IPCC-Arbeitsgruppe 1: Bericht, Montag, 11. August 2014 13:12

"Stehende Winde" verursachen Wetterextreme

Neuere Forschung: Wissenschaftler finden einen Zusammenhang zwischen großräumigen Luftströmungen in der Atmosphäre der Nordhalbkugel und Wetterextremen auf der Erdoberfläche: Schwingen die Winde in ihren planetaren Wellenbewegungen nach Norden, saugen sie warme Luft aus den Tropen nach Europa, Russland oder den USA; schwingen sie nach Süden, geschieht das Gleiche mit kalter Arktisluft. Kommen die Wellen aber ins Stocken, dann steigt die Wahrscheinlichkeit von Wetterextremen.

 Aus Berlin Sandra Kirchner

Das Rätsel scheint gelöst: Die zunehmenden Wetterextreme werden von wellenförmigen Windströmen von den USA nach Europa über der Nordhalbkugel ausgelöst. Eine Forschungsarbeit des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK) kommt zu dem Ergebnis, dass diese Windwellen in der Atmosphäre immer häufiger beinahe feststecken – und so Extremwetter verursachen. "Uns hat erstaunt, in welchem Maß schwere Extremereignisse zugenommen haben", sagt Dim Coumou, Leitautor der PIK-Studie. Die Forscher haben Zahlen der letzten 30 Jahre ausgewertet. In der Vergangenheit traten in vierjährigen Perioden zwei Extremereignisse auf. Ab 2007 traten die Wetterextreme häufiger auf, von 2008 bis 2011 beobachteten die Klimawissenschaftler bereits fünf Wetterextreme.

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Die Wetterextreme werden mehr, während zugleich auch die Temperatur in der Arktis steigt. (Grafik: Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung)

Es geht um die sogenannten atmosphärischen Rossby-Wellen, die auch als "planetarische Wellen" bezeichnet werden. Sie sind für die großräumigen Wellenbewegungen in der Erdatmosphäre verantwortlich. Schwingen die Wellen nach Norden, saugen sie warme Luft aus den Tropen nach Europa, Russland oder die USA; schwingen sie nach Süden, geschieht das gleiche mit kalter Luft aus der Arktis. Die Studie zeigt jedoch, dass einige dieser Wellen sich in der Atmosphäre fast nicht mehr fortbewegen und sich sehr stark aufschaukeln. Extremes Wetter ist dann die Folge. 2010 war das beispielsweise so, als es zu wochenlanger Hitze in Russland und schwerwiegenden Fluten in Pakistan kam. Umgekehrt gab es 2013 extreme Winterkälte in Europa bis in den April hinein. In diesem Winter erwischte es die USA, wo sogar im sonnenverwöhnten Florida die Thermometer auf neun Grad unter Null sanken.

"Bislang gab es keine klaren Belege für tatsächliche Veränderungen der planetarischen Wellen", sagt Stefan Rahmstorf, Mitautor der in den Proceedings of the US National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlichten Studie. "Da wir wussten, nach welchen Mustern wir suchen müssen, konnten wir jetzt starke Belege für eine Zunahme dieser Resonanzereignisse finden." Die Arbeit zeige, dass sich in der Atmosphäre unter bestimmten Bedingungen ungewöhnlich langsam wandernde Wellen von großer Stärke bilden, die dann zu Extremwetter am Boden führen. Ein wichtiges Ergebnis der Studie ist, dass solche Ereignisse häufiger geworden sind: Seit dem Jahr 2000 sind sie fast doppelt so oft aufgetreten wie zuvor.

"Extremwetter kommen häufiger zustande, wenn sich Wettersysteme über einen längeren Zeitraum halten", bestätigt Dirk Notz, Leiter der Forschungsgruppe "Meereis im Erdsystem" am Max-Planck-Institut für Meteorologie. Normalerweise trägt der Jetstream, eine starke Westwindströmung auf der Nordhalbkugel, die Wettersysteme weiter. Durch die Abschwächung des Jetstreams wird der Weitertransport von Wettermustern aber verlangsamt, sodass diese länger über einer bestimmten Region liegen bleiben können. Die Folge: Hitzewellen, Dürren oder Starkregen am Boden mit schwerwiegenden Auswirkungen auf Menschen und Ökosysteme.

Die Arktis schwächt den Jetstream ab

Die Wissenschaftler vom PIK vermuten, dass die Ursache für die stehenden Luftmassen – und folglich auch für die zunehmenden Extremwetterereignisse – die steigenden Temperaturen in der Arktis sind. Auch Eisforscher Notz findet das plausibel. Denn der Jetstream werde von den Temperaturunterschieden zwischen der kalten Arktis und den gemäßigten Breiten angetrieben. "Die Arktis hat sich in den letzten Jahrzehnten aber extrem erwärmt", sagt Notz. Das bewirke einen Verlust von Eis, den man schon mit bloßen Augen registrieren könne. Werden die Eismassen am Nordpol weniger, wird auch immer weniger Sonnenstrahlung reflektiert. Stattdessen wird die Wärme in den dunklen Flächen gespeichert und der sinkende Albedo-Effekt – das abnehmende Rückstrahlvermögen der Oberfläche – heizt die Arktis noch weiter auf. 

Sowohl in der Fläche als auch in der Dicke habe sich das Arktiseis in den letzten 30 bis 40 Jahren halbiert, erklärt Notz. "Mittlerweile haben wir nur noch etwa ein Viertel des Volumens, das wir vor drei Jahrzehnten hatten." Dass die Erwärmung der Arktis dazu führen kann, dass sich der Jetstream abschwächt, hätten schon frühere Studien aus den USA gezeigt.

Der dänische Klimaforscher Thorsten Mauritsen bezweifelt dagegen die Ergebnisse der PIK-Studie. "Temperaturänderungen in der Arktis breiten sich nicht sehr stark in die Höhe aus, sondern bleiben hauptsächlich in Bodennähe", erläutert der Meteorologe, der den Klimawandel in der Arktis erforscht. Zwar bestätigt Mauritsen, dass sich der Nordpol stärker erwärmt als andere Orte auf der Welt. Aber Modellrechnungen, in denen das Polareis ganz herausgerechnet wurde, hätten gezeigt, dass das Eis nicht diese starken Auswirkungen auf die Windsysteme habe. Stattdessen weist Mauritsen darauf hin, dass Wetterextreme wie Starkniederschläge oder Dürren vor allem mit einem allgemein wärmeren Klima zunehmen.

Eine weitere Studie an der University of Washington hatte sich ebenfalls mit den Auswirkungen der Eisschmelze in der Arktis befasst. Erstmals in der Geschichte hatten Jim Thomson und Erick Rogers bis zu neun Meter hohe Wellen mithilfe von Sensoren in der Beaufortsee nördlich von Kanada erfasst. Bis vor Kurzem war diese Region noch mit Eis bedeckt und Wellengang folglich nicht messbar. Jetzt zerstören diese Monsterwellen die Siedlungen der Inuit und ganze Küstenstreifen. 

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Das Eis in der Arktis hat nur noch ein Viertel des Volumens wie vor drei Jahrzehnten. (Foto: NOAA)

Während die Folgen der Erwärmung in der Arktis noch nicht in voller Konsequenz absehbar sind, sind sich die Wissenschaftler über die Ursache einig. "Das Schmelzen von Eis und Schnee lässt sich auf unseren Lebensstil und den Ausstoß beispielloser Mengen von Treibhausgasen durch fossile Brennstoffe zurückführen", sagt Hans Joachim Schellnhuber, Mitautor der jetzt veröffentlichten PIK-Studie.