Kippelement atmosphärische Zirkulation


Bildmontage: HF

22.07.18
ÖkologiedebatteÖkologiedebatte, Umwelt, Debatte 

 

Von Jürgen Tallig

Die Atmosphäre auf der Nordhalbkugel ist destabilisiert und ihre Zirkulation grundlegend verändert.  Statt zonaler Strömungen bestimmen zunehmend meridionale Strömungen (Süd-Nord und Nord-Süd) das chaotische Wettergeschehen. Es erfolgt ein massiver Wärmetransport nach Norden, wie die diesjährigen Rekordtemperaturen und die Rekordeisschmelze zeigen.

2016 brachte fast überall in der Arktis neue Temperaturrekorde und das Eis noch mehr zum Schmelzen als bisher. Selbst im Winter konnte sich das Eis nicht erholen, was zu neuen Negativrekorden bei der winterlichen Meereisbedeckung führte, sowohl in der Fläche, als auch die Dicke des Eises betreffend. Für den Sommer wird gleichfalls ein neuer Negativrekord bei der Eisbedeckung erwartet und der massive Verlust von mehrjährigem Packeis!  Das Ende des Arktischen Meereises scheint viel näher, als bisher gedacht.

Die Erwärmungen im Norden waren außergewöhnlich, ja extrem und lassen sich mit einer doppelt so schnellen Erwärmung der Arktis nicht mehr erklären.

In der Zentralarktis war es im Februar 2016 acht Grad wärmer als im langjährigen Durchschnitt. Auf Grönland, Spitzbergen und im arktischen Kanada wurden Rekordtemperaturen gemessen, die regelrecht beängstigend waren. Im Frühjahr  gab es lange Zeiträume die 15 bis 20 Grad über dem langjährigen Durchschnitt lagen.

Diese extremen Erwärmungen lassen sich nur mit einer grundlegend veränderten atmosphärischen Zirkulation auf der Nordhalbkugel erklären, wodurch zunehmend warme Luft weit nach Norden befördert wird.

Das beschleunigt nochmals  das Tempo der Eisschmelze und bedroht die Borrealen Wälder, die durch Erwärmung und Trockenheit bereits schwer geschädigt sind.

Auf Grönland begann die Eisschmelze dann auch drei Wochen früher als bisher und in Kanada kam es zu schweren Waldbränden.

Offensichtlich ist ein weiteres entscheidendes Element im Klimasystem, die atmosphärische Zirkulation, gekippt und irreversibel verändert.

Allerdings wird diese schwerwiegende Veränderung in der Öffentlichkeit, den Wetterberichten und Teilen der Klimaforschung nachwievor weitgehend ignoriert,- obwohl sie so schwerwiegende Auswirkungen auf den Klimawandel und die Wetterverläufe hat und die Erderwärmung nochmals erheblich beschleunigt. Und es ist schon fast tragisch, dass der Kälteverlust der Arktis nach Süden, in Europa für einen relativ kalten Winter 2016/ 2017 sorgte und damit  eine weitere Fehlwahrnehmung  der erneut dramatischen Entwicklungen begünstigte.

Die atmosphärische Zirkulation, das unterschätzte Kippelement im Klimasystem

Auf Grund der starken Erwärmung im Norden haben sich die Temperaturunterschiede zwischen den Breiten, also zwischen  Arktis und Subtropen  und Tropen enorm vermindert, was gravierende Auswirkungen hat,-  nämlich eine massive Schwächung dieses Antriebs der Zirkulation und eine Schwächung und Veränderung der bisherigen Zirkulationsmuster.

Die atmosphärische Zirkulation der Nordhalbkugel ist offensichtlich  irrreversibel in einen anderen Zustand übergegangen und  in wesentlichen Aspekten grundlegend verändert.

Siehe dazu Tallig, J. „Vom Wetter zum Unwetter“ in Umwelt aktuell 07/2013.

