Stefan Rahmstorf

Der Effekt des Klimawandels auf die Kaltfront Achtung, Wetterstörung!

Stefan Rahmstorf
Ein Gastbeitrag von Stefan Rahmstorf
Ein Gastbeitrag von Stefan Rahmstorf
Das Wetter verändert sich durch den Klimawandel auf überraschende Weise: Es wird nicht einfach nur wärmer, sondern zwischendurch auch mal deutlich kälter. So wie aktuell in Teilen Europas und Amerikas.
Mann mit Schneefräse in Minneapolis, USA, 4. Februar 2021

Mann mit Schneefräse in Minneapolis, USA, 4. Februar 2021

Foto: Anthony Souffle / dpa

Schon seit Anfang Januar spielt der Polarwirbel verrückt. In seinem Blog  nennt der US-Polarwirbel-Experte Judah Cohen die laufenden Störungen des markanten arktischen Tiefdruckwirbels »einzigartig in den Wetteraufzeichnungen und in meiner eigenen Erfahrung«. Normalerweise sitzt der Polarwirbel im Winter fest über dem Nordpol – eine eisige Luftmasse, die sich gegen den Uhrzeigersinn im Kreis dreht.

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Foto: Astrid Eckert

Stefan Rahmstorf schreibt regelmäßig für den SPIEGEL über die Klimakrise. Er ist Klima- und Meeresforscher und leitet die Abteilung Erdsystemanalyse am Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK). Seit dem Jahr 2000 ist er zudem Professor für Physik der Ozeane an der Universität Potsdam. Zu seinen Forschungsschwerpunkten gehören die Paläoklimaforschung, Veränderungen von Meeresströmungen und Meeresspiegel sowie Wetterextreme.

Der Polarwirbel schließt die arktische Kaltluft wie ein doppelter Ringzaun ein (siehe Grafik). In der unteren Schicht der Atmosphäre, der Troposphäre, umschließt der Jetstream die Kaltluft. Dieses kräftige Windband markiert die Luftmassengrenze, denn unter dem Einfluss der Erddrehung neigen Winde dazu, entlang von Linien konstanten Drucks (Isobaren) zu strömen, also entlang von solchen Luftmassengrenzen. Weiter oben, in der Stratosphäre, bildet der Polarwirbel einen zweiten, engeren Ring, der wiederum den Jetstream und unser Wetter beeinflussen kann.

Links ein starker Polarwirbel, rechts der schwache oder gar rückwärts drehende Polarwirbel. In der Folge schlägt der Jetstream große Wellen und die kalte Polarluft wandert vom Pol weg. In der Darstellung ist die Atmosphäre extrem überhöht, im Vergleich zur Erdkugel ist sie eigentlich dünn wie eine Zwiebelschale. Grafik: Marlene Kretschmer

Links ein starker Polarwirbel, rechts der schwache oder gar rückwärts drehende Polarwirbel. In der Folge schlägt der Jetstream große Wellen und die kalte Polarluft wandert vom Pol weg. In der Darstellung ist die Atmosphäre extrem überhöht, im Vergleich zur Erdkugel ist sie eigentlich dünn wie eine Zwiebelschale. Grafik: Marlene Kretschmer

Foto: Marlene Kretschmer

Ab und zu jedoch wird der Polarwirbel in der Stratosphäre schwach oder kehrt sich gar um. Dann kann es passieren, dass auch der Jetstream in der Troposhäre darunter die Kaltluft nicht mehr über dem Pol festhalten kann und sie auf eine der angrenzenden Landmassen wandert. Dort wird es dann ungewöhnlich kalt und schneereich, während die Arktis sich drastisch erwärmt, wie etwa im Februar 2018 . Im abgelaufenen Januar sah es ähnlich aus: ungewöhnliche Kälte im nördlichen Europa und Asien bei einer Wärmeanomalie über dem Nordpol.

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Man kann sich die Kaltluft wie eine Pferdeherde vorstellen, die normalerweise eingezäunt ist. Wenn der Zaun kaputtgeht, irrt sie in der Gegend herum. Zu den möglichen Folgen des anhaltend schwachen Polarwirbels zählen laut Cohen Anfang Januar der historische Schneesturm in Madrid, Mitte Januar die Kälte in Skandinavien und Ende Januar Schnee und Kälte im Osten der USA. Aktuell erreichen die Ausläufer der polaren Kaltluft auch Deutschland.

