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Versagt der Puls des Wetters?

Von ANDREAS FREY

14. November 2021 · Der Klimawandel schwäche den Jetstream, heißt es oft. Aber stimmt es denn?

F

ür das ZDF war die Ursache schon klar, bevor die Sturzflut das Ahrtal verheerte. Im heute journal lieferte Claus Kleber am Abend der Katastrophe eine einleuchtend klingende Erklärung für die extreme Wetterlage in weiten Teilen Deutschlands: Da die Luft in der Arktis immer wärmer werde, würde dem sogenannten Jetstream die Kraft entzogen – und festsitzende Tiefdruckgebiete wie das Unwettertief „Bernd“ würden häufiger. Der schwächelnde Höhenwind sei also schuld an dem Hochwasser, sagte Kleber, und damit der Klimawandel.

So ähnlich äußerten sich auch die Wettermoderatoren zu den Unwettern im Westen. Ob bei ARD, ZDF oder RTL – allenthalben zeigte man auf den Wetterkarten in den Tagen danach ein eingeklemmtes Tief zwischen zwei stämmigen Hochdruckgebieten und erklärte dazu, dass ein durch den Klimawandel schwächelnder Jetstream die Flutkatas­trophe verursacht habe. Was den Fernsehmeteorologen der großen Sender aber nicht gelang, war, eindringlich und rechtzeitig vor dem meteorologischen Ausnahmezustand zu warnen. Im Wetterbericht nach dem heute journal sagte man am Unwetterabend nur sehr allgemein voraus – es werde im Westen heftig schütten. Das war zu einem Zeitpunkt, als der Deutsche Wetterdienst längst in der höchsten Warnstufe warnte und die ersten Katastrophenmeldungen aus den Flutgebieten eingelaufen waren. 

Die Fluten des Sommers: Der Jetstream umspielt das in einer Dipol-Blockadelage festgeklemmte Tief „Bernd“. Die Farben zeigen die Geschwindigkeit der nordhemisphärischen Höhenwinde. Grafik: Scott Duncan, Daten: ERAS

Der Jetstream war jedenfalls in den Tagen nach der Katastrophe Dauerthema. Auch Nachrichten- und Politikjournalisten beherrschten die atmosphärische Wirkungskette irgendwann auswendig. Sie lautet: Weil sich die Arktis schneller erwärmt als andere Regionen der Nordhalbkugel, sinkt das Temperaturgefälle zwischen Pol und Tropen – und der Höhenwind verliert seine Stärke. Hochs und Tiefs kommen dadurch nicht mehr vom Fleck, und das Wetter wird extrem. Aus Regen wird Hochwasser, aus Sonnenschein Dürre. 

Die starken Höhenwinde der oberen Troposphäre sind inzwischen Allgemeinwissen – über den Jetstream wird fast so selbstverständlich gesprochen wie über R-Werte oder mRNA-Impfstoffe. Doch es gibt ein Problem mit dieser prominenten Erklärung über den Jetstream. Es ist völlig unklar, ob sie überhaupt stimmt. Denn das Erklärungsmuster beschreibt nur eine Hypothese, die allerdings wie gesichertes Wissen präsentiert wird. 

Gesichert ist nur der starke Temperaturanstieg in der Arktis. Um zwei- bis dreimal schneller als der Rest der Welt hat sich die Polarregion bereits erwärmt. Aber das allein reiche noch nicht aus, um daraus einen geschwächten Höhenwind abzuleiten, sagt Volkmar Wirth, Atmosphärenphysiker an der Universität Mainz, der zusammen mit zwei anderen Universitäten in einem Sonderforschungsbereich unter anderem den Jetstream untersucht. Trotzdem hört auch er überall davon, dass der vom Klimawandel geschwächte Jetstream schuld sei an den Extremwetterlagen rund um den Globus. Kürzlich habe sogar ein Busfahrer die Theorie im Schienenersatzverkehr über das Mikrofon erklärt, erzählt er. Da dachte er: Komisch, alle wissen das. Nur wir Wissenschaftler nicht.

Das Problem an der Theorie ist, dass es einen mächtigen Gegenspieler der Arktis gibt, der sich ebenfalls stark erwärmt hat, über den aber kaum jemand spricht. Gemeint sind die höheren Luftschichten über den Tropen. „In der oberen Troposphäre über den Tropen ist es ebenfalls sehr warm geworden“, sagt Wirth, über der Polarregion aber nicht. Dadurch erhöhe sich der Temperaturunterschied zwischen Pol und Arktis wieder. Der Jetstream würde damit nicht schwächer, sondern sogar stärker. Und welcher Effekt dominiert – die Lage am Boden oder in der Höhe? „Wir wissen es nicht“, sagt Volkmar Wirth.

Die Wärme über den Tropen ist ein Hauptgrund dafür, weshalb Meteorologen wie Wirth von der Theorie des trödelnden Jetstreams nicht überzeugt sind. Und dann ist da noch die Empirie. Dass die warme Arktis heute schon unser Wetter verändert, indem sie die Höhenströmung ausbremst, lässt sich in der Atmosphäre noch gar nicht beobachten, sagen die Forscher. Die Wetterdaten gäben das einfach nicht her. Und auch die Klimamodelle sind sich uneins. „Es ist völlig unklar, ob der Jetstream in Zukunft schwächer oder sogar stärker wird“, sagt Wirth. Regional und jahreszeitlich ergebe sich ein uneinheitliches Bild.