Hier noch einmal eine kurze Aufzählung der wesentlichen Veränderungen:                                                                       

  • Die bisher unser Wetter bestimmende Westwinddrift hat stark nachgelassen und Azorenhoch und Islandtief  gibt es nicht mehr wie bisher.                                                                              
  • Arktische und Nordatlantische Oszillation haben sich stark abgeschwächt.  
  • Die Großwetterlagen haben sich stark verändert:  

Strömungen aus verschiedenen Richtungen prallen über Europa aufeinander.

Meridionale Strömungsverläufe (also entlang der Meridiane, von Nord nach Süd und  umgekehrt) nehmen zu.

Die Zugbahnen der Tiefdruckgebiete sind oft weit nach Süden oder Norden verschoben.

  • Der Polarfrontjetstream ist geschwächt und verlangsamt und oft sehr stark mäandernd  und wird mit weiterer Verringerung der Temperaturunterschiede zwischen den Breiten, immer instabiler.
  • Die plötzlichen Stratosphärenerwärmungen nehmen zu und der Polarwirbel kollabiert immer häufiger.

(Grundsätzlich kühlt sich die Stratosphäre allerdings ab, was der Nordhalbkugel verstärkt Ozonlöcher antarktischen Ausmaßes beschert, was hier aber nur erwähnt sei.)

All dies hat schwerwiegende Auswirkungen auf Wetter und Klima und bewirkt vor allem einen starken zusätzlichen Wärmetransport polwärts, was die ohnehin dramatischen Veränderungen in der Arktis nochmals beschleunigt.

Auch gilt es endlich zur Kenntnis zu nehmen, dass es das  Wetter, das wir bisher kannten,  nicht mehr gibt,- es ist zum „Un“Wetter geworden.

 

Jojo-Wetter, Unwetter und Überlagerung der Jahreszeiten

Dominant geworden ist eine Art JoJo-Wetter, also der häufige Wechsel der Strömungsrichtung und der Luftmassen, oft zwischen Nord und Süd, kalt und warm.

Dies führt zu einer verstärkten Unwetterneigung durch das nun viel häufigere Aufeinandertreffen unterschiedlicher Luftmassen.

Denn der häufige, abrupte Wechsel der Strömungsrichtungen lässt ganz unterschiedliche Luftmassen, mit unterschiedlichen Temperaturen, sich abwechseln und aufeinanderprallen, was  natürlich zu chaotischen Wetterverläufen führt.

Die Temperatur- und Druckunterschiede zwischen den Luftmassen müssen sich ja ausgleichen, ehe diese sich vermischen können und dies geschieht durch Gewitter und Unwetter mit Starkregen oder auch Hagel.

Die jahreszeittypischen Witterungsverläufe und Temperaturen werden durch die jeweilige atmosphärische Strömungsrichtung sehr weitgehend verändert. Sie werden entweder überlagert  oder erheblich verstärkt und das in zunehmendem Maße. Entscheidend ist nicht mehr die Jahreszeit allein, sondern vor allem: woher kommen die Luftmassen, aus  Süd oder Nord,  sind sie warm oder kalt.   

Im Jahr 2013, aber auch schon in den Jahren zuvor,  hatten wir in Europa extreme Wintereinbrüche bis weit ins Frühjahr hinein, mit Kälterekorden und  reichlich Schnee, aufgrund einer anhaltenden Nordströmung, die polare Kaltluft  heranführte (Verstärkung). Im Jahr 2014 wiederum, gab es einen extrem milden Winter aufgrund einer anhaltenden Südwestströmung mit subtropischer Warmluft (Überlagerung). 2016 war der Winter ebenfalls viel zu mild, dafür gab es ein kühles, viel zu trockenes Frühjahr.

Die These von einem abgeschwächtem Golfstrom, kann diese Wechsel von warm und kalt nicht erklären und auch nicht, wieso es im Norden oft wärmer ist als im Süden, wie z.B. im Juli 2014, wo es in Skandinavien 10-15 Grad wärmer als normal und im Mittelmeerraum  gleichzeitig 4-6 Grad kälter als üblich.

Immer öfter tauchen offensichtlich Luftmassen  da auf, wo sie eigentlich nicht hingehören.

