Das Wetter und der Klimawandel

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Wärmere Arktis, mehr Extremwetter

Im Rahmen der globalen Erwärmung steigen die Temperaturen in der Arktis überproportional. Das liegt vor allem an dem Rückgang des arktischen Meereises, das mehr und mehr von der dunklen Wasseroberfläche freigibt, welche das Sonnenlicht nicht reflektiert wie das helle Eis, sondern hervorragend absorbiert. Das führt zu einer erheblichen zusätzlichen Erwärmung. Es handelt sich um einen umgekehrt ablaufenden Eis-Albedo Effekt.
 
Eine in den Geophysical Research Letters im April 2012 veröffentlichte Studie der beiden Wissenschaftler Jennifer A. Francis und Stephen J. Vavrus, “Evidence linking Arctic amplification to extreme weather in mid-latitudes”,  fand nun einen Zusammenhang zwischen dieser arktischen Erwärmung und der Zunahme von Extremwetterereignissen. Die überproportionale Erwärmung der hohen arktischen Breiten im Vergleich zu den mittleren Breiten bedeutet eine Abnahme des Temperaturgefälles an der Polarfront, der Grenze zwischen warmen und kalten Luftmassen. Da dieses Temperaturgefälle mit einem Druckgefälle einhergeht das den Jetstream antreibt, wird der Jetstream schwächer und seine Strömung langsamer.
 
Saisonale Abweichungen der 1000-500 hPa Schichtdicke (m) nördlich 40°N zwischen der Periode 2000–2010 und der Periode 1970–1999: (a) Herbst (OND), (b) Winter (JFM), (c) Frühling (AMJ) und (d) Sommer (JAS). Die weissen Sternchen zeigen die Bereiche, wo die Wahrscheinlichkeit, daß es sich um Zufallsergebnisse handelt kleiner ist als 5% (p < 0.05). Das Ergebnis ist hier also satistisch eindeutig signifikant .  Schichtdicke 1000-500 hPa meint die Höhendifferenz zwischen den Flächen wo der Luftdruck 1000 hPa und wo der Luftdruck nur noch 500 hPa beträgt. Je wärmer die Luft ist, umso mehr dehnt sie sich in die Höhe aus und um so größer ist diese Schichtdicke und umgekehrt. Quelle: Francis and Vavrus, 2012
 
Der Jetstream verhält sich so ähnlich wie ein Fluss. Die Strömung ist mal schneller, mal langsamer, mehr oder weniger turbulent und immer wieder bilden sich Wirbel, welche mit der Strömung davongetragen werden. Bei den Wirbeln des Jetstreams handelt es sich um die das Wetter bestimmenden dynamischen Hochs und Tiefs.
Da die Strömung des Jetstreams infolge des verringerten Temperaturgefälles abnimmt bewegen sich auch die Hochs und Tiefs langsamer und damit hält auch extremes Wetter wie Hitzewellen und Trockenheit (Hochs) oder Unwetter (Tiefs) länger an. Noch etwas kommt aber hinzu. Der Jetstream wird nicht nur langsamer, er wird auch „welliger“, er mäandert stärker, die Amplitude der Rossby-Wellen nimmt zu. Über die tiefen Wellentäler – die Meteorolgen nennen sie „Tröge“ – gelangt polare Kaltluft bis weit in den Süden. Die tieferen Wellentäler erklären zum Beispiel die gehäuften kalten Episoden der letzten Winter auf der Nordhalbkugel. Über die  Wellenberge – die „Rücken“ – gelangt im Gegenzug allerdings auch Warmluft bis weit in den Norden. Deshalb war es in den letzten kalten Wintern in Grönland so überraschend milde, oft sogar deutlich wärmer als bei uns in Europa.
 

Jens Christian Heuer

 
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Ist die Eisschmelze am Nordpol nicht mehr aufzuhalten?

Auch im Jahre 2011 erreichte die Eisschmelze am Nordpol wieder Rekordwerte. Im September, am Ende der Tauwetterperiode  wurde nach 2007 die zweit-geringste Ausdehnung des arktischen Meereises gemessen. Über die letzten 5 Jahre gab es die niedrigsten Eisbedeckungen im Nordpolargebiet seit Beginn der Satellitenmessungen im Jahre 1979.