Ähnlich sieht das auch Tim Woollings in Oxford, einer der besten Kenner des Jetstreams. Vor zwei Jahren schrieb er ein allgemeinverständliches Buch dar­über und zeichnet darin ein völlig anderes Bild, als es hierzulande oft vermittelt wird. „Eines der Hauptprobleme ist, dass wir nur auf bestimmte Änderungen in einer sehr kurzen Zeitspanne schauen“, sagt Woollings. „Der Jetstream ist aber so variabel, dass es sehr schwer ist, langfristige Änderungen zu identifizieren.“ Gestützt wird diese Sicht durch eine aktuelle Studie in den PNAS, in der Forscher des Massachusetts Institute for Technology die Lage des Jetstreams mittels Eisbohrkernen aus Grönland für die vergangenen 1250 Jahre rekonstruiert hatten. Dabei stießen sie auch in vorindustriellen Eislagen auf Jahre, in denen der Jetstream Extremlagen auslöste. Vor allem belege die Rekonstruktion, dass der Höhenwind in den vergangenen Jahrzehnten sein Verhalten gegenüber der Zeit davor nicht geändert hat. Trotzdem glaubt Tim Woollings den Gewinner im Tauziehen der Luftmassen zwischen Pol und Tropen zu kennen.

In der Forschung wird über den Jetstream kontrovers diskutiert. Das ist angesichts der Komplexität atmosphärischer Vorgänge nicht verwunderlich, und überhaupt sind Zweifel ein Kernelement jeder Fachdiskussion. In diesem Fall steckt der Zweifel vor allem im Detail, nicht im grundsätzlichen Verständnis des Klimawandels. Die Forscher haben vollständig verstanden, warum höhere Treibhausgaskonzentrationen den Planeten aufheizen. Weniger gut verstanden ist, wie sich höhere Temperaturen auf die Luft- und Meeresströmungen auswirken, die unser Wetter in den mittleren Breiten prägen. Diese Unsicherheiten werden in der öffentlichen Diskussion aber häufig unterschlagen, damit bloß nicht der Eindruck entsteht, die Klimaforscher hätten irgendwelche Zweifel.

Hitzewelle vor Corona: Ende Juli 2019 hatte sich über Deutschland eine sogenannte Omega-Lage festgesetzt. Grafik: Scott Duncan, Daten: ERAS

Dass der Jetstream eher nicht schwächelt, ist auch die Einschätzung des Weltklimarates IPCC. Laut seines neuesten Berichts ist unklar, ob eine immer wärmere Arktis dem Höhenwind heute oder in Zukunft die Kraft entzieht oder nicht. „Trotz interessanter Ideen (und intensiver Medienberichterstattung) wird der Einfluss der Arktis im Vergleich zu anderen Faktoren auf den Jetstream als nicht sicher beurteilt“, heißt es im Passus einer frühen Version des Berichts, der dann allerdings wieder gestrichen wurde. Stattdessen erwähnt der IPCC andere Kräfte, die auf den Jetstream wirken, die Stratosphäre etwa, aber auch die Schwankungen des Pazifiks. Alles in allem hält der IPCC die Arktis nicht für den dominierenden Einflussfaktor auf den Jetstream. Diese Einschätzung hat in der Community für viel Wirbel gesorgt.

Denn im Jetstream (im Deutschen kann man auch „Strahlstrom“ sagen) schlägt in unseren Breiten gewissermaßen der Puls des Wettersystems. Die Zirkulation, die ihm zugrunde liegt, befördert beständig Warmluft aus den Tropen in Richtung Pol und pumpt umgekehrt Kaltluft in die wärmeren Breiten. Dass der Jet selbst von West nach Ost weht, liegt an der Corioliskraft, die von der Erdrotation herrührt und polwärts strömende Luft nach Osten ablenkt. Je höher der Temperaturkontrast zwischen Tropen und Pol, desto stärker der Wind. Bis zu 535 Kilometer pro Stunde sind schon gemessen worden – die stärksten Winde unseres Planeten. Der Jet entscheidet in unseren Breiten damit über Warm oder Kalt – und ob das Wetter in Zukunft erträglich bleibt oder doch immer öfter extrem. Denn ginge dem Höhenwind tatsächlich die Puste aus, käme es in der Tat zu gefährlichen Rhythmusstörungen – und Extremwetterlagen würden zum Normalzustand.

Es gibt allerdings nicht nur einen Jetstream. Auf der Erde – auf anderen Planeten gibt es ähnliche Phänomene (siehe „Unter Jupiters stürmischen Streifen“) – wehen auf jeder Hemisphäre zwei Jets, ein polarer und ein subtropischer. Entdeckt wurden diese Höhenwinde erst zu Beginn des 20. Jahrhunderts. Für das Wetter in Mitteleuropa ist nun der polare Strahlstrom entscheidend. Das schmale, bandartige Starkwindfeld mäandert in Wellen um den Planeten wie ein Fluss in großen Schleifen. Rossby-Wellen werden sie genannt, nach dem gebürtigen Schweden Carl-Gustaf Rossby, dem einzigen Meteorologen, der es bisher auf den Titel des Time Magazine schaffte. Im Wellental bilden sich Tief-, im Wellenberg Hochdruckgebiete. Die Strahlströme jagen am oberen Rand der Troposphäre um die Erde. Unser Nordpolarjet weht in etwa zehn Kilometer Höhe, in der Reiseflughöhe der Verkehrsflugzeuge und reißt die Luftsäule bis zum Boden mit. Dadurch bewegen sich die Hoch- und Tiefdruckgebiete am Boden normalerweise mit etwa fünfzig Kilometern pro Stunde nach Osten. Meteorologen sprechen von der Westdrift.