Das lässt sich nur durch eine veränderte atmosphärische Zirkulation sinnvoll erklären: es wird vermehrt warme Luft nach Norden und kalte Luft nach Süden verfrachtet.

Das war 2016 im unwetterbetroffenen Süddeutschland gut zu beobachten,- hier war die Luft oft 10-15 Grad kälter als im Nordosten. Polarluft wurde  weit nach Süden verfrachtet und strömte dann wieder nach Norden, was zu dem Paradox führte, dass die kalte Luft aus Süden kam. Eine Woche später war es schon wieder andersherum  und Süddeutschland lag im Einfluss von Warmluft.

Die bisherigen Zirkulationsmuster sind offensichtlich stark verändert, - es wird vermutet, durch einen  stark geschwächten und deshalb extrem mäandernden Polarfrontjetstream.

Auch kommt es wohl immer häufiger vor,  dass der Polarwirbel regelrecht zusammenbricht und das mit zunehmender Tendenz (Zunahme der plötzlichen Stratosphärenerwärmungen).

Da ja auch die Westwinddrift  geschwächt ist, bricht eigentlich die gesamte bisherige atmosphärische Zirkulation der Nordhalbkugel weitgehend zusammen und kalte Luft kann ungehindert nach Süden und warme Luft nach Norden vordringen.

Die Polarluft über Süddeutschland im kalten Unwetterfrühjahr 2016 war kein Beweis, dass die Erderwärmung stagniert, sondern zeigte, dass die Arktis nicht mehr dicht ist und ihre Kälte verströmt.

Der finale Temperaturausgleich zwischen Arktis und Subtropen scheint in vollem Gange.

In „Vom Wetter zum Unwetter“ äußerte ich 2013 die Befürchtung, dass die Erwärmung der Arktis sich noch beschleunigen könne, wenn Polarwirbel und Westwinddrift die kalte Luft nur noch eingeschränkt zurückhalten. 

Hinzufügen muss man jetzt wohl: „und wenn subtropische Warmluft ungehindert in die Polarregionen vordringen kann.“, was  jetzt  immer häufiger passiert.

Die Warmluftvorstöße weit nach Norden und die Kaltluftvorstöße nach Süden haben sich in den letzten Jahren enorm verstärkt.

Doch nicht nur in Deutschland nehmen starke Temperaturunterschiede und die entsprechenden Temperatursprünge bei den Luftmassenwechseln zu.

So gab es im Frühsommer 2014 nicht nur einen Polarluftvorstoß bis nach  Israel und in die Türkei, der für Schneestürme sorgte,  sondern  im Winter auch einen Warmluftvorstoß nach Finnland, der binnen zweier Tage die Temperatur von  -55° auf  +5° Celsius steigen ließ.

In Nordamerika wurden die neuen Abläufe im Winter 2014 besonders deutlich: es gab mehrfach extreme Polarluftvorstöße an der Ostküste bis hinunter nach Florida und in den Golf von Mexiko und mehrfach extreme Temperatursprünge von bis zu 40 Grad in wenigen Tagen, wenn die Strömung wieder auf Süd drehte. Gleichzeitig gelangte mit einer Süd-Nord-Strömung extrem milde Luft entlang der Westküste bis nach Alaska und darüber hinaus.

Im Dezember 2015 erreichten die warmen Luftmassen gar den Nordpol, es gab einen Temperatursprung von 30 Grad. Die abnormen Rekorde bei Temperaturen und Eisschmelze im Jahr 2016 verdeutlichen die enormen Auswirkungen dieser Veränderungen.

Die instabil gewordene Atmosphäre mit ihrer veränderten  Zirkulation, erweist sich als  bisher wohl unterschätztes Kippelement  im Klimasystem

und führt nicht nur zu lokalen Temperaturanomalien, sondern zu einem beschleunigten ungehinderten Ausgleich der Temperaturunterschiede zwischen den Luftmassen und damit zu einer noch mal beschleunigten Erwärmung der Arktis und der gesamten nördlichen Polarregion, einschließlich Grönlands,- mit fatalen Folgen für das  Weltklima.

