Jetstream-Simulation Warum der Klimawandel die Gefahr von Hitzewellen erhöht
Mäandernder Jetstream
Foto: NASAWas für ein Sommer! Deutschland fühlte sich im Juli und August an wie ein Land am Mittelmeer. Wochenlang regnete es praktisch nicht, Temperaturrekorde wurden geknackt. Meteorologen diagnostizierten den zweitheißesten Sommer seit Beginn der Aufzeichnungen.
Doch nicht nur Mitteleuropa ächzte unter extremem Wetter - sondern zum Beispiel auch Kalifornien in den USA, wo es ebenfalls trocken und heiß war und Tausende Feuer Tausende Quadratkilometer Land verwüsteten. Japan hingegen erlebte nach intensiven Regenfällen verheerende Überschwemmungen mit Hunderten Toten.
Für den amerikanischen Klimaforscher Michael Mann haben all diese Ereignisse einen gemeinsamen Auslöser: den um die Nordhalbkugel wehenden Jetstream, der sich im Sommer 2018 nur wenig veränderte.
Im Video: Der wellenförmige Jetstream
Nimmt diese Luftströmung in etwa zehn Kilometer Höhe immer denselben Weg, dann ändert sich das Wetter nämlich kaum noch. Die Hochdruckgebiete verharren dann wie festgenagelt über Deutschland oder Kalifornien - es wird immer heißer. Und auch Tiefdruckgebiete bleiben, wo sie sind, etwa über Japan. Und sorgen dort für Rekordregenfälle.
Glaubt man den Simulationen, die Mann gemeinsam mit Kollegen durchgeführt hat, dann erhöht der Klimawandel die Gefahr für derartiges Extremwetter. Laut der im Fachblatt "Science Advances" veröffentlichten Studie steigt das Risiko für Hitzewellen und Extremregen bis zum Jahr 2100 um etwa 50 Prozent.
Die Wissenschaftler hatten Messdaten des Jetstreams aus den Jahren 1979 bis 2015 ausgewertet. Sie schauten dabei, wie oft der Jetstream seine Lage kaum noch änderte, sodass über mindestens neun Tage das gleiche Wetter herrschte.
Events künftig häufiger
"Diese Daten zeigen einen definitiven Anstieg der Zahl solcher Ereignisse", sagte Mann. Zudem hätten frühere Analysen einen Zusammenhang zwischen der Erderwärmung und einem wenig veränderlichen Jetstream gezeigt.
Die Forscher haben das Phänomen nun aber auch für die Zukunft untersucht - mit aufwendigen Simulationen. "Im Mittel können wir sagen, dass solche Events künftig zunehmen", sagt Kai Kornhuber vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK). "Von derzeit etwa sechs pro Jahr auf rund zehn im Jahr 2100." Dies sei laut den Simulationen der wahrscheinlichste Fall.
Doch aus den Simulationen ergeben sich auch Unsicherheiten: Möglich ist auch eine stärkere Zunahme von Extremwetterlagen, eine geringere Zunahme oder sogar eine Abnahme - jedoch mit geringerer Wahrscheinlichkeit.
Auch in den Beobachtungsdaten, die einen leichten Anstieg zeigen, stecken Unsicherheiten: "Man muss bei solchen Trends vorsichtig sein", betont Kornhuber. "Denn im System Erde treten regelmäßig Variationen auf - zum Beispiel das Phänomen El Niño ." Es gebe auch Schwankungen, die sich in noch längeren Zeiträumen abspielten. Die Studie sei ein erster Schritt, um das Phänomen weiter zu erforschen, so der Potsdamer Wissenschaftler. "Grundsätzlich erwarten wir allerdings schon allein von der Physik her ganz klar, dass Wetterextreme zunehmen."
Auf- und Abwärtsbewegungen
Der Jetstream gleicht Druckunterschiede zwischen dem warmen Äquator und der kühlen Arktis aus. Theoretisch würde er vom Äquator direkt nach Norden strömen. Doch die Erdrotation und diverse Störungen lenken ihn ab, sodass er wellenförmig von West nach Ost strömt.
Störungen sind zum Beispiel ein hohes Gebirge wie die Rocky Mountains, ein extremer Temperaturunterschied zwischen Festland und Meer oder Instabilitäten in der Atmosphäre. Sie verursachen die mäandernde Bewegung - auch Rossby-Wellen genannt. Mitunter macht der Jetstream beim Umrunden der Nordhalbkugel sechs bis acht Auf- und Abwärtsbewegungen. Wo der Jetstream nach Nordosten bläst, liegt darunter ein Hochdruckgebiet. Wo er nach Südosten weht, befindet sich unterhalb ein Tief.
Normalerweise verschiebt sich die Position des Jetstreams immer wieder - etwa wegen atmosphärischer Instabilitäten - und mit ihm die Lage der Tiefs und Hochs. Deshalb ändert sich in unseren Breiten auch regelmäßig das Wetter.
Doch die Erderwärmung verändert diese Abläufe, warnen die Forscher. "Die Temperaturdifferenzen zwischen Land und Meer steigen", erklärt Kornhuber. Diese Störung könne den Jetstream an dieser Stelle wellenförmig ablenken. "Er nimmt dann öfter denselben Weg." Folge: Das Wetter ändert sich für mehrere Tage oder Wochen kaum noch. Extreme Hitze oder lang anhaltende Regenfälle können die Folge sein, je nachdem, wo man sich befindet.
Solche planetarischen Wellenereignisse sind den Forschern zufolge auch Ursache der verheerenden Waldbrände in Kanada 2016, der Überschwemmungen in Europa 2013 und der Hitzewelle in Russland 2010 gewesen. Die Hitzewelle 2018 passe ebenfalls in dieses Muster, sei aber nicht Teil der nun veröffentlichten Studie, weil diese vor Ende des Sommers abgeschlossen war, betont Kornhuber.
Gedimmte Sonne
Die Simulationen zeigten jedoch auch einen Effekt, der die Lage in den kommenden Jahren womöglich etwas entschärfen könnte. Es geht dabei um Aerosole. Diese entstehen zum Beispiel bei der Verbrennung von Kohle und Öl - sie dimmen vor allem in den hoch industrialisierten mittleren Breiten das Sonnenlicht und mindern so lokal die Erderwärmung.
Gibt es aber weniger Luftverschmutzung - und damit weniger Aerosole - erwärmen sich die mittleren Breiten schneller und der Temperaturunterschied zur Arktis wird geringer, was wiederum den Jetstream beeinflusst. Und so senken weniger Aerosole den Simulationen zufolge die Wahrscheinlichkeit dafür, dass die beschriebenen Wetterextreme auftreten.
Ein Kohleausstieg könnte sich demnach gleich doppelt lohnen, meint PIK-Forscher Stefan Rahmstorf, Mitautor der Studie. Es gäbe weniger klimaschädliches CO2 und zugleich weniger Luftschadstoffe.
Video: Klima extrem - Warum das Wetter immer unberechenbarer wird
Korrektur: Im Text hieß es ursprünglich, Feuer hätten in Kalifornien 6 Millionen Quadratkilometer Land verwüstet. Die Zahl stimmt jedoch nicht, es waren nur 6000. Die Angabe ist korrigiert.
