NASA / ISS Expedition 22 Crew
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Wie wird der kommende Winter? Erstaunlicherweise entscheidet sich das nicht unbedingt dort, wo das Wetter normalerweise stattfindet: in der untersten Atmosphärenschicht, die Meteorologen als Troposphäre bezeichnen. Ob wir wieder bei Kälte und Schnee bibbern müssen wie im vergangenen Jahr oder bei milden Temperaturen auf das Einmummeln verzichten können wie oft in der jüngeren Vergangenheit, hängt großenteils von einem Phänomen ab, das sich in der Stratospäre abspielt. In dieser zweiten Etage der Atmosphäre geht es normalerweise sehr ruhig zu.

Anders als in der Troposphäre nimmt die Temperatur mit der Höhe zu, was eine stabile Schichtung bedingt. Auf- und absteigende Luftströmungen, die zu Tief- und Hochdruckgebieten führen, gibt es nicht. Außerdem herrscht extreme Trockenheit, so dass sich keine Regenwolken bilden. Deshalb glaubten Meteorologen lange, die Stratosphäre habe mit dem Wetter nichts zu schaffen. Doch das hat sich als Irrtum erwiesen, wie Spektrum der Wissenschaft in seiner Novemberausgabe berichtet.

Paradebeispiel ist der europäische Winter. Wie er ausfällt, hängt großenteils von einem Wirbel in der Stratosphäre ab, der sich über der eisigen Nordpolarregion entwickelt. Solange er stabil bleibt, herrscht in Europa Westwindströmung, in der Tiefs vom Atlantik relativ warme Luft heranführen. Manchmal aber bricht der Wirbel zusammen, und die Stratosphäre erwärmt sich innerhalb weniger Tage um bis zu 50 Grad Celsius. Als Folge davon stellt sich die Luftzirkulation in der Troposphäre um. Winde aus dem Nordosten bringen nun grimmige Kälte nach Mitteleuropa und halten die atlantischen Tiefs fern.

Auch auf der Südhalbkugel lässt sich im Winter ein ähnlicher Zusammenhang zwischen der Stärke des stratosphärischen Polarwirbels und dem Wetter beobachten. Hier spielt aber zusätzlich die Ozonschicht eine Rolle, die sich ebenfalls in der Stratosphäre befindet. Ozon absorbiert ultraviolette Sonnenstrahlung und erwärmt so die betreffende Luftschicht. Am Südpol aber entsteht jeweils im September das Ozonloch. Die resultierende Abkühlung intensiviert den Polarwirbel zusätzlich – mit Auswirkungen auf das Wetter.

In den Tropen ist der meteorologische Einfluss der Stratosphäre nicht ganz so ausgeprägt wie in hohen Breiten. Doch auch hier ließ er sich nachweisen. Eine maßgebliche Rolle spielt dabei die so genannte Quasibiennale Oszillation: eine periodische Schwankung der Luftströmung hoch über dem Äquator, die alle 28-29 Monate von West nach Ost und wieder zurück dreht. Wie sich jüngst zeigte, hängt die Zugbahn der Taifune im Pazifik von der Phase dieser Oszillation ab. Herrscht in der tropischen Stratosphäre Ostwind, wird das Hoch über dem Nordwestpazifik gestärkt und drängt die Wirbelstürme nach Westen ab. Bei Westwind schwächelt es, und die Taifune schlagen nördlichere Bahnen ein.

Die Quasibiennale Oszillation scheint auch die Stärke des Monsuns zu beeinflussen. Allerdings ist der Zusammenhang hier komplizierter und deshalb nicht so klar nachweisbar. Dennoch lässt sich nach den neuesten Untersuchungen nicht mehr bestreiten, dass das zweite Stockwerk der Atmosphäre das irdische Wetter entscheidend mitbestimmt. Wetterdienste tragen dem inzwischen auch Rechnung.

Früher endete das numerische Gitter für die Computersimulationen knapp oberhalb der Troposphäre. Heute ragt es teilweise weit darüber hinaus. Zum Beispiel hat das aktuelle Modell des Europäischen Zentrums für Mittelfristige Wettervorhersage in Reading seine Obergrenze in einer Höhe von 80 Kilometern. Damit erstreckt es sich sogar bis ins dritte Stockwerk der Lufthülle: die Mesosphäre. Mit derart angepassten Modellen lassen sich, wie statistische Analysen belegen, winterliche Kälteperioden in Europa viel verlässlicher vorhersagen.