Es müssen wohl nicht nur die Lehrbücher der Meteorologie neu geschrieben werden, sondern auch die Klimamodelle bedürfen erheblicher Modifizierung (siehe Semenov).

Der Klimawandel hat damit einen Punkt erreicht, ab dem sich Eisschmelze und Meeresspiegelanstieg noch einmal erheblich beschleunigen  dürften.

 

Exkurs Golfstrom

Über den Einfluss eines modifizierten, abgeschwächten Golf- bzw. Nordatlantikstroms  kann man nur mutmaßen. Es ist nicht auszuschließen, dass der Absinkvorgang des warmen Wassers aus dem Süden bereits geschwächt ist. Durch die Erwärmung des Nordatlantik und des Nordmeeres, hat das Wasser ja eine geringere Dichte  und der massive Süßwassereintrag wegen erhöhter Niederschläge und aufgrund der Schmelze des Grönlandeises und des arktischen Meereises  dürfte die Tiefenkonvektion  gleichfalls beeinflussen.

Ob dies nun aber, wie vielfach behauptet wurde, zu einer Abkühlung der Region und Nordwesteuropas  führen kann, oder schon geführt hat, ist allerdings mehr als fraglich.

Die Erwärmungstendenz ist ja ungebrochen und bricht 2016 sogar alle Rekorde, siehe oben.

Möglicherweise hat ein geschwächtes Absinken ja auch die Folge, dass das warme Wasser länger an der Oberfläche verbleibt, was die Region sogar zusätzlich erwärmen müsste.

Auch der immer weitere Rückzug des arktischen Meereises könnte ein längeres Verbleiben des warmen Wassers an der Oberfläche bewirken. Absinkvorgänge finden ja auch aufgrund der Abkühlung und der Meereisbildung an der Schelfeiskante, z.B. der Barentsee  statt. Durch die Eisbildung aus Süßwasser erhöhen sich der Salzgehalt und die Schwere des übrigen Wassers und es beginnt abzusinken.

Wenn diese Eisbildung aber immer weiter im Norden und Osten passiert, dann können die Abkühlung und damit das Absinken auch erst später, wenn überhaupt erfolgen. Das warme Wasser strömt also weiter nach Norden und Osten, ehe es sich abkühlen und absinken kann.

Es gibt quasi einen Warmwasserstau, da die Tiefenverfrachtung des warmen Wassers schwächelt. Bereits 2005 stellten Bryden und Cunningham vom National Oceanography Center (NOC) in Southhampton nach einer aufwändigen Langzeitstudie eine  Reduzierung der südwärts gerichteten kalten Tiefenströmung um über 30% fest ( Nature, 01.12.2005).

Eine ähnlich große Schwächung der nordwärts gerichteten  warmen Oberflächenströmung ist dagegen bisher nicht nachgewiesen. Der Golfstrom ist ja auch wesentlich windgetrieben und ein Teil der globalen Meeresströmungen. Er ist  also keineswegs nur von der Tiefenkonvektion im Norden abhängig und käme nicht gleichzeitig mit dieser zum Erliegen. Stefan Rahmstorf:“Angetrieben wird der Golfstrom zum überwiegenden Teil durch den Wind. Er bildet den westlichen Randstrom des nordatlantischen Subtropenwirbels…“ (Ökolexikon, 2003).

Als Teil des Globalen Förderbandes wird er aber auch vom Süd-Äquatorialstrom, vom Antillenstrom und der Karibischen Strömung angetrieben, und damit indirekt auch von den Absinkprozessen vor der Antarktis.

2008 konstatierte ein internationales Forscherteam  gar einen zunehmenden atmosphärischen und ozeanischen Hitzetransport polwärts (Zhang, 2008). Ursache sei eine drastische Umstellung der atmosphärischen Zirkulationsmuster im Hohen Norden.

Die Heizung Europas ist in Takt und eher zu weit aufgedreht.

