Aerosole und Wolken in verschmutzen Regionen wachsen schneller
Leipzig,
20.05.2026
– Tilo Arnhold
Forschende finden mögliche Erklärung für langsamere Klimaerwärmung in Asien und Afrika.
Leipzig. Aerosole und Wolken spielen eine wichtige Rolle im Klimabudget der Erde. Wie sehr sie die Sonnenenergie reflektieren, hängt jedoch stark davon ab, wieviel Wasser die Partikel darin an sich binden. Diese sogenannte Hygroskopizität wird in den Klimamodellen bisher vereinfacht dargestellt. Ein internationales Forschungsteam unter Leitung des Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung (TROPOS) konnte jetzt durch eine globale Studie zeigen, dass die Modelle vor allem in städtischen Regionen nicht präzise genug sind. In chemisch komplexen und verschmutzten Regionen wie Delhi oder Kairo gäbe es wahrscheinlich ein stärkeres hygroskopisches Wachstum und eine höhere Wasseraufnahme, was teilweise die beobachteten regionalen Abkühlungstrends bzw. die langsamere Erwärmung auf dem asiatischen und afrikanischen Kontinent erklären könnte, schreiben die Forschenden im Fachjournal Communications Earth & Environment der Nature-Verlagsgruppe.
Partikel in der Atmosphäre beeinflussen den Strahlungshaushalt der Erde erheblich: Zum einen reflektieren diese Aerosole Sonnenlicht und Wärmestrahlung direkt. Zum anderen wirken sie aber auch als Wolkenkeime. Wieviel Wasserdampf sich an den Partikeln festsetzt, wirkt sich stark auf die Wolkenbildung aus. Die Hygroskopizität von Aerosolen (κ) ist einer der Schlüsselparameter bei Berechnungen des Strahlungsantriebs und beeinflusst die Unsicherheiten in Klimaprognosen. Obwohl Wolkenkondensationskeime bereits lange untersucht werden, ist das hygroskopische Wachstum von Aerosolen bei untergesättigten Bedingungen nach wie vor nur unzureichend charakterisiert, insbesondere in abgelegenen und unberührten Regionen.
Um diese Wissenslücken zu schließen, entwickelten die Forschenden eine Methode mit erklärbarem maschinellem Lernen (ML), um das größenabhängige κ in verschiedenen atmosphärischen Umgebungen zu schätzen, in die sie Beobachtungen an zehn Standorten und über mehrere Partikelgrößen zwischen 50 und 300 Nanometer integrierten. Durch die Integration von chemischer Zusammensetzung, Partikelanzahl-Größenverteilung und Meteorologie konnten die Komplexität der Aerosol-Mischzustände erfasst und gleichzeitig Datenlücken geschlossen werden. „Im Gegensatz zu früheren regionalen ML-Studien wurde unser Ansatz auf geografisch verschiedene und regional aufgelöste Datensätze ausgeweitet und evaluiert, wodurch die Vorhersagegenauigkeit und Interpretierbarkeit verbessert werden konnte“, erklärt Shravan Deshmukh vom TROPOS. Durch das maschinelle Lernen konnten mehr Daten als sonst ausgewertet werden und durch die verschiedensten Messungen eine große Bandbreite abgedeckt werden. Die Hygroskopizitätsmessungen mit Hygroskopizitäts-Tandem-Differential-Mobilitäts-Analysatoren (HTDMA) an Bodenstationen reichen über mehrere Kontinente und über ein Jahrzehnt: Beijing (China, 2016/17), Kairo (Ägypten, 2019/20), Delhi (Indien, 2020), Goldlauter (Deutschland, 2010), Henties Bay (Namibia, 2017), Houston (USA, 2021/22), Mahabaleshwar (Indien, 2020), Melpitz (Deutschland, 2015), Paris (Frankreich, 2022) und Atlantik (FS Polarstern, 2011/12).
