QBO – rätselhafte Schwingungen aus der Stratosphäre beeinflussen das Wetter
Unser Wetter spielt sich weitgehend – je nach Breitengrad und Jahreszeit - in den untersten 7 bis 17 km der Atmosphäre ab. Hier, in der Troposphäre, ist fast das gesamte, in der Luft vorhandene Wasser vorhanden, das der Baustein der Wolken und des Regens und damit der meisten sichtbaren Wetterprozesse ist. Aber auch die oberen Luftschichten tragen zum Wetterablauf entscheiden bei. Ein Umstand, der lange Zeit wenig Berücksichtigung fand.
Wir schreiben das Jahr 1883. Am 27. August kam es in der Sundastraße zwischen den indonesischen Inseln Sumatra und Java zu einem gewaltigen Vulkanausbruch. Die gewaltige Eruption des Krakataus sollte vielfältig in die Geschichte eingehen. Meteorologisch war ein Aspekt – neben u.a. den farbigen Sonnenunter- und -aufgängen – dass man die nachfolgend Vulkanasche, die bei dem gewaltigen Ausbruch bis in die Stratosphäre geschleudert wurde, mit dem Auge verfolgen konnte. Eine Erkenntnis war, dass die Asche sich von Ost nach West verteilte. Man hatte es damit also in der Höhe über dem Äquator mit Ostwinden zu tun. Man dachte daher, dass in den Höhen Ostwinde generell vorherrschten. Als man aber nun 1908 einen Wetterballon stiegen ließ und dieser in der Stratosphäre westliche Winde anzeigte, war die Verwirrung da. Erst 1950 entdeckten Wissenschaftler vom englischen Wetterdienst, dass es sich um einen wiederkehrenden Wechsel zwischen westlichen und östlichen Winden handelt.
If you think of the stratospheric Quasi-biennial Oscillation as the heartbeat of the atmosphere, in the last 4 years it's been having a serious arrhythmia. #QBO pic.twitter.com/RV4i5qdreJ
— Dr. Amy H Butler (@DrAHButler) August 17, 2020
Nach weiteren – nunmehr gezielten - Forschungen stellte sich heraus, dass es sich um eine mehr oder weniger regelmäßige Schwingung der Winde in der Stratosphäre über dem Äquator handelt, wobei die Schwingungsdauer – also einmal vom Ostwind zum Westwind und wieder zurück – im Mittel etwa 28 bis 29 Monate oder sehr grob gerundet zwei Jahre dauert. Daher gab man diesem Phänomen auch den Namen „Quasi-zweijährige Schwingung“, oder eben im Englischen ‚Quasi-Biennial Oscillation‘, abgekürzt QBO.
Wie funktioniert die Quasi-zweijährige Schwingung?
Dabei entwickeln sich die wechselnden Windregime am oberen Ende der unteren Stratosphäre und breiten sich mit etwa 1 km pro Monat nach unten aus, bis sie sich in der tropischen Tropopause (also beim Übergang zwischen Stratosphäre zur Troposphäre) auflösen.
Als Grund für diese Schwingung bzw. die Erzeugung der Winde werden Wellen angesehen, die aus den unteren Luftschichten in die Stratosphäre aufsteigen und vorher von kräftigen tropischen Wettersystemen angeregt werden. Diese Wellen brechen dann (wie Wasserwellen) schließlich in der dünnen Stratosphäre und liefern eine Kraft, die den jeweiligen Wind hervorruft und das Windfeld dann mit der Zeit absinken lässt. Sobald das Windfeld unten die Tropopause erreichen, beginnt oben wieder das nächste von einer brechenden Welle erzeigte Windfeld, dass nun die entgegengesetzte (Wind-)Richtung aufweise seine Reise abwärts. Es dauert dabei eben ungefähr 14 Monate, bis jede Umkehrung eintritt.
Einfluss auf unser Wettergeschehen
Was sind nun aber die für das Wettergeschehen relevanten Folgen dieser Windumkehr?
Man hat herausgefunden, dass die QBO den atlantischen Jetstream beeinflusst. Je Windrichtung in der unteren äquatorialen Stratosphäre verstärkt sich der Jetstream oder er weht schwächer. Bei westlichen Höhenwinden ist der Jetstream auch in der Regel kräftiger. Dadurch steigt dann beispielsweise die Wahrscheinlichkeit, dass der Winter milder ist, es häufiger zu Winterstürmen kommt und es ergiebigere Regenfälle gibt.
Bei einer östlichen QBO ist der Jetstream eher schwächer ausgeprägt, es kommt häufiger zu einer sogenannten plötzlichen Stratosphärenerwärmung und in Nordeuropa sind in der Regel die Winter kälter.
Außerdem zeigt sich ein Zusammenhang zwischen der Phase der QBO und der Hurrikanhäufigkeit im Atlantik.
Jetzt könnte man natürlich die QBO für einen gewisse Langfristprognosetrend nutzen, aber leider ist die Oszillation nicht wirklich zeitlich konstant. Sie schwankt hinsichtlich ihrer Schwingungsdauer und teilweise kann sie – wie 2016 – sogar ganz ausbleiben. Damit zeigt sich letztendlich, dass die QBO noch einige Rätsel parat hat und noch ein weiter Weg auf dem Pfad der Erkenntnis vor uns liegt. Aber zumindest haben wir auch schon einige vielversprechende Zwischenschritte erreicht.