Warum ist die Erde so oft bewölkt?

Wissenschaftliche Zusammenfassung

Der Artikel von Astronoo untersucht die weltweite Wolkenbedeckung und zeigt, dass 67 % des irdischen Himmels im Durchschnitt mit Wolken bedeckt sind. Ausgehend von Satellitenbeobachtungen des EOS-Programms der NASA wird eine ungleiche Verteilung hervorgehoben: Die Ozeane sind deutlich bewölkter als die Kontinente. Es zeichnen sich drei Hauptbänder ab, die mit der innertropischen Konvergenzzone und den Polarfronten verbunden sind. Der Text erklärt außerdem die Rolle der ozeanischen Verdunstung, der atmosphärischen Bewegungen und der Küstenauftriebe bei der Bildung von Stratocumulus. Schließlich werden die Grenzen der Instrumentenerkennung hervorgehoben, insbesondere bei Cirruswolken.

Warum ist 67 % des irdischen Himmels bewölkt?

Dieser Artikel beantwortet eine einfache Frage: Warum ist die Erde so oft bewölkt? Die Antwort liegt zunächst in der Geographie unseres Planeten. Die Ozeane bedecken 71 % der Oberfläche und liefern der Atmosphäre durch Verdunstung eine immense Menge Wasserdampf. Beim Aufsteigen kühlt diese feuchte Luft ab und der Dampf kondensiert zu Tröpfchen, wodurch Wolken entstehen. Hinzu kommen großräumige atmosphärische Bewegungen: Die innertropische Konvergenzzone, in der die Passatwinde zusammentreffen, und die Polarfronten, an denen kalte auf gemäßigte Luft trifft, sind bevorzugte Kondensationszonen. Die Satelliten des EOS-Programms der NASA bestätigen diese Beobachtungen und messen eine mittlere Wolkenbedeckung von 67 %, mit starken regionalen Unterschieden. Die Wüsten, die in den Subsidenzzonen liegen, bleiben weitgehend wolkenlos, während die Westküsten von Auftrieben profitieren, die die Luft abkühlen und Stratocumulus erzeugen. So ergibt sich die Bewölkung der Erde aus einem feinen Gleichgewicht zwischen Verdunstung, atmosphärischer Zirkulation und Relief – ein Gleichgewicht, das heute aus dem Weltraum überwacht wird.

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Welche Bedeutung hat die Wolkenbedeckung der Erde?

Ein überwiegend bewölkter Planet

Satellitenbeobachtungen und Astronautenfotos zeigen, dass 67 % des irdischen Himmels im Durchschnitt mit Wolken bedeckt sind, mit einem Übergewicht über den Ozeanen (nur 10 % wolkenloser Himmel) gegenüber 30 % über den Kontinenten.

Der Beitrag der Beobachtungssatelliten

Die Satelliten des EOS-Programms der NASA (wie Terra, Aqua und Aura) sammeln alle 1-2 Tage globale Daten und messen die Wolkenbedeckung sowie die Strahlungsbilanz. Diese Mittelwerte spiegeln jedoch weder die täglichen und saisonalen Schwankungen noch die Wolkenhöhe oder das Vorhandensein mehrerer Schichten wider.

Anm.:
MODIS erkennt Wolken über dunklen Oberflächen (Ozeane, Wälder) besser als über hellen Oberflächen (Eis), und Cirruswolken sind schwerer zu identifizieren als dicke Cumuluswolken.

Was genau ist auf diesem Bild der mittleren Wolkenbedeckung der Erde zu sehen?

Es gibt drei große zonalen Bänder, in denen der Himmel oft bewölkt ist. Zu diesen drei Hauptbändern kommen regionale Phänomene hinzu, die mit Küsten und Reliefs zusammenhängen und kein durchgehendes Band um den Globus bilden.

Das äquatoriale Band (ITCZ)

Das erste Wolkenband ist die innertropische Konvergenzzone (ITCZ). Sie entsteht aus dem Zusammentreffen der warmen, feuchten Luft des Äquators mit der kühleren Luft der Tropen. Diese warme, feuchte Luft steigt auf, kühlt ab und kondensiert, wodurch häufige Gewitter und eine nahezu permanente Wolkendecke entstehen. Dieses Band wandert im Laufe des Jahres und folgt der Position der Sonne.

