31.03.2016, 22:59 Uhr

Ein besseres Verständnis des stratosphärischen Einflusses auf Klima und Wetter

In jüngster Zeit wird zunehmend klar, dass unser regionales Klima und Wetter auch von den Luftströmungen in der Stratosphäre in 10 bis 50 Kilometer Höhe abhängt. In jedem Winter bildet sich in der Stratosphäre über dem Nordpol ein ausgedehntes Tiefdruckgebiet, der Polarwirbel. Dieser Wirbel wird an seinem Rand durch einen starken Wind begrenzt, der in Richtung Osten weht.

Meteorologische Analysedaten und Simulationsrechnungen zeigen nun, dass die Stärke des Polarwirbels einen Einfluss auf die bodennahe Druckdifferenz zwischen Island-Tief und Azoren-Hoch ausübt (NAO = Nordatlantische Oszillation). Beispielsweise führt eine Abschwächung des Polarwirbels zu einer Verringerung der bodennahen Druckdifferenz, wodurch in Nordeuropa ein kalter, trockener Winter begünstigt wird.

Der stratosphärische Einfluss auf das Wetter der nördlichen Hemisphäre ist von November bis April am stärksten ausgeprägt. In dieser Zeit können sich großräumige Planetare Wellen aus der Troposphäre – der untersten Schicht der Erdatmosphäre – in die Stratosphäre ausbreiten; wenn die Wellen brechen, schwächen sie den Polarwirbel ab. Extrem hohe Wellenaktivität, zum Beispiel bei einer plötzlichen Stratosphärenerwärmung, kann sogar zu einer Windumkehr in der Stratosphäre führen. Nach einer plötzlichen Stratosphärenerwärmung beobachtet man häufig 30 bis 40 Tage lang eine Abschwächung der Druckdifferenz zwischen Island-Tief und Azoren-Hoch (negativer NAO-Index) mit einem signifikanten Einfluss auf das Winterwetter in Europa.

Neuere Arbeiten deuten darauf hin, dass Änderungen der Stärke des Polarwirbels in der Troposphäre sehr ähnliche Auswirkungen haben, unabhängig davon, ob es sich um kurz- oder längerfristige Änderungen handelt (Kidston et al., Nature Geosciences, 2015). Die Qualität sowohl von mittel- und langfristigen Wettervorhersagen als auch von regionalen Klimasimulationen kann daher durch eine realistische Darstellung der Stratosphäre und ihrer Kopplungen mit der Troposphäre verbessert werden.

Die Mechanismen, die dieser Kopplung zugrunde liegen, sind zurzeit nur unzureichend verstanden. Die größten Unsicherheiten hängen mit kleinräumigen Schwerewellen, ihren Quellen, ihrer Ausbreitung und ihrer Darstellung in globalen Modellen zusammen. Eine geeignete globale Datenbasis kann die bildgebende Fernerkundung liefern, mit der man vom Satelliten dreidimensionale Strukturen der Atmosphärentemperatur und eine Vielzahl von Spurengasen tomographisch vermessen kann. Diese Methode wurde in den vergangenen zehn Jahren gemeinsam vom Forschungszentrum Jülich und dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entwickelt und auf den Forschungsflugzeugen HALO und M55 Geophysica eingesetzt.

Mit den Geräten an Bord von HALO konnten in diesem Winter erstmals die dreidimensionale Struktur ausgeprägter Schwerewellen über Island und Grönland tomographisch vermessen werden. Die ersten Analysen der Messdaten zeigen, dass sich durch die neue Methode wichtige Erkenntnisse über die Anregung und Ausbreitung dieses Typs von Atmosphärenwellen ergeben.

Prof. Dr. Martin Riese

Direktor am Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-7) des Forschungszentrums Jülich, Bereich Stratosphäre, und Professor für Atmosphärenphysik an der Fakultät für Mathematik und Naturwissenschaften der Bergischen Universität Wuppertal.
(21.03.2016)
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Gerhard Heising aus Stubai-Wipptal | 01.04.2016 | 09:50   Melden
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Elisabeth Staudinger aus Vöcklabruck | 02.04.2016 | 08:52   Melden
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Gerhard Heising aus Stubai-Wipptal | 02.04.2016 | 09:08   Melden
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