation geschichtet. Strahlung wirkt in dieser abkühlend hin zu der unbeweglich geschichteten Atmosphäre.]]
(Zelinka, 2010): Eine Theorie besagt, dass die Temperatur an der Oberkante von hochreichenden Wolken in einem wärmeren Klima nicht von der Temperatur am Boden abhängt. Das bedeutet, dass sich die Wolkenoberkante in einem wärmeren Klima in einer größeren Höhe befände. (Hartmann & Larson, 2002). Durch Strahlungsprozesse hätte dies eine positive Rückkopplung zur Folge. Der gesamte Mechanismus erklärt sich folgendermaßen:

Die tropische Troposphäre lässt sich gut durch ein sogenanntes ''Strahlungs-konvektions-Gleichgewicht'' beschreiben. Stellen wir uns eine Troposphäre ohne Luftbewegung ([[Konvektion]]) oder Phasenumwandlungen von Wasser ([[latente Wärme]]) vor. In einer solchen würden hauptsächlich Strahlungsprozesse auf die Temperatur wirksam sein und es würde sich ein Strahlungsgleichgewicht einstellen, in dem die Troposphäre kälter wäre, als sie es eigentlich ist. In der realen Troposphäre wirkt Strahlung folglich abkühlend in Richtung dieses Strahlungsgleichgewicht. Irgendwann wird jedoch in der realen Troposphäre Luftbewegung ausgelöst, welche netto Wärme niedrigerer Höhen in die obere Troposphäre transportiert. '''Abbildung 1''' zeigt skizzenhaft die Temperaturabnahme mit der Höhe für verschiedene Modellatmosphären.

Diese Luftbewegung zeichnet sich an den Orten in den Tropen, wo die Luft aufsteigt, durch hochreichende, die Troposphäre durchdringende Wolken aus (Damit am Boden nicht plötzlich Luft und damit Masse fehlt, muss Luft nachströmen und folglich an anderen Stellen absinken. Dieses Prinzip nennt sich Massenerhaltung und wird mathematisch durch die Kontinuitätsgleichung beschrieben). Im Mittel ergibt sich ein Ausgleich zwischen Strahlungsabkühlung und konvektiver Erwärmung, welches Strahlungs-konvektions-gleichgewicht genannt wird. Die Wolkenoberkante, also das Ende des Luftaufstiegs befindet sich in der Höhe, in der die Strahlungsabkühlung deutlich schwächer wird, da es sozusagen ohne Strahlungsabkühlung auch keine Konvektion gibt.

[[Datei:Claclap.png|thumb|420px|'''Abbildung 2:''' Skizzenhafte Zunahme der Wasserdampfaufnahmekapazität von Luft mit der Temperatur. Eine Variable für die y-Achse wäre bspw. die Sättigungsfeuchte.]]
[[Datei:Strahlungsabk.png|thumb|420px|'''Abbildung 3:''' Skizzenhafte Veränderung der tropischen Strahlungsabkühlung und Feuchtigkeit mit der Höhe im Klimawandel. '''Blau:''' Die spezifische Feuchtigkeit im aktuellen Klimasystem (durchgezogene Linie) und in einem erwärmten (gestrichelte Linie). '''Gelb:''' Strahlungsabkühlung im aktuellen Klimasystem (durchgezogene Linie) und in einem erwärmten (gestrichelte Linie). ]]
Die Strahlungsabkühlung hängt nun maßgeblich vom Wasserdampfgehalt ab, da Wasserdampf ein starker Emittent von langwelliger Strahlung ist. Der Wasserdampfgehalt ist wiederum nach der Clausis-Clapeyron-Gleichung stark Temperaturabhängig und nimmt deswegen mit der Höhe exponentiell ab ('''Abbildung 2''' zeigt skizzenhaft die Abhängigkeit von Wasserdampf von der Temperatur). In einer bestimmten Höhe, in der sich kaum mehr Wasserdampf befindet, nimmt folglich auch die Strahlungsabkühlung stark ab. In Modellexperimenten zeigt sich, dass die Strahlungsabkühlung immer dann deutlich ineffizient wird, wenn die Temperatur und damit der Wasserdampfgehalt einen bestimmten Wert unterschreiten. '''Abbildung 3''' zeigt den Zusammenhang von Strahlungsabkühlung und Wasserdampfgehalt skizzenhaft.

Kommt es durch CO2 zu einer Erwärmung der Troposphäre, nimmt auch der mittlere Wassergehalt der oberen Troposphäre zu, sodass die Strahlungsabkühlung bis in eine höhere Schicht stattfindet. Das Aufsteigen und die Wolkenbildung passen sich dem an und erreichen ebenfalls eine höhere Schicht und zwar genau die, in der wieder die bestimmte Temperatur herrscht, ab der kaum mehr Wasserdampf vorhanden ist (Fixe Wolkenoberkantentemperatur oder „fixed anvil temperature“).

