In den Tropen, über den äquatorialen Regenwäldern und Ozeanen, treibt die starke Sonnenstrahlung, die auf die Erde trifft, einen Strom warmer, feuchter Luft weit nach oben.
Sobald dieser Strom die obere Atmosphäre erreicht, bewegt er sich in beiden Hemisphären in Richtung der Pole; Anschließend sinkt es in die subtropischen Regionen auf dem 20. bis 30. Breitengrad ab und trägt zur Entstehung riesiger Wüsten wie der Sahara in Nordafrika bei. Von dort aus kehrt der Strom – die sogenannte Hadley-Zelle – zum Äquator zurück, wo er sich erwärmt, wieder aufsteigt und seine kreisförmige Reise erneut antritt.
Die beiden Hadley-Zellen – die nördliche und die südliche – zirkulieren den größten Teil der Wärme und Feuchtigkeit in niedrigen Breiten und haben großen Einfluss auf die globale Verteilung der Klimaregionen. Wenn die warme, feuchte Luft aufsteigt, kühlt sie sich ab, wodurch Wasserdampf kondensiert, was tief in den Tropen zu starken Regenfällen führt.
Im Gegensatz dazu werden die Luftströme, die in subtropischen Regionen zur Erde herabströmen, von warmen, trockenen Winden begleitet, die die Niederschläge reduzieren. Im Wesentlichen bestimmen die Hadley-Zellen, welche Regionen in den Tropen und Subtropen trockene Wüsten haben und welche mit reichlich Regenfällen gesegnet sind. Israel liegt am Rande der nördlichen Hadley-Zelle, was zum semiariden Klima des Landes beiträgt.
Aufgrund ihrer enormen Bedeutung sind die Hadley-Zellen für Klimaforscher von großem Interesse. Obwohl es weltweit zahlreiche Daten zu Niederschlag und Temperatur gibt, ist es nahezu unmöglich, den Luftstrom in der Atmosphäre zu messen. Erschwerend kommt hinzu, dass die verschiedenen Modelle, die versuchen, die Hadley-Zellen zu verstehen, einander widersprechen.
Globale Klimamodelle, die für Klimaprojektionen verwendet werden, deuten darauf hin, dass die nördliche Hadley-Zelle in den letzten Jahrzehnten schwächer geworden ist, wohingegen beobachtungsbasierte Analysen das genaue Gegenteil vermuten lassen.
Die Unsicherheit über ein System, das für das Erdklima so wichtig ist, beeinträchtigt die Fähigkeit der Forscher, einzuschätzen, wie viel der Mensch zum jüngsten Klimawandel beigetragen hat. Dies wiederum untergräbt die Glaubwürdigkeit von Klimaprognosen und macht es immer schwieriger, politische Maßnahmen zur Bewältigung der Klimakrise zu formulieren. Der jüngste Bericht des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaänderungen, das wichtigste Dokument auf diesem Gebiet, hebt dieses Thema besonders hervor.
In einem Artikel veröffentlicht in Natur, Dr. Rei Chemke von der Abteilung für Erd- und Planetenwissenschaften am Weizmann Institute of Science und Dr. Janni Yuval vom Massachusetts Institute of Technology gehen auf die Unsicherheit ein, die die bestehenden Modelle in den letzten zwei Jahrzehnten geplagt hat. Sie schlagen eine beobachtungsbasierte Methode zur Messung der Intensität des Luftstroms in den Hadley-Zellen vor.
Um die Herausforderung anzugehen, suchten Chemke und Yuval nach leicht verfügbaren Daten, mit denen sie eine neue Methode zur Messung der Zellintensität entwickeln konnten. Nachdem sie physikalische Gleichungen untersucht hatten, die den Luftstrom beschreiben, identifizierten sie einen Zusammenhang zwischen der Intensität der Hadley-Zellen und einem ständig überwachten Parameter: dem Luftdruck auf Meereshöhe.
Anschließend untersuchten sie über mehrere Jahrzehnte gesammelte Beobachtungsdaten und kamen zu dem Schluss, dass die Intensität der nördlichen Hadley-Zelle tatsächlich nachgelassen hat – genau wie globale Klimamodelle vermuten lassen. Darüber hinaus konnten sie mit hoher Sicherheit nachweisen, dass diese Schwächung auf menschliches Handeln zurückzuführen ist und wahrscheinlich auch in Zukunft anhalten wird.
Was ist dann zu erwarten? In den kommenden Jahrzehnten dürfte die Schwächung der nördlichen Hadley-Zelle die prognostizierten Niederschlagsänderungen in niedrigen Breiten abmildern. Dadurch wird sowohl die Zunahme der Niederschläge in den Äquatorregionen als auch die Abnahme der Niederschläge in den subtropischen Regionen abgemildert. Diese Abschwächung könnte jedoch die geplante Austrocknung und Wüstenbildung Israels nur verringern, aber nicht überwinden.
„Unsere Studie zeigt, dass menschliche Aktivitäten bereits heute wichtige globale Klimaphänomene beeinflussen“, schlussfolgert Chemke.
„Diese Forschung stärkt auch das Vertrauen in Klimamodellprojektionen und hilft uns, genauer mit dem Klimawandel umzugehen. In unserer Folgestudie werden wir untersuchen, ob es in den letzten tausend Jahren zu einer ähnlichen Schwächung der Hadley-Zelle gekommen ist.“ aufgrund natürlicher Phänomene – und das wird es uns ermöglichen zu beurteilen, wie beispiellos diese vom Menschen verursachten Veränderungen sind.“
Mehr Informationen:
Rei Chemke et al., Vom Menschen verursachte Schwächung der tropischen Zirkulation der nördlichen Hemisphäre, Natur (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-05903-1