Ein glatter polarer Jetstream bringt häufige Wetterwechsel und eher gemäßigte Bodentemperaturen, ein welliger mit großen Mäandern hingegen oft stationäre Wetterlagen. In diesem Fall reißt die Westströmung ab. Meteorologen sprechen dann von Blockings oder Blockadelagen (siehe „Wenn der Strom einfach abreißt“). Hoch- und Tiefdruckgebiete rühren sich dann nicht von der Stelle, der Puls der Atmosphäre stockt. Mögliche Folgen sind Hitzewellen und Dürren respektive Hochwasser.

Die Extremereignisse der vergangenen Jahre sind häufig auf solche Blockadelagen zurückzuführen. In den Sommern 2003 und 2018 ließ ein stationäres Hochdruckgebiet Mittel- und Nordeuropa in brütender Hitze schmoren. Im Frühsommer 2013 flutete ein blockiertes Tief Bayern und Ostdeutschland mit Hochwasser. Noch schlimmere Überschwemmungen gab es im Sommer 2010 in Pakistan, während der Westen Russlands zeitgleich eine außergewöhnliche Hitzewelle erlebte. Stationäre Wetterlagen können sich zu allen Jahreszeiten bilden. Klemmt aber ein Atmosphärenmuster fest, wird das Wetter extrem – auch im Winter. Der europäische Bibberwinter von 2009/10 und der große Frost im Februar 2012 waren beides Folgen stationärer Jetstreamschlaufen.

Der Hitzesommer 2018 begann früh: Bereits um April kam es zu einer Omega-Lage über Mitteleuropa. Grafik: Scott Duncan, Daten: ERAS

Nun bringt die Atmosphäre solche Extremwetterlagen immer wieder von allein hervor, dazu braucht es keinen Klimawandel. Das liegt an der großen Eigendynamik des Jetstreams: Mal ist er stärker, mal schwächer – das Chaos regiert. Das erklärt die Schwierigkeit, in diesem wilden Hin und Her ein robustes Signal herauszulesen, mit dem sich die natürliche Schwankungsbreite des Wetters vom Einfluss des Klimawandels trennen ließe. Mit dieser Schwierigkeit sahen sich die Klimaforscher auch bei der Flutkatastrophe dieses Sommers konfrontiert. Im August machten sich Attributionsforscher ans Werk, um zu klären, ob der Klimawandel die Sturzflut im Westen verstärkt hatte. Dieser recht neue Zweig der Klimawissenschaft untersucht Einzelereignisse auf einen möglichen Einfluss des anthropogenen Klimawandels. Das Ergebnis zeigte den erwarteten Trend: Die höheren Temperaturen im Vergleich zum vorindustriellen Zeitalter hatten den Starkregen um drei bis neunzehn Prozent verstärkt. Zudem wäre mit einem solchen Unwetter deutlich seltener zu rechnen gewesen, hätte der Mensch nicht derart in die Atmosphäre eingegriffen.

Die Studie lieferte den Beleg dafür, dass der Klimawandel die Flutkatastrophe häufiger und intensiver gemacht hatte. Überraschend war dieses Resultat aber nicht. Es bestätigte die Einsichten der Thermodynamik, wonach wärmere Luft mehr Feuchtigkeit aufnehmen kann, nachgewiesen erstmals 1834 von Rudolf Clausius und Émile Clapeyron. Pro Grad Erwärmung steigt die maximal mögliche Luftfeuchtigkeit um rund sieben Prozent. So war angesichts eines Anstiegs der mittleren Sommertemperaturen in Deutschland von zwei Grad gegenüber dem vorindustriellen Niveau von einer Zunahme der Starkregenfälle um 14 Prozent auszugehen. Ob der Klimawandel allerdings auch die Lage des Jets veränderte und dazu beitrug, dass sich namentlich Tief „Bernd“ über Mitteleuropa einnisten konnte, darüber machte die Attributionsstudie keine Aussage.

Zwei Wochen bevor im vergangenen August die Wassermassen durch die Täler von Ahr und Erft donnerten, wurde der Nordwesten Nordamerikas von einer historischen Hitzewelle geröstet. Fast fünfzig Grad wurden Ende Juni in Lytton nordöstlich von Vancouver gemessen, bevor der Ort in Flammen aufging. Die Wüstenhitze in Kanada hat die Klimaforscher besonders aufgeschreckt. Hitzewellen werden häufiger und intensiver, darauf deuten die Computermodelle schon lange hin. Aber mit fünfzig Grad in einem kanadischen Bergdorf hatte niemand gerechnet. Nun fragten sich die Wissenschaftler sorgenvoll, ob der Klimawandel vielleicht doch noch böse Überraschungen bereithält, die Computermodelle bislang noch nicht abbilden konnten. Oder anders gefragt: Ob der Jetstream in einer wärmeren Welt vielleicht doch zu Wellenmustern fähig ist, die Temperaturschocks und „freak weather“ in den mittleren und hohen Breiten auslösen können.s

