Die Atlantik-Hurrikansaison 2022 hat offiziell begonnen, und NASA-Wissenschaftler arbeiten mit Partnern bei NOAA, FEMA und anderen Organisationen zusammen, um Gemeinden dabei zu helfen, sich auf diese Stürme vorzubereiten und auf ihre Folgen zu reagieren. Um besser zu verstehen, wie Hurrikane angesichts des Klimawandels intensiver und stärker werden, entwickelt die NASA Technologien und Missionen, um unseren Heimatplaneten als komplexes, dynamisches System zu untersuchen.
Aber was ist das Rezept für die Entstehung von Hurrikanen und wie verändert sich das Verhalten dieser Stürme, während sich der langfristige Erwärmungstrend der Erde fortsetzt? NASA-Forschung beantwortet diese Fragen, um Ihnen zu helfen zu verstehen, wie überschüssige Hitze in den Ozeanen der Erde die Art und Weise verändert, wie Hurrikane entstehen und sich entwickeln.
1. Was ist das Rezept für einen Hurrikan?
Der allgemeine Name für „Hurrikane“ ist tropische Wirbelstürme. Außerhalb der Vereinigten Staaten werden diese Stürme auch Taifune oder einfach Zyklone genannt. Kurz gesagt, tropische Wirbelstürme sind Stürme mit Winden, die schnell um ein Zentrum aus warmer Luft wirbeln.
Hurrikane hängen von vier Hauptzutaten ab, um sich zu bilden. Erstens brauchen sie Wärme oder Energie, die in der oberen Meeresschicht gespeichert ist. Dieser Wärmegehalt des Ozeans treibt einen Sturm an, ähnlich wie Kraftstoff einen Motor antreibt. Zweitens benötigen sie eine hohe Luftfeuchtigkeit, die durch Verdunstung von Ozeanwasser mit einer Temperatur von über 26 °C (79 °F) erreicht wird. Wenn diese feuchte Luft aufsteigt und mit kühlerer Luft darüber interagiert, entstehen und wachsen immer größere Wolken und Gewitter. Drittens brauchen Hurrikane günstige Winde. In verschiedenen Höhen in der Atmosphäre müssen diese Winde schwach genug sein, um den Sturm nicht auseinanderzureißen. Viertens benötigen Hurrikane eine Hintergrundrotation, um verstreute Gewitter zu einem größeren Sturm zu organisieren, der sich immer schneller in die charakteristische Spiralform eines Zyklons dreht. Ein Teil dieser Drehung kommt von der eigenen Drehung der Erde, wenn sie sich um ihre Achse dreht.
2. Wie interagiert der Klimawandel mit den Zutaten eines Hurrikans?
Meereshitze, Luftfeuchtigkeit, Wind – all diese Zutaten spielen bei der Entstehung von Hurrikanen eine Rolle. Und alle sind vom Klimawandel betroffen.
Der Ozean hat 90 % der Erwärmung absorbiert, die in den letzten Jahrzehnten durch zunehmende Treibhausgase aufgetreten ist, und die obersten paar Meter speichern so viel Wärme wie die gesamte Erdatmosphäre. Aber die Art und Weise, wie Winde mit dieser Wärme oder Energie im Ozean interagieren, spielt auch eine wichtige Rolle für das Schicksal eines Sturms, erklärte Scott Braun, Forschungsmeteorologe am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland.
„Wenn sich ein Sturm über eine flache Schicht aus warmem Wasser bewegt, können die stärkeren Winde den Ozean so stark aufmischen, dass er das tiefere, kältere Wasser hochzieht und die für den Sturm verfügbare Energie verringert“, sagte Braun. „Wenn die Tiefe der warmen Schicht jedoch ziemlich groß ist, kann der Sturm das kühlere Wasser nicht wirklich anzapfen, sodass die Wahrscheinlichkeit geringer ist, dass das kühlere Wasser den Sturm schwächt.“
Änderungen der Windgeschwindigkeit und -richtung in verschiedenen Höhen, die als vertikale Windscherung bezeichnet werden, können einen Hurrikan erzeugen oder brechen. Es kann die Sturmbildung verhindern, indem es Wärme und Feuchtigkeit verteilt. Wenn es stark ist, kann es auch einen bestehenden Sturm auseinanderbrechen, indem es seine Oberseite von seiner Unterseite wegbläst.
„Nehmen wir an, Sie haben eine Umgebung, in der die Winde auf niedrigem Niveau mit fünf Meilen pro Stunde aus Osten und oben mit fünf Meilen pro Stunde aus Westen kommen“, sagte Braun. „Sie haben Winde, die versuchen, den Sturm in Abhängigkeit von der Höhe in verschiedene Richtungen zu bewegen, und das neigt dazu, über den Sturm zu kippen und ihn möglicherweise auseinanderzureißen.“
In zukünftigen Klimaprojektionen zum Verhalten von Hurrikanen ist die Windscherung der größte Joker, da sie Stürme in verschiedenen Regionen schwächen oder verstärken kann. Untersuchungen deuten darauf hin, dass einige Gebiete der Welt infolge der globalen Erwärmung stärkere Winde bekommen könnten als andere, aber es ist ungewiss, wie sich das auswirken wird.
