Es ist zu erwarten, dass der Klimawandel das Risiko für Busch- und Waldbrände erhöht. Neben den Risiken für Luftqualität, Ökosysteme und Infrastrukturen können die entstehenden Rauchwolken den Strahlungshaushalt und die Wolkenbildung beeinflussen. Insbesondere durch Brände, die durch starke Hitze hochreichende Pyrokonvektion auslösen, können die Rauchpartikel bis in die obere Troposphäre gelangen. Dort können sie aufgrund langer Verweilzeiten über viele Wochen einen Strahlungsantrieb auslösen, der mit der Wirkung von vulkanischem Aerosol vergleichbar ist.
Bei den riesigen australischen Waldbränden Ende 2019 bis Januar 2020 wurden massive Rauchwolken durch die von der Hitze der Brände ausgelöste Pyrocumulonimbus-Konvektion bis in die untere Stratosphäre gehoben. In der Folge wurde das Aerosol über Tausende von Kilometern ostwärts transportiert und konnte z. B. mit bodengestützten Lidarmessungen in Südamerika in Höhen von bis zu 20 km nachgewiesen werden. Die Auswirkungen einer solchen erhöhten Aerosolbelastung in dieser Region, die normalerweise nur geringe Aerosolbelastungen aufweist, werden am TROPOS im Hinblick auf die Strahlungswirkung des kohlenstoffhaltigen Rauchaerosols untersucht.
Die Ausbreitung und Strahlungseffekte des Brandaerosols wurden mit dem globalen Aerosol-Klimamodell ECHAM6.3-HAM2.3 (Auflösung T63, 47 Schichten) untersucht. Die Emissionen aus der Verbrennung von Biomasse werden dabei durch tägliche satellitengestützte Schätzungen aus dem Global Fire Assimilation System vorgegeben. Da die horizontale Modellauflösung zu grob ist, um Konvektion explizit aufzulösen, wird die Injektionshöhe des australischen Brandrauchs für die bekannten Pyrocumulonimbus-Ereignisse auf der Höhe der Tropopause (ca. 14 km) festgelegt und im Rahmen von Sensitivitätsstudien variiert. Die Sensitivitätsstudien zeigen, wie die Höhe der Feuerinjektion die Entwicklung der Rauchfahne beeinflusst, aber auch welche Rolle die strahlungsinduzierte Selbstverlagerung spielt.
Dem Modell zufolge haben die australischen Waldbrände 2019/20 das Strahlungsbudget der Südhemisphäre erheblich gestört. Aufgrund großer Transporthöhen relativ zu den Wolken und einer langen Lebensdauer der Rauchpartikel in der Stratosphäre nahm die solare Bestrahlungsstärke am Boden im Mittel von Januar bis März 2020 um mehr als 1 W m-2 für die Südhalbkugel ab, was in etwa der kurzfristigen Abkühlung entspricht, die durch einen großen Vulkanausbruch verursacht wird, während die Rauchschichten eine deutlich Erwärmung durch Absorption solarer Strahlung erfahren.
In Anbetracht der jüngsten Serie extremer Waldbrände auf der ganzen Welt und ihrer wahrscheinlich zunehmenden Häufigkeit in einem sich ändernden Klima muss Pyrokonvektion in globalen Klimamodellien stärker berücksichtigt werden.
