Einfluss der Stratosphäre auf das Wetter und Klima
Das tägliche Wetter entsteht in der Troposphäre, doch Ereignisse in der Stratosphäre – der nächsthöheren Schicht in der Erdatmosphäre – können enormen Einfluss auf das Geschehen an der Oberfläche haben. Dieser Abwärtseinfluss kann für mehrere Wochen anhalten. Meist reichen normale Vorhersagen bis zu 10 Tage in die Zukunft, doch mit Berücksichtigung des stratosphärischen Einflusses könnte diese Zeitspanne erweitert werden. Forschende aus dem EU-finanzierten Projekt stratoIMPACT(öffnet in neuem Fenster) schließen die Wissenslücken zu den physikalischen Prozessen, die diesem Einfluss zugrundeliegen. „Wir wissen, dass die Stratosphäre Einfluss hat, aber wir wissen nicht genug über die Mechanismen, um diesen Einfluss zu erklären“, sagt Hilla Afargan-Gerstman, die Hauptforscherin im Projekt und Postdoktorandin am Institut für Atmosphären- und Klimaforschung der ETH Zürich(öffnet in neuem Fenster). „Wir kennen auch die Auswirkungen des Klimawandels nicht.“ Mit Unterstützung durch die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen(öffnet in neuem Fenster) begann Afargan-Gerstman ihre Forschung zur plötzlichen Stratosphärenerwärmung(öffnet in neuem Fenster). Das ist das dramatischste meteorologische Ereignis der Stratosphäre und tritt auf, wenn die Temperaturen über der Arktis rapide ansteigen, sodass der Polarwirbel – die weitreichende Luftzirkulation über dem Nordpol – abgeschwächt oder gebrochen wird.
Wann plötzliche Stratosphärenerwärmung wichtig wird
Nur etwa zwei Drittel dieser Ereignisse wirken sich auf das Wetter auf, doch es ist schwierig vorherzusagen, welche genau das sind. Afargan-Gerstman analysierte Beobachtungen und die Ergebnisse aus einem idealisierten Klimamodell und konnte so die drei Faktoren bestimmen, durch die vermutlich die Wirkung erzeugt wird. Das sind der Anstieg der Temperaturen in der unteren Stratosphäre, vorherrschende Bedingungen im Nordatlantik und ob Anomalien in den Luftströmen über dem Ostpazifik vorliegen. „Wenn die Anomalien in der unteren Stratosphäre stark sind, dann steigt die Wahrscheinlichkeit des Abwärtseinflusses. Es ist auch wichtig, welcher Luftstrom im Ostpazifik vorherrscht, damit der Abwärtseinfluss im Nordatlantik eintritt“, erklärt Afargan-Gerstman.
Übermütige Vorhersagen
In einem zweiten Schritt prüfte sie die Genauigkeit von numerischen Wettervorhersagemodellen anhand historischer Beobachtungen. Mit einem neuen Datensatz des Europäischen Zentrums für mittelfristige Wettervorhersage(öffnet in neuem Fenster) analysierte sie Vorhersagen der vergangenen 20 Jahre. Sie betrachtete dabei Ereignisse, bei denen der Polarwirbel entweder sehr schwach oder extrem stark war, und bereitete dann auf, was anschließend geschah. „Wir haben festgestellt, dass das Modell etwas übereifrig war bei der Vorhersage einer Veränderung der Luftströme nach einer plötzlichen Stratosphärenerwärmung. Bei einem stärkeren Polarwirbel waren die Ausgaben des Modells genauer“, ergänzt Afargan-Gerstman.
Auswirkungen des Klimawandels
Ein weiterer Forschungsschwerpunkt waren die Auswirkungen des Klimawandels auf die Wechselwirkungen zwischen Stratosphäre und Troposphäre und wie gut diese in Klimamodellen nachgebildet werden. Afargan-Gerstman analysierte Klimamodelle, um herauszufinden, wie Veränderungen des Polarwirbels und die Verbindung zur Troposphäre vorhergesagt werden. Sie betrachtete die Unsicherheit dieser Vorhersagen zu unterschiedlichen Szenarien der Treibhausgasemissionen und veröffentlichte die Ergebnisse in einer gemeinsamen Arbeit der Forschenden des Projekts PolarRES. Ein Großteil der anstehenden Veränderungen des Oberflächenwetters und insbesondere der Position des Jetstreams hängen von Veränderungen des Polarwirbels in der Stratosphäre ab, fand Afargan-Gerstman heraus. Laut Wissenschaft werden extreme Stürme durch den Klimawandel häufiger in Europa auftreten. „Um das Verhalten extremer Stürme in Zukunft zu verstehen, müssen wir auch die Triebkräfte dahinter verstehen. Mein Beitrag ist der Hinweis auf den Einfluss der Stratosphäre auf Stürme und auf die Unsicherheit in den aktuellen Klimamodellen“, sagt Afargan-Gerstman.
Schlüsselbegriffe
stratoIMPACT, Stratosphäre, Troposphäre, stratosphärischer Einfluss, plötzliche Stratosphärenerwärmung, Polarwirbel, Wetter, Klimawandel, Klimamodelle, Vorhersagen, Stürme, extreme Stürme