Das ist jedenfalls die Auffassung einiger renommierter Fachleute wie der Amerikaner Michael Mann, Judah Cohen und Jennifer Francis und der Deutschen Stefan Rahmstorf vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung sowie Marlene Kretschmer im britischen Reading. Seit gut zehn Jahren erscheinen Arbeiten, die einen Einfluss der Arktis auf unser Wetter nahelegen. Es sind Studien, die Zusammenhänge zwischen der arktischen Temperatur und Meereisausdehnung mit Extremwetterlagen in den mittleren Breiten herstellen.

Die erste Arbeit, die mit dieser Theorie für viel Aufsehen sorgte, veröffentlichten Jennifer Francis und Stephen Vavrus im Jahr 2012 in den Geophysical Research Letters. Die beiden Autoren brachten den Eisschwund in der Arktis mit den Kältewellen in Verbindung, die seinerzeit gehäuft auf der Nordhalbkugel auftraten, und entwickelten damit nachträglich eine Theorie, mit der diese Kälteausreißer erklärt werden konnten. Das machte einige Kollegen schon damals misstrauisch. Es wäre besser gewesen, hätte man die Theorie schon vorher formuliert gehabt, hieß es. Tatsächlich wurden wesentliche Teile dieser Studie inzwischen in Science Advances widerlegt.

In den Jahren danach erschienen auch Studien über den Sommer: Dabei sahen die Wissenschaftler eine noch stärkere Abschwächung des polaren Jetstreams, die Erwärmung der Arktis führe öfter zu stationären Hochdruckgebieten und damit zu Hitzewellen. 2015 erschien eine Arbeit vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung, die eine Abschwächung der mittleren Windgeschwindigkeit des polaren Jets seit einigen Jahren nachwies. Ein Beweis?

Stefan Rahmstorf ist von dem Effekt offenbar überzeugt. „Schon jetzt verändern die Vorgänge in der Arktis auch bei uns das Klima“, schrieb er in seiner Spiegel-Kolumne vor einem Jahr. Dass es sich dabei nicht um eine erwiesene Tatsache, sondern eine „in der Fachwelt heiß diskutierte Frage“ handelt, erwähnte er in seiner Kolumne ein halbes Jahr später. Die Gründe, warum er bereits von einer Veränderung des Jetstreams durch die arktische Erwärmung ausgeht, könne er aus Zeitgründen gerade nicht erläutern, schrieb er auf Anfrage.

Rahmstorfs Wort hat besonderes Gewicht. Er ist der Klimaforscher mit der größten Reichweite im deutschsprachigen Raum – in den klassischen wie in den sozialen Medien. Für viele Klimaschützer, Meteorologen, Aktivisten und Journalisten ist er die wichtigste Referenz. Der ZDF-Meteorologe Özden Terli zum Beispiel steht Rahmstorf besonders nahe, bei Youtube tritt er gemeinsam mit ihm bei dem Format „Klima-Talk“ auf. Terli hat sich darum verdient gemacht, den Klimawandel in den Wetterbericht zu integrieren. Damit leistet er wichtige Aufklärungsarbeit, denn Wetter und Klima müssen gemeinsam gedacht werden. Dieses Engagement brachte ihm allerdings auch Drohungen von Klimaleugnerwürstchen ein. Im Wetterbericht ordnet er unbestreitbare Fakten wie den Temperaturanstieg ein, erklärt, warum tropische Wirbelstürme stärker werden, und informiert über neue Publikationen aus der Klimaforschung. Der Fernsehmeteorologe legt Wert darauf, beim Klimawandel nur über Fakten zu sprechen. Dass es sich bei der Abschwächung des Golfstroms und dem Jetstream aber um eine – noch dazu umstrittene – Hypothese handelt, dar­über informiert Terli nicht.

Andererseits teilt Özden Terli beim Klimathema auch gerne mal aus: „Der Journalismus versagt beim Klimaschutz“, schrieb er kürzlich bei Twitter. Dieser Ansicht kann sein, wer Klimajournalismus als etwas begreift, womit die Menschen zu mehr Klimaschutz bewegt werden sollen – und nicht zunächst als die Aufgabe, Klimaprozesse erst einmal grundsätzlich verständlich zu machen, über Unsicherheiten aufzuklären und Kontroversen als solche darzustellen. Wie wichtig es ist, zu differenzieren, zeigt sich aber gerade in den Forschungsfragen zur Dynamik der Atmosphäre.

