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Klimatologie: Wettermacher

Globalisierung ist eines der großen Schlagworte unserer Zeit, und sie gilt nicht nur für die Wirtschaft, sondern auch für das Klima. Deshalb können chinesische Rußpartikel intensive Stürme in Oregon und deutsche Heizungen starke Hurrikane in der Karibik auslösen - neue Erkenntnisse belegen es.
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Die Bewohner der Karibik sowie der nord- und mittelamerikanischen Golfküste konnten 2006 aufatmen: Kein einziger Hurrikan suchte ihre Lande heim, denn die wenigen echten Wirbelstürme, die sich bildeten, zogen weit draußen auf dem Atlantik ihre Bahn. Und nur eine Handvoll heftigerer Tropentiefs trafen die Inseln und Küsten der Region – kein Vergleich zur Rekordzahl von 28 notierenswerten Stürmen des Vorjahres, die mindestens 2300 Menschenleben kosteten und Schäden von 124 Milliarden Dollar hinterließen.

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Schema der "Augen"-Bildung bei Hurrikanen | Schema der "Augen"-Bildung bei Hurrikanen: Trockene Bänder rund um das Sturmzentrum führen zum Zusammenbruch des Auges. Anschließend bauen weitere Regenbänder ein neues auf.
Darunter befanden sich mit Katrina und Rita zwei so genannte Monsterstürme, die Tod und Verheerung über Teile der Antillen, New Orleans und die Golfküste sowie Florida brachten. Noch bevor die erste Böe Land erreichte, hatte die schlechte Voraussagbarkeit der Stürme Meteorologen und Politiker verzweifeln lassen: Weder Zugbahn noch Stärke, mit der sie auf die Küste trafen, ließen sich exakt vorhersagen, was Notfallpläne zur Makulatur machte.

Im Auge des Sturms

Warum aber Intensität manchmal von einer Minute auf die nächste sinkt und gleich wieder steigt, könnten nun Forscher von der Universität von Washington in Seattle um Robert Houze herausgefunden haben [1]. Sie nutzten die Aufnahmen von drei Flugzeugen, die mit Dopplerradar ausgestattet und in die beiden Wirbelstürme geflogen waren. Demnach bildet sich rund um das Auge des Hurrikans ein schmales Band aus trockener Luft, das letztlich das Wolkenband um dieses Zentrum vorübergehend zum Einsturz bringt.

Doch dies ist nur von kurzer Dauer, denn weiter außerhalb liegende Regenbänder bilden nun eine neue Wand, verschmelzen mit den Resten des ersten Auges und bilden ein neues. Insgesamt weitet sich das Hurrikan-Zentrum dadurch aus, was erst einmal Energie zehrt und die Rotationsgeschwindigkeit senkt – wie bei einem Eiskunstläufer, der eine Pirouette dreht und die Arme abstreckt. Sobald sich aber das neue Auge formiert und das Zentrum wieder schrumpft, beschleunigt der Sturm erneut: Ganz wie bei einer Drehung des Einsläufers mit angelegten Armen. Im Falle Ritas vollzogen sich diese Wechsel sehr schnell, und sie waren einer der Gründe, warum sie innerhalb von nur einem Tag von einem Hurrikan der Kategorie 1 zu einem der Stufe 5 anschwoll.

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Computermodell der "Augen"-Bildung in einem Hurrikan | Computermodell der "Augen"-Bildung in einem Hurrikan: Im oberen Bild zeigen schließen sich bereits Regenbänder um das noch bestehende zentrale Auge zusammen und bilden schließlich ein neues, größeres im unteren Bild.
Neues Datenmaterial zur besseren Vorhersagbarkeit kam letztes Jahr allerdings nicht hinzu, denn El Niño – diese Temperaturanomalie des Oberflächenwassers im Ostpazifik – beeinflusste auch die Windsysteme in Atlantik und unterdrückte damit zumindest teilweise die Bildung von Hurrikanen. Dieses Jahr kann es aber schon wieder vorüber sein mit der Ruhe, denn der warme Niño wird durch seine kalte Schwester La Niña abgelöst. Damit greifen im Golf von Mexiko wieder eher förderliche Bedingungen für Wirbelstürme, sodass 2007 wieder eine sehr aktive Hurrikan-Saison sehen könnte.

Neben diesen natürlichen Schwankungen beeinflusst zunehmend aber wohl auch der menschengemachte Klimawandel die Intensität und Zahl der Stürme, wenngleich die entsprechenden Debatten unter Klimatologen noch kontrovers geführt werden. Mittlerweile neigt sich die Waage jedoch mehr zu Gunsten der Wissenschaftler, die einen menschlichen Anteil an den stürmischen Zeiten anerkennen – so wie die Forschergruppe um James Kossin von der Universität von Wisconsin-Madison [2].

