Wetterwechsel Klimawandel Weblog

Archive for Juni 2008

Die aktuelle Gewitterlage – ein Hinweis auf den Klimawandel?

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Latif steht angesichts der derzeitigen Gewitter- Lage sicherlich schon wieder in den Startlöchern…….


Wetterlage am 27. Juni 2008 um 16:00 Uht UTC: Über dem Balkan, Griechenland, Italien und der Türkei sind mächtige Gewitterwolken (Gewitterzellen zu erkennen. Eindrucksvoll auch ein Tiefdruckwirbel mit ausgeprägtem Frontensystem über dem Nordatlantik, westlich der Britischen Inseln. Die Höheströmung hat inzwischen von einem meridionalen zu einem  zonalen Muster gewechselt. Quelle: http://www.metoffice.gov.uk/

… aber: Nicht der Klimawandel, sondern die Wetterlage und das Strömungsmuster bestimmen das Wetter!

Es sind die Temperaturgegensätze, hervorgerufen durch eine vorangegangene recht meridionale Höhenströmung (meridional= parallel zu einem Längenkreis, Gegensatz: zonal=breitenkreisparallel), die für die derzeitige Unwetter- trächtige Lage verantwortlich sind. Im dauernden Wechsel zwischen subtropischer Warmluft und subarktischer Kaltluft entstehen immer wieder kräftige Fronten, die dann ein sehr großen Gewitter- Potential haben. Dies ist bei einer meridionalen Strömung nicht ungewöhnlich, dafür gibt es in der Geschichte reichlich Beispiele. Insgesamt bedeutes das dann immer deutliche Gegensätze: Trockenheit in Kalifornien steht dem vielen Regen im Mittleren Westen der USA gegenüber. Während der Trockenheit in Skandinavien im Mai regnete es in Spanien viel. Solche Wetterlagen sind immer ein gefundenen Fressen für die Medien. „ist das noch normal?“ wird dann immer gefragt. Die Antwort ist ein klares JA. Denn das einzig „Normale“ beim Wetter ist das Un-Normale!

Wolfram von Juterczenka

Jahrgang 1952; hatte von Kindesbeinen an großes Interesse an den Vorgängen am Himmel. Nach 4 Semester Studium der Meteorologie, wandte er sich dem Studium der  Geschichtswissenschaften zu, das er mit einer Magisterarbeit abschloß. Der Autor unterhält ein umfangreiches historisches Wetterarchiv mit sehr vielen Daten und Presseartikel, die bis in die 50er Jahre zurückreichen. Er verfasste auch eine Chronologie der Wetterereignisse des 20. Jahrhunderts. Seit 1982 ist er Archivar und Dokumentar bei der Deutschen Welle in Bonn.

Einen genaueren Einblick in seine historische Wetterforschung gibt der Gastautor mit seinem sehr interessanten Internetauftritt: http://www.wetterklimafakten.eu

Gastbeiträge geben nur die persönlichen Ansichten der Autoren wieder und stehen nicht unbedingt für die Positionen des Herausgebers des Wetterwechsel Klimawandel Weblogs!

Weitere Beiträge zum Thema: Unwetter und Klimawandel (siehe unter Wetternotizen)

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Written by jenschristianheuer

27 Juni, 2008 at 16:56 pm

Der Klimareport des NIPCC

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Das Nongovernmental International Panel on Climate Change (Internationale Nichtregierungskommission zum Klimawandel, NIPCC) veröffentlichte im März 2008 einen Klimareport der zu ganz anderen Ergebnissen kommt als der offizielle Bericht des Weltklimarates, des International Panel on Climate Change (Internationale Regierungskomission zum Klimawandel, IPCC) aus dem Jahre 2007.Einer der führenden Köpfe des schonim Jahre 2003 von klimaskeptischen Wissenschaftlern aus den Vereinigten Staaten und Europa gegründeten NIPCC, der amerikanische Atmosphärenphysiker Prof. Fred. Singerfasste das Ergebnis des neuen Klimareports in einem Satz zusammen: „Die Natur und nicht der Mensch beherrscht das Klima!“. Der Einfluss des Menschen auf das Klima ist danach äußerst gering und darf vernachlässigt werden. Sämtliche beschlossenen oder geforderten Klimaschutzmaßnahmen sind daher rausgeschmissenes Geld und schaden nur der wirtschaftlichen Entwicklung.Der Klimawandel ist natürlich und unaufhaltsam. Eine gute Politik hilft deshalb den Menschen dabei, sich an den unvermeidlichen Klimawandel anzupassen. Die Aussagen des NIPCC beruhen nur zu einem geringen Teilauf eigener Forschung der beteiligten Wissenschaftler,sondern auf einerNeubewertung der IPCC – Daten. Die wichtigsten Punkte des NIPCC-Klimareports werden nun kurz vorgestellt und besprochen:

1) Einer der entscheidenden Belege („smoking gun“) für eine anthropogene, globale Erwärmung durch den Treibhauseffekt war die  „Hockey-Stick“-Grafik im IPCC Bericht des Jahres 2001. Doch diese Analyse der Temperatur-Daten  war falsch und so voll von statistischen Fehlern, daß sie im IPCC Bericht von 2007  unter vielen anderen Kurven regelrecht versteckt wurde.   

 

Hockey -Stick-Kurve Quelle: IPCC

Kommentar: Diese Kritik scheint grundsätzlich berechtigt. Tatsächlich enthält die Hockey-Stick-Kurve  Fehler, die möglicherweise dazu führen, daß die Temperaturen im mittelalterlichen Klimaoptimum unterschätzt wurden. Andere Temperaturrekonstruktionen der letzten 1000 Jahre, die zumindest nach bisheriger Kenntnis derartige statistischen Fehler nicht enthalten zeigen aber, ähnlich wie die Hockey-Stick-Kurve, einen beispiellosen Temperaturanstieg in den letzten Jahrzehnten.

Die Grundaussage der Hockey-Stick-Kurve scheint also doch zu stimmen.

  

Temperaturrekonstruktion der letzten 1000 Jahre für die Nordhalbkugel Quelle: IPCC

2) Zur Unterstützung der Argumente für die anthropogene, globale Erwärmung stellt das IPCC eine Korrelation zwischen dem Anstieg der CO2-Emissionen und dem Anstieg der Temperaturen fest.  Aber Korrelation begründet noch lange keine Kausalität.  Historisch gesehen, wie in Eisbohrkernen gemessen, erfolgte der Anstieg des CO2 immer nach dem Temperaturanstieg, also verzögert.  Daher ist das CO2  ganz gewiss nicht die dominierende Kraft der Temperaturveränderung in der Vergangenheit. …

Kommentar: Die Eisbohrkerne zeigen genau das, was die meisten Klimaforscher vorher schon länger erwartet hatten: In der Vergangenheit waren die Treibhausgase nicht das auslösende Moment des Klimawandels, sondern die Milankovich-Zyklen. Die Änderungen bei der Sonneneinstrahlung und damit auch die Veränderungen der globalen Temperatur (oder Temperaturverteilung) aufgrund der Milankovich-Zyklen führen zu Veränderungen bei den Treibhausgaskonzentrationen in der Atmosphäre, die dann wiederum die anfangs kleinen Temperaturänderungen verstärken. So wird z.B. bei einer leichten Erwärmung durch Milankovich, aus den Ozeanen Kohlendioxid in die Atmosphäre freigesetzt, wodurch sich der Treibhauseffekt verstärkt. Nur durch die Vermittlung der Treibhausgase lässt sich das tatsächliche Ausmaß der Temperaturschwankungen zwischen Eis- und Warmzeiten erklären (Rahmstorf). Die Milankovich-Zyklen sind der Taktgeber und die Treibhausgase die Verstärker des Klimawandels! Durch die vom Menschen zusätzlich in die Atmosphäre entlassenen Treibhausgase wird der natürliche Klimawandel  wahrscheinlich übersteuert. 

