Wolken bedecken im Schnitt zwei Drittel der Oberfläche unseres Planeten und sind damit der größte Filter unserer Atmosphäre, der Solarstrahlung von der Sonne reflektieren und Wärmestrahlung zum Boden zurück emittieren kann. Je nach Struktur, Höhe und Tageszeit können Wolken daher kühlen oder wärmen. Da Wolken eine dominante Rolle im Strahlungshaushalt der Erde spielen und dadurch das Klima des Planeten prägen, unternimmt die Klimaforschung seit den ersten Wettersatelliten in den 1960er Jahren große Anstrengungen, um die globale Wolkenverteilung sowie ihre Strahlungseffekte aus Satellitenbeobachtungen zu erfassen. Diese Strahlungseffekte sowie ihre regionale und zeitliche Verteilung sind jedoch noch immer nicht gut verstanden. Das liegt vor allem an der komplexen raum-zeitlichen Variabilität von Bedeckungsgrad, Wolkentyp und mikrophysikalischen Eigenschaften, die bisher weder von Satelliten noch von globalen Modellen ausreichend erfasst werden können.

In der Satelliten-Fernerkundung und den Klimamodellen werden Wolken mangels genauerer Informationen vereinfacht als homogene Objekte dargestellt. Seit Jahrzehnten ist jedoch bekannt, dass diese stark vereinfachte Wolkengeometrie zu ungenau ist und darüber hinaus die natürliche raum-zeitliche Variabilität vernachlässigt. Obwohl Wolken durch ihre komplexen dynamischen und mikrophysikalischen Prozesse sehr variabel sind, gibt es inzwischen Ansätze, ihre Strahlungseffekte mit wenigen gemittelten physikalischen Wolkeneigenschaften wie zum Beispiel Flüssigwasserpfad oder Bedeckungsgrad zu erklären. Diese Ansätze will jetzt eine neue Forschungsgruppe zusammenführen und weiterentwickeln, um die dreidimensionale Strahlungseffekte besser zu verstehen und in Fernerkundung und Klimamodellierung zu berücksichtigen.

Große Hoffnungen setzen die Forschenden auf die jüngsten Generationen an Erdbeobachtungssatelliten. Die dritte Generation an Meteosat-Wettersatelliten (MTG, seit 2024) und der neue ESA-Klimasatellit EarthCARE (ebenfalls seit 2024) ermöglichen Wolkenbeobachtungen aus dem All mit einer räumlichen Auflösung wie nie zuvor. Aber nicht nur die Augen im All sind inzwischen deutlich "schärfer", auch am Erdboden hat sich in den letzten Jahren viel getan: Sogenannte atmosphärische Supersites wie das Richard Aßmann-Observatorium des DWD sowie weitere Observatorien in Deutschland und Europa liefern im Rahmen der EU-Forschungsinfrastruktur ACTRIS bereits wertvolle hochauflösende Wolken- und Strahlungsinformationen.

Durch die Kombination von modernster boden- und satellitengestützter Fernerkundung mit hochauflösender Strahlungs- und Atmosphärenmodellierung bietet sich aus Sicht der Forschenden in den kommenden Jahren die Chance, die räumliche Struktur der Wolken in die globalen Klimamodelle und die Fernerkundung vom Weltraum aus zu integrieren und damit eine seit Jahrzehnten bekannte Lücke in der Wolkenforschung zu schließen. Konkret will das Projekt erstmalig eine auf Beobachtungen basierte Korrektur von Fehlern in der Klimamodellierung und der Wolkenfernerkundung ermöglichen, die auf eine zu starke Vereinfachung der komplexen geometrischen Natur von Wolken zurückgeht.

cdi/pm