So sieht das auch Reto Knutti von der ETH Zürich. Auch er hat die feststeckenden Wetterlagen untersucht. Für Mitteleuropa hat er dabei keine Veränderung der Wetterlagenhäufigkeit gefunden und auch keine Veränderung der Persistenz. Er würde die Abschwächung des Jetstreams jedenfalls nicht als gesichertes Wissen darstellen, sagt er. Weder in den Wetterdaten noch in den Klimamodellen sei sie nachweisbar. Sollte ein Signal des Klimawandels da sein, schimmere es noch nicht durch, sagt Knutti. Grundsätzlich warnt er bei wissenschaftlich komplexen Themen vor Vereinfachungen. Eine Publikation sei keine Publikation. „Sobald wir bei komplexen Fragen sind, geht es nicht um Wahrheit, sondern um Anhäufung von Evidenz.“ Vorsicht also vor einzelnen Studien oder Modellen. Stattdessen empfiehlt Reto Knutti das über Jahre zusammengetragene Wissen im Bericht des IPCC. „Dort bezieht man sich auf Dutzende, wenn nicht Hunderte Studien – dagegen kann man keine Argumente mehr haben.“

Neulich über dem Nordpazifik: Der Knick im Jetstream brachte der amerikanischen Westküste intensive Regenfälle. Grafik: Scott Duncan, Daten: ERAS

Und der Temperaturschock in Kanada? Der lasse sich erklären, sagt Knutti. Die meisten Forscher hätten sich nie überlegt, wie wahrscheinlich ein solcher „freak event“ sei. In einer im August vorgelegten Studie in Nature Climate Change konnte der Schweizer indes zeigen, dass solche Hitzeschocks auch in Zukunft relativ oft vorkommen werden. Je wärmer der Planet, desto häufiger dürften alte Temperaturrekorde purzeln. Nur hat das nicht notwendig mit dem Jetstream zu tun.

Die Liste der Klimaforscher, die an der Hypothese der sich verhakenden Jetschleifen zweifeln, ist lang. Douglas Maraun von der Universität Graz hat am aktuellen Kapitel im IPCC-Bericht über den arktischen Einfluss auf das Klima mitgeschrieben. Er sagt, die Befürworter der Hypothese würden zu simple Annahmen treffen und vor allem Bodentemperaturen berücksichtigen, aber nicht die Vorgänge in der Höhe. „Mich irritiert das“, sagt Maraun. Jochem Marotzke vom Max-Planck-Institut für Meteorologie in Hamburg hält das Aussparen anderer Effekte wie der Erwärmung der Tropen in der Höhe für „intellektuelle Trägheit“. Man habe eine plausible und einfache Erklärung gefunden, sagt er, und die möchte man nicht wieder verlieren. 

Dabei scheinen die Vorgänge in der Höhe tatsächlich der dominante Effekt zu sein im Tauziehen zwischen Pol und Tropen. „Die Modelle sagen tendenziell, dass die Tropen gewinnen“, sagt Maraun. Und auch der Atmosphärenphysiker Tim Woollings aus Oxford setzt auf die Tropen, rechnet in Zukunft also nicht mit einem schwächeren, sondern im Gegenteil mit einem leicht stärkeren Jetstream. Außerdem erwartet Woollings wegen der Ausdehnung der Tropen eine Verschiebung der Höhenwinde weiter nach Norden. Die Subtropen würden dadurch noch trockener und heißer, in höheren Breiten würde es nasser und windiger. 

Und wenn sie sich irren? Wenn dem Wetter am Ende doch die Puste ausgeht? Dann wäre es immer noch fraglich, ob ein schwächerer Jetstream wirklich mehr blockierende Wetterlagen auslöst. Denn auch dieses Phänomen, wie aus einer Welle eine Dauerwelle wird, haben die Wissenschaftler bislang nur rudimentär verstanden. Es bedürfte neuer Methoden und Ansätze, um diese letzten großen Geheimnisse der Atmosphäre zu lüften. Es bedürfte Forschern wie Klaus Hasselmann, den frisch gekürten Nobelpreisträger für Physik, der im Rauschen des Wetters schon einmal das Signal des Klimawandels entdeckte.

Literatur: Tim Woollings: „Jet Stream: A Journey Through Our Changing Climate“, Oxford University Press 2020



Nächstes Kapitel:

Wenn der Strom einfach abreißt


Wenn der Strom einfach abreißt

Von ANDREAS FREY

Wellt sich der polare Jetstream zu stark, kommt er örtlich ganz zum Erliegen. Dann klemmt das Wetter fest.

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itte Juli 2018 beschlich die Meteorologen ein mulmiges Gefühl. Seit April hatte es kaum geregnet. Und nun, zu Beginn der Hundstage, der statistisch heißesten Zeit des Jahres, deutete sich über Europa ein gigantisches Hoch an. Eine Hitzewelle drohte – und kam. Sie ging auf eine sogenannte Blockadelage zurück: Mitten über Europa war der Jetstream abgerissen, die Westwinddrift kollabiert. Dergleichen kommt im Jahreslauf immer wieder vor, aber im Sommer 2018 hielt die Blockade ungewöhnlich lange. Normalerweise beendet nach einigen Tagen ein Atlantiktief das trockene Wetter. Aber 2018 wollte das Dauerhoch einfach nicht weichen.

Ein Hoch in Omega-Lage über Deutschland am 14. April 2018. Die Farben zeigen die Geschwindigkeit des nordhemisphärischen Jetstreams in Metern pro Sekunde.
Ein Hoch in Omega-Lage über Deutschland am 14. April 2018. Die Farben zeigen die Geschwindigkeit des nordhemisphärischen Jetstreams in Metern pro Sekunde. Grafik: Scott Duncan, Daten: ERAS

Der ewige Sommer 2018 hat die Welt verändert. Klimaschutz wird seither nicht mehr als notwendiges Übel wahrgenommen, sondern als übel notwendig. Gleichzeitig gingen die Meteorologen der Frage nach, was da in der Atmosphäre eigentlich passiert war und den Jetstream über Europa zum Erliegen gebracht hatte – und ob das alles mit dem Klimawandel zusammenhing. 