Es wurde ein signifikanter Einfluss extern gemischter Partikel auf κ beobachtet, insbesondere in städtischen und besiedelten Gebieten, in denen neue Emissionen mit gealterten Aerosolen in Wechselwirkung treten. „In stark verschmutzten Regionen wie Megacitys in Ägypten oder Indien wachsen die Partikel wahrscheinlich schneller an und nehmen mehr Wasser auf. Das könnte erklären, weshalb sich diese Regionen weniger schnell erwärmen. Ein verstärktes hygroskopisches Wachstum in solchen Regionen hat zudem potenzielle Auswirkungen auf die öffentliche Gesundheit durch Smog, wie wir durch Drohnen-Messungen in Delhi belegen konnten“, erklärt Dr. Ajit Ahlawat, Juniorprofessor an der TU Delft. In solchen Gebieten weisen herkömmliche Modelle die größten Fehler auf, da sie von einer idealen internen Vermischung ausgehen und Größen- sowie Quellenvariabilitäten außer Acht lassen. Das unterstreicht die Bedeutung der chemischen Zusammensetzung der Partikel. Bereits 2023 konnte das Team zeigen, dass die Hygroskopizität global gemittelt im Wesentlichen durch den Anteil organischer und anorganischer Stoffe an der Aerosolzusammensetzung bestimmt wird.
„Aufbauend auf früheren Arbeiten liefern unsere regionalen Schätzungen eine verbesserte, datengestützte Darstellung der Hygroskopizität von Aerosolen. Dieser Ansatz führt zu genaueren Schätzungen des negativen Strahlungsantriebs und bietet eine Alternative zu herkömmlichen einheitlichen Parametrisierungen“, unterstreicht Prof. Mira Pöhlker vom TROPOS und der Universität Leipzig. „Unsere Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung von regionalen Aerosolparametrisierungen als entscheidenden Schritt zur Verringerung von Unsicherheiten bei der Abschätzung des direkten Strahlungsantriebs in Klimamodellen der nächsten Generation. Die Verwendung von Schätzungen wie unseren kann den regionalen direkten Strahlungsantrieb typischerweise um bis zu ±0,1 Watt pro Quadratmeter verändern, was global betrachtet bedeutsam wäre.“ Die Forschenden hoffen daher jetzt, dass ihr neuer Algorithmus in globale Modelle integriert wird, was möglicherweise sowohl die Größe als auch das Vorzeichen der Aerosol-Strahlungs-Wechselwirkungen verändern könnte. Künftige Klimamodelle könnten dadurch genauer werden. Tilo Arnhold
Publikation:
Deshmukh, S., Ferrer-Cid, P., Romshoo, B. et al. Regional aerosol hygroscopicity influences radiative forcing globally. Commun Earth Environ (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03505-z
Diese Forschung wurde gefördert von The Agency for Management of University and Research Grants (AGAUR, Spanien; PID2022-138155OB-I00 and MCIN/AEI/10.13039/501100011033 by ERDF A way of making Europe; grant nos. 2021SGR-01059 and AGAUR 2023 CLIMA 0097); the RECLAIM Network Plus (EP/W034034/1), the French National Research Agency (ANR; grant no. ANR-15-CE01-0014-01), the French national program LEFE/INSU, the Programme national de Télédetection Spatiale (PNTS, grant no. PNTS-2016-14), the French National Agency for Space Studies (CNES), the South African National Research Foundation (NRF; grant UID 105958), Institut National des Sciences de l’Univers du Centre national de la recherche scientifique (CNRS INSU; infrastructure ACTRIS-FR); the U.S. Department of Energy, Office of Science, Biological and Environmental Research (grant no. DE-SC0021074), the European Union's Horizon 2020 research and innovation programme (grant agreement no.856612 (EMME-CARE)) and the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) has supported this research (grant no. WE 2757/4-1). Die Open-Access-Finanzierung wurde durch das Projekt DEAL ermöglicht und organisiert.
Beteiligte Institute:
Leibniz Institute for Tropospheric Research (TROPOS), Leipzig, Germany
Universitat Politècnica de Catalunya (UPC), Barcelona, Spain.
The Cyprus Institute, Nicosia, Cyprus.
Centre National des Recherches Météorologiques (CNRM), Toulouse, France.
Aix-Marseille Université, Marseille, France
Université Paris Cité and Univ Paris Est Créteil, Paris, France.
Indian Institute of Tropical Meteorology, Pune, India.
Indian Institute for Technology New Delhi (IIT-D), New Delhi, India.
University of Surrey, Guildford, United Kingdom.
Jinan University, Guangzhou, China.
Peking University, Beijing 100871, China.
Spanish Ministry for Ecological Transition; Madrid, Spain.
Spanish Research Council (IDAEA-CSIC), Barcelona, Spain.
University of California Riverside, Riverside, CA, USA.
Delft University of Technology (TU Delft), Delft, The Netherlands.
Leipzig University, Leipzig, Germany.