Stichwort Eisbohrkerne: Eisbohrkerne werden aus Gletschern gewonnen und stellen ein einmaliges Klimaarchiv dar. In Gegenden, wo es kalt und feucht genug für eine Gletscherbildung ist wird der alljährlich fallende Schnee durch die Lagen von in späteren Jahren fallendem Schnee allmählich zusammengepresst und schließlich in Eis verwandelt. Sommerschnee bildet größere Eiskristalle als Winterschnee, so daß Eis-Jahresschichten entstehen, die eine spätere Altersbestimmung des Eises erlauben. Unter günstigen Bedingungen kann man aus Gletschereis kilometertiefe Eisbohrkerne gewinnen, die dann hunderttausende von Jahren in die Vergangenheit zurückreichen. Die Eisbohrkerne enthalten eine Fülle von Informationen über die Klimabedingungen der Vergangenheit. So enthält das Eis Lufteinschlüsse, die die Zusammensetzung der Atmosphäre zum jeweiligen Zeitpunkt verraten. Auch die Temperaturen lassen sich bestimmen, die zum Zeitpunkt herrschten, als der Schnee fiel, der dann später zur jeweiligen Eisschicht zusammengedrückt wurde. Dazu bedient man sich eines besonderen Tricks: Der Sauerstoff im Wassereis kommt in verschiedenen unterschiedlichen Isotopen vor, die zwar chemisch gleich sind, sich im Gewicht aber unterscheiden. Die beiden wichtigsten Varianten sind das leichte O16 – das den Löwenanteil ausmacht – und das schwere O18. Wasser mit der leichteren Form (Isotop O16) verdunstet eher als Wasser mit der schwereren Form (Isotop O18), so daß sich das leichtere Isotop O16 in den als Schnee fallenden Niederschlägen temperaturabhängig anreichern kann. Bei niedrigen Temperaturen verdunstete fast nur Wasser mit O16, bei höheren Temperaturen kam auch immer mehr Wasser mit O18 hinzu. Das O16/O18 – Verhältnis lässt also Rückschlüsse auf die Temperatur zu. Die Stärke der jeweiligen Niederschläge ergibt sich aus dem Dicke der Eisschichten. Auch Staubeinschlüsse lassen Rückschlüsse auf Kalt- oder Warmzeiten zu .In Kaltzeiten ist die Luft staubiger, in Warmzeiten wird der Staub durch die dann häufigeren und stärkeren Niederschläge aus der Luft gewaschen. Die Staubverteilung zeigt dagegen die jeweils vorherrschenden Windrichtungen an. Vulkanausbrüche verraten sich durch eine Ascheschicht in den Eisbohrkernen. 

Stichwort Milankovich-Zyklen: Milankovich-Zyklen sind periodische Veränderungen der Erdumlaufbahn um die Sonne, die durch die Schwerkrafteinwirkung anderer Planeten unseres Sonnensystems verursacht werden. Dadurch ändert sich erstens die Bahn der Erde selbst. Sie ist einmal mehr elliptisch und dann wieder beinahe kreisförmig (hohe und niedrige Exzentrizität). Das hat natürlich Auswirkungen auf die Sonneneinstrahlung. Zweitens ändert sich der Neigungswinkel der Rotationsachse zur Senkrechten auf der Bahnebene, d.h. die Erde neigt sich mal mehr und mal weniger zur Sonne hin. Die Jahreszeiten sind dann mal mehr und mal weniger ausgeprägt. Und drittens taumelt die Erde auf ihrer Bahn um die Sonne wie ein sich drehender Kreisel (Präzession). Dadurch herrscht auf der Nordhalbkugel (Südhalbkugel) einmal Sommer (Winter), wenn die Erde den sonnennächsten Punkt ihrer Bahn erreicht und das andere Mal sind die Rollen von Nord- und Südhalbkugel vertauscht. Die Winter und Sommer auf den Erdhalbkugeln fallen dann jeweils wärmer oder kälter aus.


Quelle: http://www.hamburger-bildungsserver.de

Stichwort Treibhauseffekt: Der Treibhauseffekt kommt dadurch zustande, daß der Erdboden die Strahlung der Sonne absorbiert, in Wärme umwandelt, die Atmosphäre von unten erwärmt, aber einiges von der Wärme auch wieder in den Weltraum abstrahlt (Infrarotstrahlung), wovon die Treibhausgase (Kohlendioxid, Wasserdampf, Methan, Lachgas) wiederum einen Anteil zurückhalten. Die Moleküle der Treibhausgase sind infrarotaktiv und absorbieren bestimmte ausgewählte Wellenlängen der Infrarotstrahlung des Erdbodens – wobei sie in Schwingungen geraten – und geben einen Großteil der empfangenen Energie durch Stöße an die zahlreichen Nachbarmoleküle anderer Atmosphärengase ab, wozu auch die jeweils anderen Treibhausgase gehören. Die Atmosphäre erwärmt sich dabei ein wenig und und die in ihr enthaltenen Treibhausgase entwickeln eine dementsprechende Infrarotstrahlung. Ein Teil  davon gelangt als infrarote Gegenstrahlung wieder zurück zum Erdboden, der dadurch etwas Wärme zurückerhält und so langsamer auskühlt. Der andere Teil der Infrarotstrahlung geht in den Weltraum. Aufgrund der verzögerten Auskühlung erwärmt sich der Erdboden durch die Sonnenstrahlung auf höhere Temperaturen, als wenn es keine Treibhausgase gäbe. Die Erdoberfläche gibt dann dem Temperaturanstieg entsprechend einerseits mehr Infrarotstrahlung – mit den zahlreichen Wellenlängen, die die Treibhausgase nicht absorbieren können (Infrarotfenster) – in den Weltraum ab, andererseits gibt der durch den Treibhauseffekt erwärmte Erdboden seine zusätzliche Wärme von unten an die unteren Luftschichten der Troposphäre weiter, was wiederum die Konvektion (Luftumwälzung) verstärkt. Letztendlich stellt sich  ein neues Strahlungsgleichgewicht auf höherem Temperaturniveau ein. Die Wirkungen der Treibhausgase addieren sich, können sich aber auch gegenseitig überproportional verstärken. Nimmt beispielsweise die Konzentration von Kohlendioxid (CO2) in der Luft zu, so wird es nur ein wenig wärmer. Die wärmere Luft kann jedoch mehr Feuchtigkeit aufnehmen. Wasser (H2O) ist ein wesentlich stärkeres Treibhausgas als Kohlendioxid (CO2). Damit verstärkt das H2O in der Atmosphäre den relativ geringen Treibhauseffekt des CO2 (Wasserdampfverstärkung).

… Von 1940-1975 und erneut seit 1998 hat das CO2 zugenommen, während die Temperatur sank. Dies zeigt, dass die Temperatur von anderen Faktoren beherrscht wurde bzw. beherrscht werden kann.

Kommentar:  Niemals wurde von einem der an den IPCC – Berichten beteiligten Klimaforscher jemals behauptet, das CO2  (oder die anderen Treibhausgase) allein steuerten das Klima! Das gilt sowohl für die Vergangenheit (s.o.) als auch für die Gegenwart. Vielmehr wird von einem Zusammenspiel externer Faktoren wie der Sonne und interner Rückkopplungen des Klimasystems ausgegangen. Bei diesen internen Rückkopplungen spielen die Treibhausgase zwar eine wichtige Rolle, es gibt aber auch andere Mitspieler! Von daher ist es nicht unbedingt überraschend, wenn es vorübergehend zu einer Entkopplung zwischen dem Treibhausgas CO2  und der globalen Durchschnittstemperatur kommt. So war es in den Jahren 1940-1975 und so ist es anscheinend auch wieder seit 1998. Diese vorübergehenden Abkühlungsphasen könnten meines Erachtens die Gegenreaktion des Klimasystems auf die jeweils vorangegange globale Erwärmung sein.

Die globale Durchschnittstemperatur 1850-2007 Quelle: Met Office Hadley Centre

Ein kleines, von mir entwickeltes Szenario sei hier kurz vorgestellt: Die im Verlauf der letzten Jahre überproportionale Erwärmung in der Arktis aufgrund einer Eis-Albedo-Rückkopplung vermindert den Temperatur- und Druckgradienten an der Polarfront. Der Jetstream wird dadurch langsamer und es gibt weniger (und schwächere) Stürme. Der abschwächte Jetstream mäandert deutlich stärker als zuvor, so daß die polare Kaltluft von ihm nicht mehr so gut „eingeschlossen“ wird. Vor allem im Winter kommt es zu gehäuften, (extremen) Kaltluftausbrüchen nach Süden (Kaltlufttröge und Kaltlufttropfen, s.u.). Die mit der Erwärmung einhergehende Eisschmelze in der Arktis verändert darüber hinaus die thermohaline Zirkulation des Golfsstroms: Der nordatlantische Arm wird schwächer und damit kühler, der subtropische Arm dagegen stärker und wärmer. Normalerweise verstärkt das warme Golfstromwasser das Islandtief – durch die erhöhte Wasserverdunstung bekommt es mehr „Treibstoff“ in Form von latenter Wärme – und damit auch das Luftdruckgefälle zwischen Islandtief und Azorenhoch. Die beiden Druckgebilde treiben aber ihrerseits wieder den Jetstream an, indem sie die Polarfront durch Zufuhr von tropischer Warmluft und polarer Kaltluft verstärken. Ein schwächer ausgeprägter Golfstrom im Nordatlantik verlangsamt also  den Jetstream noch mehr und fördert so noch zusätzlich die Kaltluftausbrüche. Diese finden bevorzugt über schnell auskühlenden (kontinentalen) Landmassen wie beispielsweise Zentralasien oder Nordamerika statt, weil dort die Kaltluft am besten vorankommt. Die gehäuften Kaltluftausbrüche führen zu einer starken Eisneubildung in der Arktis, zu sehr heftigen Schneefällen, ja sogar Schneestürmen. Die Eis-Albedo-Rückkopplung sorgt dann für eine weitere Abkühlung. Das wärmere Wasser im subtropischen Arm des Golfstroms begünstigt die Entstehung tropischer Wirbelstürme. Auch Kaltlufttropfen könnten sich zu echten Wirbelstürmen entwickeln, wenn sie weit genug in den Süden gelangen und dort über eine ausreichend warme Wasseroberfläche hinwegziehen. Wirbelstürme wirken wie Kühlmaschinen, indem sie durch ihre starke und hochreichende Wolkenbildung latente Wärme nach oben abtransportieren, wo sie dann im Infraroten in den Weltraum abgestrahlt wird. Nach einiger Zeit schwingt das Pendel in Richtung Erwärmung zurück, denn durch die Abkühlung steigt das Temperatur- und Druckgefälle an der Polarfront wieder. Außerdem bringt die massive Eisneubildung in der Arktis während der vorübergehenden Abkühlung auch die thermohaline Zirkulation des Golfstroms wieder in Schwung, was die Polarfront weiter verstärkt. Dadurch wird der Jetstream wieder schneller, und es entstehen mehr Sturmtiefs, die unter ihren Zugbahnen für milde Wetterverhältnisse sorgen. Der stärkere Jetstream schließt die polare Kaltluft wieder besser ein, so daß Kaltluftausbrüche seltener werden. Das Klima pendelt dann vielleicht zwischen kurzfristiger Abkühlung und weiter zunehmender Erwärmung hin und her. Womöglich wird sich aber letztendlich die Erwärmung durchsetzen. Dabei könnte das Treibhausgas Methan eine entscheidende Rolle spielen. Bei ansteigenden Temperaturen wird es durch den Zerfall von Methanhydraten am Meeresgrund, aber auch durch das Auftauen des Permafrostbodens in der Arktis freigesetzt. Methan wird dann wiederum die globale Erwärmung in einer positiven Rückkopplung verstärken.