Dabei sind auch aus vorindustrieller Zeit etliche Beispiele bekannt, in denen sich das Wetter über Wochen einfach nicht mehr änderte. England litt 1666 unter einer solchen Dürre mit anschließender Hungersnot, und in Zentraleuropa hatte sich 1540 ein Hoch festgesetzt, das wochenlang nicht von der Stelle wich. Europa gehört zu den Weltgegenden, in denen sich Blockaden besonders gern bilden. Die Bedingungen sind hier günstig: Blockings entstehen, wenn der Jetstream stark ausgelenkt wird. Dazu bedarf es Störungen, die ihn auslenken, sodass er sich schließlich verhakt. Dazu gehören beispielsweise Gebirge, aber auch Temperaturunterschiede an der Grenze von Land und Meer. 

Um das Phänomen zu verstehen, stelle man sich die Brandung an einem Strand vor. Denn Wellen oben in der Atmosphäre ähneln denen im Wasser. Auf hoher See rollt eine Welle sanft hoch und runter. Nähert sie sich jedoch dem Strand, wird sie gestört. Sie türmt sich auf, bildet Überhänge und bricht. Nichts anderes machen auch Wellen, denen die Höhenwinde folgen: Sie brechen. Typischerweise sind die Winde des polaren Jets über dem Atlantik stark und schlängeln sich nur in kleinen Schleifen in Richtung Europa. Je näher sie aber dem Kontinent kommen, desto weiter schwingen sie nach Norden und Süden. Die Schleifen werden jetzt größer und bewegen sich dadurch langsamer fort. Am Ende reißt die Welle so weit nach Norden aus, bis sie bricht. Das ist der Moment, in dem die Blockade der Atmosphäre beginnt. Der Wind weht nun nicht mehr von West nach Ost, sondern die Luft wird mit dem Überkippen der Welle von Ost nach West und damit gegen ihre natürliche Laufrichtung geführt. Jetzt reißt die Strömung ab, und die normale Zirkulation bricht zusammen. In der Atmosphäre baut sich ein stabiles Hoch auf, das wie ein Bollwerk wirkt. Die Westwinde dringen nicht mehr nach Europa vor, die Atmosphäre ist blockiert. 

Omegalage nennen Meteorologen eine Konstellation, in der die Position des Hochdruckgebiets mit den flankierenden Tiefdruckgebieten im Westen und Osten dem griechischen Buchstaben ähnelt. Das Besondere an diesem Hoch ist seine Beständigkeit. Vom Boden bis in die Höhe herrscht jetzt hoher Luftdruck. Gewöhnliche Hochdruckgebiete hingegen bilden sich häufig nur am Boden und werden nach wenigen Tagen von der anrückenden Westdrift weggebügelt. Ähnlich beständig wie Omegas sind auch Dipol- oder Rexblockaden, benannt nach dem amerikanischen Meteorologen Daniel Rex, der sie 1950 identifizierte. Bei dieser Konstellation bildet sich ebenfalls ein stabiles Höhenhoch, das mitunter sogar abgeschnürt wird. Südlich davon liegt ebenfalls ein häufig von der Westdrift abgeschnürtes Höhentief, das Cut-off Low. Meteorologen sprechen auch von einer Hoch-über-Tief-Lage, die vor allem im Winter eine bitterkalte Ostströmung auslöst. Auch starke Hochdruckgebiete, die sich im Sommer von den Subtropen in die mittleren Breiten ausdehnen, können Blockaden in der Atmosphäre verursachen. Eine solche Lage hatte etwa im September 2016 eine tagelange Hitzewelle verursacht.

Blockade-Lagen können Hoch- und Tiefdruckgebiete  unangenehm lange stabilisieren. Man unterscheidet Dipol- und Omega-Lagen. In Letzteren bildet der Jetstream (gelb) eine eingeschnürte Schlaufe.
Blockade-Lagen können Hoch- und Tiefdruckgebiete unangenehm lange stabilisieren. Man unterscheidet Dipol- und Omega-Lagen. In Letzteren bildet der Jetstream (gelb) eine eingeschnürte Schlaufe. F.A.Z.-Karte: Sieber

Auf der Nordhalbkugel treten jedes Jahr etwa 30 Blockings auf, die meisten davon über Skandinavien und dem Nordostpazifik. Sie dauern durchschnittlich neun Tage und bilden sich meistens am Ende des Winters oder im Frühling. Seltener – und dann kürzer – sind Blockings im Sommer und Frühherbst. Auf der Südhalbkugel sind Blockings generell seltener und kurzlebiger, gibt es hier doch weniger Landmasse und daher weniger Störungen, an denen sich Jetstream-Wellen aufschaukeln und verhaken können. Damit ein Block für längere Zeit ortsfest bleibt, muss das Blockadehoch gestützt werden. Das passiert zum Beispiel, wenn kleine Hochs mit dem Blockadehoch verschmelzen. Anderseits geht die stützende Wirkung verloren, wenn Störungen in der Höhe das Hoch angreifen. Das ist dann das Ende der Blockadelage. 

