Quelle: Phys.org – https://phys.org/news/2026-09-antarctic-reveals-southern-ocean-clouds.html, Research Organization of Information and Systems, 3. September 2026
Der Südliche Ozean rund um die Antarktis spielt eine wichtige Rolle im globalen Klimasystem. Eine besondere Bedeutung haben dabei die Wolken über diesem abgelegenen Meeresgebiet. Sie beeinflussen sowohl die Menge der Sonnenstrahlung, die die Erdoberfläche erreicht, als auch die Abgabe von Wärme von der Erde und dem Ozean in den Weltraum. Deshalb können bereits relativ kleine Fehler bei der Darstellung dieser Wolken erhebliche Auswirkungen auf Wettervorhersagen und Klimamodelle haben.
Ein japanisches Forschungsteam des National Institute of Polar Research und der Universität Nagoya hat deshalb umfangreiche Messungen untersucht, die während der 64. Japanischen Antarktisexpedition (JARE64) gewonnen wurden. Die Messungen erfolgten zwischen Dezember 2022 und März 2023 an Bord des Forschungseisbrechers R/V Shirase. Erfasst wurden unter anderem die Eigenschaften der Wolken, Temperatur und Feuchtigkeit der Atmosphäre, die Strahlung an der Erdoberfläche sowie die Konzentration von Aerosolen. Dadurch konnten die Forscher die Ergebnisse von Klimamodellen und atmosphärischen Reanalysen direkt mit realen Beobachtungen vergleichen.
Verglichen wurden die Beobachtungen mit den beiden weit verbreiteten Reanalyse-Datensätzen ERA5 und MERRA-2 sowie mit dem Klimamodell CAM-ATRAS. Alle drei Systeme konnten die grundsätzlichen Wolkenmuster über dem Südlichen Ozean wiedergeben. Bei den Einzelheiten zeigten sich jedoch deutliche Unterschiede. ERA5 und MERRA-2 überschätzten beispielsweise regelmäßig die Häufigkeit niedriger Wolken. CAM-ATRAS stimmte dagegen insbesondere bei der Häufigkeit der Wolken und ihrer physikalischen Phase – also dem Verhältnis von flüssigem Wasser und Eis – besser mit den Beobachtungen überein.
Besonders interessant war ein anderes Ergebnis: Obwohl die Modelle teilweise sehr viele tiefe Wolken simulierten, unterschätzten alle drei Datensätze die langwellige Wärmestrahlung, die von der Atmosphäre zur Erdoberfläche gelangt. Es reicht also nicht aus, lediglich die Anzahl der Wolken richtig zu simulieren. Entscheidend ist auch, aus welchem Material die Wolken bestehen und welche thermischen Eigenschaften sie besitzen.
Die Forscher untersuchten deshalb genauer den Einfluss von Aerosolen. Der Vergleich mit den Messungen zeigte, dass die Reanalyse-Datensätze höhere Aerosolkonzentrationen aufwiesen als tatsächlich beobachtet worden waren. In zusätzlichen Experimenten mit CAM-ATRAS erhöhten die Wissenschaftler deshalb die Aerosolemissionen über der Südhalbkugel. Dadurch bildeten sich im Modell tatsächlich mehr tiefe Wolken. Auf die an der Oberfläche ankommende Wärmestrahlung hatte diese Veränderung jedoch nur einen begrenzten Einfluss.
Die Ursache liegt nach den Ergebnissen der Untersuchung vor allem in den physikalischen Eigenschaften der simulierten Wolken. Die Modelle enthielten zu viel Eis in den Wolken. Das verändert die Strahlungseigenschaften der Wolken und verringert die von der Atmosphäre zur Oberfläche abgegebene langwellige Strahlung. Gleichzeitig konnte der Unterschied bei der Strahlungsbilanz nicht allein durch die fehlerhafte Darstellung der Wolken erklärt werden.