Diese Oberkantentemperatur entscheidet ebenfalls über die Gesamtstrahlungswirkung von Wolken. Würden die Wolken nicht auf eine Klimaerwärmung reagieren, wäre ihre Oberkante noch in der gleichen Höhe wie zuvor, welche durch die Klimaerwärmung wärmer wäre. So würden die Wolken in einem wärmeren Klima mit einer höheren Temperatur, und somit auch stärker in den Weltraum ausstrahlen. Die Anhebung der Wolkenoberkante in eine Höhe mit einer niedrigen Temperatur ist nun unsere Rückkopplung: Sie bewirkt eine Abschwächung der Ausstrahlung und somit verbleibt noch mehr Energie in der Troposphäre. Folglich ist sie positiv und eine Studie schätzt ihren Wert auf etwa 0.5 W/(m²K).

===Iris Effekt===

In einem wärmeren Klima berechnen einige Modelle eine Abnahme der Häufigkeit von tropischen hochreichenden, konvektiven Wolken wie Kumulonimbus Wolken bei einem gleichzeitigen Anstieg von trockenen Regionen mit Absinken. Einerseits erreicht in diesem Falle kurzwellige Sonnenstrahlung häufiger die Oberfläche und erwärmt diese stärker, was für eine positive Rückkopplung sprechen würde. Andererseits wird im wolkenfreien Bereich auch sehr viel mehr langwellige Strahlung in den Weltraum emittiert, denn es fehlen die Wolken, welche diese Strahlung absorbieren würden. Im Mittel gleichen sich diese Prozesse ungefähr aus.

==Literatur==
<references/>

== Lizenzhinweis ==
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[[Kategorie:Klimaänderungen]]

2015-01-28T15:39:29Z

Fabi: Die Seite wurde neu angelegt: „In der Diskussion über das Ausmaß des Klimawandels wird oft von '''Rückkopplungsmechanismen (feedbacks)''' gesprochen. Diese treten bei Wechselwirkungen zwi…“

In der Diskussion über das Ausmaß des Klimawandels wird oft von '''Rückkopplungsmechanismen (feedbacks)''' gesprochen. Diese treten bei Wechselwirkungen zwischen dem externen Klimaantrieb und der Antwort des Klimasystems auf diese Veränderung auf (Abb.1). Während Klimaantriebe die Ursache für einen Klimawandel darstellen, sind Rückkopplungen nur Folgen davon. 
Dabei bezieht sich die Rückkopplung meistens auf die durch den Antrieb hervorgerufene Temperaturerhöhung an der Oberfläche. Wenn diese Anfangsstörung eine Größe beeinflusst, die wiederum die Temperaturerhöhung beeinflusst, spricht man von einer Rückkopplung. So können Rückkopplungen anschaulich anhand eines Kreislaufs illustriert werden, der mit der Erwärmung der Oberflächentemperatur beginnt. Innerhalb dieses Kreislaufs kann es dann zu einer Verstärkung oder Linderung des anfänglichen Temperaturanstiegs kommen. Im ersten Fall spricht man von einer positiven, im zweiten von einer negativen Rückkopplung. 
Ein solcher Kreislauf ist allerdings nur eine Modellvorstellung unter bestimmten Annahmen, da Rückkopplungen im Klimasystem nicht von einander getrennt ablaufen sondern untereinander interagieren (deshalb bezeichnet man das Klimasystems als nichtlinear). So lässt sich der Effekt einer einzelnen Rückkopplung auf die Temperatur nur schwer einschätzen. Beispielsweise wird bei einer deutlich negativen Temperaturgradient-Rückkopplung die Wasserdampf-Rückkopplung am Boden wahrscheinlich größer sein.

== Arten von Rückkopllungsmechanismen ==
*Wasserdampf-Rückkopplung (water vapour feedback) und Temperatur-Gradient-Rückkopplung (lapse rate feedback) 
*Wolken-Rückkopplungen 
*[[Eis-Albedo-Rückkopplung]] 
*Biogeophysikalische Rückkopplungen 
*Schwarzkörperstrahlung 
*Kohlenstoffkreislauf

== Einschätzung der Größenordnung der Rückkopplungsmechanismen ==

In der Summe verstärken Rückkopplungen eine anfängliche Erwärmung nach aktuellen Modellläufen um 2 W/(m²K) (Abbildung 2). Die größte Bedeutung kommt dabei der Wasserdampfrückkopplung zu. Die Ergebnisse streuen im Allgemeinen noch recht weit. Sehr wahrscheinlich sind jedoch die meisten Rückkopplungen positiv und verstärken die Klimaerwärmung.

== Lizenzangaben ==
{{CC-Lizenz}}

{{Kontakt}}
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<metakeywords> Grundbegriffe</metakeywords>

[[Kategorie:Grundbegriffe]]
[[Kategorie:Klimasystem]]