Jetstreams: Aus Klima wird Wetter

Jetstreams sind mächtige globale Wettersysteme. Wenn sie sich verändern, verändern sich die Lebensbedingungen auf diesem Planeten.

Wie auch immer man es betrachtet, wir teilen diesen Planeten miteinander. Menschliche Aktivitäten haben jeden Aspekt des Erdsystems grundlegend beeinflusst und verändert. Ob es sich nun um Veränderungen der Landoberfläche, der Biosphäre, der Eiskappen, der Ozeane oder der Atmosphäre handelt – überall gibt es Spuren, die direkt oder indirekt mit uns in Verbindung stehen.

Wir hören zwar viel über die weitreichenden und unumkehrbaren Veränderungen, die wir am Klima verursacht haben, aber es ist ziemlich schwierig, diese Veränderungen im Alltag von zu Hause aus (während Sie dies lesen) zu spüren. Am unmittelbarsten erleben wir das sich verändernde Klima jedoch am Wetter. Wetter ist etwas, das man am eigenen Leib erfährt. Welche Bedingungen in der Atmosphäre herrschen, spüren wir auf unserer Haut. Diese Bedingungen machen uns bewusst, dass wir der Atmosphäre ausgeliefert sind und dass sie uns Stürme, Hitzewellen, Kälteeinbrüche und andere extreme Wetterereignisse bescheren kann.

Das Wetter verbindet uns auch direkt mit dem Land, auf dem wir leben, aber auch mit unseren Nachbarn. Viele Wetterphänomene verbinden uns regional und können sich sogar über ganze Kontinente ausbreiten. In Europa erleben wir diese Vernetzung oft hautnah, wenn weit ausgedehnte Kälteeinbrüche oder Hitzewellen Millionen Menschen gleichzeitig betreffen. Solche Großereignisse in ganz Europa gab es in den Sommern 2003, 2010, 2023 und erneut 2024. Die gleichen atmosphärischen Dynamiken, die starke Stürme bis vor unsere Haustür bringen, tragen sie auch zu den Häusern unserer Angehörigen und Freunde oder sogar zu dem weit entfernten Ferienhaus tragen, in dem wir im letzten Sommer Urlaub gemacht haben.

Die Klimaforschung hat in den letzten Jahren einen alarmierenden Anstieg der Intensität und Häufigkeit vieler Arten von Extremwetterereignissen feststellen (s. auch Met Office). Und es besteht kein Zweifel daran, dass wir alle die Auswirkungen spüren werden. Sie sind ja bereits jetzt zu spüren.

Für die meisten von uns sind die Wetterverhältnisse im Jahresverlauf eine Quelle großer Faszination. Sei es die Zugbahn der Atlantikstürme, die Dauer und geografische Ausdehnung von Dürren oder der rasche Wechsel der Temperaturen von heiß zu kalt innerhalb eines Tages. In einem sich wandelnden Klima ist es wichtig, dass wir diese Wetterverhältnisse verstehen. Es kann uns helfen, uns auf die Zukunft vorzubereiten und das Wetter als eine Auswirkung unseres Handels zu begreifen.

Im 6. Sachstandsbericht des IPCC zum Klimawandel wurden Veränderungen der atmosphärischen Zirkulation als eine der wichtigsten Indikatoren für den großräumigen Klimawandel anerkannt. Wir gehen davon aus, dass sich die allgemeinen Strömungsverhältnisse in der Atmosphäre verschieben und sich diese Dynamik, die unser Wetter erzeugt und transportiert, in einer sich erwärmenden Welt verändern wird. Wie in dem Bericht festgestellt wird, ist es jedoch nicht leicht, die genauen Trends dieser Veränderungen zu quantifizieren. Wie und wann sich Veränderungen in Faktoren wie Windgeschwindigkeit oder Richtung zeigen, ist Gegenstand vieler Debatten, und es besteht nach wie vor wenig Einigkeit darüber.

Ein Grund für die Schwierigkeiten, Veränderungen unseres Wetters in den letzten Jahrzehnten zu charakterisieren, ist, dass die Temperaturen nicht überall auf der Erde gleichmäßig ansteigen. Dieses Ungleichgewicht beim Anstieg der Oberflächentemperaturen ist am stärksten an den Polen zu spüren – aufgrund eines Phänomens, das als polare Verstärkung [Link] bekannt ist – und in einer Region in der oberen Atmosphäre (~10 km) über den Subtropen – aufgrund der tropischen Verstärkung [Link]. Wenn beispielsweise von einem Anstieg um 2 oder 2,5 °C die Rede ist, bezieht sich dies nur auf den globalen durchschnittlichen Temperaturanstieg bis 2100 im Vergleich zum vorindustriellen Zeitalter. Für die Arktis wird in derselben Prognose eine Erwärmung um 7 bis 10 °C erwartet.