Eine weitere wichtige Ursache ist ein Temperaturfehler der Modelle. Die numerischen Modelle zeigen über dieser Region eine systematische Tendenz zu zu niedrigen Temperaturen. Diese sogenannte „cold bias“ trägt ebenfalls dazu bei, dass die nach unten gerichtete langwellige Strahlung unterschätzt wird. Nach den Forschern ist deshalb für eine realistischere Darstellung der Energiebilanz nicht nur die Häufigkeit von Wolken entscheidend. Ebenso wichtig sind die richtige Temperatur und die korrekte Bestimmung der Wolkenphase – also insbesondere die Frage, wie viel Wasser und wie viel Eis eine Wolke enthält.
Das Ergebnis ist deshalb auch für die Interpretation von Klimamodellen von Bedeutung. Wolken gehören generell zu den schwierigsten Bestandteilen von Klimamodellen. Gerade über dem Südlichen Ozean sind direkte Beobachtungen allerdings besonders selten. Das erschwert es, die Modelle anhand realer Messdaten zu überprüfen und systematische Fehler zu korrigieren.
Die Studie zeigt zugleich, dass eine bessere Beobachtungsgrundlage helfen könnte. Nach Ansicht der Forscher sollten nicht nur mehr Wolkenbeobachtungen in der Antarktis und über dem Südlichen Ozean durchgeführt werden. Ebenso wichtig sind Messungen grundlegender atmosphärischer Größen, insbesondere der Temperatur. Damit könnte die systematische Kälteabweichung der Modelle besser erfasst und möglicherweise reduziert werden.
Als Beispiel nennen die Wissenschaftler das PANSY-Radar an der japanischen Syowa-Station in der Antarktis. Die dort gewonnenen Daten werden bislang nicht regelmäßig in numerische Wettervorhersagemodelle aufgenommen. Eine stärkere Nutzung dieser bereits vorhandenen Messungen könnte nach Einschätzung der Forscher dazu beitragen, Modellfehler zu reduzieren und Wettervorhersagen zu verbessern.
Die Untersuchung verdeutlicht damit ein grundsätzliches Problem bei der Modellierung des Klimas: Die Wirkung von Wolken hängt nicht allein davon ab, wie viele Wolken vorhanden sind, sondern auch davon, welche Temperatur herrscht und ob die Wolken überwiegend aus flüssigem Wasser oder aus Eis bestehen. Gerade diese Eigenschaften beeinflussen die Strahlungsbilanz und damit den Energieaustausch zwischen Erdoberfläche, Atmosphäre und Weltraum.
Die Forscher sehen ihre Ergebnisse als wichtigen Schritt zur Verbesserung von Wetter- und Klimamodellen. Eine realistischere Beschreibung der Wolkenmikrophysik, der Wechselwirkungen zwischen Aerosolen und Wolken sowie der atmosphärischen Umgebung könnte die Unsicherheiten bei der Berechnung der Energiebilanz verringern. Dadurch könnten langfristig auch Aussagen über zukünftige Temperaturentwicklungen, Veränderungen des Meereises und natürliche Klimaschwankungen verbessert werden.
Die zugrunde liegende wissenschaftliche Arbeit von Kazutoshi Sato und seinen Kollegen wurde 2026 in Geophysical Research Letters veröffentlicht. Sie trägt den Titel „Evaluation of Low-Level Clouds, Temperature, and Surface Radiation Using a Model, Two Reanalyses, and Southern Ocean Observations“. Die Studie basiert auf den Messungen der JARE64-Expedition und gehört nach Angaben der Autoren zu den umfangreicheren Beobachtungsvergleichen von Wolken und Strahlung über dem Südlichen Ozean.
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Paper: Kazutoshi Sato et al, Evaluation of Low‐Level Clouds, Temperature, and Surface Radiation Using a Model, Two Reanalyses, and Southern Ocean Observations, Geophysical Research Letters (2026). DOI: 10.1029/2026gl123000