Insgesamt aber sind Blockadelagen erst unvollständig verstanden, obwohl das Phänomen seit mehr als achtzig Jahren untersucht wird. Wie sie entstehen, andauern und sich schließlich auflösen, dafür gibt es bis heute keine umfassende Theorie. Die dynamische Meteorologie beißt sich noch immer die Zähne daran aus, grundsätzlich zu verstehen, warum manche Wellen in der Atmosphäre zu langlebigen Bollwerken führen und andere eben nicht. Ein neuer Ansatz vergleicht Blockadelagen mit Staus auf der Autobahn: Solange nicht zu viele Autos eine Baustelle passieren, fließt der Verkehr. Kommen aber plötzlich zu viele oder verursacht ein Unfall eine neue Störung, staut sich der Verkehr – die Strömung reißt ab. Kleine Unterschiede entscheiden also, ob eine Welle des Jetstreams bricht oder nicht. Das ist auch der Grund, warum die Wettermodelle Blockings weder gut vorhersagen noch ihre Dauer absehen können. 


Nächstes Kapitel:

Unter Jupiters stürmischen Streifen


Unter Jupiters stürmischen Streifen

Von ULF VON RAUCHHAUPT

Jetstreams und zirkulierende Luftwalzen gibt es auch auf etlichen anderen Planeten. Einer aber treibt es besonders bunt.

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etstreams existieren, weil die Erde eine Kugel ist. Und weil sie sich dreht. Als Kugel werden ihre Zonen verschiedener Breiten von der Sonne unterschiedlich erwärmt, was die Luft die Längengrade entlangtreibt. Und die Erdrotation führt zur Corioliskraft, die diese Strömungen dann entlang der Breitengrade ablenkt. Solche Luftbewegungen schließen sich in Zirkulationszellen, die den Planeten ringförmig umgeben. Auf jeder Seite des Äquators gibt es jeweils drei Zirkulationszellen: In den „Hadley-Zellen“ steigt heiße Luft am Äquator auf, kühlt sich ab und sinkt in den Subtropen wieder ab, und in den „Polarzellen“ sinkt kalte Luft auf die Pole, erwärmt sich auf dem Weg über die Erdoberfläche nach Süden, um – auf der Nordhalbkugel ungefähr in unseren Breiten – dann wieder aufzusteigen. Zwischen diesen beiden Zellen dreht sich wie ein Zahnrad im Getriebe eine dritte, die „Ferrel-Zelle“. Entlang der Oberkante der Kontaktfläche zwischen Hadley- und Ferrel-Zellen lassen die wälzenden Luftmassen die schwächeren subtropischen Jets wehen, und an der zwischen Ferrel- und Polarzellen die polaren Jets, deren nördlicher Vertreter für unser Wetter von Bedeutung ist.

F.A.Z.-Grafik Piron

Nun sind auch andere Himmelskörper rotierende, von der Sonne beschienene Kugeln. Man darf also vermuten, dass auch dort Zirkulationszellen und Jetströme existieren. Auf Mond oder Merkur gibt es mangels Atmosphäre natürlich keine. Auf Mars und Venus allerdings wurde das Arrangement aus drei Zellen auf jeder Hemisphäre nachgewiesen. Der einzige weitere Himmelskörper im Sonnensystem mit fester Oberfläche und dichter Atmosphäre ist der Saturnmond Titan. Doch aufgrund seiner großen Entfernung zur Sonne und seiner langsamen Rotation – einmal in 16 Tagen – ist die Zirkulation dort eine deutlich andere. Sie wurde mittels Winddaten aus dem Sinkflug der europäischen Landesonde „Huygens“ im Januar 2005 modelliert. Demnach stieg damals Titanluft über der bei Ankunft der Sonde gerade der Sonne zugewandten Südhemisphäre auf, strömte in der Höhe bis zum Nordpol, sank ab und floss bodennah wieder zurück. Der Titan hat also nur eine Zirkulationszelle – eine globale Hadley-Zelle. 

Das dazu andere Extrem ist der Jupiter. Er ist nicht nur größer als alle anderen Planeten des Sonnensystems zusammen, sondern rotiert mehr als doppelt so schnell wie die Erde. Wegen seiner Größe hat er zudem noch viel Wärme aus der Entstehungszeit des Sonnensystems behalten und strahlt mehr Energie ab, als er von der Sonne empfängt. Vor allem aber hat er keine feste Oberfläche, zu der seine Gase nach Aufstieg und Abkühlung wieder absinken könnten, um dann an ihr entlangzuströmen. Können sich unter solchen Bedingungen Zirkulationszellen ausbilden?

Nun ist lange bekannt, dass Gasmassen an der sichtbaren Jupiteroberfläche mit mehreren Hundert Kilometern pro Stunde die Breitengrade entlang um den Planeten jagen. Der Jupiter hat also Jetstreams – und zwar sehr viel mehr als die Erde und welche, die zu höheren Breiten ähnlich oft die Richtung wechseln, wie seine parallelen Wolkenbänder die Farben ändern. Zwischen den Jets drehen sich Tausende kleine und weniger kleine Wirbelstürme, von denen der berühmte große rote Fleck nur der riesigste und beständigste ist. Und offenbar ist er auch der tiefste. Das ergaben Messungen der amerikanischen Raumsonde „Juno“, die vor zwei Wochen in Scienceveröffentlicht wurden. Die Sonde umkreist Jupiter seit 2016 auf einem elliptischen Orbit. Diese Bahn unterliegt winzigen Unregelmäßigkeiten infolge von Schwerefeldänderungen, die ihrerseits von Dichteschwankungen in der Gashülle hervorgerufen werden. Diese sind dadurch sehr präzise messbar, und auf diese Weise hat Juno bei ihren tiefen Überflügen gezeigt, dass das rote Auge des monströsen Wirbelsturmes gut 500 Kilometer tief reicht.

