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Erderwärmung bedingt Dauerkälte – Forscher können Zusammenhang nachweisen

WELT-Logo WELT 18.06.2019 Sarah Maria Brech
Wird der Polarwirbel schwächer, beeinflusst das den Jetstream Quelle: NASA's Goddard Space Flight Center © NASA's Goddard Space Flight Center Wird der Polarwirbel schwächer, beeinflusst das den Jetstream Quelle: NASA's Goddard Space Flight Center

An der US-amerikanischen Ostküste fällt im Winter oft Schnee. Die Aufzeichnungen dazu reichen bis ins frühe 19. Jahrhundert zurück. Wenn man sie sich anschaut, fällt ein Trend ins Auge: Schwere Schneestürme, die von lange anhaltender Kälte begleitet sind, werden häufiger. Die meisten solcher extremen Wetterereignisse gab es im vergangenen Jahrzehnt.

Lange Kältephasen zeigten sich auch in Asien und Europa. „Die Kälteeinbrüche aus der Arktis nehmen zu“, sagt Markus Rex, Leiter der Atmosphärenforschung am Alfred-Wegener-Institut (AWI) und Professor für Atmosphärenphysik an der Universität Potsdam. „Beobachten konnten wir das schon lange. Wir wollen aber verstehen, warum das so ist.“

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Forscher erklären die Dauerkälte mit der Erderwärmung. Das klingt zunächst widersprüchlich. Der Grund dafür ist das Schwächeln des Jetstreams, eines Windbands, das in etwa zehn Kilometer Höhe um die Erde rast. Wenn das arktische Meereis schmilzt, speichert der Ozean – weil der helle, eisige Schutzschild fehlt – im Sommer mehr Wärme und gibt sie im Winter wieder ab.

Die New Yorker Manhatten Bridge während der Kältewelle in den Vereinigten Staaten in diesem Winter Quelle: picture alliance / Photoshot © picture alliance / Photoshot Die New Yorker Manhatten Bridge während der Kältewelle in den Vereinigten Staaten in diesem Winter Quelle: picture alliance / Photoshot

Das stört den Polarwirbel, ein Tief in etwa 15 Kilometer Höhe in der Stratosphäre, das im Winter gegen den Uhrzeigersinn über der Arktis rotiert. Wird der Polarwirbel schwächer oder bricht zusammen, beeinflusst das den Jetstream, der ebenfalls schwächer wird und zu mäandern beginnt. In seinen Schlaufen gelangt kalte Luft aus der Arktis nach Süden, etwa nach Nordamerika, Europa oder Asien.

So weit die Theorie. Das Problem daran war nur: Forscher konnten sie mit ihren Klimamodellen nicht konsistent nachvollziehen. Es gab also die Wetterbeobachtungen und auch eine Erklärung dafür – die die auf den physikalischen Erhaltungssätzen beruhenden Modelle aber nicht zeigten.

Das lag vor allem daran, dass sie die Wechselwirkung zwischen Stratosphäre und Ozonschicht nicht berücksichtigten; einen Mechanismus, der so kompliziert ist und dessen Simulation so viel Rechenleistung verschlingt, dass es bislang nicht möglich war, ihn in die Modelle einzubeziehen. Forschern des AWI ist es jetzt erstmals gelungen, das zu ändern – mit künstlicher Intelligenz.

Mehr Ozon in der Stratosphäre

„Wir haben einen Machine-Learning-Mechanismus entwickelt, der an unserem komplexen Ozonschichtmodell lernt, wie das Ozon mit dem Klimasystem interagiert“, erklärt Rex. „Den haben wir in das vollständige Modell eingebettet.“ Dieses Modell berücksichtigt jetzt den Verstärkungsmechanismus, der folgendermaßen funktioniert: Wenn der Polarwirbel gestört wird, erwärmt sich die Stratosphäre. Gleichzeitig stürzen große Luftmassen Richtung Norden, die Ozon mitführen. Durch die zusätzlich Wärme wird weniger Ozon abgebaut.

So hängen Jetstream und Kältewellen zusammen Quelle: Infografik WELT © Infografik WELT So hängen Jetstream und Kältewellen zusammen Quelle: Infografik WELT

Beides führt also dazu, dass insgesamt mehr Ozon in der Stratosphäre über der Polarregion ist. Ozon aber absorbiert Sonnenstrahlung – hindert sie also daran, nach unten Richtung Boden durchzudringen. Was wiederum die Wärme in der Stratosphäre in etwa 15 Kilometer Höhe hält. Die Prozesse verstärken sich somit gegenseitig, was sie so kraftvoll macht. „Das stört den Polarwirbel und den daran gekoppelten Jetstream noch mehr“, sagt Rex.

Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Forscher im Fachmagazin „Nature“. Sie gehen davon aus, dass lange, extreme Kältewellen wie etwa in diesem Winter in den USA in Zukunft häufiger auftreten werden – denn die Arktis erwärmt sich weiter. Gleichzeitig werden auch Perioden extremer Hitze zunehmen.

„Solche blockierenden Wetterlagen im Sommer sind die Gegenbewegung“, sagt Rex. „Im Winter bricht kalte Luft aus der Arktis aus, im Sommer warme Luft aus den Subtropen. Das ist alles Teil des gleichen Bildes.“ Wir werden uns also auch auf viel mehr Hitzesommer wie 2018 einstellen müssen.

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