2012 ergab eine weitere Studie (Lixin Wu, et al., in Natur Climate Change) eine besonders starke Erwärmung der warmen Meeresströmungen (z.B. des Golfstroms) und deren Verschiebung in Richtung der Pole. Der Golfstrom hat sich mit einem Grad, mehr als zweimal so schnell erwärmt, wie der Atlantik insgesamt, mit 0,4 Grad. Alles deutet auf eine Veränderung der globalen Ozeanzirkulation durch den Klimawandel hin, mit expandierenden Subtropen, ä ußerte sich Martin Visbeck vom Geomar in Kiel zu der Studie.

Das bedeutet: der Wärmetransport nach Norden hat nicht nachgelassen,  ganz im Gegenteil,- aber die Tiefenkonvektion ist möglicherweise vermindert und offensichtlich die Tiefenströmung nach Süden.

Nicht die Wärmezufuhr vermindert sich also, sondern die Wärmeabführung.

Wir haben damit einen im Norden verbleibenden Wärmeüberschuss und eine Erwärmung statt der erwarteten Abkühlung, was mit den aktuellen Temperaturentwicklungen übereinstimmt.

Und was im Übrigen auch völlig dem 2.Hauptsatz der Thermodynamik entspricht, wonach sich Temperaturunterschiede in Systemen ausgleichen und nicht vergrößern.

Ein anderer Grundsatz der Thermodynamik besagt, dass der Temperaturausgleich immer von warm nach kalt erfolgt.

Wenn sich auch noch erdsystemische Ordnungsstrukturen, - hier die Zirkulationsmuster der Ozeane und der Atmosphäre verändern oder gar verloren gehen (wie die Westwinddrift und der Polarwirbel) setzt sich diese naturgesetzliche Tendenz der Entropie beschleunigt durch.

Die erwartete Abkühlung aufgrund eines abgeschwächten  Golf- bzw. Nordatlantikstroms  ist nirgendwo erkennbar, sondern das  Gegenteil ist der Fall.

Es ist durchaus wahrscheinlich, dass veränderte Meeresströmungen  zur extremen Erwärmung der Arktis beitragen und verstärkt beitragen werden. Selbst eine warme Strömung durchs Polarmeer bis zur Beringstraße ist nicht völlig auszuschließen.  

 

Exkurs Eisschmelze

Im 5.Sachstandsbericht des IPCC veröffentlichte der Weltklimarat erschreckende Zahlen über die weltweite Eisschmelze und deren weitere Beschleunigung, die wohl inzwischen von den Realitäten des Jahres 2016 noch weit übertroffen werden.

Die Gletscherschmelze hat sich von 1993-2009  von 140 auf 410 Gt/Jahr (Gigatonnen oder Milliarden t) fast verdreifacht.

  • Das arktische Meereis verliert inzwischen (2012) jedes Jahrzehnt 13.6%  mehr an Fläche (Minimum der sommerlichen Eisbedeckung). NASA- Experten geht davon aus, dass die Arktis schon in zehn Jahren im Sommer eisfrei sein könnte.
  • Das grönländische Eis schmilzt gleichfalls stark beschleunigt. Zwischen 2001 und 2011 erhöhte sich die Schmelzrate von 74 auf 274 Gt/Jahr, das ist fast eine Vervierfachung in einem Jahrzehnt (8x der Bodensee, oder 1 Million Supertanker).
  • Auch der Antarktische  Eisschild (Westantarktis)  schmilzt immer schneller. Zwischen 2002 und 2011 erhöhte sich der Eisverlust von 72 auf 221 Gt/Jahr, also  eine Verdreifachung.

Das Schmelzen der Eisschilde dominiert inzwischen den Meeresspiegelanstieg und sowohl der IPCC, als auch 2/3 aller Meeresspiegel-Experten erwarten inzwischen einen teils deutlich höheren Anstieg der Ozeane bis zum Jahrhundertende, da ist auch schon mal von mehreren Metern die Rede.