Das Wolkenband bei 60° Nord

Dieses Band liegt etwa bei 60° nördlicher Breite. Es wird durch die nördliche Polarfront verursacht, die Zone, in der kalte Polarluft auf die mildere Luft der mittleren Breiten trifft. Dieser thermische Kontrast erzeugt Störungen und häufige Wolken. Umgekehrt hemmt die absinkende Luft zwischen 15° und 30° Breite die Wolkenbildung und begünstigt Wüsten.

Das Wolkenband bei 60° Süd

Dieses Band liegt etwa bei 60° südlicher Breite. Es entsteht durch die südliche Polarfront, wo die Polarluft auf die Luft der mittleren Breiten trifft. Wie auf der Nordhalbkugel begünstigt dieser thermische Aufprall die Kondensation und die Wolkenbildung. Zwischen 15° und 30° südlicher Breite hält die absinkende Luft dagegen den Himmel klar und die Regionen wüstenhaft.

Küsten- und orographische Wolken

Zu diesen drei zonalen Bändern kommen regionale Wolken hinzu. Vor den Westküsten (Südamerika, Afrika, Nordamerika) kühlt der Auftrieb die feuchte Luft ab und bildet Stratocumulus, die häufigsten Wolken des Planeten. Diese Gebilde bleiben jedoch lokal begrenzt und bilden kein durchgehendes Band.

Gebirgsketten blockieren die Luftströmungen und Niederschläge und schaffen Lee-Wüsten (Wüste des tibetischen Plateaus, Death-Valley-Wüste, das Death Valley in Kalifornien östlich der Sierra Nevada, Atacama-Wüste in Südamerika). Diese orographischen Effekte sind ebenfalls regional und hängen vom Relief ab.

Wie lässt sich erklären, dass 67 % des irdischen Himmels bewölkt sind?

Ein Ozean, der langsame Kessel der Atmosphäre

Die Ozeane verdunsten nicht nur: Sie speichern und verteilen Wärme. Ihre thermische Trägheit ermöglicht es ausgedehnten Meeresregionen, im Winter wärmer als die Luft und im Sommer kühler zu bleiben. Diese Verzögerung erhält einen permanenten latenten Wärmestrom, der Wasser in Dampf umwandelt, ohne dass die Temperatur plötzlich ansteigt. Der so erzeugte Dampf wird dann von den Winden transportiert, manchmal über Tausende von Kilometern, bevor er zu Wolken kondensiert.

Zirkulationszellen, die die Wolken formen

Die Verteilung der Wolken ist nicht nur auf ungeordnete Bewegungen zurückzuführen. Die Atmosphäre ist in Hadley-, Ferrel- und Polarzellen organisiert, die einen Energietransfer von den Tropen zu den Polen gewährleisten. In den äquatorialen Breiten steigt die Luft in der innertropischen Konvergenzzone auf, doch das ist nur ein Teil des Systems. Zwischen 15° und 30° trocknet die Subsidenz die Luft, während in den mittleren Breiten Tiefdruckgebiete und Polarfronten die Feuchtigkeit konzentrieren und durchgehende Wolkenbänder bilden.

Die Mikrophysik der Wolken und die Aerosole

Damit eine Wolke entsteht, muss der Wasserdampf mikroskopische Oberflächen finden, auf denen er kondensieren kann. Diese Kondensationskerne bestehen aus Staub, Meersalz, Pollen oder Sulfaten. Ohne sie könnte die Luft übersättigt bleiben, ohne sichtbare Tröpfchen zu bilden. Sobald die Tröpfchen entstanden sind, bestimmen ihre Größe und ihre Anzahl die Albedo der Wolke, also ihre Fähigkeit, die Sonnenstrahlung zu reflektieren. Aerosole spielen somit eine Schlüsselrolle in der weltweiten Wolkenbedeckung.