Kontakte:
Prof. Mira Pöhlker (DE+EN)
Leiterin der Abteilung Atmosphärische Mikrophysik, Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS), Leipzig, und Universität Leipzig, Deutschland
Tel. +49-341-2717- 7431
https://www.tropos.de/institut/ueber-uns/mitarbeitende/mira-poehlker
und
Shravan Deshmukh (EN)
Abteilung Atmosphärische Mikrophysik, Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS), Leipzig, Deutschland
Tel. +49-341-2717- 7435
https://www.tropos.de/institut/abteilungen/experimentelle-aerosol-und-wolkenmikrophysik
und
Dr. Ajit Ahlawat (EN)
Juniorprofessor, Civil Engineering & Geosciences, Atmospheric Remote Sensing, Delft University of Technology (TU Delft)
Tel. +31631168405
https://www.tudelft.nl/staff/a.s.ahlawat/
oder
Tilo Arnhold (DE+EN)
Öffentlichkeitsarbeit, TROPOS
Tel. +49-341-2717-7189
http://www.tropos.de/aktuelles/pressemitteilungen/
Links:
Behind the paper: Regional aerosol hygroscopicity influences radiative forcing globally. Blog in Springer Nature: https://go.nature.com/4cyXzPn
India is a global warming ‘hole,’ and scientists aren’t sure why. Despite its extreme heat waves, the country’s decadeslong warming trend amounts to half the global average (SCIENCE, 8 Apr 2025): https://www.science.org/content/article/india-global-warming-hole-scientists-arent-sure
Auswirkung von Aerosolpartikeln auf Wolken und Klima besser erfasst (Pressemitteilung, 21.11.2023): https://www.tropos.de/aktuelles/pressemitteilungen/details/auswirkung-von-aerosolpartikeln-auf-wolken-und-klima-besser-erfasst
Drohnen mit preiswerten Sensoren können helfen, die Luftqualität besser zu überwachen (Pressemitteilung, 13.02.2026): https://www.tropos.de/aktuelles/pressemitteilungen/details/drohnen-mit-preiswerten-sensoren-koennen-helfen-die-luftqualitaet-besser-zu-ueberwachen
TROPOS-Team „Strahlungseffekte“: https://www.tropos.de/institut/abteilungen/experimentelle-aerosol-und-wolkenmikrophysik/strahlungseffekte-1
TROPOS-Team „Partikelbildung und Mischung“: https://www.tropos.de/institut/abteilungen/experimentelle-aerosol-und-wolkenmikrophysik/aerosolquellen-und-transport
TROPOS-Team „Team Aerosol-Wolken-Wechselwirkungen“: https://www.tropos.de/institut/abteilungen/experimentelle-aerosol-und-wolkenmikrophysik/aerosol-wolken-wechselwirkungen
ACROSS Project (Atmospheric Chemistry of the Suburban Forest): https://www.tropos.de/institut/abteilungen/experimentelle-aerosol-und-wolkenmikrophysik/aerosol-wolken-wechselwirkungen/across
Das Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft, die 96 selbständige Forschungseinrichtungen verbindet. Ihre Ausrichtung reicht von den Natur-, Ingenieur- und Umweltwissenschaften über die Wirtschafts-, Raum- und Sozialwissenschaften bis zu den Geisteswissenschaften. Leibniz-Institute widmen sich gesellschaftlich, ökonomisch und ökologisch relevanten Fragen.
Sie betreiben erkenntnis- und anwendungsorientierte Forschung, auch in den übergreifenden Leibniz-Forschungsverbünden, sind oder unterhalten wissenschaftliche Infrastrukturen und bieten forschungsbasierte Dienstleistungen an. Die Leibniz-Gemeinschaft setzt Schwerpunkte im Wissenstransfer, vor allem mit den Leibniz-Forschungsmuseen. Sie berät und informiert Politik, Wissenschaft, Wirtschaft und Öffentlichkeit.
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Das Finanzvolumen liegt bei 2,3 Milliarden Euro. Finanziert werden sie von Bund und Ländern gemeinsam. Die Grundfinanzierung des Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung (TROPOS) wird vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) und dem Sächsischen Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst (SMWK) getragen. Das Institut wird mitfinanziert aus Steuermitteln auf Grundlage des vom Sächsischen Landtag beschlossenen Haushaltes.
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https://www.bmbf.de/
https://www.smwk.sachsen.de/