Stichwort Eis-Albedo-Rückkopplung: Eis und Schnee sind hell (hohe Albedo), reflektieren sehr gut das Sonnenlicht und wirken daher abkühlend. Eine Zunahme der Schnee- und Eisbedeckung verstärkt also die Abkühlung und diese wieder die Schnee- und Eisbedeckung. Diese positive Rückkopplung funktioniert natürlich auch in umgekehrter Richtung, wenn durch eine Schnee- und Eisschmelze dunklerer Untergrund freigelegt wird, der das Sonnenlicht kaum reflektiert, aber gut absorbiert.

Stichwort Jetstream: Der Jetstream, ein starker Höhenwind entsteht aufgrund des Temperaturunterschieds an der Polarfront, wo tropische Warmluft und polare Kaltluft aneinander grenzen, jeweils auf der Nord- und der Südhalbkugel. Beide Jetstreams bestimmen maßgeblich das Wettergeschehen über großen Teilen ihren Halbkugeln, so etwa auf der Nordhalbkugel bei uns in Europa. Durch den Temperaturunterschied zwischen den beiden Luftmassen entsteht entwickelt sich ein deutliches Luftdruckgefälle, da der Luftdruck mit zunehmender Höhe über dem Erdboden in warmer Luft  deutlich schneller abnimmt als in kalter Luft. Dieses Luftdruckgefälle treibt den Jetstream an, eine polwärts gerichtete Höhenströmung, die wegen der Erdrotation aber zu einem Westwind abgelenkt wird und sich bis zum Boden hin durchsetzt (Westwindzone, Westdrift). Bei Erreichen einer kritischen Strömungsgeschwindigkeit beginnt der Jetstream zu mäandern (Rossby-Wellen). Kleine Störungen im Jetstream erzeugen Turbulenzen, aus denen Hoch- und Tiefdruckwirbel entstehen, welche dann die polare Kaltluft und die tropische Warmluft miteinander vermischen. Folge: Das Temperatur- und Druckgefälle an der Polarfront geht zurück. Die Hochdruckwirbel (Hochs) sind abwärts gerichtet, so daß die Luftmassen großflächig absinken und sich dabei erwärmen. Die Wolkenbildung wird infolgedessen erschwert und vorhandene Wolken lösen sich auf. Das Wetter ist heiter und trocken. Die Tiefdruckwirbel (Tiefs) sind aufwärts gerichtet, die Luftmassen werden gehoben, kühlen sich dabei ab, so daß sich bei ausreichender Luftfeuchtigkeit viele Wolken bilden können. Sehr oft kommt es auch zu Niederschlägen.  

Die Hochs halten sich vorwiegend innerhalb der mit tropischer Warmluft gefüllten Wellenberge (Hochkeile) der Rossby-Wellen auf, die Tiefs dagegen vorwiegend innerhalb der mit polarer Kaltluft gefüllten Wellentäler (Höhentröge). Die Hochs, darunter auch das bekannte Azorenhoch, bilden gemeinsam den subtropischen Hochdruckgürtel. Die Tiefs gelangen mit der Westdrift nach Europa und sorgen unter ihren Zugbahnen für ein wechselhaftes aber mildes Wetter. Durch einen starken, nur wenig mäandernden Jetstream wird zudem die polare Kaltluft gut eingeschlossen, so daß nur wenige Kaltluftausbrüche gen Süden das milde Wetter unterbrechen. Dem Wechsel der Jahreszeiten folgend, verlagert sich der Jetstream, also auch die Grenze zwischenpolarer tropischer Warmluft und polarer Kaltluft, im Sommer polwärts und im Winter mehr äquatorwärts. 

Abkühlend wirken aber auch die Sulfataerosole: In den fünfziger und sechziger Jahren des 20. Jahrhunderts erlebten Europa, die USA und Japan spektakuläre Wirtschaftaufschwünge, die mit einer starken Luftverschmutzung einhergingen. Dadurch stieg die Konzentration der Sulfataerosole in der Atmosphäre. Sulfataerosole reflektieren direkt das Sonnenlicht und unterstützen als Kondensationskeime die Bildung von Wolken, welche ebenfalls das Sonnenlicht reflektieren. Durch eine erhöhte Anzahl an Kondensationskeimen bilden sich zudem mehr kleine Wassertröpfchen, wodurch die Wolken heller erscheinen und das Sonnenlicht besser reflektieren. Die Sulfataerosole wirken dadurch abkühlend. In den siebziger Jahren führten Umweltschutzmaßnahmen in den betreffenden Staaten zu einem deutlichen Rückgang der Luftverschmutzung und damit auch der Sulfataerosole. Der Treibhauseffekt blieb dadurch weitgehend ungestört, und die globalen Temperaturen kletterten wieder. In den Achtzigern, vor allem aber in den neunziger Jahren begann in den asiatischen Tigerstaaten (China, Taiwan, Südkorea, Malaysia, Singapur, Vietnam und Indien) ein gewaltiger Wirtschaftsaufschwung mit einer beispiellos schnellen, nachholenden Industrialisierung, die bis heute aber leider auf begleitende Umweltschutzmaßnahmen  weitestgehend verzichtet. Dadurch gelangten wieder mehr abkühlend wirkende Sulfataerosole in die Atmosphäre.

Der amerikanische Klimaforscher Prof. Richard Lindzen hat noch eine weitere sehr interessante Erklärung anzubieten: Mit zunehmender Erwärmung kann die Luft mehr Feuchtigkeit aufnehmen. Dadurch nimmt die Wachstumsrate der Regentropfen in den großen Quell- und Gewitterwolken deutlich zu, so daß auch die Niederschläge ergiebiger werden. Folge: Es gelangt weniger Feuchtigkeit in die oberen Luftschichten der Troposphäre, so daß sich weniger hohe Cirruswolken bilden können. Damit überwiegen die tiefen Wasserwolken, die abkühlend wirken, indem sie das Sonnenlicht reflektieren (Iris-Effekt). Eine negative Rückkopplung also. Dieser Iris-Effekt wurde von der Mehrheit der Klimaforscher bestritten oder als vollkommen unbedeutend eingeschätzt. Neueste Messungen über den Tropen haben den Effekt jedoch -zumindest dort- eindrucksvoll bestätigt (http://www.uah.edu/News/newsread.php?newsID=875 und http://www.sciencedaily.com/releases/2007/11/071102152636.htm)!

