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Weniger Aerosole: Luftreinhaltung verstärkt Extremregen in China
Seit 2010 nimmt Extremniederschlag in China deutlich schneller zu als zuvor. Eine neue Analyse führt fast die Hälfte dieser Beschleunigung auf sinkende Aerosolbelastung nach Luftreinhaltemaßnahmen zurück. Weniger Schwebteilchen lassen Wolkentröpfchen wachsen und verändern die atmosphärische Dynamik, wodurch besonders starke Regenfälle begünstigt werden können.
Nanjing (China). China hat seine Aerosolbelastung seit den 2010er Jahren durch strengere Luftreinhaltemaßnahmen deutlich gesenkt. Aerosole beeinflussen jedoch Wolken, Strahlung und Niederschlag, sodass ihre Abnahme auch die Bedingungen für kräftige Regenfälle verändern kann.
Forscher der Nanjing University of Information Science and Technology (NUIST) um Prof. Yang Yang haben nun untersucht, wie sich Extremniederschläge in China während der warmen Monate Mai bis September von 2000 bis 2023 verändert haben. Dazu kombinierten sie Beobachtungs- und Reanalysedaten mit Klimamodellen, in denen sich die Einflüsse von Aerosolen und Kohlendioxid getrennt betrachten lassen.
Als Maß nutzte das Team den Index R95pTOT, der den Niederschlag an Tagen summiert, an denen die Regenmenge über dem 95. Perzentil aller nassen Tage am jeweiligen Gitterpunkt liegt. Im Zeitraum 2000 bis 2010 nahm dieser Extremniederschlag im chinesischen Mittel um 2,88 Millimeter pro Jahrzehnt zu. Von 2010 bis 2023 waren es dagegen 22,88 Millimeter pro Jahrzehnt und damit etwa achtmal so viel wie zuvor.
Auch andere Kennwerte für Häufigkeit und Intensität extremer Niederschläge zeigten nach 2010 beschleunigte Anstiege oder wechselten von sinkenden zu steigenden Trends. Die Analyse stützt sich dabei unter anderem auf Niederschlagsdaten des Global Precipitation Climatology Project und auf eine zusätzliche Reanalyse, wodurch der beschleunigte Anstieg mit zwei unterschiedlichen Datengrundlagen geprüft wurde.
Parallel dazu kehrte sich die Entwicklung der Aerosolbelastung um, denn die aus Reanalysedaten abgeleitete aerosoloptische Dicke stieg von 2000 bis 2010 um 0,058 pro Jahrzehnt und sank danach bis 2023 um 0,051 pro Jahrzehnt. Diese Trendwende fällt mit Chinas Maßnahmen zur Luftreinhaltung zusammen und war besonders in zentralen und östlichen Landesteilen ausgeprägt.
Um den Beitrag der Aerosole abzuschätzen, verknüpften die Forscher die ermittelte Trendwende mit Simulationen des Coupled Model Intercomparison Project Phase 6 (CMIP6), in denen nur der Aerosolantrieb verändert wird. Daraus ergibt sich für den Wechsel der Aerosoltrends ein Beitrag von 9,2 Millimetern pro Jahrzehnt zur Beschleunigung des R95pTOT-Anstiegs, während die beobachtete Beschleunigung zwischen den beiden Zeiträumen 20,0 Millimeter pro Jahrzehnt beträgt. Nach dieser Attribution geht damit nahezu die Hälfte auf die veränderte Aerosolentwicklung zurück.
Ein möglicher Mechanismus liegt in der Wolkenmikrophysik, weil bei höherer Aerosolkonzentration unter sonst gleichen Bedingungen mehr und kleinere Wolkentröpfchen entstehen, deren Zusammenwachsen zu Regentropfen weniger effizient ist. Sinkt die Aerosolbelastung, werden die Tröpfchen im Modell größer und können leichter zusammenfließen, während Veränderungen der atmosphärischen Dynamik starke Niederschläge zusätzlich begünstigen.
Für Kohlendioxid fanden die Autoren keinen vergleichbaren Trendbruch um 2010, obwohl die Konzentration über den gesamten Untersuchungszeitraum weiter stieg und Treibhausgase deshalb zum allgemeinen Anstieg extremer Niederschläge beitragen können. Den abrupten Sprung der Zunahmerate nach 2010 erklären die ausgewerteten Daten und Einzelantriebs-Simulationen dagegen vor allem durch die Aerosolwende.
Diese Zuordnung ist nicht allein aus Beobachtungen ableitbar, sondern beruht auf der Kombination beobachteter und reanalysierter Entwicklungen mit Modellbeziehungen zwischen Aerosolen und Niederschlag. Die Autoren weisen zudem darauf hin, dass komplexe Wechselwirkungen zwischen Aerosolen, Wolken und Niederschlag in Klimamodellen nur begrenzt abgebildet werden und dadurch d