Globale Erwärmung und atmosphärische Zirkulation: großer Dominoeffekt!
In der Atmosphäre ist alles miteinander verbunden. Die globale Erwärmung führt zu immer deutlicheren Veränderungen in der allgemeinen Zirkulation der Atmosphäre, wie z. B. die Ausdehnung der Hadley-Zellen in hohen Breitengraden und Veränderungen im Verhalten der polaren und subtropischen Jets.
Die flüssige Natur der Luft, die Tatsache, dass sie ein kontinuierliches Medium ist, bedeutet, dass alles in der Atmosphäre miteinander verbunden ist, so dass Veränderungen, die in einem bestimmten Bereich der Atmosphäre auftreten, auf den Rest übertragen werden. Die Luftmassen befinden sich in ständiger Bewegung als Folge der Druckveränderungen, die ständig in der Atmosphäre stattfinden, was wiederum durch die Temperaturunterschiede zwischen den einzelnen Bereichen bestimmt wird. Wenn der Planet in eine kalte Phase wie eine Eiszeit oder in eine warme Phase wie die derzeitige eintritt, führt dies zu Veränderungen in den allgemeinen atmosphärischen Zirkulationsmustern.
Der im August 2021 veröffentlichte Teil des Sechsten Sachstandsberichts des IPCC über die Beiträge der Arbeitsgruppe I des IPCC-Panels zum Klimawandel bekräftigt die Aussagen der fünf vorangegangenen Berichte. Einerseits zeigt er, dass die jüngsten Klimaveränderungen weit verbreitet, schnell und zunehmend intensiv sind. Die globale Erwärmung, in die wir eingetaucht sind, ist seit Tausenden von Jahren beispiellos, und das Hauptproblem ist, dass sie durch unsere Aktivitäten verursacht wurde und wird, was zu extremeren Episoden wie Hitzewellen, sintflutartigen Regenfällen oder Dürren führt, deren Häufigkeit und Intensität zunehmen.
Diese Tendenz zu extremeren Klimaschwankungen geht mit einem anomalen Verhalten der atmosphärischen Zirkulation einher, das wir allmählich beobachten und zu dem sich auch der IPCC in seinem jüngsten Bericht äußert, wenn auch mit Vorsicht, da die große Variabilität des atmosphärischen Verhaltens auf verschiedenen Skalen eine kategorische Beurteilung unmöglich macht. So setzt er beispielsweise niedrige und mittlere Konfidenzniveaus für die Häufigkeitsänderungen der außertropischen Wirbelstürme im Nordatlantik fest. Es ist nicht so, dass die zyklonale Aktivität in dieser Ozeanregion nicht durch den globalen Temperaturanstieg (sowohl in der Luft als auch im Oberflächenwasser der Ozeane) beeinflusst wird, aber es ist nicht einfach, aus dem in den letzten Jahrzehnten beobachteten Verhalten Trends abzuleiten.
Was der IPCC als sehr zuverlässig einstuft, ist die Ausdehnung der Hadley-Zellen in hohen Breitengraden, wobei er darauf hinweist, dass im speziellen Fall der Zelle auf der Nordhalbkugel eine solche Ausdehnung und Verlagerung nach Norden seit 1980 beobachtet wurde. Diese atmosphärischen Zirkulationszellen werden durch intensive Konvektion in der tropischen Zone ausgelöst, wo riesige Kumulus- und Cumulonimbuswolken ständig wachsen, angetrieben durch kräftige Aufwinde warmer Luft. Wenn diese Strömungen mit der Troposphäre "kollidieren", dehnen sie sich seitlich aus, kühlen sich auf ihrem Weg nach oben ab und beginnen dann ihren Abstieg in Richtung 30° Breitengrad, was zur Bildung großer subtropischer Hochdruckgebiete wie dem Azorenhoch beiträgt.
Die obige Abbildung zeigt schematisch die Veränderungen, die sich in den Hadley-Zellen abzeichnen. Es ist zu erkennen, dass der Bereich des Luftabstiegs in der Breite zunimmt, was zu einer größeren Anzahl von Einbrüchen des subtropischen Jets in die gemäßigte Zone (mittlere Breiten) führt und die Dürreperioden im Grenzbereich zwischen der subtropischen und der polaren Zone verlängert und verstärkt.
Die atmosphärische Antriebskette
Wie bereits zu Beginn des Artikels erwähnt, ist alles in der Atmosphäre miteinander verbunden, sodass Veränderungen in einem Teil der allgemeinen Zirkulation auf den Rest übertragen werden, ebenso wie Veränderungen, die gleichzeitig in verschiedenen terrestrischen Regionen auftreten, die sich schließlich gegenseitig beeinflussen. Machen wir einen Sprung von den Subtropen zur Arktis: Seit 1979 (als die ersten Satellitendaten aus dieser Region der Erde verfügbar wurden) hat sich der polare Eisschild um 40 % verkleinert (Angaben des IPCC). Das Ausmaß der globalen Erwärmung in dieser kalten Region der Erde führt zu einer Abschwächung des Polarwirbels, was wiederum Veränderungen des polaren Jetstreams zur Folge hat.
Obwohl die Variabilität des Polarjets sehr groß ist, führt dieser Umstand zu häufigeren Einbrüchen sehr kalter Luft polaren und arktischen Ursprungs in Richtung Süden, die sich mit Einbrüchen warmer Luft subtropischen Ursprungs in die entgegengesetzte Richtung bis zu hohen Breitengraden abwechseln. Die größere Schwäche des Polarwirbels verursacht größere Brüche in ihm, was zu einem weniger kontinuierlichen und weniger intensiven Polarstrahl führt, der große Wellen bildet, was eine Abfolge von tiefen Trögen und kräftigen Rücken in Verbindung mit anhaltenden Blockierungssituationen impliziert.
Die Kombination eines stärker wellenförmigen polaren Jets (der große Mäander bildet) mit den nordwärts gerichteten Vorstößen des subtropischen Jets hat wichtige Auswirkungen auf die atmosphärische Dynamik in den gemäßigten Breiten. Unter den derzeitigen klimatischen Bedingungen ist es häufiger möglich, dass ein mit dem Polarjet verbundener atlantischer Sturm mit dem Subtropenjet interagiert und andere Eigenschaften als ursprünglich annimmt, was zu extremeren Niederschlagsereignissen führt, da sich das niederschlagbare Wasserpotenzial deutlich erhöht hat. Das Ergebnis dieser Kettenreaktion ist in einer zunehmend wärmeren Troposphäre zu beobachten.