Über den Tropen bilden sich in hochreichenden Konvektionszellen mit aufsteigender und sich dabei abkühlender, feuchter Warmluft mächtige Gewitterwolken mit einem Amboss aus Eiswolken (Cirrenschirm) und es kommt immer wieder zu heftigen Niederschlägen (Regen und Hagel). Die kalte, noch relativ feuchte Luft beginnt großräumig aus dem Amboss abzusinken, wobei sie sich mit zunehmendem Luftdruck wieder deutlich erwärmt, wodurch ihre relative Feuchtigkeit abnimmt, da ja wärmere Luft mehr Wasserdampf aufnehmen kann. Das Wasser der tropischen Meere wird durch die intensive Sonneneinstrahlung stark erwärmt, so daß sich Konvektionszellen mit Quellwolken bilden. Durch die aus dem Amboss absinkenden Luftmassen werden sie aber in ihrer Entwicklung gehemmt, denn Quellwolken können nur solange wachsen, wie die aufsteigende Luft in den Wolken wärmer ist als die Umgebungsluft. Die abgesunkenen und dabei erwärmten Luftmassen aus dem Amboss wirken daher als Sperrschicht (Inversion). Es bleibt so bei einer tiefen, geschichteten Quellbewölkung (Stratocumulus). Quelle: http://earthobservatory.nasa.gov/

Stichwort Wolken: Wolken bilden sich, wenn durch Wasserverdunstung feuchte Luft aufsteigt und abkühlt bis schließlich das Kondensationsniveau erreicht wird. Warme Luft kann wesentlich mehr Wasser aufnehmen als kalte Luft. Bei erreichen des Kondensationsniveaus bilden sich unendlich viele, mikroskopisch kleine Wassertröpfchen und so entsteht eine Wolke. Dabei wird Kondensationswärme frei, die latente Wärme. Sie entspricht der Wärmeenergie, die nötig war, um das Wasser zu verdunsten und die nun bei dem umgekehrten Vorgang wieder freigesetzt wird. Die bei der Wolkenbildung freigesetzte  latente Wärme gibt der aufsteigenden Luft neuen Auftrieb, denn solange diese wärmer ist als die Umgebungsluft, kann sie weiter aufsteigen. Dabei kondensiert der noch vorhandene Wasserdampf weiter aus. Die bei der Wolkenbildung freiwerdende latente Wärme fördert so ihrerseits die Wolkenbildung.

Die Wolkenbildung funktioniert aber nur dann richtig, wenn kleine Partikel als Kondensationskeime vorhanden sind, an denen sich die Wassermoleküle anlagern können, so daß Wassertröpfchen entstehen können. Je mehr Kondensationskeime vorhanden sind, umso kleiner sind die Wassertröpfchen und umso heller wird die Wolke. Bei den Kondensationskeimen handelt es sich um Staub-, Rußteilchen, aetherische Öle von Pflanzen  (Terpene) und um Sulfataerosole. Letztere stammen heutzutage oft aus industriellen Abgasen, werden aber auch von Pflanzen, vor allem aber von Meeresalgen in beachtlichem Umfang erzeugt.

Stichwort Wirkung der Wolken: Bei den verschiedenen Wolkenarten überwiegt entweder die abkühlende oder die erwärmende Wirkung: Die Wassertröpfchen in der Konvektionszone einer Quell- oder Gewitterwolke reflektieren die Sonnenstrahlen fast vollständig und wirken daher abkühlend. Die Eiswolken des Amboss (Cirrenschirm) lassen zwar das meiste Sonnenlicht hindurch, absorbieren aber sehr effektiv die Infrarotstrahlung vom Boden und erwärmen sich dabei. Ein beachtlicher Teil der Wärme wird als infrarote Gegenstrahlung wieder zurückgeschickt, die Restwärme wird in den Weltraum abgestrahlt. Sie wirken erwärmend. Die tiefen geschichteten Quellwolken unterhalb des Amboss reflektieren wie die hohen Quellwolken der Konvektionszone das Sonnenlicht sehr gut. Sie absorbieren aber auch die Infrarotstrahlung vom Erdboden. Da diese tiefen Wolken aber wegen ihrer warmen Oberseite davon praktisch genau soviel in den Weltraum abstrahlen, wie sie als Gegenstrahlung zum Erdboden zurückschicken, überwiegt eindeutig ihre abkühlende Wirkung. In den wolkenfreien und trockenen Regionen wird das meiste Sonnenlicht absorbiert, andererseits gelangt die Infrarotabstrahlung des Erdbodens aber auch nahezu ungehindert in den Weltraum.

 

Quelle: http://earthobservatory.nasa.gov/

Nach Schätzungen könnte der Iris-Effekt bis zu 75% der globalen Erwärmung durch vermehrte Treibhausgase in der Atmosphäre -wie sie die Zukunftsszenarien der gängigen Klimamodelle voraussagen- rückgängig machen, vor allem dann, wenn auch Quell- und Gewitterwolken außerhalb der Tropen mitbeteiligt sein sollten.

3) Die IPPC – Modelle  verwenden den Treibhauseffekt, um zu errechnen, was in der Zukunft bei einem Anstieg des CO2 geschehen könnte. Aber die Modelle weisen eine große Variabilität  auf und können die Wirkung der Wolken nicht richtig handhaben: Wolken spielen aber eine  wichtige Rolle in der globalen Temperaturänderung. …

Kommentar: Die Wirkung der Wolken wurde tatsächlich bisher in den Modellen nicht ausreichend berücksichtigt. Durch den schon besprochenen Iris-Effekt (nach Lindzen) könnte die globale Erwärmung auch längerfristig gesehen deutlich geringer ausfallen als in den meisten Klimamodellen angenommen. Das wäre schön!  Jeder negative Rückkopplungsmechanismus stößt jedoch irgendwann auch an seine Grenzen. In diesem Fall könnte das die Menge der vorhandenen Kondensationskeime sein. Und davon gibt es wegen der erhöhten Niederschläge infolge der globalen Erwärmung -wärmere Luft nimmt mehr Feuchtigkeit auf- tendenziell immer weniger. Starke Niederschläge waschen auch viel Staub aus der Luft, der ansonsten als Kondensationskeim für Wolken zur Verfügung gestanden hätte. Und noch etwas kommt hinzu: Bei zunehmenden Temperaturen des Oberflächenwassers der Ozeane, infolge der globalen Erwärmung, bildet sich dort eine stabile Wasserschichtung aus. Damit gelangen kaum noch Mineral- und Nährstoffe aus den tieferen und kälteren Wasserschichten in die oberflächennahen Wasserschichten, wo es hell genug für Algen ist. Das Algenwachstum geht zurück und damit gibt es auch weniger Sulfataerosole, die als Kondensationskeime für Wolken dienen können (vgl. oben, Stichwort Wolken).

Ferner ignorieren oder unterschätzen die Modelle den Einfluss der Sonnenaktivität auf das Klima. Zudem können sie das regionale Klima nicht genau vorhersagen: verschiedene Modelle geben sehr unterschiedliche Ergebnisse für das gleiche Gebiet.

Kommentar: Die veränderliche Sonnenaktivität ist für das Klima natürlich entscheidend, aber die direkten Auswirkungen sind gering. Erst durch die verstärkende Wirkung interner Rückkopplungsmechanismen des Klimasystems, darunter auch die Wirkungen der Treibhausgase, kommt ein erkennbarer Einfluss auf das globale Klima zustande.

4) Äußerst wichtig ist, dass die verwendete „Fingerprint“-Methode (Vergleich von beobachteten und modellierten Mustern der Temperatur-Trends) schlüssig zeigt, dass der Einfluss von Treibhausgasen auf den Klimawandel im Vergleich zu natürlichen Kräften nicht signifikant ist. 

 

Die graphische Darstellung der Trends zeigt die Unterschiede der Temperaturtrends (in Grad C / Jahrzehnt) in Bezug auf die Höhe in den Tropen genauer an [Douglass, Christy, Pearson, Singer. 2007]. Die Modelle ergeben eine Zunahme der Trends mit zunehmender Höhe, aber die Ballon- und Satelliten-Messungen lassen das nicht erkennen.

Ein Vergleich zwischen den vom IPCC verwendeten Modellen und der Wirklichkeit zeigt also deutlich andere Erwärmungsmuster als von den Computern berechnet.

Kommentar: Die vom NIPCC zitierten Messungen sprechen nicht direkt gegen eine globale Erwärmung durch vermehrte Treibhausgase, aber sie sind ein eindrucksvoller Beleg für die Iris – Hypothese von Lindzen. Die gängigen Klimamodelle erwarten bei ansteigenden Bodentemperaturen einen geringeren Temperaturrückgang in der Atmosphäre mit zunehmender Höhe. Begründet wird das mit einer vom wärmeren Boden stärker angeheizten Konvektion (Luftumwälzung) in Verbindung mit einer erhöhten Luftfeuchtigkeit, denn wärmere Luft kann entsprechend mehr Wasserdampf aufnehmen. Dadurch wird mehr latente Wärme in die höheren Luftschichten der Troposphäre transportiert, wo sie bei der Wolkenbildung als Kondensationswärme frei wird (vgl. Stichwort Wolken oben). Das Temperaturgefälle von unten nach oben sollte danach also mit zunehmender globaler Erwärmung abnehmen. Gemessen wird aber genau das Gegenteil! Die Klimamodelle haben also etwas übersehen, und das ist der Iris-Effekt! Danach bilden sich mit zunehmender Erwärmung mehr tiefe Wasserwolken auf Kosten der hohen Eiswolken, weil die Regentropfen schneller wachsen. In den höheren Luftschichten kommt dadurch weniger Feuchtigkeit an und damit auch weniger latente Wärme (vgl. oben). Das Temperaturgefälle von unten nach oben wird somit höher. Die Klimamodelle sollten also durch Einbeziehung des Iris-Effekts verbessert werden. Eine Entwarnung in Sachen Klimawandel und globale Erwärmung gibt es aber trotzdem nicht, denn der Iris-Effekt könnte schnell an seine Grenzen stoßen und  versagen (vgl. dazu Punkt 3). Die Erwärmung würde sich dann drastisch beschleunigen.