Hitziger Atlantik

Diskutiert wird vor allem die Datenbasis, die vielen an der Auseinandersetzung beteiligten Fachleuten zu dünn beziehungsweise wenig vergleichbar ist. Schließlich ziehen erst seit den 1960er Jahren Wettersatelliten ihre Kreise durch den erdnahen Orbit, die einigermaßen verlässliche Daten liefern. Aus den Jahrzehnten bis Jahrhunderten zuvor liegen dagegen allenfalls Einträge aus Log- oder Hafenbüchern sowie indirekte Erkenntnisse aus Baumring- oder Sediment-Analysen vor. Und zwischen alten und neuen Satelliten-Messungen bestehen auf Grund des technischen Fortschritts so große Unterschiede, dass sie ebenfalls nicht direkt miteinander verglichen werden können.

Kossin und seine Kollegen "glätteten" daher neue Hurrikan-Daten, um sie in vereinfachter Form mit Werten aus dem Beginn der 1980er Jahre vergleichen zu können und stellten sie anschließend den globalen Meerwassertemperaturen gegenüber. Das Bild für den Atlantik fiel dabei eindeutig aus: Mit dem sich langfristig erwärmenden Ozean intensivierten sich die Wirbelstürme.

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Taifun "Talim" | Taifun "Talim" auf dem Weg nach Taiwan und Südchina: Die Satellitenaufnahme zeigt die Regenintensität innerhalb des Sturms.
Global gilt dies jedoch nicht, in anderen Meeresregionen entdeckten die Forscher keinen derartigen Zusammenhang, was mit den Besonderheiten des Atlantiks zu tun haben könnte. So ist das Oberflächenwasser im Entstehungsgebiet der atlantischen Hurrikane etwas kühler als beispielsweise im westpazifischen Gegenstück. Eine leichte Erwärmung hier hätte also womöglich größere Auswirkungen, weil der Schwellenwert von 27 Grad Celsius für die Sturmbildung nun öfter überschritten würde, während die zusätzliche Aufheizung dort verhältnismäßig wenig ins Gewicht fiele. Zudem stimmen im Atlantik Windgeschwindigkeiten und -richtung sowie die Temperaturen häufig positiv überein, sodass sich dadurch Wirbelstürme leichter zusammenbrauen.

Von chinesischem Ruß

Der Mensch beeinflusst allerdings tatsächlich auch das Wettergeschehen im Pazifik – wenngleich nicht die sommerliche Taifun-, sondern die winterliche Orkan-Saison. Zu diesem Schluss kommt jedenfalls eine Studie von Mario Molina von der Universität von Kalifornien in San Diego und seinen Kollegen [3]. Der Sündebock hier: Ruß und andere Aerosole aus vornehmlich indischen und chinesischen Industrieanlagen oder häuslichen Öfen.

Vor allem unzureichend verbrannte Kohlenstoff-Partikel sowie Sulfate werden – überwiegend während der Wintermonate – von den vorherrschenden Windsystemen in den Nordwest-Pazifik verfrachtet, wo sie die Wolkenbildung beeinflussen. Die Aerosole sorgen dafür, dass die Wassertropfen in den Wolken kleiner ausfallen, als in weniger belasteten Luftmassen, was letztlich das Abregnen verzögert. Wohl vorwiegend aus diesem Grund nahm vor Ort die entsprechende Bedeckung mit tief hängenden Wolken zu: um 20 bis 50 Prozent im Vergleich der Zeit zwischen 1995 bis 2005 mit dem Jahrzehnt zuvor.

Die entstehenden niedrigen Konvektionswolken können in der Folge in höhere Atmosphärenschichten aufsteigen und so zur Keimzelle heftigerer Winterstürme werden. Parallel zur Wolkenbedeckung bildeten sich während des Vergleichszeitraums auch um ein Fünftel bis zur Hälfte mehr Orkane auf der west-östlichen Sturmbahn im Pazifik aus als zuvor.

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Smog über China | Smog über China: Aerosole aus dem wirtschaftlich aufstrebenden Land verändern die winterliche atmosphärische Zirkulation über dem Nordwestpazifik und lösen heftigere Orkane aus.
Bestätigt wird die Aerosol-These durch Computersimulationen, die nur unter Einfluss des Schmutzpartikel-Zustroms den erhöhten Bedeckungsgrad wiedergeben. Wärmeres Meerwasser scheidet dagegen als thermodynamischer Verursacher aus, da kein statistischer Zusammenhang erkennbar war. Anfällig ist vor allem der Winter, da im Sommer die entsprechende Wolken-Quellregion durch das starke Pazifik-Hoch beeinflusst wird, das die Konvektion unterdrückt oder schwächt. Zudem ist die Aerosol-Zufuhr während der warmen Monate geringer.

Während der kalten Jahreszeit hingegen stimmen die klimatischen und physikalischen Bedingungen zur Wolkenbildung über dem Pazifik perfekt mit der intensivierten Westwind-Strömung überein. Der Winter bringt außerdem noch deutlich mehr Aerosole, da an Land nun die Kohleöfen auf Hochtouren laufen und die Luft verschmutzen. Leidtragende dieser Entwicklung könnten die Bewohner Nordamerikas sein, da die Zugbahnen dieser Orkane Richtung Osten verlaufen, wo sie irgendwann auf die Küsten Kanadas und der Vereinigten Staaten treffen – eben auch eine Form der Globalisierung.
08.03.2007

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 08.03.2007

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