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Klimawandel verändert die atmosphärische Zirkulation im Nordatlantik
Die menschengemachte Erwärmung könnte nicht nur die Temperaturen, sondern auch die bevorzugten Winterströmungen über dem Nordatlantik verändern. Eine Auswertung von 100 Klimasimulationen deutet auf eine räumliche Neuordnung der Zirkulationsmuster, häufigere positive Phasen der Nordatlantischen Oszillation und eine abnehmende Schwankungsbreite dieses wichtigen Klimamusters hin.
Busan (Südkorea). Über dem Nordatlantik kehren im Winter bestimmte großräumige Luftströmungen immer wieder. Zu ihnen gehört die Nordatlantische Oszillation (NAO), bei der sich das Druckgefälle zwischen dem Raum um Island und den subtropischen Atlantik verändert. Ihre Phasen beeinflussen unter anderem die Stärke der Westwinde, die Zugbahnen von Tiefdruckgebieten und damit das Winterwetter in Europa und im östlichen Nordamerika.
Solche Muster schwanken auch ohne äußeren Antrieb erheblich. Deshalb ist schwer zu erkennen, welcher Teil einer langfristigen Veränderung auf die natürliche Eigendynamik der Atmosphäre zurückgeht und welcher Teil mit steigenden Treibhausgaskonzentrationen zusammenhängt. Große Ensembles von Klimasimulationen können beide Anteile statistisch voneinander trennen.
Forscher am Institute for Basic Science (IBS) um Susmit Subhransu Satpathy haben dafür 100 Läufe des gekoppelten Klimamodells CESM2 ausgewertet. Alle Simulationen erhalten dieselben äußeren Antriebe, starten aber mit leicht unterschiedlichen Anfangsbedingungen. Das Team untersuchte Wintermonate von 1850 bis 2100 und nutzte für die Zukunft das emissionsreiche Szenario SSP3-7.0.
Aus den 100 Läufen bestimmten die Forscher zum einen das gemeinsame, von äußeren Antrieben geprägte Signal und zum anderen die Abweichungen der einzelnen Simulationen davon. Eine statistische Analyse der Zirkulation in der mittleren Troposphäre und der Oberflächentemperaturen ergab im Modell um 1995 den frühesten deutlichen Wendepunkt der nordatlantischen Höhenströmung. Die Autoren teilten die weitere Auswertung deshalb in die Zeit bis 1995 und die Zeit danach.
Mit äußerem Antrieb identifizierte die Clusteranalyse vor und nach 1995 jeweils vier wiederkehrende Zirkulationsregime. Ihre Zahl änderte sich im Modell also nicht. Die räumliche Lage der zugehörigen Hoch- und Tiefdruckzentren verschob sich jedoch, wobei die dominanten zyklonalen und antizyklonalen Zentren nach 1995 weiter nördlich lagen.
Anders sah es bei der herausgerechneten internen Variabilität aus. Dort sank die Zahl der unterscheidbaren Regime von vier auf drei. Das häufigste dieser Muster vereinte nach 1995 rund 52,8 Prozent der Fälle auf sich. Die Modellergebnisse sprechen damit dafür, dass die anthropogene Erwärmung die großräumigen Muster nicht einfach durch neue Wetterlagen ersetzt, sondern ihre räumliche Struktur und die Verteilung der natürlichen Schwankungen verändert.
Auch die NAO verschob sich in den Simulationen. Im vollständigen Strömungsfeld stieg der Anteil positiver NAO-Ereignisse von 53,4 Prozent vor 1995 auf 60,5 Prozent danach. Gleichzeitig nahm die Streuung des NAO-Index im Verlauf des Jahrhunderts ab. Das Modell zeigt damit eine Tendenz zu häufiger positiven Phasen bei insgesamt geringerer Schwankungsbreite.
Diese Entwicklung verläuft nicht gleichmäßig. Für die letzten beiden Jahrzehnte des Jahrhunderts ergibt die Analyse wieder mehr schwach negative NAO-Phasen. Zugleich verstärken sich die Westwinde in den positiv geprägten Regimen im Bereich des nordatlantischen Jetstreams, während sie in negativ geprägten Regimen schwächer werden. Die Veränderungen betreffen damit sowohl die Häufigkeit als auch die räumliche Dynamik der bevorzugten Winterströmungen.
Die Ergebnisse sind eine Modellprojektion und keine direkte Beobachtung der künftigen Atmosphäre. Die Studie verwendet nur CESM2 und für die Zukunft ausschließlich das emissionsreiche Szenario SSP3-7.0. Bei geringeren Emissionen könnten Zeitpunkt und Stärke der Veränderungen schwächer ausfallen oder später eintreten.