Auf dem Jupiter jagen gleich etliche Strahlströme in einander abwechselnden Richtungen um den Riesenplaneten.
Auf dem Jupiter jagen gleich etliche Strahlströme in einander abwechselnden Richtungen um den Riesenplaneten. Foto: Nasa

Vor drei Jahren hatte dasselbe Forscherteam um Yohai Kaspi vom Weizmann-Institut in Rehovot bei Tel Aviv mit ähnlichen Gravitationsmessungen bereits die vertikale Ausdehnung der Jetstreams auf dem Jupiter untersucht. Wie sich zeigte, blasen sie noch Tausende Kilometer unterhalb der Wolkenoberdecke, wahrscheinlich bis hinab in eine Schicht, in der die Ionisierung der nach unten immer dichteren und heißeren Atmosphäre so zunimmt, dass das starke Magnetfeld des Planeten das Regiment über die Strömungsmechanik an sich reißt und alle zonalen Luftbewegungen zum Erliegen bringt. Unklar war bislang aber, ob die Jets entlang der Breitengrade des Jupiters ebenfalls mit dazu senkrechten Walzenbewegungen assoziiert sind, also mit Zirkulationszellen nach dem Muster der terrestrischen Hadley-, Polar- und Ferrel-Zellen.

Sie sind es – und wie. Auf Analoga zu Hadley-Zellen in Jupiters Äquatorialregion mit ihren beiden besonders markanten Farbstreifen zwischen hellen Wolkenbändern existieren schon länger Hinweise. Doch es gibt auch Ferrel-Zellen, und zwar nicht nur eine pro Hemisphäre, wie auf der Erde, sondern acht. Das zeigt eine Untersuchung, die ebenfalls vorletzte Woche in den Geophysical Research Letters erschien und Mikrowellendaten der Sonde Juno auswertete. Sie offenbarten Querbewegungen von Schwaden aus Ammoniakgas tief in der Jupiteratmosphäre. „Die sind bemerkenswert an den Jetstreams auf der Wolkenebene ausgerichtet“, sagt Keren Duer, Erstautorin der Veröffentlichung und Doktorandin Yohai Kaspis am Weizmann-Institut. „Sie sind mindestens dreißigmal tiefer als ihre Entsprechungen auf der Erde.“ Ob auch ein Äquivalent der irdischen Polarzelle existiert, ist allerdings nicht geklärt. „Die Messunsicherheiten sind jenseits des 60. Breitengrads zu groß, um diese Frage zu beantworten“, sagt die Forscherin.

Nun zeigt sich auch der Saturn gestreift. Und auch auf seiner Oberfläche rasen Winde die Breitengrade entlang. Ob es dort aber ähnliche Zirkulationszellen gibt, ist so unbekannt, wie es das beim Jupiter vor Junos Ankunft war. „Ich würde aber absolut darauf wetten, das es sie gibt“, sagt Keren Duer. Überhaupt ist der Tumult in der Saturnatmosphäre noch um einiges rätselhafter – der Ringplanet wurde ja auch erst von vier Sonden in Augenschein genommen, während am Jupiter schon neun waren. Besonders verblüffend ist das „Hexagon“, ein sechseckiger und trotzdem sehr stabiler Jetstream am Nordpol des Planeten, dessen Form möglicherweise die Folge einer eigentümlichen Überlagerung von Wellen ähnlich der irdischen Rossby-Wellen ist.

Windige Welten: Saturns Hexagon ist vermutlich auch ein Jetstream
Windige Welten: Saturns Hexagon ist vermutlich auch ein Jetstream Foto: Nasa

Bleiben die beiden ferneren und kleineren Gasplaneten des Sonnensystems, Uranus und Neptun. „Wir wissen, dass ihre Atmosphären viel flacher sind als die von Jupiter und Saturn“, sagt Keren Duer. „Die dominanten Prozesse dort sollten also andere sein. Zirkulationszellen existieren dort aber wahrscheinlich ebenfalls, auch wenn sie sich wohl anders verhalten. Aber wie im Fall Saturn haben wir keine Messungen, um das nachzuprüfen.“ Doch auch auf dem Jupiter sind noch viele Fragen offen, etwa die nach der Natur der intensiven Farbtöne seiner Streifen. „Bei den weißen Wolken geht man von Ammoniak aus“, sagt Keren Duer. „Die Rottöne aber sind ein Rätsel.“


NATURKATASTROPHE Ist das schon der Klimawandel?
LANGFRISTIGE WETTERVORHERSAGEN Wie der Winter wird, weiß kein Mensch.
RAUMSONDE „JUNO“ Zurück zum Jupiter

Quelle: F.A.S.

Veröffentlicht: 05.11.2021 18:27 Uhr