Stichwort Troposphäre: Die relativ feuchte Troposphäre ist die unterste Atmosphärenschicht, in der sich das meiste Wettergeschehen abspielt. Luftdruck und Temperatur nehmen von unten nach oben ab. Die Troposphäre misst über den warmen Tropen bis zu 18km, über den kalten Polen dagegen nur 6-7 km. Die nächsthöhere Schicht ist die Stratosphäre, die das lebenswichtige Ozon enthält, welches die gefährlichen Anteile der ultravioletten Sonnenstrahlen absorbiert. Dadurch erwärmt sich die Stratosphäre, so daß eine Temperaturinversion eintritt, die eine Quellwolkenbildung in dieser Höhe unterbindet. Die Stratosphäre ist daher sehr trocken und reicht bis in eine Höhe von 50km.  

5) Es gibt viele bekannte, natürliche Ursachen von Temperaturschwankungen: interne Effekte, wie z. B. die Nordatlantische Oszillation, die Atlantische-Multi-Dekadische Oszillation, die Pazifisch-Dekadische Oszillation und die El-Niño-Süd-Oszillation (ENSO).  Diese sind alle wesentlich, doch die Klima-Modelle können sie nicht prognostizieren. 

Kommentar: Alle diese natürlichen Ursachen für Klimaveränderungen sind auch den Klimaforschern des IPCC selbstverständlich bekannt und werden gerade in den neueren Klimamodellen – soweit irgend möglich – miteinbezogen. Die Klimamodelle werden dadurch immer wirklichkeitsnäher. So sind sie inzwischen durchaus in der Lage, zumindest das Klima der Vergangenheit recht gut zu simulieren. Eiszeiten und Warmzeiten werden schon genauso abgebildet, wie sie aus den Eisbohrkernuntersuchungen rekonstruiert wurden (vgl. oben). Grund genug, den Klimamodellen ein gewisses, wenn auch nicht grenzenloses Vertrauen entgegenzubringen. Es scheint daher kein hoffnungsloses Unterfangen zu sein, Zukunftsszenarien eines Klimawandels zu entwerfen!   

6) Das IPCC hat auch die externen, natürlichen Wirkungen als trivial bewertet, wie z. B. die Sonnenaktivität und deren Einfluss auf die Wolken-Bedeckung.  Im IPCC Bericht (Fourth Assessment Report FAR von 2007) wurde die Grundlagenforschung in diesem Bereich nicht einmal richtig angesprochen oder gar diskutiert.  Doch der enge Zusammenhang zwischen Sonnenaktivität und Klima ergibt sich aus historischen Daten; die Ursache-Wirkungkette kann nur in einer Richtung laufen. 

Kommentar: Nach Ansicht der meisten Klimaskeptiker steuert die veränderliche Sonne das Klima. Eine erhöhte Sonnenaktivität bewirkt eine Erwärmung und umgekehrt. Ausschlaggebend soll aber ein indirekter Effekt sein: Die mit zunehmender Sonnenaktivität verstärkte, aus elektromagnetischen Wellen und geladenen Partikeln bestehende Sonnenstrahlung, verändert das Magnetfeld der Erde. Dadurch wird die kosmische Partikelstrahlung besser abgeschirmt, welche in beachtlichem Umfang Kondensationskeime für Wolken erzeugt. Daher gibt es weniger Wolken, die das Sonnenlicht reflektieren. Die Wolken, die sich bilden sind zudem dunkler, wodurch ihr Reflektionsvermögen noch weiter zurückgeht. Das bewirkt letztlich natürlich eine Erwärmung des Bodens und dann der darüber befindlichen Luftschichten der Troposphäre (Svensmark, H.; FriisChristensen,E.: Variation of cosmic ray flux and global cloud coverage, a missing link in solarterrestrial Physics; J.Atm.Sol.Terr.Phys., 59 (11), 1997, S.1225-1232). Die Treibhausgase spielen nach Ansicht der Klimaskeptiker bestenfalls eine untergeordnete Rolle. Diese indirekte Wirkung der Sonne auf die Wolkenbedeckung der Erde scheint plausibel. Allerdings gelang es bisher nicht einen Zusammenhang von kosmischer Strahlung und Wolkenbedeckung überzeugend nachzuweisen.

Satellitenmessungen der Wolkenbedeckung (ISCCP, International Satellite Cloud Climatology Project) zeigten nur von 1983-1993 einen Zusammenhang zwischen kosmischer Strahlung und Wolkenbedeckung, danach dann aber nicht mehr. Quelle: http://www.pik-potsdam.de/~stefan/

Es gibt einen weiteren Hinweis, der möglicherweise die entscheidende Rolle der Treibhausgase bei der gegenwärtigen globalen Erwärmung belegt: Nach derzeitigem Erkenntnisstand sind die Nachttemperaturen deutlich stärker angestiegen als die Tagestemperaturen (http://www.env.gov.bc.ca/air/climate/indicat/maxmin_id1.html und  http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?artid=454199).

Wäre eine geringere Wolkenbedeckung für die globale Erwärmung verantwortlich, so müssten die Temperaturen am Tage stärker ansteigen als in der Nacht, denn am Tage scheint ja die Sonne, die dann weniger abgeschirmt würde. In der Nacht hingegen wird es durch eine geringere Wolkenbedeckung schneller kälter, denn Wolken absorbieren die Infrarotstrahlung des Bodens und schicken sie als Gegenstrahlung teilweise wieder zurück. Das verzögert die Auskühlung des Bodens und der bodennahen Luftschichten.

Sind es aber doch die Treibhausgase, so wirken diese natürlich rund um die Uhr. Am Tage bilden sich aber durch die verstärkte Erwärmung und die dadurch mögliche höhere Luftfeuchtigkeit auch mehr tiefe Wolken, die das Sonnenlicht abschirmen und damit die zusätzliche Erwärmung durch mehr Treibhausgase etwas abschwächen. Dabei übersteigt die abkühlende Wirkung der Wolken durch Sonnenlichtreflektion die erwärmende Wirkung durch Infrarotabsorption und Rückstrahlung (s.o.). In der Nacht scheint keine Sonne, aber die Treibhausgase sind nach wie vor wirksam und bekommen nun sogar noch Schützenhilfe durch die vermehrten Wolken.

Eine globale Erwärmung vorwiegend durch Treibhausgase sollte sich also in erster Linie bei den Nachtemperaturen bemerkbar machen und genau so ist es auch!

7) Abgesehen von den Modellen, haben die von dem IPCC verwendeten Daten viele Probleme. Daten zur Oberflächentemperatur der Erde erzeugen Probleme bei der Bewertung der städtischen Wärme-Insel-Effekte, die ungleichmäßige, geographische Verteilung der Mess-Stationen, die Veränderungen bei der Anzahl und der Orte der Stationen usw.  Die Methode für die Messung der Temperatur der Meeresoberfläche hat sich verändert: von früher überwiegend von Schiffen aus, zu heute überwiegend mit Bojen, und damit verbunden eine Veränderung der Wassertiefe für die Temperaturmessung. Also nicht nur die Modelle sind unzuverlässig, die zugrunde liegenden Daten haben erhebliche Fehlermargen.

Kommentar: Bei den Temperaturmessungen gibt es tatsächlich die hier angesprochenen Probleme. Durch Korrekturfaktoren und die hohe Anzahl von Meßstationen werden die Fehler teilweise herausgerechnet bzw. herausgemittelt. Trotzdem bleibt eine gewisse Unsicherheit bei den Messungen bestehen. Benutzt man allerdings die Natur als Thermometer, so ergibt sich ähnliche globale Erwärmung Temperaturanstieg wie ihn auch die angeblich so unsicheren direkten Temperaturmessungen zeigen. Ein paar Beispiele:  Die Wachstumsperiode der Pflanzenwelt (Vegetationsperiode) hat sich in den letzten drei Jahrzehnten um durchschnittlich 14 Tage verlängert. Viele Vogelarten in Europa und Nordamerika brüten im Mittel 6 bis 14 Tage früher als noch vor 30 Jahren. Bei den Zugvögeln  in den mittleren Breiten wird in den letzten Jahrzehnten ein zunehmend späterer Wegzug, ein früherer Heimzug, eine Verkürzung der Zugstrecken oder häufigeres Überwintern im Brutgebiet beobachtet. So kommen Zugvögel nun um 1,3 bis 4,4 Tage pro Jahrzehnt früher an (http://www.waldwissen.net/).

Tiere die früher nur in tropischen oder subtropischen Regionen zuhause waren, wandern zunehmend in höhere Breiten ein. Kälteliebende Arten ziehen sich immer mehr in die engere Umgebung der Pole zurück. Das gilt für Land- und Meeresbewohner gleichermaßen (Tim Flannery, Wir Wettermacher http://www.wir-wettermacher.de/home).

