Jetstream verschoben: Studie enthüllt die Ursache – doch ab den 2050ern könnte sich der Trend drehen

Der sommerliche Nordatlantik-Jetstream beeinflusst die Zugbahnen extremer Wettersysteme, Temperatur- und Niederschlagsextreme sowie die Sicherheit des Flugverkehrs.

Eine in Science Advances veröffentlichte Studie untersucht, weshalb sich sein östlicher Abschnitt zwischen 1980 und 2019 deutlich äquatorwärts verlagerte.

Dafür bestimmten die Forschenden die geografische Breite des stärksten Westwindes auf 250 Hektopascal über dem östlichen Nordatlantik zwischen 45 Grad West und dem Nullmeridian.

Drei Reanalysen ergaben übereinstimmende Trends zwischen minus 1,00 und minus 1,08 Breitengraden pro Jahrzehnt. Der Mittelwert betrug statistisch signifikante minus 1,05 Grad pro Jahrzehnt.

Äußere Antriebe erklären den Trend nicht

Zur Ursachenbestimmung verglich das Forschungsteam die aufbereiteten Beobachtungsdaten mit zahlreichen Klimamodellsimulationen.

Diese stammen aus DAMIP, einem Teilbereich von CMIP6:

CMIP6 ist ein internationales Forschungsprogramm, in dem weltweit entwickelte Klimamodelle nach gemeinsamen Vorgaben berechnet und miteinander verglichen werden. So können Forschende prüfen, wie unterschiedlich die Modelle auf bestimmte Einflüsse reagieren. Die Ergebnisse fließen auch in die wissenschaftlichen Grundlagenberichte des Weltklimarates IPCC ein.

DAMIP untersucht innerhalb dieses Programms, welchen Anteil äußere Einflüsse und natürliche Schwankungen des Klimasystems an beobachteten Veränderungen haben.

Die Forschenden betrachteten zunächst alle äußeren Einflüsse gemeinsam. Danach untersuchten sie die Wirkungen von Treibhausgasen, menschengemachten Aerosolen sowie natürlichen Faktoren wie Veränderungen der Sonnenaktivität und Vulkanausbrüchen getrennt.

Die Mittelwerte dieser Simulationen bildeten die beobachtete Verlagerung des Jetstreams nach Süden nicht ab.

Unter dem gemeinsamen Einfluss aller äußeren Faktoren verschob sich der Jetstream im Mittel sogar leicht nach Norden – um 0,17 Breitengrade pro Jahrzehnt. Auch die getrennt untersuchten Einflüsse führten jeweils nur zu geringen Veränderungen.

Die einzelnen Modellläufe unterschieden sich jedoch deutlich. Deshalb wiederholte das Team die Berechnungen mit demselben Klimamodell unter verschiedenen Anfangsbedingungen. So ließ sich der Einfluss natürlicher Klimaschwankungen genauer bestimmen.

Interne Variabilität im Großensemble

Anschließend analysierten die Forschenden das aus 100 Läufen bestehende Max-Planck-Institut-Grand-Ensemble. Alle Simulationen verwendeten dasselbe Modell und dieselben äußeren Antriebe, unterschieden sich jedoch in ihren Anfangsbedingungen.

Die durch interne Variabilität entstandenen Trends reichten von minus 0,9 bis plus 1,0 Grad pro Jahrzehnt. Vier weitere Großensembles lieferten vergleichbare Ergebnisse.

Das nordatlantische Erwärmungsloch

Als entscheidenden Faktor nennt die Studie die über mehrere Jahrzehnte erfolgte Verstärkung des North Atlantic Warming Hole.

Es liegt im Nordatlantik südöstlich von Grönland. Dort ist die Meeresoberfläche im Vergleich zu den umliegenden Gebieten kälter beziehungsweise hat sich weniger stark erwärmt. Das Muster besitzt einen langfristigen und einen über Jahrzehnte schwankenden Anteil. Seine Entstehung wird unter anderem mit Veränderungen der Atlantischen Umwälzströmung sowie mit Wechselwirkungen zwischen Ozean und Atmosphäre verbunden.

Die Studie untersucht welche Auswirkungen seine jüngste, vor allem durch interne Klimavariabilität geprägte Verstärkung auf den Jetstream hatte:

• Diese Temperaturunterschiede veränderten den Wärmeaustausch zwischen Ozean und Atmosphäre.
  
• Dadurch verschoben sich auch die Temperatur- und Windverhältnisse in der darüberliegenden Luft.
• Über den thermischen Wind und atmosphärische Wellen verlagerte sich der sommerliche Jetstream nach Süden.

Künftiges Signal unter hohen Emissionen

Für den Blick in die Zukunft nutzte das Forschungsteam 36 Klimamodelle aus dem internationalen Modellvergleich CMIP6. Die Forschenden berechneten die Entwicklung des sommerlichen Nordatlantik-Jetstreams unter zwei verschiedenen Emissionspfaden.

SSP2-4.5 steht in der Studie für einen emissionsärmeren Entwicklungspfad. SSP5-8.5 beschreibt dagegen eine Zukunft mit hohen Treibhausgasemissionen.

Beim emissionsärmeren Pfad SSP2-4.5 ergaben die Modelle kein einheitliches Bild:

Zwar veränderte sich die Lage des Jetstreams, doch diese Veränderungen blieben innerhalb der natürlichen Schwankungsbreite.

Anders fiel das Ergebnis unter SSP5-8.5 aus:

Bei hohen Treibhausgasemissionen berechneten die Modelle eine Verschiebung des sommerlichen Jetstreams nach Norden.

Entscheidend war für die Forschenden jedoch nicht nur die Richtung. Sie wollten auch wissen, wann diese Verschiebung so deutlich wird, dass sie sich nicht mehr allein mit natürlichen Klimaschwankungen erklären lässt.

Um diesen Zeitpunkt zu bestimmen, betrachteten sie die Entwicklung des Jetstreams jeweils über einen Zeitraum von 20 Jahren. Als Vergleich verwendeten sie 500 Jahre lange Modellläufe mit konstanten vorindustriellen Klimabedingungen. Da sich die äußeren Einflüsse in diesen Kontrollsimulationen nicht verändern, zeigen die Berechnungen, wie stark die Lage des Jetstreams allein aufgrund interner Klimavariabilität schwanken kann.

Die Forschenden untersuchten außerdem, wann diese Nordverlagerung stärker wird als die natürlichen Schwankungen und anschließend dauerhaft außerhalb dieser Bandbreite bleibt.

Diesen Zeitpunkt bezeichnet die Studie als „Time of Emergence“ – den Moment, an dem das von äußeren Klimaantrieben verursachte Signal deutlich hervortritt.

Dafür verglich das Team die über jeweils 20 Jahre gemittelte Jetstreamentwicklung mit 500 Jahre langen Kontrollsimulationen unter konstanten vorindustriellen Klimabedingungen.

Der Median der 36 Modellergebnisse liegt nach 2059. Bei der mittleren Hälfte der Modelle tritt das Signal zwischen 2049 und 2077 hervor.

Die Studie zeigt damit:

Die bisherige Südverlagerung lag noch innerhalb der natürlichen Klimavariabilität. Unter hohen Treibhausgasemissionen könnte die berechnete Nordverlagerung jedoch etwa ab den 2050er-Jahren dauerhaft über diese natürliche Schwankungsbreite hinausgehen.