Dieses Ungleichgewicht der Erwärmung führt zu grundlegenden Veränderungen in der Entstehung und Ausbreitung von Wetterphänomenen über die Erdoberfläche. Entscheidend ist jedoch, dass sowohl die polare als auch die tropische Verstärkung gegensätzliche Auswirkungen auf die Lage der Wetterphänomene haben, und es ist schwierig, diese voneinander zu trennen. Dies ist der erste Hauptgrund, warum es schwierig ist, die Veränderungen unseres Wetters im 21. Jahrhundert zu charakterisieren.

Der zweite Hauptgrund ist, dass es keine eindeutigen Methoden gibt, um Wetterverläufe zu untersuchen. Da es keine definierten Methoden gibt, um beispielsweise die Zusammenhänge zwischen einzelnen Stürmen zu untersuchen (d. h. sie haben unterschiedliche Dauer und unterschiedliche Auswirkungen an verschiedenen Orten), ist es schwierig, einen klaren Bezugsrahmen zu finden, anhand dessen sich eine „Veränderung” messen lässt. Das gilt für die meisten Wetterphänomene – sie sind einzigartig für den Zeitpunkt und den Ort, an dem sie auftreten, und wir müssen viele Annahmen treffen, um Muster wie Winde zu gruppieren.

Wenn wir dagegen etwas nehmen, das leichter zu messen ist, wie beispielsweise die Oberflächentemperatur, dann handelt es sich um einen einfachen Wert, nämlich Grad Celsius, der in einer Reihe von Beobachtungen (mit vielen verschiedenen Messungen) Jahr für Jahr, Jahrzehnt für Jahrzehnt einen klaren positiven Trend aufweist. Diese Veränderungen der Oberflächentemperatur lassen sich sehr leicht auf menschliche Aktivitäten und die fortschreitende Zerstörung dieses Planeten zurückführen. Wir sind auch zuversichtlich, weil nicht nur unsere Beobachtungen diesen Trend zeigen, sondern wir ihn auch in Simulationen von Klimamodellen sehen. Dieser Trend ist für uns thermodynamisch nachvollziehbar.

Die Messungen des Temperaturanstiegs finden auch bei uns, die wir am Boden Hitze oder Kälte empfinden, direkten Widerhall. So hat beispielsweise eine Erwärmung von 25 °C im Sommer auf 30 °C für die meisten von uns eine Bedeutung. Temperaturänderungen sind für uns auch visuell unmittelbar intuitiv nachvollziehbar, denken wir nur an die Climate Stripes von Ed Hawkins.

Wie würden sich also die Veränderungen der globalen Stürme darstellen? Sie wären nicht so eindeutig, da sie nicht so einfach zu definieren sind wie die Temperatur. Wie fassen wir Informationen über die Veränderungen der allgemeinen Strömungsverhältnisse in der Atmosphäre zusammen? Wie setzen wir die Windmuster einer Region in Beziehung zu denen einer anderen? Dazu können wir die Jetstreams dieses Planeten betrachten/untersuchen.

×

Zahlen & Fakten

Keine Erde ohne Wind

Jetstreams gibt es, seitdem die Erde eine Atmosphäre und deutliche Temperaturkontraste zwischen Tropen und Polen hat. Über das Wetter in Europa bestimmt vor allem der nördliche Polarjet.

• Die Kugelgestalt der Erde und die Neigung der Erdachse bewirken, dass der Äquator im Vergleich zu den Polen mehr Wärme erhält. Dort aufsteigende warme Luft strömt in der Höhe zu den kälteren Polen und sinkt dabei sukzessive ab.
• Die Erdrotation lenkt diese Luftpakete auf ihrem Weg zu den Polen ab. Es ­entstehen Starkwindbänder – subtropische Jetstreams und ­Polarjets.
• Diese Jetstreams schieben Hoch- und Tiefdruckgebiete um den ­Erdball und bestimmen so das Wetter. Für Europa ist der nördliche Polarjet entscheidend.

• Der Äquator bekommt die meiste Sonne ab, die Pole am wenigsten. Aus diesem Kontrast ergibt sich ein  Temperaturgradient im Vergleich zur Arktis und zur Antarktis entlang dessen die Luftpakete zu diesen kühleren Polen fließen können.
• Im detaillierteren Querschnitt sieht man, dass es sich bei den Luftpaketen um Zellen handelt, die wie Zahnräder ineinander greifen.
• Leichtere, warme Luft steigt auf (rot) wird im Abkühlen (blau) schwerer und sinkt. Die Zellen werden zu den Polen hin kleiner. Die Erdrotation erzeugt die sogenannte Corioliskraft, die die Pakete nach rechts ablenkt. So entstehen die Jetstreams.

