Ein erhöhter Temperaturunterschied zwischen Tag und Nacht kann sich auf alles Leben auf der Erde auswirken

(WK-intern) – Forscher der Technischen Universität Chalmers in Schweden haben eine Veränderung dessen entdeckt, was Wissenschaftler bereits über die Dynamik der globalen Erwärmung wussten.

Seit den 1950er-Jahren herrschte weitgehend Einigkeit darüber, dass der globale Temperaturanstieg tagsüber und nachts nicht gleichmäßig verläuft und dass nachts eine stärkere Erwärmung beobachtet wird.

Die aktuelle Studie zeigt jedoch eine Verschiebung der Dynamik: Seit den 1990er Jahren kommt es zu einer stärkeren Tageserwärmung. Diese Verschiebung bedeutet, dass der Temperaturunterschied zwischen Tag und Nacht größer wird, was möglicherweise Auswirkungen auf alles Leben auf der Erde hat.

Der Anstieg der globalen durchschnittlichen Oberflächentemperatur ist eines der Schlüsselmerkmale des vom Menschen verursachten Klimawandels. Allerdings ist der Temperaturanstieg tagsüber und nachts nicht gleichmäßig, und die Nachttemperaturen sind in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts schneller gestiegen als die Tagestemperaturen. Dieses Erwärmungsmuster mit Schwankungen zwischen Tag und Nacht wird als „asymmetrische Erwärmung“ bezeichnet und könnte sowohl auf menschliche Aktivitäten als auch auf natürlich vorkommende Phänomene zurückzuführen sein.

In einer neuen, in Nature Communications veröffentlichten Studie untersuchte ein internationales Forscherteam das Phänomen der asymmetrischen Erwärmung erneut und stellte fest, dass sich das Muster umgekehrt hat. Zwischen 1961 und 2020 hat sich die globale Erwärmung am Tag beschleunigt, während die Erwärmungsrate der Nachttemperatur relativ konstant bleibt. Dieser umgekehrte Trend der asymmetrischen Erwärmung hat zu einem zunehmenden Temperaturunterschied zwischen Tag und Nacht geführt.

„Unser Ziel war es zunächst, das zuvor beobachtete Phänomen zu bestätigen, dass die Erwärmung in der Nacht die Erwärmung am Tag übersteigt. Zu unserer Überraschung hatte nicht nur der asymmetrische Erwärmungstrend aufgehört, sondern unsere Analysen, die auf modernsten beobachtungsbasierten Datensätzen basieren, deuten auch auf eine vollständige Umkehr dieses ursprünglichen Erwärmungsmusters in den letzten drei Jahrzehnten hin“, sagt Ziqian Zhong , Postdoktorand bei Chalmers.

Globale Aufhellung als mögliche Ursache

„Eine wahrscheinliche Erklärung für diese Veränderung ist ein Phänomen namens „Global Brightening“, das seit Ende der 1980er Jahre beobachtet wird. Dies ist eine Folge der geringeren Wolkendecke, die dazu führt, dass mehr Sonnenlicht die Erdoberfläche erreicht, was zu höheren Tagestemperaturen und damit zu einem größeren Unterschied zwischen Tag- und Nachttemperaturen in den letzten Jahrzehnten führt“, sagt Ziqian Zhong.

Derzeit besteht erhebliche Unsicherheit über die Gründe für die Veränderungen der Wolkendecke. Die „globale Aufhellung“ kann auf ein komplexes Zusammenspiel zwischen wolkenfreier und bewölkter Atmosphäre sowie auf die Wirkung kleiner Partikel in der Atmosphäre, sogenannter Aerosole, zurückgeführt werden. Diese Aerosole können aus natürlichen Prozessen wie Gischt und Waldbränden stammen, aber auch aus menschlichen Aktivitäten wie der Verbrennung fossiler Brennstoffe und können tiefgreifende Auswirkungen auf viele Aspekte der Umwelt haben.

Neben den Auswirkungen der globalen Aufhellung vermuten die Forscher einen weiteren Grund für die umgekehrte asymmetrische Erwärmung. Die Zunahme regionaler Dürreereignisse und Hitzewellen deutet auf eine mögliche Abschwächung der Kühlwirkung durch Verdunstung an der Erdoberfläche hin, was typischerweise zu einem schnelleren Anstieg der Tagestemperaturen führen würde.

Die Forscher fanden heraus, dass der Großteil des Landes, 81 Prozent der Gesamtfläche, von 1961 bis 1990 eine größere nächtliche Erwärmung erlebte. Im darauffolgenden Zeitraum von 1991 bis 2020 kam es jedoch zu einer Verschiebung, wobei 70 Prozent der beobachteten Landflächen betroffen waren Stattdessen kommt es tagsüber zu einer stärkeren Erwärmung.

Beeinflusst alles Leben auf der Erde

Der größere Temperaturunterschied zwischen Tag und Nacht könnte möglicherweise Auswirkungen auf Ernteerträge, Pflanzenwachstum, Tierwohl und die menschliche Gesundheit haben.

Beispielsweise gilt ein erhöhter Temperaturunterschied zwischen Tag und Nacht als einer der Umweltstressoren, der zu einer erhöhten Herzfrequenz und einem erhöhten Blutdruck führen und damit die Herzbelastung sowie die Mortalität und Morbidität von Herz-Kreislauf- und Atemwegserkrankungen erhöhen kann.

„Dies zeigt die Notwendigkeit, Strategien in verschiedenen Bereichen, die von Temperaturschwankungen zwischen Tag und Nacht betroffen sind, wie Landwirtschaft, öffentliche Gesundheit und Forstwirtschaft, anzupassen, um den Herausforderungen dieses Klimawandels zu begegnen“, sagt Ziqian Zhong.

