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Gefrorene Seen tragen überraschend stark zur Kühlung der Nordhalbkugel bei
Schnee und Eis auf Seen reflektieren pro Fläche deutlich mehr Sonnenenergie ins All als die winterliche Schneedecke an Land. Eine Satellitenanalyse über 22 Jahre beziffert diesen sogenannten kryosphärischen Strahlungseffekt auf −14,4 statt −8,2 Watt pro Quadratmeter. Besonders stark fällt der Beitrag der Seen in borealen Wäldern und im späten Frühjahr aus.
Durham (U.S.A.). Schnee und Eis beeinflussen die Energiebilanz der Erde, weil helle Oberflächen einen größeren Teil der einfallenden Sonnenstrahlung zurückwerfen. Dieser kühlende Anteil wird als kryosphärischer Strahlungseffekt bezeichnet. Bisher wurde in Beobachtungen und Klimamodellen meist nicht getrennt, ob die reflektierende Schnee- und Eisdecke auf Land oder auf Seen liegt.
Das ist gerade in den hohen Breiten relevant, denn ein großer Teil der weltweiten Seenfläche liegt im Norden. Viele dieser Seen frieren im Winter zu und bleiben im Frühjahr noch von Eis und Schnee bedeckt, wenn umliegende Flächen bereits auftauen. Dadurch verändert sich nicht nur die Stärke, sondern auch der jahreszeitliche Verlauf der Rückstrahlung.
Forscher der Duke University um Dr. Sarah W. Cooley haben nun untersucht, wie stark Seen zu diesem Effekt beitragen. Dafür wertete das Team Satellitendaten aus den Jahren 2001 bis 2022 aus. Das Untersuchungsgebiet umfasste unvergletschertes Land der Nordhalbkugel, dessen durchschnittliche Monatstemperatur in mindestens einem Monat des Jahres unter null Grad Celsius liegt.
Die Wissenschaftler kombinierten tägliche Satellitendaten zu Schneeanteil und Albedo mit einer hochauflösenden Datenbank von fast sechs Millionen Seen ab 0,01 Quadratkilometern Fläche. Ein Strahlungsmodell übersetzte die Veränderungen der Oberflächenhelligkeit anschließend in den Effekt auf die kurzwellige Strahlungsbilanz am Oberrand der Atmosphäre.
Über das gesamte Untersuchungsgebiet gemittelt lag der jährliche kryosphärische Strahlungseffekt über Seen bei −14,4 Watt pro Quadratmeter. Über Land waren es −8,2 Watt pro Quadratmeter. Beim direkten Vergleich von Seen und benachbartem Land in denselben Gitterzellen war der Effekt über den Seen im Mittel 32,4 Prozent stärker.
Obwohl Seen nur 3,7 Prozent der untersuchten Fläche bedeckten, entfielen 6,3 Prozent des gesamten kryosphärischen Strahlungseffekts auf sie. Besonders groß war ihr Anteil in seenreichen Gebieten wie dem Kanadischen Schild, Fennoskandien und Teilen des Tibetischen Hochlands. In einzelnen Regionen erreichte er 25 Prozent oder mehr.
Der Unterschied hat zwei Hauptursachen. Schnee und Eis blieben auf Seen im Mittel 9,6 Tage länger erhalten als auf dem umliegenden Land. Zugleich war der Kontrast zwischen schnee- beziehungsweise eisbedeckter und schneefreier Oberfläche bei Seen größer. Die mittlere Albedo-Differenz betrug 0,40 auf Seen und 0,33 an Land.
Besonders deutlich zeigt sich der Effekt im Frühjahr. An Land schmilzt die Schneedecke früher, während gefrorene Seen noch hell bleiben und Sonnenlicht zurückwerfen. In borealen Wäldern verstärkt zusätzlich die dunkle Baumkrone den Unterschied, weil sie Schnee auf dem Land teilweise verdeckt und mehr Strahlung absorbiert.
Der gesamte kryosphärische Strahlungseffekt war zwischen Februar und Mai am stärksten und erreichte im April sein Maximum. Der relative Anteil der Seen nahm dagegen bis in den Frühsommer zu. Im Juni entfielen im Mittel 9,6 Prozent des Effekts auf Seen, obwohl die gesamte winterliche Rückstrahlung zu diesem Zeitpunkt bereits deutlich schwächer war.