Studie: Kühlwirkung von Waldbrandflächen nimmt ab

„Der Kühleffekt von Waldbrandflächen durch erhöhte Schneealbedo ist in der Forschung nicht neu. Studien, die im aktuellen Artikel zitiert werden [1] [2], haben gezeigt, dass der Verlust der dunklen, strahlungsabsorbierenden Nadelwaldvegetation, die Rückstrahlung durch den hellen Schnee im Frühjahr erhöht und dadurch einen regional bedeutsamen Kühleffekt erzeugen kann, der die Klimawirkung des durch Waldbrände emittierten CO₂ teilweise oder vollständig kompensiert.“

„Was die vorliegende Studie leistet, ist eine großräumige, satellitengestützte Quantifizierung dieses Effekts für die Rekordbrandsaison 2023 in Kanada – und das mit einem methodisch robusten Ansatz auf Basis von Fernerkundungsdaten und maschinellem Lernen. Der ermittelte Kühleffekt von minus 3,41 Watt pro Quadratmeter verbrannter Fläche über 70 Jahre liegt im Bereich früherer Feldstudien und ist damit plausibel. Insgesamt handelt es sich um eine methodisch solide Arbeit, die auf einen etablierten methodischen Rahmen aufbaut und den Effekt auf großer räumlicher Skala erstmals in dieser Breite erfasst.“

„Die 70-Jahres-Prognose basiert auf einem sogenannten ‚Space-for-Time‘-Ansatz: Räumliche Unterschiede in der Veränderung der Albedo zwischen Brandflächen verschiedenen Alters werden genutzt, um zeitliche Verläufe zu modellieren. Das ist methodisch gängig, birgt aber Unsicherheiten, die von den Autoren aber angesprochen werden – insbesondere, wenn zukünftige Klimabedingungen außerhalb des Trainingsbereichs des Modells liegen, was nahe der Baumgrenze besonders relevant ist. Zudem wird der Permafrost als statische Größe behandelt, obwohl sein Auftauen die Vegetationserholung und damit die Albedo-Dynamik erheblich verändern kann.“

„Im Model nicht explizit berücksichtigt ist auch die zunehmende Dominanz von Laubgehölzen wie etwa Birke und Zitterpappel nach Bränden, die die Albedo-Signatur gegenüber Nadelbäumen verändert. Schwere Waldbrände, die tief in organische Böden einbrennen, legen Mineralboden frei und begünstigen dadurch die Etablierung von Laubbäumen, die für Jahrzehnte dominieren können. Da Laubaumbestände eine höhere Oberflächenreflektivität aufweisen als immergrüne Nadelbäume und im Frühjahr – bei noch vorhandener Schneebedeckung und geringer oder noch ganz fehlender Blattmasse – besonders viel Sonnenstrahlung reflektieren, erzeugen von Laubbäumen dominierte Sukzessionsstadien (natürliche, schrittweise Abfolge von verschiedenen Lebensgemeinschaften auf einer Fläche im Laufe der Zeit; Anm. d. Red.) einen stärkeren Kühleffekt als Nadelwaldbestände. Mit zunehmendem Klimawandel und häufigeren Bränden könnte die klassische Sukzession zurück zu Schwarzfichte oder Kiefer seltener werden, sodass die Persistenz von Laubwaldbeständen verlängert werden könnte.“

„Die Autoren nehmen stattdessen eine deterministische Vegetationserholung an. Allerdings quantifizieren sie den Effekt einer Laubholzsukzession als Unsicherheitsquelle: Eine erhöhte Laubholzdominanz würde zu einem zusätzlichen Kühlsignal von minus 0,038 ± 0,006 Watt pro Quadratmeter führen, was einer relativen Unsicherheit von etwa 1,12 Prozent auf den Gesamteffekt entspricht. Insgesamt ist diese Unsicherheit im Vergleich zum Gesamtsignal also gering.“

„Das Modell wurde auf nordamerikanische Verhältnisse, das heißt Kanada und Alaska kalibriert und ist nicht direkt auf Sibirien oder Skandinavien übertragbar. Zwar gilt das physikalische Grundprinzip – Schnee-Exposition nach Waldbränden hat einen Kühlungseffekt durch erhöhte Rückstrahlung – auch dort, doch unterscheiden sich Schneeregime, Vegetationstypen, Permafrostverbreitung und Klimadynamik erheblich. Insbesondere in Sibirien, wo laubwerfende Lärchen dominieren und die Schneebedeckung andere saisonale Muster aufweist, könnten die Effekte quantitativ abweichen.“

„Die zentrale Botschaft der Studie – dass der Kühleffekt durch den Klimawandel schwindet – dürfte jedoch für die gesamte boreale Zone Gültigkeit haben: Kürzere Perioden mit Schneebedeckung und frühere Schneeschmelze verrringern überall den Albedo-Kühleffekt nach Bränden. Das ist klimatisch bedeutsam, weil boreale Wälder damit einen wichtigen negativen Rückkopplungsmechanismus verlieren und Waldbrände zunehmend zu einem positiven Klimarückkopplungskreislauf beitragen.“