Doch es könnte auch noch schlimmer kommen, wie das erste Halbjahr 2016 eindringlich vor Augen führt. In der Arktis kam es zu teilweise bizarren Temperaturrekorden. Bereits im Juli 2012 kam es ja über Grönland innerhalb von vier Tagen zu einer großflächigen Erwärmung, so dass fast die gesamte Oberfläche von Schmelzvorgängen betroffen war, eine Zunahme um 2/3, in so kurzer Zeit. Im Frühjahr 2016 begann die Eisschmelze nach einem Warmluftvorstoß sogar drei Wochen eher als bisher üblich und Anfang Juni kam es zu einer neuen Hitzewelle mit sehr warmer Luft aus dem Süden. Auch dies ist wahrscheinlich durch den extrem mäandernden Jetstream, also die veränderte atmosphärische Zirkulation bewirkt. Was für den Sommer nichts Gutes erwarten lässt, nämlich eine Rekordeisschmelze.

Beim Arktischen Meereis  gab es 2016 einen neuen Minusrekord bei der winterlichen Eisbedeckung, mit vielfach noch dünnerem Eis als im bisherigen Rekordjahr 2012, was auch hier für den Sommer  Schlimmes befürchten lässt. Wissenschaftler des Alfred-Wegener-Instituts befürchten einen massiven Abtransport von mehrjährigem Packeis in den Nordatlantik und ein neues Rekordminimum.

Die Meereisbedeckung hat aber auch im Süden dramatisch  abgenommen, wobei auch hier verstärkt Warmlufteinbrüche beobachtet wurden, die die Eischmelze beschleunigten.

Die globale Meereisbedeckung lag im November 2016 insgesamt vier Millionen km² unter dem langjährigen Mittel, was natürlich ein neuer Minusrekord ist.

Das heißt, eine Fläche von der Größe der EU ist nun nicht mehr mit Eis bedeckt, wodurch aufgrund der veränderten Albedo (Wärmerückstrahlung), der Erde zusätzlich eingeheizt wird.

Grönland und die Westantarktis, aber auch die Ostantarktis scheinen zunehmend instabil.

Aber auch, wenn die Beschleunigung der Schmelzprozesse „nur“ im selben Tempo weiterginge, und absehbare Kippprozesse gar nicht einbezogen werden, kann man sich ausrechnen (exponentielles Wachstum), wann die Eisschilde abgeschmolzen sein werden, nämlich möglicherweise nicht erst in ein paar tausend Jahren,  sondern sehr viel früher.

 

Jürgen Tallig        2016/2017                                                     tall.j@web.de

 

Der Artikel wurde erstmals im September 2016 auf der Web- Seite der Ökologischen Plattform und im Dezember 2016 in der Umweltzeitschrift „Libell“ veröffentlicht.

Literatur:

·         Nicolaus, M., Hendricks, St., Der Arktis droht ein Meereisverlust wie im Negativrekordjahr 2012, Pressemitteilung des AWI, 21.04.2016

·         WMO-Statement on the State of the Global Climate in 2016

·         IPCC, 5. Sachstandsbericht, Teilbericht 1 (klick), 2013

·         Semenov, V. „Arctic warming favours extremes“ (klick), Nature Climate Change 2, 315–316, (2012)

·         Schimanke, S., „Plötzliche Stratosphärenerwärmungen: Langfristige Variabilität sowie zukünftige Trends“, Diss. 2011

·         Tallig, J. Vom Wetter zum Unwetter , 2013;

·         „Vom Unwetter zur Katastrophe“, 2014 in Umwelt aktuell und tarantel

·          „Das System Erde ist aus der Balance“ Umwelt aktuell  12.2014

·         Horton/ Rahmstorf e.a., „Expert assessment of sea-level rise by AD 2100 and AD 2300“ (klick), 2013

·         “Mehr Wetterextreme durch Aufschaukeln riesiger Wellen in der Atmosphäre” (klick); Pressemitteilung des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung 12.08.14

·         Zhang, X., et al. “Recent radical shifts of atmospheric circulations and rapid changes in Arctic climate system” (klick), 2008

·         Wu, Lixin, et al., „Enhanced warming over the global subtropical western boundary currents“ (klick); „Nature Climate Change”, 2, 161–166, (2012)

·         Stefan Rahmstorf: “Westantarktis überschreitet den Kipppunkt (klick)”, 2014







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