Die katastrophalen Buschbrände in Australien in den Jahren 2019 und 2020 trugen zur Abkühlung des Ozeans in Tausenden von Kilometern Entfernung bei und führten letztendlich dazu, dass der tropische Pazifik in ein seltenes, mehrjähriges La-Niña-Ereignis überging, das sich erst vor Kurzem auflöste.
Die Forschung wurde vom National Center for Atmospheric Research (NCAR) geleitet und ist in veröffentlicht Wissenschaftliche Fortschritte.
La Niña-Ereignisse wirken sich tendenziell auf das Winterklima in Nordamerika aus und führen zu überdurchschnittlich trockenen und wärmeren Bedingungen im Südwesten der USA, feuchterem Wetter im pazifischen Nordwesten und kälteren Temperaturen in Kanada und im Norden der USA Monate im Voraus vorhergesagt, ist es ein wichtiges Phänomen für saisonale Klimavorhersagen.
„Viele Menschen vergaßen die australischen Brände schnell, insbesondere als die COVID-Pandemie ausbrach, aber das Erdsystem hat ein langes Gedächtnis und die Auswirkungen der Brände hielten jahrelang an“, sagte NCAR-Wissenschaftler John Fasullo, Hauptautor der Studie.
Ein seltener La-Niña-Dreiertorf
La Niñas sind keine Seltenheit, aber das Auftreten in drei aufeinanderfolgenden Wintern ist selten. Die jüngste Serie von La Niñas, die im Winter 2020–21 begann und bis zum letzten Winter andauerte, ist erst die dritte von drei Serien in der historischen Aufzeichnung, die bis ins Jahr 1950 zurückreicht.
Die jüngste La Niña-Serie ist auch deshalb ungewöhnlich, weil sie die einzige ist, die nicht auf einen starken El Niño folgte – eine Erwärmung statt Abkühlung im tropischen Pazifik mit ähnlichen, aber gegensätzlichen Klimaauswirkungen.
Wissenschaftler haben zuvor festgestellt, dass Ereignisse im Erdsystem, einschließlich großer Vulkanausbrüche auf der Südhalbkugel, die Wahrscheinlichkeit einer La Niña-Erscheinung erhöhen können. Im Falle eines Vulkans können hoch in die Atmosphäre geschleuderte Emissionen zur Bildung lichtreflektierender Partikel, sogenannter Aerosole, führen, die das Klima abkühlen und letztendlich günstige Bedingungen für La Niña schaffen können.
Angesichts des enormen Ausmaßes der australischen Brände – die schätzungsweise 46 Millionen Hektar verbrannten – fragten sich Fasullo und seine Co-Autoren, welche Auswirkungen die daraus resultierenden Emissionen auf das Klima gehabt haben könnten.
Um die Frage zu untersuchen, verwendeten die Forscher ein fortschrittliches NCAR-basiertes Computermodell namens Community Earth System Model, Version 2, um zwei Simulationsreihen auf dem Cheyenne-System im NCAR-Wyoming Supercomputing Center durchzuführen. Alle Simulationen begannen im August 2019, bevor die Brände in Australien historisch große Ausmaße annahmen, aber nur ein Satz berücksichtigte die per Satellit beobachteten Emissionen der Waldbrände. Der andere verwendete durchschnittliche Waldbrandemissionen, die übliche Praxis bei der Durchführung langfristiger Klimamodellsimulationen.
Das Forschungsteam stellte fest, dass die Emissionen der Waldbrände, die schnell die südliche Hemisphäre erfassten, eine Kette klimatischer Wechselwirkungen auslösten. Anders als bei einem Vulkanausbruch gelangte der Großteil der Waldbrandemissionen nicht hoch genug in die Atmosphäre, um das Klima durch direkte Reflexion des Sonnenlichts abzukühlen. Stattdessen hellten die Aerosole, die sich aus den Emissionen bildeten, die Wolkendecken auf der Südhalbkugel und insbesondere vor der Küste Perus auf, was die Luft in der Region abkühlte und trocknete und letztendlich die Zone verschob, in der die nördlichen und südlichen Passatwinde zusammenkommen. Das Nettoergebnis war eine Abkühlung des tropischen Pazifiks, in dem sich La Niñas bilden, über mehrere Jahre hinweg.
„Es ist ein Rube Goldberg der Klimawechselwirkungen, die wir nur identifizieren konnten, weil unser Modell jetzt spezifische Details in der Entwicklung von Rauch- und Wolken-Aerosol-Wechselwirkungen darstellt, eine kürzliche Verbesserung seiner Fähigkeiten“, sagte Fasullo.
Verbesserung der Prognose
Im Juni 2020 – nur wenige Monate vor der Entstehung des ersten der drei La Niñas – sagten einige saisonale Vorhersagen noch „neutrale“ Bedingungen im tropischen Pazifik voraus, was bedeutete, dass weder La Niña noch El Niño bevorzugt wurden. Stattdessen kam es zu einer starken dreijährigen La Niña.
Fasullo sagte, die neue Forschung helfe dabei, diese verpasste Vorhersage zu erklären und unterstreiche die Bedeutung der Verwendung eines gekoppelten Erdsystemmodells, das die Atmosphäre und den Ozean einbeziehe, als Prognoseinstrument.
Die Forschung unterstreicht auch die Bedeutung realistischer Waldbrandemissionen, sowohl bei saisonalen Klimavorhersagen als auch bei langfristigen Klimaprojektionen. Derzeit sind die Emissionen aus der Verbrennung von Biomasse in den meisten Klimamodellsimulationen vorgeschrieben, was bedeutet, dass sie dem Modelllauf auferlegt werden und nicht durch Wechselwirkungen innerhalb des Modells bestimmt werden. Beispielsweise würde eine simulierte Hitze- und Trockenperiode in der Modellsimulation nicht zu mehr Waldbränden und damit zu mehr Emissionen innerhalb der Simulation führen.
„Mit dem Klimawandel werden sich auch die Emissionen von Waldbränden ändern“, sagte Fasullo. „Aber diese Rückmeldungen haben wir nicht im Modell. Ziel unserer aktuellen Arbeit ist es, diese Effekte möglichst realitätsnah einzubeziehen.“
Mehr Informationen:
John Fasullo et al., Eine mehrjährige Abkühlungsreaktion im tropischen Pazifik auf die jüngsten australischen Waldbrände in CESM2, Wissenschaftliche Fortschritte (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adg1213. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adg1213