Wie der Mensch die Windmuster der nördlichen Hemisphäre beeinflusst

Der Sommer 2024 war der heißeste seit Beginn der Wetteraufzeichnungen, und das kam leider nicht überraschend. Die Sommer sind weltweit, auch auf der Nordhalbkugel, heißer und trockener geworden, was zu schweren Dürren und Hitzewellen in Nordamerika und Europa führte und ernsthafte Risiken für die Gesellschaft mit sich brachte, wie Waldbrände, Ernteausfälle und Gesundheitsgefahren.

Ein Teil des Problems besteht darin, dass die Luftzirkulationssysteme der Erde, die dazu beitragen, Feuchtigkeit und Wärme auf der ganzen Welt zu verteilen, im Laufe der Jahre schwächer geworden sind. Die genauen Gründe für diese Schwächung sind den Forschern jedoch entgangen.

In zwei Studien unter der Leitung von Dr. Rei Chemke vom Weizmann Institute of Science ist es Forschern nun gelungen, dieses Rätsel zu lösen: Es sind menschliche Aktivitäten, die die Luftzirkulationssysteme schwächen.

Beide Studien konzentrierten sich auf die Windmuster, die zusammen ein wichtiges Netzwerk bilden, durch das windgetragene Wärme und Feuchtigkeit durch die ganze Welt strömen. Einen großen Teil dieses Netzwerks bilden Sturmbahnen sowie Hoch- und Tiefdruckwettersysteme, die von West nach Ost ziehen.

Kumulativ haben diese Stürme einen erheblichen Einfluss auf die Übertragung von Wärme, Feuchtigkeit und Luftströmungsimpuls innerhalb der Atmosphäre, was wiederum die verschiedenen Klimazonen der Erde beeinflusst.

Der zweite Teil ist die Hadley-Zirkulation, bei der sich warme Luft am Äquator sammelt und in Richtung der Pole strömt, in den Subtropen zur Oberfläche absinkt und wieder zurück zum Äquator strömt, wodurch der Kreislauf weitergeht.

Während sowohl die Sturmbahnen als auch die Hadley-Zirkulation seit mindestens 1980 schwächer wurden, wurde bisher nur die Abschwächung der Hadley-Zirkulation mit vom Menschen verursachten Emissionen in Verbindung gebracht.

Schwächere Stürme, mehr Hitze

In einer gemeinsam mit Prof. Dim Coumou vom Amsterdamer Institut für Umweltstudien (Vrije Universiteit Amsterdam) durchgeführten Studie konnte Chemke erstmals nachweisen, dass die Abschwächung der Sturmbahnen auf vom Menschen verursachte Emissionen von Treibhausgasen wie CO2 und Aerosolen zurückzuführen ist.

„Diese Emissionen erwärmen die Luft in den hohen Breiten stärker als in den niedrigen“, sagt Chemke. Dadurch sei der Temperaturunterschied zwischen nördlichen und südlichen Breiten – der diese Sturmbahnen überhaupt erst antreibt – kleiner geworden, was zu einer Abschwächung der Sturmbahnen geführt habe.

Um zu dieser Schlussfolgerung zu gelangen, analysierten die Wissenschaftler riesige Mengen an Klimadaten sowohl aus Beobachtungen als auch aus modernen Klimamodellen. Nur wenn historische Emissionen in die Berechnungen der Klimamodelle einbezogen wurden, konnte die beobachtete Abschwächung erklärt werden. Diese Erkenntnisse wurden veröffentlicht In npj Klima- und Atmosphärenwissenschaften.

„Die Stürme im Sommer spielen eine wichtige Rolle dabei, kühle Luft vom Meer auf das Land zu bringen“, sagte Chemke. „Wenn man die Intensität dieser Stürme verringert, bringt man weniger dieser kühlen Luft herein. Dies führt zu einem Anstieg der warmen Temperaturen auf dem Kontinent, was zu immer extremeren Hitzeereignissen führen kann.“

Der Hadley-Effekt

Auch vom Menschen verursachte Emissionen beeinflussen die Hadley-Zirkulation in einer historisch beispiellosen Art und Weise: Im Vergleich zu den Einflüssen natürlicher Faktoren in der Vergangenheit ist ihr Effekt größer und wirkt in die entgegengesetzte Richtung, das heißt, sie schwächen diese Zirkulation, anstatt sie zu stärken.

Zu diesem Ergebnis kommt die zweite Studie. veröffentlicht In Naturkommunikationdie Chemke, der in der Abteilung für Erd- und Planetenwissenschaften am Weizmann-Institut arbeitet, mit seinem Studenten Or Hess durchgeführt hat.

„Wir haben keine Windaufzeichnungen aus dem letzten Jahrtausend, also können wir nicht einfach die Windmuster der Vergangenheit betrachten und sie mit den heutigen vergleichen, aber es gibt eine gute Rekonstruktion der Faktoren, die das Klimasystem antreiben“, sagte Chemke. „Diese Faktoren werden verwendet, um das Klima der Vergangenheit in Modellen zu simulieren, die die gesamte Physik, Biologie und Chemie des Klimasystems umfassen.“

Mithilfe dieser Modellsimulationen konnten Chemke und Hess untersuchen, wie natürliche Faktoren wie Vulkanausbrüche und Sonneneinstrahlung die Hadley-Zirkulation in den vergangenen Jahrhunderten veränderten.

Sie fanden heraus, dass diese natürlichen Faktoren im letzten Jahrtausend die Hadley-Zirkulation verstärkten – im Gegensatz zur gegenwärtigen, anhaltenden Abschwächung dieser Zirkulation. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass vom Menschen verursachte Emissionen eine natürlich bedingte Verstärkung der Strömung umgekehrt haben.

„Im letzten Jahrtausend dominierten natürliche Faktoren, während heute vom Menschen verursachte Emissionen eine größere Rolle spielen“, sagte Hess. „Früher herrschte ein kühleres Klima, das die Hadley-Zirkulation stärkte. Heute herrscht ein wärmer werdendes Klima, das diese Zirkulation schwächt.“

Naturgewalten verdienen unsere Aufmerksamkeit

Klimaforscher konzentrieren sich vor allem auf die Auswirkungen menschlicher Aktivitäten auf das Klima, während natürliche Faktoren oft übersehen werden. Die neuen Erkenntnisse zeigen, wie wichtig diese natürlichen Faktoren waren und immer noch sind. Die Schlussfolgerung ist, dass Wissenschaftler sie in Klimamodellen besser berücksichtigen müssen.

„Unser Forschungsgebiet beschäftigt sich vor allem mit vom Menschen verursachten Emissionen und der Klimaerwärmung. Weniger Beachtung finden die Auswirkungen natürlicher Faktoren wie Vulkanausbrüche, Sonnenschwankungen oder natürliche Quellen von Treibhausgasen“, stellt Chemke fest.

„Dennoch haben wir festgestellt, dass natürliche Faktoren einen großen Einfluss auf das Klima haben können, auch wenn ihr Ausmaß im Vergleich zu den Auswirkungen der vom Menschen verursachten Emissionen geringer ist. Insbesondere scheinen sie die Hadley-Zirkulation in einer Weise zu beeinflussen, die der menschlichen Aktivität entgegengesetzt ist. Das hat uns wirklich überrascht und ist etwas, das berücksichtigt werden sollte.“