Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung des Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung (TROPOS) hat eine globale Studie vorgelegt, die zeigt, dass aktuelle Klimamodelle das Verhalten von Aerosolen in verschmutzten städtischen Regionen nicht präzise abbilden. Die Ergebnisse, veröffentlicht im Fachjournal Communications Earth & Environment, deuten darauf hin, dass Luftschadstoffe in Metropolen wie Delhi oder Kairo deutlich schneller an Wasser binden und das Volumen vergrößern als in bisher angenommenen Modellen. Aerosole und Wolken sind entscheidend für den Strahlungshaushalt der Erde, da sie Sonnenlicht reflektieren und als Wolkenkondensationskeime dienen. Ein zentraler Faktor hierbei ist die Hygroskopizität, also die Fähigkeit der Partikel, Wasser aufzunehmen. Bisher wurden diese Prozesse in Klimamodellen stark vereinfacht, was zu Ungenauigkeiten bei den Klimaprojektionen führte, insbesondere in chemisch komplexen und stark belasteten Umgebungen. Die Forscher gehen davon aus, dass die verstärkte Wasserbindung in diesen Regionen teilweise die beobachtete regionale Abkühlung oder das langsamere Aufheizen auf dem asiatischen und afrikanischen Kontinent erklärt. Um diese Wissenslücken zu schließen, entwickelten die Wissenschaftler eine neue Methode, die erklärbares maschinelles Lernen (Machine Learning) nutzt. Diese Technik ermöglicht es, die größenabhängige Hygroskopizität in verschiedenen atmosphärischen Bedingungen zu schätzen. Das Team integrierte dabei Daten von zehn Messstationen auf verschiedenen Kontinenten, die über einen Zeitraum von mehr als einem Jahrzehnt erhoben wurden. Die Analyse umfasste chemische Zusammensetzungen, die Verteilung der Partikelanzahl nach Größe sowie meteorologische Daten. Die Studien umfassten Messpunkte von stark verschmutzten Megastädten wie Beijing, Kairo, Delhi, Kathmandu und Houston bis hin zu abgelegenen Standorten wie der Namib oder dem Atlantik. Besonders in städtischen Gebieten zeigte sich, dass extern gemischte Partikel, die aus frischen Emissionen und gealterten Aerosolen bestehen, einen signifikanten Einfluss auf die Hygroskopizität haben. In solchen Regionen wachsen die Partikel schneller und nehmen mehr Wasser auf. Dies kann nicht nur das regionale Klima beeinflussen, sondern auch die öffentliche Gesundheit, wie etwa durch die Verschlechterung von Smog in Delhi, der mit Hilfe von Drohnenmessungen untersucht wurde. Konventionelle Modelle machen in diesen Bereichen die größten Fehler, da sie eine ideale innere Vermischung der Partikel annehmen und weder die Größe noch die Herkunft der Partikel ausreichend berücksichtigen. Die neuen Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung der chemischen Zusammensetzung der Aerosole. Basierend auf früheren Erkenntnissen aus dem Jahr 2023, denen zufolge die Hygroskopizität global im Wesentlichen vom Verhältnis organischer und anorganischer Stoffe abhängt, bieten die neuen regionalen Schätzungen eine datengetriebene Darstellung. Professor Mira Pöhlker vom TROPOS und der Universität Leipzig betonte, dass diese verbesserte Darstellung zu genaueren Schätzungen des negativen Strahlungsantriebs führt und eine Alternative zu herkömmlichen einheitlichen Parametrisierungen darstellt. Die Verwendung solcher Schätzungen könnte den direkten Strahlungsantrieb regional um bis zu 0,1 Watt pro Quadratmeter verändern, was auf globaler Ebene erhebliche Auswirkungen hat. Die Forscher hoffen nun, dass ihr neuer Algorithmus in globale Klimamodelle integriert wird, was nicht nur die Größe, sondern möglicherweise auch das Vorzeichen der Wechselwirkungen zwischen Aerosolen und Strahlung verändern könnte. Dies würde die Genauigkeit zukünftiger Klimaprognosen deutlich verbessern und Unsicherheiten bei der Abschätzung des Strahlungsantriebs reduzieren.