3. Bedeutet der Klimawandel jede Saison mehr Hurrikane?
Nein. Obwohl ein warmer Ozean ein Schlüsselfaktor für die Entstehung von Hurrikanen ist, zeigt die Forschung, dass diese Erwärmung die Anzahl der atlantischen Hurrikane, die sich jedes Jahr bilden, nicht wesentlich beeinflusst hat.
Da jedoch Projektionen darauf hindeuten, dass die Atmosphäre mit der Erwärmung des Ozeans auch mehr Feuchtigkeit aufnehmen wird, um Wolken zu bilden und Stürme zu nähren, erwarten Wissenschaftler in den kommenden Jahren stärkere und feuchtere Hurrikane. Das heißt, obwohl die Erwärmung der Ozeane die Häufigkeit von Hurrikanen noch nicht erhöht, scheint diese überschüssige Hitze verschiedene Eigenschaften von Hurrikanen zu beeinflussen, die sich bilden.
Aus diesem Grund ermutigt Dr. Mayra Oyola-Merced, Atmosphärenphysikerin am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien, Menschen, die an Orten leben, die ständig Hurrikanen ausgesetzt sind, den Anweisungen der örtlichen Behörden zu folgen, bevor ein Sturm zuschlägt.
„Wir wissen, dass wir in Bezug auf ein sich erwärmendes Klima mit steigenden Meeresoberflächentemperaturen eine höhere Wahrscheinlichkeit für Hurrikane im äußersten Teil der Skala haben“, sagte Oyola-Merced. „Obwohl es sich um einen Sturm der Kategorie 1 handelt, kann es manchmal zu vielen schädlichen Regenfällen, Winden und Sturmfluten kommen, die Leben und Eigentum gefährden können.“
4. Wie wirkt sich der Klimawandel auf die Hurrikanintensität aus?
Untersuchungen deuten darauf hin, dass es bei steigenden Temperaturen wahrscheinlicher ist, dass Stürme eine schnelle Intensivierung erfahren, was als Anstieg der Hurrikan-Windgeschwindigkeit um 35 mph (oder etwa 56 Kilometer pro Stunde) innerhalb von 24 Stunden definiert wird. Diese schnellen Änderungen können dazu führen, dass lokale Behörden und Gemeinden ohne Vorbereitungszeit auf die Bahn eines Hurrikans geraten.
Schon jetzt scheint eine schnelle Intensivierung einer der Haupteinflüsse eines sich erwärmenden Ozeans auf das Verhalten von Hurrikanen zu sein. Während sich in den vergangenen Jahrzehnten rasch verstärkende Stürme seltener ereigneten, produziert der Atlantik jetzt etwa einen dieser Stürme pro Saison, sagte Oyola-Merced. Und da dieses Phänomen in den letzten Jahrzehnten häufiger aufgetreten ist, beginnen die Wissenschaftler gerade erst zu verstehen, wie man es vorhersagen kann.
„Der Grund, warum wir darüber nicht viel wissen, ist, dass dies bis etwa 2005 sehr selten vorkam“, sagte Oyola-Merced. „Das wird schwierig, denn wenn Sie eine Prognose haben, wenn so etwas passiert, und das Modell diese schnelle Intensivierung nicht erfassen kann, bedeutet dies, dass Sie die falschen Informationen haben und der Öffentlichkeit die falschen Informationen geben.“
5. Verlangsamt der Klimawandel Hurrikane?
Ja. In den letzten Jahrzehnten sind Hurrikane immer stärker ins Stocken geraten, wenn sie sich Küsten nähern, und haben mehr Niederschlag über begrenzte Orte fallen lassen. Untersuchungen zeigen, dass atlantische Hurrikane eine Verringerung der Vorwärtsbewegungsgeschwindigkeit um etwa 17 % als in den vergangenen Jahrzehnten erfahren, was zu einer Zunahme der Niederschläge um etwa 25 % führt, erklärte Oyola-Merced.
„Je länger ein System über dem Ozean verbringt, um dieses extrem erhitzte Wasser zu erwärmen, desto mehr Niederschlag wird es geben“, sagte Oyola-Merced. „Wenn Sie Land haben, das bereits gesättigt ist, wo es ständig regnet, und dann kommt ein weiterer Sturm voller Niederschläge, ist das ein Rezept für eine Katastrophe.“
Mit Daten von mehr als 20 Satelliten spielt die NASA eine grundlegende Rolle in der Hurrikanwissenschaft. Vor, während und nach einem Hurrikan sind NASA-Satelliten in einer erstklassigen Position, um Auswirkungen zu erkennen und Gemeinden bei der Vorbereitung, Reaktion und Erholung zu helfen. Mit Tools wie dem Disasters Mapping Portal unterstützt die Agentur regionale Regierungen und Katastrophenschutzbehörden.
Wenn es um operative Vorhersagen geht, ist die Hauptrolle der NASA ihre entscheidende Partnerschaft mit der NOAA. Die NASA entwirft, baut und startet die NOAA-Satellitensuite, die die Daten liefert, die speziell numerische Wettervorhersagemodelle speisen.