Die Ausdehnung des Meereises in der Nordpolregion (Arktis) von 1979-2011 nach Satellitenmessungen. Der Trend weist eindeutig nach unten. Quelle: NSIDC

Verantwortlich dafür ist vor allem die Eis-Albedo-Rückkopplung. Beim Abschmelzen des Meereises der Arktis kommt die darunter liegende, wesentlich dunklere Wasseroberfläche mit einem deutlich geringeren Reflektionsvermögen (Albedo) zum Vorschein. Ein größerer Anteil der Sonnenstrahlung wird absorbiert, die Wasseroberfläche und darüberliegende Luftschichten werden dementsprechend wärmer, noch mehr Meereis schmilzt usw usf.. Es handelt sich um eine positive Rückkopplung, d.h. um einen sich selbst verstärkenden Mechanismus! Dieser sorgte in den letzten Jahrzehnten für die überproportional zunehmende Temperaturen in der Arktis, wo die Erwärmung deutlich schneller voranschreitet als in den mittleren Breiten, den subtropischen und tropischen Regionen auf der Nordhalbkugel.

Daß die Ausdehnung des arktischen Meereises im Jahre 2011 wieder in die Nähe des Rekordminimums von 2007 kam ist schon eine große Überraschung, dachte man seinerzeit doch noch, es handele sich um einen statistischen Ausreißer infolge einer besonderen Wetterlage, der  Dipolanomalie. Darunter versteht man eine besonderes Luftdruckmuster mit einem Hochdruckwirbel über der nordamerikanischen und einem Tiefdruckwirbel über der eurasischen Region der Arktis. Die beiden dynamischen Druckgebilde führen warme Luftmassen aus dem Süden heran und verstärken die windgetriebene transpolare Eisdrift aus der Arktis in Richtung Atlantik. Dadurch beschleunigt sich das Abschmelzen des Meereises in der Tauwetterperiode ganz erheblich.

Dipolananonalie im Sommer 2007: Ein dynamisches Hoch über der nordamerikanischen und ein dynamisches Tief über der eurasischen Region der Arktis führten warme Luft aus dem Süden heran und verstärkten gemeinsam die windgetriebene transpolare Eisdrift aus dem Arktischen Meer in Richtung Atlantik. Beides beschleunigte die Meereisschmelze in der Arktis. Quelle: NOAA – Earth System Research Laboratory (verändert)

Im Jahre 2011 trat im Unterschied zu 2007 (und teilweise auch den Folgejahren) diese Dipolanomalie jedoch kaum in Erscheinung. Ein stabiler polarer Hochdruckwirbel erzeugte einen Meereswirbel, der das Meereis im Arrktischen Meer zirkulieren ließ. Die transpolare Drift blieb schwach. Trotzdem alledem schrumpfte das Meereis beinahe auf das Rekordminimum des Jahres 2007.

Keine Dipolanomalie im Sommer 2011: Ein stabiles dynamisches polares Hoch erzeugte einen Meereswirbel, der das Meereis im Arktischen Meer zirkulieren ließ. Die transpolare Drift blieb schwach. Trotzdem schrumpfte die Ausdehnung des arktischen Meereises beinahe so wie im Rekordjahr 2007 mit der Dipolanomalie. Quelle: NOAA – Earth System Research Laboratory (verändert)

Vielleicht liegt das an einem weiteren Mechanismus, der neben der Eis-Albedo-Rückkopplung und gelegentlichen Wetteranamalien  den Abschmelzprozeß des arktischen Meereises beschleunigt. Infolge der verstärkten Eisschmelze in den letzten Jahren hat der Anteil des mehrjährigen, stabilen  Meereises gegenüber dem jungen, ein- bis zweijährigen,wesentlich leichter schmelzenden Meereises immer weiter abgenommen. Das junge Meereis ist wesentlich dunkler als das ältere Meereis, weil es durch zahlreiche kleine offene Wasserflächen unterbrochen ist. Das dunkle Wasser vermindert die Albedo, so daß junges Meereis  dementsprechend mehr Sonnenlicht absorbiert.

Der Anteil des alten und stabilen Meereises nimmt zugunsten des jungen  Meereises immer weiter ab. Letzteres hat eine geringere Albedo und schmilzt daher leichter. Das verstärkt die Meereisschmelze in der Arktis zusätzlich. Quelle: NSIDC

Es könnte durchaus sein, daß das Klimasystem in der Arktis schon einen Kipp-Punkt erreicht hat, wo selbstverstärkende Prozesse nicht mehr aufzuhalten sind und zum entgültigen Verlust des arktischen Meereises führen. Käme es dazu, so würde sich die globale Erwärmung wiederum gewaltig beschleunigen, denn der Erde würde einer ihrer beiden großen reflektierenden Eisschilde an den Polen fehlen, die Gesamtalbedo  des Planeten also merklich abnehmen.

Jens Christian Heuer

Quelle: National Snow and Ice Data Center (http://nsidc.org/)

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