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Wolken beeinflussen Jet-Streams im Klimawandel

Klimamodelle zeigen starken Einfluss von Wolken auf zukünftige Zirkulationsänderungen und regionalen Klimawandel

Jet-Streams sind globale Bänder starker Westwinde in den mittleren Breiten. Ihretwegen sind beispielsweise Flüge in östlicher Richtung spürbar kürzer als Flüge gen Westen. Für die Wetter- und Klimaforschung sind Jet-Streams besonders wichtig: Sie bestimmen maßgeblich das regionale Wetter und Klima, indem sie die Zugbahnen außertropischer Stürme vorgeben. Der Klimawandel wird die Position und Intensität der Jet-Streams verändern, und damit auch die Häufigkeit und das Auftreten von besonders starken und schadensreichen Stürmen außertropischen Ursprungs. Die Antwort der Jet-Streams auf den Klimawandel hängt von verschiedenen Faktoren, wie beispielsweise der Temperatur und Feuchte der Atmosphäre, ab. Ein weiterer wichtiger Faktor, der die Antwort der Jet-Streams beeinflusst, ist die Änderung von Wolken und ihren Strahlungseigenschaften. Die Rolle der Wolken wird in der Nachwuchgruppe von Dr. Aiko Voigt untersucht, die vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert wird.

Wolken reflektieren Sonnenstrahlung und nehmen die von der Erdoberfläche kommende Wärmestrahlung auf. Dadurch wirkt sich ihr Vorkommen direkt auf den Strahlungshaushalt der Erde und die Temperatur der Atmosphäre aus. Der Effekt von Wolkenänderungen auf die Klimawandelantwort der Jet-Streams der mittleren Breiten wurde für verschiedene Ozeanbecken und Jahreszeiten mithilfe des deutschen Wetter- und Klimamodells ICON untersucht. Hierzu wurde die spezielle Modellierungstechnik des „Cloud Locking“ genutzt, um den Einfluss von Wolkenänderungen auf die Veränderungen der Jet-Streams im Klimawandel zu isolieren. Die Ergebnisse sind in Abb.1 zusammengefasst und zeigen, dass im Jahresmittel etwa ein bis zwei Drittel der polwärtigen Verschiebung der Jet-Streams über dem Nordatlantik, Nordpazifik und südlichen Ozean sowie die Jet-Streamverstärkung über dem Nordatlantik und dem südlichen Ozean auf Wolken zurückgehen. In einigen Regionen und Jahreszeiten können die Wolkenänderungen sogar einen Großteil der Jet-Streamverschiebung ausmachen. Im ICON Modell tragen Wolkenänderungen in allen Regionen der Erde zu der Jet-Streamverschiebung bei, wohingegen hauptsächlich Wolkenänderungen in den Tropen zu einer Verstärkung der Jet-Streams im Klimawandel führen. Ein Vergleich des ICON Modells mit den globalen Klimamodellen MPI-ESM und IPSL-CM5A hat darüberhinaus gezeigt, dass der Wolkeneinfluss in Modellen verschieden stark ausgeprägt ist.

Wolken gehören zu den größten Unsicherheitsfaktoren in Klimamodellen. Damit können die neuen Ergebnisse helfen, das Verhalten der Jet-Streams besser zu verstehen und in Zukunft genauer vorhersagen zu können.

Abb. 1: Windänderungen als Folge des Klimawandels im Jahresmittel als Gesamtänderung (links) sowie den Anteil von globalen Wolkenänderungen (rechts oben) und von tropischen Wolkenänderungen (rechts unten). Die Westwindbänder im Bereich der aktuellen Jet-Streams (schwarze Linien) werden stärker und verlagern sich sichtbar polwärts.

BMBF Nachwuchsgruppe „Clouds and Storm Tracks“, M.Sc. Nicole Albern und Dr. Aiko Voigt.

Mehr Informationen:

Albern, N., A. Voigt and J. G. Pinto (2019a): Cloud‐radiative impact on the regional responses of the midlatitude jet streams and storm tracks to global warming. Journal of Advances in Modeling Earth Systems, 11, 1940–1958. https://doi.org/10.1029/2018MS001592

Albern, N., A. Voigt, D. W. J. Thompson and J. G. Pinto (2019b): The role of tropical, midlatitude and polar cloud-radiative changes for the regional response of the midlatitude jet streams to global warming, in preparation.

Voigt, A., N. Albern and G. Papavasileiou (2019): The atmospheric pathway of the cloud-radiative impact on the circulation response to gobal warming: important and uncertain, Journal of Climate, 32, 3051-3067.