Forschungsteam erforscht den Mechanismus der tropischen Expansion unter sich änderndem Klima

Wissenschaftliche Beweise zeigen, dass sich der Tropengürtel um die Mitte der Erde ausdehnt. Seit Jahren haben Wissenschaftler verschiedene Mechanismen vorgeschlagen, die diese Expansion erklären könnten. Ein Forscherteam hat nun festgestellt, dass der polwärts fortschreitende meridionale Temperaturgradient in den mittleren Breiten eine führende Rolle bei der tropischen Expansion spielt.

Ihre Arbeit wird in der Zeitschrift veröffentlicht Ozean-Land-Atmosphärenforschung.

Im Jahr 2006 entdeckten Wissenschaftler, dass sich die Hadley-Zirkulation, die die tropischen Gürtel bestimmt, unter dem sich ändernden Klima in Richtung höherer Breiten ausdehnt. Diese Ausdehnung verändert die Niederschlagsmuster, Winde, Wolken und Stürme und kann möglicherweise zur Migration der Weltbevölkerung beitragen.

„Trotz der Bedeutung dieses Phänomens werden die zugrunde liegenden Mechanismen, die die tropische Expansion vorantreiben, seit mehr als 17 Jahren diskutiert, ohne einen Konsens zu erzielen“, sagte Hu Yang, jetzt leitender Forscher am Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory (Zhuhai), China . „Viele Wissenschaftler glauben, dass der Mechanismus sehr komplex ist.“

Yang und seine Kollegen denken jedoch, dass es sehr einfach sein kann. Im Jahr 2020 veröffentlichten sie ein Papier, in dem sie darauf hinwiesen, dass die tropische Expansion durch das Vorrücken des meridionalen Temperaturgradienten in Richtung der Pole vorangetrieben wird, der sich aus dem räumlich ungleichmäßigen Erwärmungsmuster der Ozeane ergibt.

Diese Idee wurde jedoch durch mehrere bestehende Studien, die auf idealisierten Experimenten basieren, in Frage gestellt. Beispielsweise fand eine frühere Studie heraus, dass im abrupten 4xCO2-Experiment, wenn der atmosphärische CO2-Gehalt in den gekoppelten Ozean-Atmosphäre-Modellen augenblicklich vervierfacht wird, dies zu einer abrupten Ausdehnung der Tropen führt. Andere Wissenschaftler mit unterschiedlichen Ansichten glauben nicht, dass der Ozean aufgrund des Thermostats des Ozeans schnelle Wanderungen von Temperaturgradienten einführen kann.

Ohne ein Erwärmungsmuster der Meeresoberflächentemperatur zu berücksichtigen, reproduziert das amip4K-Experiment, das eine einheitliche Anomalie der Meerestemperatur von 4 K in das atmosphärische Modell einführt, auch die tropische Expansion, was Yangs Hypothese zu widersprechen scheint.

Im Jahr 2023 überprüfte das Forschungsteam diese Experimente erneut und stellte fest, dass sie tatsächlich alle die Idee stützen, dass die Verschiebung der meridionalen Temperaturgradienten die tropische Expansion antreibt.

Das abrupte 4xCO2-Experiment, das sie erneut aufsuchten, zeigte eine schnelle Erwärmung der subtropischen Ozeane, die eine abrupte Migration des meridionalen Temperaturgradienten in den mittleren Breiten und eine tropische Expansion fördert. Das von ihnen erneut besuchte amip4K-Experiment zeigte trotz gleichmäßiger Oberflächenerwärmung eine konsistente Polwärtsverschiebung des meridionalen Temperaturgradienten und der Jetstreams in der Troposphäre in den mittleren Breiten. Diese stimmen alle mit dem meridionalen Temperaturgradientenmechanismus überein.

Das Team verwendete auch ein idealisiertes globales Abkühlungsexperiment, um die tropische Expansion unter Bedingungen der Verringerung der statischen Stabilität und der polwärts gerichteten Verschiebung des meridionalen Temperaturgradienten weiter zu simulieren. Alle ihre Ergebnisse unterstützten ihre Hypothese, dass die Migration des meridionalen Temperaturgradienten der Haupttreiber der tropischen Expansion ist.

„Die Verschiebung des meridionalen Temperaturgradienten kann fast alle Merkmale der tropischen Expansion einfach und konsistent erklären“, sagte Hu Yang. Mit Blick auf die Zukunft hofft das Team, dass ihre Studie der tropischen Expansion für die zukünftige Forschung hilfreich ist. „Wir hoffen, dass diese Studie die lange Debatte über den Mechanismus der tropischen Expansion beenden kann und Wissenschaftler diesen Mechanismus nutzen können, um die tropische Expansion in einem sich ändernden Klima besser zu verstehen und vorherzusagen.“