Jetstreams sind starke, schnell fließende Windbänder, die in beiden Hemisphären ständig von West nach Ost in der Atmosphäre strömen. Wie alle Formen von Wind werden Jetstreams durch extreme Druckunterschiede angetrieben, die durch die allgemeine atmosphärische Zirkulation entstehen. Im Allgemeinen scheint die Atmosphäre die Energie der Sonne gleichmäßig über den Planeten zu verteilen. Wie Sie wissen, ist die Sonneneinstrahlung am Äquator am stärksten und an den Polen am geringsten.

Wenn wir uns die atmosphärische Zirkulation in der nördlichen Hemisphäre vereinfacht vorstellen, gibt es Klimazellen, die diese Umverteilung vornehmen. Dies geschieht in drei großen Klimazellen, die mit der Zirkulation tropischer (Hadley-Zelle), gemäßigter (Ferrel-Zelle) oder arktischer (Polarzelle) Luft zusammenhängen (Abbildung 2). Am einfachsten zu erklären ist die Hadley-Zelle, aber alle zirkulieren die Luft über den Regionen, über denen sie sich befinden. In der Hadley-Zelle wird eine große Menge Oberflächenluft durch die Sonne erwärmt und steigt durch Verdunstung auf, wobei diese Energie dann in Richtung der Pole umverteilt wird. Bei etwa 30 Grad kühlt die Luft ausreichend ab, um wieder zu sinken. In dieser Region finden wir die großen Wüsten des Planeten, die durch die sinkende Luft entstanden sind.

An den Grenzen zwischen diesen Klimazellen entstehen Regionen mit extremen Temperatur- und Druckunterschieden; wir sprechen von extremen Druckgradienten in diesen Regionen. Nirgendwo in der bodennahen Atmosphäre sind diese Gradienten stärker als an der Grenze zwischen Troposphäre und Stratosphäre, der Tropopause, die über Europa in der Regel in einer Höhe von acht bis zwölf Kilometer liegt. Hier sind die Temperaturgradienten der Winde so stark, dass die daraus resultierenden Winde Geschwindigkeiten von rund 480 Kmh erreichen können. Diese schnell strömenden Winde kommen auf dem gesamten Planeten vor und fließen wie schmale Bänder, die wir als Jetstreams bezeichnen. Auf Earth Null School kann man sich ein Bild von den aktuellen Strömungen machen.

Tim Woollings von der Universität Oxford beschreibt Jetstreams als das vielleicht bedeutendste Wettersystem der Erde. Es handelt sich dabei um ein wahrhaft globales Windsystem, das verschiedene Teile der Erde miteinander verbindet. Jeder, der schon einmal mit dem Flugzeug zwischen Nordamerika und Europa gereist ist, hat Jetstreams gespürt und erlebt, weil sie sich auf die Flugzeiten und die Reise auswirken.

Jetstreams haben einen starken Einfluss auf unser Wetter in Europa, da sie in direktem Zusammenhang mit den Zugbahnen von Stürmen und der Veränderung von Temperatur, Druck und Feuchtigkeit an der Oberfläche stehen. Die Zugbahn von Jetstreams kann sich über bestimmten Regionen krümmen, beschleunigen oder verlangsamen, was sich direkt auf die Veränderung der Bedingungen an der Oberfläche auswirkt. Eine Beschleunigung oder Verlangsamung begünstigt beispielsweise atmosphärische Blockaden oder explosive Zyklogenese. Die starken Windungen des Jetstreams, ein Zustand, den wir als „mäandrieren” bezeichnen, können dazu führen, dass relativ kalte Luft weit nach Süden und relativ warme Luft nach Norden über Europa gedrückt wird. In extremen Fällen kann dies zu europaweiten Kälteeinbrüchen führen.

Da Jetstreams direkt durch Temperaturunterschiede angetrieben werden und zur Steuerung des Wetters beitragen, sind sie geeignet, Ungleichgewichte in der globalen Erwärmung mit dem Wetter in Verbindung zu bringen.

Als wissenschaftliche Gemeinschaft verfügen wir heute über mehr Aufzeichnungen und Datenreihen zu historischen atmosphärischen Bedingungen als jemals zuvor. Informationen von Satelliten, die seit den 1980er Jahren im Orbit sind, bodengestützte Beobachtungen und immer detailliertere Computermodelle. All dies liefert zuverlässige Aufzeichnungen über die Winde in der oberen Atmosphäre der letzten Jahrzehnte, die für die Untersuchung der Jetstreams äußerst nützlich sind. Die Veränderungen des Verlaufs und der Geschwindigkeit des Jetstreams sind seit jeher Gegenstand von Spekulationen innerhalb der Klimawissenschaft, denn sie sind wichtig, um künftige Wetterverhältnisse zu bestimmen.