Hat das etwas mit dem Klimawandel zu tun? Meine ehemalige PIK-Kollegin Marlene Kretschmer (jetzt an der University of Reading) hat die Wetterdaten seit 1979 ausgewertet und 2018 in einer Studie  gezeigt, dass Wetterlagen mit schwachem Polarwirbel immer länger anhalten, dagegen werden solche mit stabilem Polarwirbel direkt über dem Pol immer seltener. In einer zweiten Studie  konnte sie zeigen, dass eine Ursache dieser Entwicklung der Eisschwund in der Arktis sein dürfte.

(Der SPIEGEL-Klimabericht – Die neuesten Entwicklungen, Forschungsergebnisse und Hintergründe zur Klimakrise als Newsletter: jede Woche direkt in Ihr Mail-Postfach. Jetzt anmelden.)

Was in der Arktis passiert, bleibt nicht in der Arktis – es kann auch unser Wetter in mittleren Breiten durcheinanderbringen. Und das nicht nur im Winter.

Eine in der Fachwelt seit Jahren heiß diskutierte Frage ist, ob unser Sommerwetter immer stabiler wird – in dem Sinne, dass Wetterlagen länger andauern und weniger oft wechseln. Wie immer bei neuen Erkenntnissen in der Wissenschaft werden lebhaft die Argumente pro und kontra ausgetauscht und das Phänomen mit unterschiedlichen methodischen Ansätzen untersucht.

Die jüngste Studie  dazu – von Kai Kornhuber von der Columbia University in New York und Talia Tamarin‐Brodsky von der University of Reading – liefert aus meiner Sicht überzeugende Belege dafür. Die Autoren nutzen einen automatischen Tracking-Algorithmus, der die Bewegung von Hoch- und Tiefdruckgebieten in den Wetterdaten verfolgt (siehe Animation).

GIF-Animation zur Illustration des Tracking-Algorithmus – die Farben zeigen warme und kalte Temperaturanomalien

GIF-Animation zur Illustration des Tracking-Algorithmus – die Farben zeigen warme und kalte Temperaturanomalien

Foto: Talia Tamarin‐Brodsky

»Wir haben dem Eis beim Sterben zugeschaut«

Bei der Anwendung auf Beobachtungsdaten zeigte sich, dass die verheerenden Hitzewellen in Westeuropa 2003 und Russland 2010 auf besonders langsame Hochdruckgebiete zurückzuführen waren, die sich kaum vom Fleck bewegten und deshalb zu der anhaltenden Hitze und Trockenheit mit Zehntausenden Hitzetoten, massiven Ernteausfällen und verheerenden Bränden führten. Russland verbot den Weizenexport – was zu steigenden Brotpreisen in Nordafrika beitrug, die mit als ein Auslöser des Arabischen Frühlings gelten. Die Sterblichkeitsspitze  auf dem Höhepunkt der Hitze in Frankreich übertraf 2003 sogar bei Weitem die höchsten Werte der Corona-Pandemie 2020.

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Dabei verwandelt die lange Dauer dieser Wetterlagen einige schöne heiße Sommertage in eine folgenreiche Hitzewelle und Dürre. Die zunehmende Dauer solcher Wettersituationen passt auch zu früheren Befunden , wonach der Jetstream sich im Sommer verlangsamt hat.

Das Tracking der Wettersysteme in Klimamodellen ergab, dass eine weitere Verlangsamung des Wettergeschehens bei weiterer Erwärmung zu erwarten ist – und zwar umso mehr, je stärker die Erwärmung der Arktis dem globalen Mittel vorauseilt. Seit 1980 hat sich die Arktis bereits dreimal mehr aufgeheizt als die Erde insgesamt. Markus Rex, Expeditionsleiter der großen Polarstern-Expedition zum Nordpol, berichtete nach seiner Rückkehr letzten Oktober: »Wir haben dem Eis beim Sterben zugeschaut.«

Auch für unser Sommerwetter gilt also: Was in der Arktis passiert, bleibt nicht in der Arktis.