Weltweit schrumpfen die Gletscher mit nur ganz wenigen Ausnahmen (nur 1% aller Gletscher), wie beispielsweise die Gebirgsgletscher in Norwegen. Diese liegen unterhalb der Zugbahnen der Tiefs in der Westdrift. Diese Tiefs bringen Niederschläge, die natürlich in den Höhenlagen der norwegischen Gebirge häufig als Schnee fallen und dadurch wiederum die örtlichen Gletscher wachsen lassen. Die wachsenden Gletscher in Norwegen widersprechen also keinesfalls dem Befund einer globalen Erwärmung.

8) Der Anstieg des Meeresspiegels ist ein beliebtes Katastrophen-Szenario für Prognosen der Treibhauseffekt-Gläubigen.  Aber in den vergangenen Jahrhunderten stieg der globale Meeresspiegel  um ca. 18 mm/Jahrzehnt – unabhängig davon, ob die Kühlung oder die Erwärmung dominierte.  Die maximalen IPCC-Projektionen für den Anstieg des Meeresspiegels haben sich in jedem der vier aufeinander folgenden Berichte verringert.  Die Treibhauseffekt-Fanatiker, darunter Al Gore, sagen dennoch nach wie vor katastrophale Überschwemmungen der Küsten  voraus. (Al Gore: Bis zu 6 Meter im Jahre 2100!!) 

Kommentar: Seit dem Beginn der Industrialisierung bis heute hat sich der Anstieg des Meeresspiegels deutlich beschleunigt. Im gesamten 18. Jahrhundert erhöhte er sich nur um 2 cm, im 19. Jahrhundert bereits um 6 cm, und im 20. Jahrhundert bereits um 19 cm.

Der durchschnittlich gemessene Anstieg des Meeresspiegels betrug im 20. Jahrhundert 1,7 ± 0,5 mm pro Jahr, zwischen 1961 und 2003 jährlich 1,8 ± 0,5 mm. Die Anstiegsraten beschleunigten sich also zuletzt. Zwischen 1993 und 2003 stellten Satelliten dem gegenüber einen durchschnittlichen jährlichen Anstieg um 3,1 ± 0,7 mm fest. Gegenüber den Jahrzehnten zuvor ist dies ein beinahe doppelt so hoher Wert (IPCC). 

Der Anstieg des Meeresspiegels Quelle: Wikipedia, IPCC

Eine Destabilisierung des grönländischen Eisschildes könnte diesen Anstieg dramatisch beschleunigenDas grönländische Festlandeis schmilzt bereits, wenn auch vorerst noch relativ langsam. In Höhenlagen von unter 1500m geht das Eis zwar deutlich zurück, in höher gelegenen Regionen jedoch, nimmt die Dicke des Eisschildes zu. Das erscheint zunächst verwunderlich, aber es gibt eine einfache Erklärung dafür: Durch die globale Erwärmung verdunstet mehr Wasser. Das Landesinnere von Grönland, wo die Temperaturen in den dort vorherrschenden Höhenlagen von über 1500 m stets unter Null bleiben, wirkt als Kältefalle. Der erhöhte Wasserdampfgehalt der Luft führt zu vermehrten Niederschlägen, die wegen der großen Kälte dort als Schnee fallen. Dadurch nimmt das Inlandeis zu. In den Randzonen von Grönland, in Höhenlagen von unter 1500 m schmelzen die Gletscher aber mit wachsendem Tempo. Das Schmelzwasser auf den Gletschern sickert durch die Eisschicht hindurch und ruft dabei tiefe spiralförmige Löcher hervor, durch die weiteres Wasser, aber auch Gesteinstrümmer leicht eindringen können. Die Gesteinstrümmer geraten dabei in eine kreisförmige Bewegung und sorgen so für eine deutliche Erweiterung der Löcher, wobei sie selbst rund geschliffen werden. Da die Steine ähnlich wie das Mahlwerk einer Mühle das Gletschereis zermahlen, spricht man auch von Gletschermühlen. Durch die stark erweiterten Löcher können nun noch viel größere Mengen an Schmelzwasser vordringen und bis an die Unterseite der Gletscher gelangen, wo sie wie ein Schmiermittel wirken. Die Fließgeschwindigkeiten der Gletscher erhöhen sich dadurch drastisch. Immer mehr Festlandsgletscher rutschen so immer schneller ins Meer (Rahmstorf).

 

Schmelzwasser gelangt durch Gletschermühlen (moulins) und durch Gletscherspalten (crevasses) unter den Gletscher und wirkt auf dem felsigen Untergrund wie ein Schmiermittel. Quelle: http://www.pnas.org/cgi/reprint/0705414105v1 

Die Eismassen Grönlands werden so nach und nach instabil und geraten ins Rutschen. Dadurch gelangt Eis aus größeren in geringere Höhenlagen und beginnt auch zu schmelzen. Bei einem vollständigen Abschmelzen des grönländischen Eisschildes würde der Meeresspiegel um über 7m ansteigen. Aber auch wenn nur Teile des Eisschildes, etwa in Südgrönland, betroffen wären, kämen noch immer rund 3 m dabei heraus!

9) Das IPCC geht a priori davon aus, dass erhöhtes CO2 schlecht ist, und ignoriert seine positiven Wirkungen.  Aber höhere CO2-Konzentrationen verbessern die Produktivität  und Trockenresistenz in der Landwirtschaft und in den Wäldern, und führen zu weniger Wasser-Gebrauch. Also dazu, dass weniger Wasser eingesetzt werden muss. Globale Erwärmung, so schätzen amerikanische  Wirtschaftsexperten, wird eine positive Wirkung auf die Wirtschaft haben.

Kommentar: Mehr CO2 in der Luft lässt tatsächlich viele Pflanzen besser wachsen. Allerdings wird im Zuge der globalen Erwärmung auch mit mehr Hitzewellen und extremer Trockenheit gerechnet. Durch stärkere Verdunstung steigt aber auch die Luftfeuchtigkeit, zumal wärmere Luft auch mehr Wasserdampf aufnehmen kann. Das begünstigt wiederum Starkregenereignisse. Extreme Trockenheit auf der einen und sintflutartige Regenfälle auf der anderen Seite treten dann im Rahmen einer zweigeteilten Wetterlage oft gleichzeitig auf. Das setzt die Pflanzenwelt (Vegetation) starkem Stress aus, der ihr Wachstum sehr beeinträchtigen kann. Den Hitzewellen fallen meistens auch viele Menschen zum Opfer. So starben in Europa während des Rekordsommers 2003 (http://www.imk.uni-karlsruhe.de/1145.php) mindestens 35.000 Menschen, neueste Schätzungen gehen sogar von bis zu 70.000 Toten aus (http://www.spiegel.de/wissenschaft/mensch/0,1518,473614,00.html)! Die Unwetter mit Starkregen gehen oft mit Überschwemmungen einher, die auch immer wieder Todesopfer fordern.

Stichwort Zweigeteilte Wetterlage: Durch  das Abschmelzen des Meereises am Nordpol haben dort die Temperaturen wegen der positiven Eis-Albedo-Rückkopplung verglichen mit anderen Regionen auf der Nordhalbkugel überproportional zugenommen (s.o.). Das Temperatur- und Druckgefälle an der Polarfront hat deshalb abgenommen und damit auch die Geschwindigkeit des Jetstreams (vgl. Stichwort Jetstream, oben). Der Jetstream mäandert sehr stark, wodurch seine Strömungsgeschwindigkeit noch weiter abnimmt. Das erleichtert die Entwicklung ausgedehnter Hochs, welche die Westdrift mit ihren Tiefs blockieren. Im Einflussbereich dieser blockierenden Hochs ist das Wetter sonnig, heiß und trocken. Die Höhentröge der blockierten Tiefs schnüren sich nun von der polaren Kaltluftseite der Polarfront ab und wechseln auf die tropische Warmluftseite über. Die blockierten Tiefs werden so von der Westdrift getrennt und weichen dabei nach Süden aus. Als kalte, allseitig von tropischer Warmluft umgebene Höhentiefs (Kaltlufttropfen) „saugen“ sie von unten Luft an und lösen deshalb in ihrem Einflussbereich Unwetter mit Starkregen und heftigen Gewittern aus. Verstärkend wirkt hierbei noch die mit der globalen Erwärmung einhergehende Wasserverdunstung (s.o.). In einigen Regionen herrscht heißes und trockenes Hochdruckwetter, woanders kommt es zu heftigen Unwettern. Die Wetterlage ist also zweigeteilt (vgl. Stichworte Jetstream, Wolken und Punkt 2, oben). 