Was die Satelliten wirklich enthüllen

Die Satelliten beschränken sich nicht darauf, einen Mittelwert von 67 % zu bestätigen. Sie charakterisieren die Wolken in drei Dimensionen. Passive Radiometer wie MODIS auf Terra und Aqua messen die Wolkenhöhe, ihre optische Dicke und ihre Phase, ob Eis oder flüssiges Wasser. Doch diese Instrumente bleiben für die dünnsten Schichten, insbesondere Cirruswolken, blind.

Um diese Grenze zu überwinden, tragen aktive Satelliten wie CALIPSO und CloudSat jeweils ein Lidar und ein Millimeterwellenradar. Das Lidar sendet einen Laserstrahl aus, der die zartesten Wolken sichtbar macht, während das Radar dickere Tröpfchen und Kristalle erkennt. Durch die Kombination ihrer vertikalen Profile rekonstruieren sie einen Schnitt der Atmosphäre und enthüllen Stapel von Wolkenschichten, die für klassische Radiometer unsichtbar sind.

Diese Beobachtungen zeigen, dass die Wolkenbedeckung auf stündlicher, saisonaler und regionaler Ebene stark schwankt. Der Mittelwert von 67 % ist nur eine statistische Zusammenfassung: Er verdeckt Himmel, die manchmal vollkommen klar, manchmal vollständig bedeckt sind, sowie vertikale Strukturen von großer Komplexität.

Referenzen

FAQ: Alles Wissenswerte über die weltweite Wolkenbedeckung

Was ist die weltweite Wolkenbedeckung?

Die weltweite Wolkenbedeckung bezeichnet den Anteil der Erdoberfläche, der zu einem bestimmten Zeitpunkt mit Wolken bedeckt ist. Im Durchschnitt erreicht sie 67 %, mit starken geographischen und saisonalen Unterschieden. Sie wird aus dem Weltraum mit Instrumenten wie MODIS an Bord der NASA-Satelliten Terra und Aqua gemessen.

Warum sind die Ozeane bewölkter als die Kontinente?

Die Ozeane bedecken 71 % der Erdoberfläche und liefern den größten Teil des atmosphärischen Wasserdampfs durch Verdunstung. Diese reichliche Feuchtigkeit, kombiniert mit dunklen Oberflächen, die die Sonnenstrahlung absorbieren, begünstigt die Konvektion und die Wolkenbildung. Über den Kontinenten ist die Luft im Allgemeinen trockener, was die mittlere Bewölkung verringert.

Was ist die innertropische Konvergenzzone (ITCZ)?

Die innertropische Konvergenzzone ist ein schmales Band nahe dem Äquator, in dem die Passatwinde der Nord- und Südhalbkugel aufeinandertreffen. Die warme, feuchte Luft konvergiert dort und steigt auf, was starke Gewitter und eine nahezu permanente Wolkendecke verursacht. Diese Zone wandert im Laufe des Jahres und folgt der Position der Sonne.

Wie messen Satelliten die Wolkenbedeckung?

Satelliten verwenden Radiometer, die das von den Wolken reflektierte oder emittierte sichtbare und infrarote Licht erfassen. Instrumente wie MODIS vergleichen die Helligkeit und Temperatur der Pixel, um Wolken von den darunterliegenden Oberflächen zu unterscheiden. Dünne Cirruswolken bleiben jedoch schwer zu erkennen, besonders über Eis.

Warum sind die Wüsten so wenig bewölkt?

Die großen Wüsten liegen zwischen 15° und 30° Breite, in Subsidenzregionen, in denen die Luft absinkt und sich erwärmt, was die Kondensation hemmt. Diese trockene, stabile Luft verhindert die Wolkenbildung und erklärt die Klarheit der saharanischen, arabischen oder australischen Himmel.

Beeinflusst die Wolkenbedeckung das Klima?

Ja. Wolken modulieren die Strahlungsbilanz der Erde: Sie reflektieren einen Teil der Sonnenstrahlung (Sonnenschirmeffekt) und halten einen Teil der von der Oberfläche emittierten Infrarotstrahlung zurück (Treibhauseffekt). Je nach Höhe und Dicke können sie das Klima abkühlen oder erwärmen, was sie zu einem Schlüsselparameter der Klimamodelle macht.