Was die Geschwindigkeitsänderungen angeht, hat eine Studie in Nature gezeigt, dass die Jetstreams deutlich schneller werden könnten. Das würde nicht nur unser Wetter verändern, sondern auch Ihre Reise von New York nach Wien im Durchschnitt deutlich verkürzen.

Was die Veränderung der Position angeht, ist die Unsicherheit noch groß. Klimamodelle deuten seit einiger Zeit darauf hin, dass die Jetstreams durch die polare Verstärkung und die tropische Verstärkung ihren Verlauf verändern werden. Die Prozesse werden auch als „Tauziehen” zwischen diesen beiden Verstärkern beschrieben. Es wird erwartet, dass mit zunehmender Erwärmung die Jetstreams in Richtung der Pole gedrückt werden, zusammen mit unseren Wüsten i(trockene Senkenregionen), aber dieser Druck wird durch das Schmelzen des Meereises abgeschwächt, das den Jetstream voraussichtlich in die andere Richtung zurückdrängen wird.

Dies wird zwar durch numerische Klimamodelle theoretisch bestätigt, war jedoch in den Windbeobachtungen der oberen Atmosphäre viel schwieriger nachzuweisen. Der vielleicht wichtigste Grund dafür ist, dass es zunächst einmal schwierig ist, Jetstreams zu identifizieren und zu charakterisieren. Es gibt keinen Konsens darüber, wie die Windregionen, die mit Jetstreams in Zusammenhang stehen, zu definieren sind. Daher gab es eine gewisse Zurückhaltung und Schwierigkeiten bei der Identifizierung robuster Trends in ihrer Position.

In unserer aktuellen Studie haben wir einen anderen Ansatz gewählt. Wir haben ein standardisiertes Rahmenwerk zur Charakterisierung von Jetstreams verwendet, das sieben verschiedene Methoden in jeder der vier Jahreszeiten einsetzt. Wir konnten zeigen, dass bei allen sieben Methoden ein robuster Trend zur Polwärtsverschiebung der Jetstream-Position über dem Nordpazifik im Winter zu beobachten ist, der in den letzten Jahrzehnten allmählich zugenommen hat. Diese Verschiebung in Richtung Pol um etwa 25 bis 60 km pro Jahrzehnt ist ein Beleg für den Einfluss der globalen Erwärmung auf die Zugbahnen von Stürmen über den Pazifik. In einer anderen aktuellen Studie wurde der polwärts gerichtete Trend, den wir in den globalen Jetstreams beobachten, direkt mit der tropischen Erwärmung oder der tropischen Verstärkung in Verbindung gebracht, was stark darauf hindeutet, dass sich dieser Trend mit weiter steigenden Temperaturen fortsetzen wird.

Entscheidend ist, dass diese Verschiebung des Jetstreams in Richtung der Pole auch in anderen Regionen der Erde auftreten könnte, was erhebliche Auswirkungen auf die Artenvielfalt und die Ernteerträge haben könnte. Es wird vermutet, dass sich die Artenvielfalt um 16,9 Kilometer pro Jahrzehnt verschieben kann, und unsere Studie hat ergeben, dass sich der Jetstream etwa dreimal so schnell verschiebt. Diese Verschiebung beeinflusst auch, welches Wetter welche Regionen erreicht und somit auch, wo sich die von uns erwarteten Wetterverhältnisse ändern könnten, was Anlass zur Sorge um unsere Ernteerträge und Lebensgrundlagen gibt.

Es sind noch viele weitere Untersuchungen erforderlich, vor allem, um den genauen Zusammenhang zwischen den Verschiebungen der Jetstreams und den bodennahen Wetterbedingungen zu charakterisieren. Auch hier gibt es noch keinen klaren Konsens.

Mehr Wind

Dossier: Wie Wind Wetter macht

„Bibione gibt es im Grunde schon nicht mehr“

Der Pragmaticus

nimmt sich der großen Fragen unserer Zeit an

Dossier: Wie Wind Wetter macht

Der Wind, der Pest und Wein bringt

Valerie Trouet

ist Dendrochronologin

Mehr im Newsletter

Post vom Pragmaticus

Unser Newsletter. Jede Woche das Wichtigste in Ihrem Posteingang.

E-Mail*

Absenden

Einwilligung Direktmarketing

Wir dürfen Sie per E-Mail oder anderem elektronischen Weg über Events und Produkte informieren.

Informationen darüber, welche personenbezogenen Daten wir über Sie erfassen und wie wir diese verarbeiten (einschließlich Informationen darüber, wie wir unsere Website für Sie personalisieren und auf Sie abgestimmte Inhalte übermitteln), finden Sie in unseren Datenschutzrichtlinien.