„Feuer ist ein integraler Bestandteil vieler Ökosysteme, auch in der borealen Zone. Es trägt zur Verjüngung von Wäldern bei und ist für manche Arten sogar essenziell für die Samenverbreitung. Allerdings werden durch den Klimawandel heiße und trockene Perioden häufiger, und damit steigt natürlich auch das Brandrisiko. Auch kann durch Hitze beziehungsweise Trockenheit mehr Totholz vorliegen, wenn Bäume direkt oder aber auch durch Insektenbefall absterben. Feuer, Wälder und Klimawandel stehen in einem komplexen Verhältnis. Projektionen, wie sich diese mittel- und langfristig verändern und welchen Rückkopplungseffekt dies auf den Klimawandel hat, ist ein sehr aktives Forschungsfeld.“

„Generell unterscheiden wir – was den Land-Atmosphären-Austausch hinsichtlich des Klimawandels anbelangt – die biogeochemischen Prozesse, wie beispielsweise CO₂-Emissionen und Aufnahme von Pflanzen und Boden, und biophysikalische Prozesse, wie etwa Änderung der Oberflächenalbedo oder Änderungen in der Transpiration. Beides gegeneinander zu verrechnen ist nicht wirklich einfach und hängt auch davon ab, welche räumliche Perspektive man einnimmt: CO₂ ist ein in der Atmosphäre langlebiges Gas, und wird in der Atmosphäre transportiert, so dass es für den Klimawandel zunächst mal keine Rolle spielt, wo genau das CO₂ emittiert wird.“

„Albedo- oder Transpirationsänderungen wirken vorwiegend auf das lokale oder regionale Klima. Gerade im borealen Wald werden die biogeochemischen gegenüber den biophysikalischen Prozesse schon seit langem untersucht und diskutiert. Der Klimaeffekt der CO₂-Aufnahme und -Speicherung in Wald und Boden wird im Vergleich zum wärmenden Effekt der geringen Albedo des Waldes, wenn beispielsweise im Frühjahr der Schnee schneller von den Wipfeln abschmilzt, diskutiert. Die aktuelle Studie, die sich auf CO₂-Emissionen und Albedo von Brandflächen bezieht, bringt somit eine neue Komponente in diese Diskussion ein.“

„Mir persönlich scheint die Annahme, dass erst nach 70 Jahren kein Unterschied zwischen post-Feuer-Albedo und Albedo des Waldes ohne Feuereinfluss mehr vorhanden ist, recht lang. Auch weil wärmere Temperaturen und CO₂ im Rahmen des Klimawandels Vegetationswachstum in der borealen Zone fördern. Allerdings sind häufig die nachwachsenden Pionierarten wechselgrün und haben im Winter keine Blätter. Sprich: Die Albedo kann länger höher bleiben als bisher vielleicht vermutet.“

„Dass mit der Erwärmung kürzere Schneebedeckung einhergeht, die den hier berechneten Kühlungseffekt verringern, ist sicher ein robustes Ergebnis und erstmal nicht überraschend, wobei es natürlich immer ein wichtiger Beitrag ist, diese tatsächlich auch quantitativ zu berechnen. Was mir aber an der Studie fehlt, ist eine Betrachtung anderer biophysikalischer Effekte, wie Evapotranspiration durch Pflanzen und Böden (Gesamtverdunstung einer bewachsenen Landoberfläche; Anm. d. Red.) in der Vegetationsperiode oder auch der sogenannten Oberflächen-Rauigkeit. In meinen Augen wäre dies schon wichtig, um eine vollständige Aussage zu den biophysikalischen post-Feuereffekten zu erzielen. Letztlich hebt die Studie aber sicherlich einen Prozess hervor, der bisher vielleicht nicht ausführlich genug in Analysen – auch in gekoppelten Modellexperimenten nicht – einbezogen wurde.“

„Die hier untersuchten Prozesse sind sicherlich auch für andere Regionen der borealen Zone relevant, wobei die Zahlenwerte sicherlich je nach Vegetationstyp, Breiten- und Längengrad, Feuerregime variieren. Aussagen, wie sich die biophysikalischen Klimaeffekte gegenüber biogeochemischen global auswirken, sind extrem komplex – auch weil die biophysikalischen Effekte in den gemäßigten Breiten und vor allem in den Tropen von anderen Prozessen dominiert sind. Hinzu kommt, dass eben CO₂-Emissionen und -Aufnahme immer einen globalen Klima-Impact haben, während biophysikalische Effekte eher regional wirken. Allerdings kann es auch hier komplexe ‚Telekopplungen‘ geben. Von daher sind diese biophysikalischen Wechselwirkungen vielleicht auch eher ein Thema für die lokale beziehungsweise regionale Anpassung an den Klimawandel. Wichtig sind hier auch nicht nur Waldbrände, sondern eben auch Aufforstung oder Abholzung.“