Bestimmte Baumarten in feuchten Gebieten können aufgrund des größeren Temperaturunterschieds zwischen Tag und Nacht ihre Fähigkeit zur Kohlenstoffbindung verbessern. Der erhöhte Temperaturunterschied zwischen Tag und Nacht könnte sich jedoch für Bäume in trockenen Regionen als nachteilig erweisen, da höhere Tagestemperaturen die Verdunstung verstärken können, was zu einem Mangel an Bodenwasser und ungünstigen Bedingungen für das Baumwachstum führt.

„In der kommenden Forschung werden wir die Auswirkungen dieses umgekehrten Trends der asymmetrischen Erwärmung auf das Baumwachstum und den Kohlenstoffkreislauf weiter untersuchen“, sagt Ziqian Zhong.

Increased temperature difference between day and night can affect all life on earth

Researchers from Chalmers University of Technology, in Sweden, have discovered a change in what scientists already knew about global warming dynamics. It had been widely accepted since the 1950s that global temperature rises were not consistent throughout the day and night, with greater nighttime warming being observed. However, the recent study reveals a shift in dynamics: with greater daytime warming taking place since the 1990s. This shift means that the temperature difference between day and night is widening, potentially affecting all life on Earth.

The rise in the global average surface temperature is one of the key characteristics of human-induced climate change. However, the temperature increase is not uniform throughout the day and night, and nighttime temperatures have increased at a faster pace than daytime temperatures in the latter half of the twentieth century. This warming pattern, with variations between day and night is termed “asymmetric warming” and could be due to both human activities and naturally occurring phenomena.

In a new study, published in Nature Communications, an international team of researchers reinvestigated the asymmetric warming phenomenon and found that the pattern has reversed. Between 1961 and 2020, global daytime warming has accelerated, while the warming rate of nighttime temperature is relatively constant. This reversed trend in asymmetric warming has led to an increasing temperature difference between day and night.

“We initially aimed to confirm the previously observed phenomenon of nighttime warming surpassing daytime warming. To our surprise, not only had the asymmetric warming trend ceased, but our analyses, based on state-of-the-art observation-based datasets, indicate a complete reversal of this original warming pattern over the past three decades”, says Ziqian Zhong, post-doctoral researcher at Chalmers.

Global brightening a potential cause

“A likely explanation to this change is a phenomenon called “global brightening”, which has been observed since the late 1980s. It is a result of less cloud cover, which causes more sunlight to reach the Earth’s surface, leading to higher daytime temperatures and, as a result, a broader difference between daytime and nighttime temperatures over the recent decades”, says Ziqian Zhong.

There is currently significant uncertainty regarding the reasons behind the changes in cloud cover. The “global brightening” may be attributed to a complex interplay between cloud-free and cloudy atmospheres, as well as the effect of small particles in the atmosphere, known as aerosols. These aerosols can be derived from natural processes like sea spray and wildfires, but also from human activities like fossil fuel burning, and they can have a profound effect on many aspects of the environment.

Apart from the effects from global brightening, the researchers suggest another reason for the reversed asymmetric warming. The increase in regional drought events and heatwaves suggests a potential weakening of the cooling effect due to evaporation at the Earth’s surface, which would typically result in a faster increase in daytime temperatures.

The researchers found that the majority of land, 81 per cent of the total area, experienced larger nighttime warming from 1961 to 1990. However, in the subsequent period from 1991 to 2020, a shift occurred, with 70 per cent of the observed land areas experiencing larger daytime warming instead.

Affecting all life on Earth

The larger temperature difference between day and night could potentially affect crop yields, plant growth, animal well-being and human health.

For example, an increased temperature difference between daytime and nighttime is recognised as one of the environmental stressors that could lead to elevated heart rate and blood pressure, consequently increasing cardiac workload and the mortality and morbidity of cardiovascular and respiratory diseases.

“This indicates the need to adjust strategies in different areas affected by temperature variations between day and night, such as agriculture, public health, and forestry management, to address the challenges posed by this climate change”, says Ziqian Zhong.

Certain tree species in humid areas might enhance their carbon sequestration capacity due to the increased temperature difference between daytime and nighttime. However, the increased temperature difference between daytime and nighttime might prove disadvantageous for trees in dry regions, as higher daytime temperatures may increase evaporation, leading to deficiency of soil water and unfavorable conditions for tree growth.

“In the upcoming research, we will further investigate the impacts of this reversed trend in asymmetric warming on tree growth and carbon cycle”, says Ziqian Zhong.

More about the research:

The research is presented in a paper: „Reversed asymmetric warming of sub-diurnal temperature over land during recent decades„, published in the journal Nature Communications.

The researchers involved in the study are Ziqian Zhong, Bin He, Hans W. Chen, Deliang Chen, Tianjun Zhou, Wenjie Dong, Cunde Xiao, Shang-ping Xie, Xiangzhou Song, Lanlan Guo, Ruiqiang Ding, Lixia Zhang, Ling Huang, Wenping Yuan, Xingming Hao, Duoying Ji and Xiang Zhao. The researchers are active at Chalmers University of Technology, University of Gothenburg, Beijing Normal University, University of California San Diego, Sun Yat-Sen University, Hohai University, Peking University and the Chinese Academy of Sciences.

This work has been supported by the Third Xinjiang Scientific Expedition Program and the State Key Laboratory of Earth Surface Processes and Resource Ecology. H.W.C. was supported by the Swedish Foundation for International Cooperation in Research and Higher Education.

PR: Chalmers University of Technology

PB: Universität von Göteborg (Chalmers University of Technology) erforscht ein vollkommen neues Klimamodell