Zusammenfassung:  Das Nongovernmental-International Panel on Climate Change (NIPCC) zeigt, dass Kohlendioxid kein Schadstoff ist.  Deshalb sind CO2 -Minderungsmaßnahmen sinnlos, und extrem teuer – und völlig uneffektiv um zur der Verringerung der globalen Erwärmung beizutragen.  Katastrophen-Prognosen der globalen Erwärmung sind weder durch Daten noch durch  Modelle begründet.  Natürliche Ursachen, vor allem die Sonne, waren offensichtlich die  wichtigsten Triebkräfte der Klima-Schwankungen in der Vergangenheit und werden es auch in Zukunft sein.  Der Klimawandel ist natürlich und unaufhaltsam. Die beste Politik besteht darin die Anpassung an ein wärmeres oder kälteres Klima zu unterstützen. 

Mein vorläufiges Fazit: Die Debatte um den Klimawandel ist noch lange nicht zu Ende. Die Wahrheit, oder zumindest eine allgemein akzeptierte Entscheidung der Frage, ob der Klimawandel menschengemacht ist oder nicht, kann nur durch weitere Fortschritte in den Klimawissenschaften gefunden werden! Wichtig wäre meines Erachtens dabei eine freie und unbehinderte Diskussion auch über Ansichten, die deutlich von der Mehrheitsmeinung abweichen. Das kann bei der Lösung der offenen Fragen nur hilfreich sein. Auf jeden Fall stellt sich angesichts des katastrophalen Ausmaßes der möglichen Folgen einer fortgesetzten globalen Erwärmung die Frage nach dem politischen Handeln, zumindest für diejenigen, die vom Vorsorgeprinzip ausgehen. Eine meines Erachtens unbedingt empfehlenswerter Ansatz! Eines sollte aber auf jeden Fall klar sein: Eine deutliche Reduktion von Kohlenstoff-Emissionen ist, abgesehen von den möglichen Gefahren eines menschengemachten Klimawandels, allein schon deshalb notwendig, weil fossile Brennstoffe endliche Ressourcen sind und eigentlich viel zu wertvoll, um sie durch den Schornstein oder den Auspuff zu jagen! Eine Entwicklung alternativer Energien (Sonne, Wind, Geothermik, Kernfusion (!) usw.) ist daher unbedingt voranzutreiben. Auch die Kernspaltungsenergie, allerdings nur in Form der Hochtemperatur/Thorium Technologie, die besonders sicher zu sein scheint, könnte zumindest für eine Übergangszeit genutzt werden. Darauf zu verzichten hieße wahrscheinlich, den Weg in ein neues finsteres Mittelalter zu ebnen, weil man dann bei schwindenden Ressourcen einen immer größeren Teil der Menschen vom Wohlstand ausschließen würde; nicht nur in den Industrieländern durch die dann zwangsläufig immer weiter ansteigenden Energiepreise, sondern vor allem in der sogenannten Dritten Welt, wo den Menschen alle Hoffnungen auf eine bessere Zukunft genommen wären! Fortschritte in der Technologie und die Sicherung einer ausreichenden Energieversorgung – ohne dabei die Erde zu ruinieren – sind die entscheidenden Voraussetzungen, um Freiheit von existenzieller Not zu erreichen, also menschenwürdige Lebensverhältnisse für alle Menschen! Auf dem Weg dahin sehr hilfreich wären Schritte in Richtung einer Gesellschaft, die bei Wahrung der persönlichen Freiheit(!) allzu krasse Unterschiede in der Verteilung der Reichtümer unter den Menschen vermeidet!

Jens Christian Heuer

Weitere interessante Weblinks zum Thema:

Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC): http://www.ipcc.ch/

Real Climate: http://www.realclimate.org/

Globales Klima: http://globalklima.blogspot.com/

Klaus-Eckart Puls bei EIKE: http://www.eike-klima-energie.eu/?WCMSGroup_4_3=1099&WCMSGroup_1099_3=1256
und auf Weltenwetter:
http://weltenwetter.blogspot.com/2007_02_25_archive.html
http://weltenwetter.blogspot.com/2007_10_28_archive.html
http://weltenwetter.blogspot.com/2007_12_16_archive.html
http://weltenwetter.blogspot.com/2008_04_06_archive.html

Mojib Latif: http://www.ifm-geomar.de/index.php?id=mlatif

Richard Lindzen:

http://earthobservatory.nasa.gov/Study/Iris/ und  http://www.weltwoche.ch/artikel/?AssetID=16206

Stefan Rahmstorf: http://www.pik-potsdam.de/~stefan/

Written by jenschristianheuer

22 Juni, 2008 at 18:02 pm

Veröffentlicht in Jens Christian Heuer, Klimadebatte

Fred Singer in Deutschland

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Der renomierte amerikanische Atmosphärenphysiker Prof. Fred Singer, der neben seiner wissenschaftlichen Laufbahn u.a. für die NASA, die US-Umweltbehörde, als Direktor des US-Zentrum für Wettersatelliten und als Regierungsberater tätig war ist einer der fachlich qualifiziertesten Klimaskeptiker. So  befaßte er sich mit der der kosmischen Strahlung und dem Strahlungsgürtel der Erde (van Allen Gürtel), forschte über das Ozon in der Atmosphäre und das Treibhausgas Methan, leistet aber auch wichtige Beiträge in der Raketen- und Satellitentechnik, in der Plantenforschung und der Allgemeinen Relativitätstheorie. Ein vielseitiger Mann also.

Prof. Siegfried Frederick Singer Quelle: http://www.iuf-berlin.org/

Während einer privaten Reise in seine alte Heimat Österreich, aus der er vor der Judenverfolgung der Nazis fliehen mußte und nach Deutschland stellte er in zahlreichen Vorträgen, beispielsweise in Wien, Düsseldorf, Frankfurt, Mainz und München den alternativen Bericht des klimaskeptischen Nongovernmental International Panel on Climate Change (Internationale Nichtregierungskommission zum Klimawandel, NIPCC) vor. Im Gegensatz zu den offiziellen Berichten des International Panel on Climate Change (Internationale Regierungskommission zum Klimawandel, IPCC, http://www.ipcc.ch/) geht der NIPCC nicht von einem menschengemachten Klimawandel aus, sondern sieht überwiegend natürliche Ursachen, wie etwa Veränderungen der Sonnenaktivität am Werke. Der Einfluss der von den Menschen in die Atmosphäre entlassenen Treibhausgasen hält Singer für so minimal, daß er vernachlässigbar ist. Singer und der NIPCC stützen sich dabei auf eine Neuauswertung der IPCC-Daten, aber auch auf neue, noch nicht verarbeitete Studien. Die Kritikpunkte im Einzelnen:

1) Einer der entscheidenden Belege („smoking gun“) für eine anthropogene, globale Erwärmung durch den Treibhauseffekt war die  „Hockey-Stick“-Grafik im IPCC Bericht des Jahres 2001. Doch diese Analyse der Temperatur-Daten  war falsch und so voll von statistischen Fehlern, daß sie im IPCC Bericht von 2007  unter vielen anderen Kurven regelrecht versteckt wurde.

   

 

Hockey -Stick-Kurve Quelle: IPCC

2) Zur Unterstützung der Argumente für die anthropogene, globale Erwärmung stellt das IPCC eine Korrelation zwischen dem Anstieg der CO2-Emissionen und dem Anstieg der Temperaturen fest.  Aber Korrelation begründet noch lange keine Kausalität.  Historisch gesehen, wie in Eisbohr-Kernen gemessen, erfolgte der Anstieg des CO2 immer nach dem Temperaturanstieg, also verzögert.  Daher ist das CO2  ganz gewiss nicht die dominierende Kraft der Temperaturveränderung in der Vergangenheit.  Von 1940-1975 und erneut seit 1998 hat das CO2 zugenommen, während die Temperatur sank.  Dies zeigt, dass die Temperatur von anderen Faktoren beherrscht wurde bzw. beherrscht werden kann.    

3) Die IPCC – Modelle verwenden den Treibhaus-Effekt,  um zu errechnen, was in der Zukunft bei einem Anstieg des CO2 geschehen könnte. Aber die Modelle weisen eine große Variabilität  auf und können die Wirkung der Wolken nicht richtig handhaben: Wolken spielen aber eine  wichtige Rolle in der globalen Temperaturänderung.  Ferner ignorieren oder unterschätzen die Modelle den Einfluss der Sonnenaktivität auf das Klima.  Zudem können sie das regionale Klima nicht genau vorhersagen: verschiedene Modelle geben sehr unterschiedliche Ergebnisse für das gleiche Gebiet.

4) Äußerst wichtig ist, dass die verwendete „Fingerprint“-Methode (Vergleich von beobachteten und modellierten Mustern der Temperatur-Trends) schlüssig zeigt, dass der Einfluss von Treibhausgasen auf den Klimawandel im Vergleich zu natürlichen Kräften nicht signifikant ist.

 

Die graphische Darstellung der Trends zeigt die Unterschiede der Temperaturtrends (in Grad C / Jahrzehnt) in Bezug auf die Höhe in den Tropen genauer an [Douglass, Chrsty, Pearson, Singer. 2007]. Die Modelle ergeben eine Zunahme der Trends mit zunehmender Höhe, aber die Ballon- und Satelliten-Messungen lassen das nicht erkennen.

