Vor acht Tagen regnete es über dem westlichen Pazifik bei Japan. Es gab nichts besonders Bemerkenswertes an diesem Regenereignis, dennoch schlug es zweimal große Wellen.
Zuerst störte es die Atmosphäre genau in der richtigen Weise, um eine Wellenbewegung im Jetstream – einem Fluss sehr starker Winde in der oberen Atmosphäre – auszulösen, die Atmosphärenforscher als Rossby-Welle (oder planetarische Welle) bezeichnen. Die Welle wurde dann vom Jetstream ostwärts in Richtung Nordamerika gelenkt.
Auf dem Weg dorthin verstärkte sich die Welle, bis sie brach, so wie es eine Meereswelle tut, wenn sie sich dem Ufer nähert. Als die Welle brach, entstand ein Hochdruckgebiet, das seit einer Woche stationär über dem nordamerikanischen Nordwesten liegt.
Hier schlug unser harmloses Regenereignis erneut Wellen: Das eingeschlossene Hochdruckgebiet löste eine der außergewöhnlichsten Hitzewellen aus, die wir je gesehen haben, und brach Temperaturrekorde im pazifischen Nordwesten der USA und im westlichen Kanada bis hin zur Arktis. Lytton in British Columbia erreichte in dieser Woche 49,6℃, bevor es zu einem verheerenden Flächenbrand kam.
Was macht eine Hitzewelle aus?
Während diese Hitzewelle in vielerlei Hinsicht außergewöhnlich war, folgte ihre Entstehung und Entwicklung einer bekannten Abfolge von Ereignissen, die Hitzewellen erzeugen.
Hitzewellen treten auf, wenn in Bodennähe ein hoher Luftdruck herrscht. Der hohe Druck ist eine Folge des Absinkens der Luft in der Atmosphäre. Während die Luft absinkt, erhöht sich der Druck, wodurch die Luft komprimiert und aufgeheizt wird, genau wie in einer Fahrradpumpe.
Sinkende Luft hat einen großen Erwärmungseffekt: Pro 100 Meter, die die Luft nach unten gedrückt wird, steigt die Temperatur um 1 Grad.
Durch die Hitzewelle in Nordamerika haben sich Brände über die Landschaft ausgebreitet. NASA
Hochdrucksysteme sind ein fester Bestandteil einer atmosphärischen Rossby-Welle, und sie wandern mit der Welle mit. Hitzewellen treten auf, wenn sich die Hochdrucksysteme nicht mehr bewegen und eine bestimmte Region über einen längeren Zeitraum beeinflussen.
Wenn dies geschieht, kann die Erwärmung der Luft allein durch das Absinken weiter verstärkt werden, indem der Boden die Luft erwärmt – was besonders stark ist, wenn der Boden bereits trocken war. Im Nordwesten der USA und im Westen Kanadas werden Hitzewellen durch die Erwärmung verstärkt, die durch das Absinken der Luft nach Überquerung der Rocky Mountains entsteht.
Wie Rossby-Wellen das Wetter bestimmen
Bleiben zwei Fragen: Was macht ein Hochdrucksystem aus und warum hört es auf, sich zu bewegen?
Wie wir bereits erwähnt haben, ist ein Hochdrucksystem normalerweise Teil einer bestimmten Art von Welle in der Atmosphäre – einer Rossby-Welle. Diese Wellen sind sehr häufig und sie bilden sich, wenn Luft durch Berge, andere Wettersysteme oder große Regengebiete nach Norden oder Süden verdrängt wird.
Rossby-Wellen sind die Haupttreiber des Wetters außerhalb der Tropen, einschließlich des wechselhaften Wetters in der südlichen Hälfte von Australien. Gelegentlich werden die Wellen so groß, dass sie auf sich selbst kippen und brechen. Das Brechen der Wellen ist maßgeblich daran beteiligt, dass sie stationär werden.
Wichtig ist, dass die Keimzellen für die Rossby-Wellen, die Hitzewellen auslösen, wie bei dem jüngsten Ereignis mehrere Tausend Kilometer westlich von ihrem Standort liegen. Für den Nordwesten Amerikas ist das also der westliche Pazifik. Australische Hitzewellen werden typischerweise durch Ereignisse im Atlantik, westlich von Afrika, ausgelöst.
Ein weiteres wichtiges Merkmal von Hitzewellen ist, dass sie oft von hohen Niederschlägen in der Nähe des Äquators begleitet werden. Wenn der Südosten Australiens Hitzewellen erlebt, kommt es im Norden Australiens oft zu Regen. Diese Regenereignisse sind nicht nur Begleiterscheinungen, sondern sie verstärken und verlängern Hitzewellen aktiv.
Was wird der Klimawandel für Hitzewellen bedeuten?
Das Verständnis der Mechanismen, die Hitzewellen verursachen, ist sehr wichtig, wenn wir wissen wollen, wie sie sich verändern könnten, wenn der Planet heißer wird.
Wir wissen, dass der Anstieg des Kohlendioxids in der Atmosphäre die durchschnittliche Oberflächentemperatur der Erde erhöht. Doch während diese durchschnittliche Erwärmung den Hintergrund für Hitzewellen bildet, werden die extrem hohen Temperaturen durch die Bewegungen der Atmosphäre erzeugt, über die wir bereits gesprochen haben.
Um also zu wissen, wie sich Hitzewellen mit der Erwärmung unseres Planeten verändern werden, müssen wir wissen, wie das sich verändernde Klima die Wetterereignisse beeinflusst, die sie hervorrufen. Das ist eine viel schwierigere Frage als die Veränderung der globalen Durchschnittstemperatur zu kennen.
Wie werden sich Ereignisse, die Rossby-Wellen erzeugen, verändern? Wie werden sich die Jetstreams verändern? Werden mehr Wellen groß genug werden, um zu brechen? Werden Hochdrucksysteme länger an einem Ort bleiben? Werden die damit verbundenen Niederschläge intensiver werden, und wie könnte sich das auf die Hitzewellen selbst auswirken?
Unsere Antworten auf diese Fragen sind bisher eher rudimentär. Das liegt vor allem daran, dass einige der beteiligten Schlüsselprozesse zu detailliert sind, um sie in aktuellen großräumigen Klimamodellen explizit zu berücksichtigen.
Die Klimamodelle sind sich einig, dass die globale Erwärmung die Position und Stärke der Jetstreams verändern wird. Uneinig sind sich die Modelle jedoch darüber, was mit den Rossby-Wellen passieren wird.
Vom Klimawandel zum Wetterwechsel
Eines wissen wir mit Sicherheit: Wir müssen besser verstehen, wie sich das Wetter mit der Erwärmung unseres Planeten verändert, denn das Wetter hat den größten Einfluss auf Menschen und natürliche Systeme.
Um dies zu erreichen, müssen wir Computermodelle des Weltklimas erstellen, die explizit einige der feinen Details des Wetters einbeziehen. Dies wiederum erfordert Investitionen in riesige Mengen an Rechenleistung für Werkzeuge wie unser nationales Klimamodell, den Australian Community Climate and Earth System Simulator (ACCESS), und die Rechen- und Modellierungsinfrastrukturprojekte der National Collaborative Research Infrastructure Strategy (NCRIS), die es unterstützen.
Wir werden auch die künstlichen Grenzen zwischen Wetter und Klima aufbrechen müssen, die in unserer Forschung, unserer Ausbildung und unserer öffentlichen Diskussion bestehen.
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Dieser Artikel wurde von The Conversation unter einer Creative-Commons-Lizenz neu veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.