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Anomalie im Polarwirbel

Ungewöhnlich starke Abschwächung des Vortex erklärt Schneefälle und Kälte

Polarwirbel
In den letzten Wochen hat sich der Polarwirbel aufgeteilt und seine Windrichtung teilweise umgekehrt (blau) © University of Bath/ C. Wright

Schnee in Spanien, Eiseskälte in Nordamerika: Schuld an den Wetterkapriolen der letzten Wochen ist eine außergewöhnliche Störung des Polarwirbels, wie Satellitenmessungen enthüllen. Bei diesem „Berliner Ereignis“ erwärmt sich die polare Stratosphäre abrupt um Dutzende Grad. Dadurch bricht die Windbarriere zusammen, die normalerweise die arktische Luft von den mittleren Breiten fernhält. Kalte Luft kann dann weit nach Süden vordringen.

Es scheint paradox: Trotz globaler Klimaerwärmung kommt es in den letzten Jahren immer wieder zu ungewöhnlich starken winterlichen Kälteeinbrüchen. Arktische Luft dringt dabei weiter als sonst in die mittleren Breiten Europas und Nordamerikas vor. In den letzten Wochen führte dies zu heftigen Schneefällen in vielen Teilen Europas bis nach Spanien hinein. Zurzeit kommt es vor allem im Nordosten der USA s zu einem Kälteeinbruch.

Polarwirbel
Die Animation zeigt die Veränderungen des Polarwirbels vom 1. Dezember 2020 bis zum 1. Februar 2021.© University of Bath/ C. Wright

Polarwirbel unter Beobachtung

Aber warum? Normalerweise ist die arktische Polarluft von einer Windbarriere eingegrenzt. Dieser im Winter besonders ausgeprägte Polarwirbel reicht bis an den Rand der Stratosphäre und hindert die polare Kaltluft daran, in mittlere Breiten vorzudringen. Zu manchen Zeiten kann sich der polare Vortex aber abschwächen und so stark ausbeulen, dass arktische Luft zu uns gelangt und es zu Kälteeinbrüchen in den mittleren Breiten kommt. So weit, so normal.

Doch in diesem Jahr gehen die Polarwirbel-Kapriolen über das normale Maß hinaus, wie nun Messdaten des Aeolus-Satelliten der ESA belegen. Dieser Satellit ist der erste, der die polaren Winde aus dem Orbit heraus direkt messen kann. Dafür schickt er Pulse von UV-Laserstrahlen nach unten und misst die von den bewegten Luftteilchen zurückgestreuten Strahlen. An der Verschiebung der Frequenz und weiterer Merkmale  lässt sich dabei die Geschwindigkeit der Winde ablesen.

Zudem erlauben die Messdaten Rückschlüsse auf die Temperatur der unteren Stratosphäre – einem Höhenbereich, der für den Polarwirbel entscheidend ist.

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Umgekehrte Winde und zerfallener Vortex

Die aktuellen Analysen zeigen: Seit Mitte Dezember 2020 hat sich der Polarwirbel ungewöhnlich stark abgeschwächt. „Wir beobachten zurzeit ein Ereignis, bei dem der Polarwirbel in zwei Teile aufgespalten ist – eine Luftmasse kreist über dem Nordatlantik und eine über dem Nordpazifik“, erklärt Anne Grete Straume von der ESA. Gleichzeitig hat sich Windrichtung in weiten Bereichen des Polarwirbels komplett umgekehrt – von West nach Ost.

Ursache dieser Anomalie ist ein sogenanntes „Berliner Phänomen„. Bei diesem ursprünglich seltenen Wetterereignis steigen die Temperaturen der polaren Stratosphäre in kurzer Zeit um bis zu 50 Grad. Dadurch verringert sich der Gegensatz zwischen der Arktis und den weiter südlich liegenden Regionen und damit bricht der „Motor“ des Polarwirbels zusammen. „Dank Aeolus können wir ein solches Ereignis erstmals direkt verfolgen“, sagt Corwin Wright von der University of Bath.

Ist der Klimawandel schuld?

Das Interessante daran: Schon vor einigen Jahren haben Wissenschaftler festgestellt, dass Abschwächungen des Polarwirbels und auch die selteneren Berliner Ereignisse häufiger werden. Eine wahrscheinliche Ursache dafür ist der Schwund des arktischen Meereises und die zunehmende Erwärmung des Nordatlantik. Denn Modellen zufolge fördert der damit verbundene Wärmeeinstrom in die Atmosphäre die plötzliche Stratosphären-Erwärmung.

„Wir wollen daher besser verstehen, ob und inwieweit der Klimawandel dieses polare Wetterphänomen verstärkt“, sagt Straume. „Noch ist es zu früh, um aus unseren Aeolus-Daten konkrete Schlüsse zu ziehen. Aber Forschungen laufen bereits dazu, warum diese plötzliche Stratosphären-Erwärmung manchmal so extrem ausfällt.“

Quelle: European Space Agency (ESA)

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