Ein Vergleich zwischen den vom IPCC verwendeten Modellen und der Wirklichkeit zeigt also deutlich andere Erwärmungsmuster als von den Computern berechnet.

5) Es gibt viele bekannte, natürliche Ursachen von Temperaturschwankungen: interne Effekte, wie z. B. die Nordatlantische Oszillation, die Atlantische-Multi-Dekadische Oszillation, die Pazifisch-Dekadische Oszillation und die El-Niño-Süd-Oszillation (ENSO).  Diese sind alle wesentlich, doch die Klima-Modelle können sie nicht prognostizieren. 

6) Das IPCC hat auch die externen, natürlichen Wirkungen als trivial bewertet, wie z. B. die Sonnenaktivität und deren Einfluss auf die Wolken-Bedeckung.  Im IPCC Bericht (Fourth Assessment Report FAR von 2007) wurde die Grundlagenforschung in diesem Bereich nicht einmal richtig angesprochen oder gar diskutiert.  Doch der enge Zusammenhang zwischen Sonnenaktivität und Klima ergibt sich aus historischen Daten; die Ursache-Wirkungkette kann nur in einer Richtung laufen.

7) Abgesehen von den Modellen, haben die von dem IPCC verwendeten Daten viele Probleme. Daten zur Oberflächentemperatur der Erde erzeugen Probleme bei der Bewertung der städtischen Wärme-Insel-Effekte, die ungleichmäßige, geographische Verteilung der Mess-Stationen, die Veränderungen bei der Anzahl und der Orte der Stationen usw.  Die Methode für die Messung der Temperatur der Meeresoberfläche hat sich verändert: von früher überwiegend von Schiffen aus, zu heute überwiegend mit Bojen, und damit verbunden eine Veränderung der Wassertiefe für die Temperaturmessung. Also nicht nur die Modelle sind unzuverlässig, die zugrunde liegenden Daten haben erhebliche Fehlermargen.  

8) Der Anstieg des Meeresspiegels ist ein beliebtes Katastrophen-Szenario für Prognosen der THE-Gläubigen.  Aber in den vergangenen Jahrhunderten stieg der globale Meeresspiegel  um ca. 18 mm/Jahrzehnt — unabhängig davon, ob die Kühlung oder die Erwärmung dominierte.  Die maximalen IPCC-Projektionen für den Anstieg des Meeresspiegels haben sich in jedem der vier aufeinander folgenden Berichte verringert.  Die THE-Fanatiker, darunter Al Gore, sagen dennoch nach wie vor katastrophale Überschwemmungen der Küsten  voraus. (Al Gore: Bis zu 6 Meter im Jahre 2100!!)

9) Das IPCC geht a priori davon aus, dass erhöhtes CO2 schlecht ist, und ignoriert seine positiven Wirkungen.  Aber höhere CO2-Konzentrationen verbessern die Produktivität  und Trockenresistenz in der Landwirtschaft und in den Wäldern, und führen zu weniger Wasser-Gebrauch. Also dazu, dass weniger Wasser eingesetzt werden muss. Globale Erwärmung, so schätzen amerikanische  Wirtschaftsexperten, wird eine positive Wirkung auf die Wirtschaft haben.

      

Zusammenfassung:  Das Nongovernmental-IPCC (NIPCC) zeigt, dass Kohlendioxid kein Schadstoff ist.  Deshalb sind CO2 -Minderungsmaßnahmen sinnlos, und extrem teuer — und völlig uneeffektiv um zur der Verringerung der globalen Erwärmung beizutragen.  Katastrophen-Prognosen der globalen Erwärmung sind weder durch Daten noch durch  Modelle begründet.  Natürliche Ursachen, vor allem die Sonne, waren offensichtlich die  wichtigsten Triebkräfte der Klima-Schwankungen in der Vergangenheit und werden es auch in Zukunft sein.  Der Klimawandel ist natürlich und unaufhaltsam. Die beste Politik besteht darin die Anpassung an ein wärmeres oder kälteres Klima zu unterstützen.

 

Eine Berichterstattung über die Vorträge von Prof. Fred Singer fand in den deutschen Medien (Presse, Rundfunk, Fernsehen) praktisch nicht statt. Die einzige mir bekannte Ausnahme: ein Bericht der Westdeutschen Allgemeinen Zeitung (WAZ) über eine Veranstaltung mit Singer in Düsseldorf (http://www.derwesten.de/nachrichten/politik/2008/6/12/news-55195824/detail.html). Die Autorin erhebt darin schon in der Überschrift (Wes´Brot ich ess´) den Vorwurf der Käuflichkeit gegen Singer, ohne nach dem Vortrag, wo Fragen gestellt werden konnten, die Gelegenheit zu nutzen Singer auf diese immer wieder erhobenen Vorwürfe direkt anzusprechen. Das hätten die Regeln der journalistischen Fairness oder einfach nur der menschliche Anstandes aber zwingend geboten! Singer wird von verschiedenen Seiten  unterstellt, seine klimaskeptischen Ansichten seien Zuwendungen von Firmen, etwa aus der Ölindustrie oder Stahlindustrie zu verdanken, denen Klimaschuzmaßnahmen (angeblich)ein Dorn im Auge sind. Neben der Mitarbeiterin der WAZ waren nur noch Journalisten der ZEIT und der WIRTSCHAFTSWOCHE anwesend. Diese führten zwar Interviews mit Singer, eine Veröffentlichung ist aber nach derzeitigem Stand der Dinge nicht geplant. Fernseh-, Rundfunk- oder andere Zeitungsjournalisten waren nicht erschienen und das bei einem so wichtigen Thema. Pressefreiheit wird anscheinend klein geschrieben, wenn es um Berichte über klimaskeptische Veranstaltungen geht, in der durchaus ernst zu nehmende Argumente vorgetragen werden! Gab es Druck von „Oben“?

Das klimaskeptische Europäische Institut für Klima und Energie Jena (EIKE, http://www.eike-klima-energie.eu/) führte das folgende Interview mit Prof. Fred Singer, wo dieser auch zu den Vorwürfen gegen ihn ausführlich Stellung nahm…

Eike: Welches sind Ihre Hauptkritikpunkte an den Prognosen des IPCC?

Singer: Es gibt so viele Punkte, dass man sie in einem Interview nicht alle behandeln kann. Sie können das aber in meinem neusten Buch alles nachlesen. Es ist auch in deutscher Sprache erschienen. (S. Fred Singer (Hg.), Die Natur, nicht menschliche Aktivität, bestimmt das Klima, TvR Medienverlag GbR, Jena. 2008, ISBN 978-3-940431-08-0)

EIKE: Glauben Sie oder wissen Sie, dass CO2 einen Treibhauseffekt verursacht?

Singer: Man weiß, das CO2 die infrarote Strahlung von der Erde absorbiert. Das ist unbestritten. Gestern habe ich mit Ihrem Chemikerkollegen Dr. Hug gesprochen. Herr Dr. Hug hat solche Messungen durchgeführt. Die ersten Messungen wurden zwischen 1830 und 1840 in Frankreich von Jean Baptiste Fourier durchgeführt.

Später war dann die Frage wichtig, ob CO2 neben dem Wasserdampf überhaupt eine Rolle spielen kann. Mein Kollege Gilbert Plass an der Johns Hopkins Universität hat das genau untersucht mit dem Ergebnis, dass die Überlappung der CO2 Banden durch die Wasserbanden nicht ganz vollständig ist, so dass es kleine Bereiche gibt, in denen die CO2 Banden tatsächlich eine Rolle spielen.

EIKE: Mein akademischer Lehrer 1964 an der TH Karlsruhe Professor Ernst-Ullrich Frank begann seine Vorlesung über Thermodynamik mit dem Satz: Zu verstehen, was Temperatur ist, ist wirklich extrem schwierig, weil jedermann Temperaturen misst, über Temperaturen spricht und überzeugt ist, er wisse, was Temperatur sei. Verstehen Sie als Physiker, was Temperatur ist und wenn ja, was ist eigentlich die Temperatur freier Gasmoleküle?

Singer: Das ist eine interessante Frage. Man kann sie recht gut für ideale Gase mit der kinetischen Theorie der Wärme beantworten und dem kinetischen Term ½ m.v2. Bei Gasen mit Rotations-Schwingungstermen muss die Forderung nach einem Gleichgewicht zwischen dem kinetischen und dem Schwingungsterm erfüllt sein. Sonst hat es keinen Sinn von einer Temperatur zu sprechen.

Für mich ist in diesem Zusammenhang besonders wichtig, dass man die Rückstrahlung von der Atmosphäre auf die Erde zum Beispiel mit einem FT-IR-Spektrometer messen kann. Dabei kann man die Banden von CO2 und Wasserdampf, ja sogar auch von Ozon, unterscheiden.

Mich interessiert besonders die Rückstrahlung von Zirruswolken, weil ich darüber immer noch wissenschaftlich arbeite. Dazu sind Messungen vom Flugzeug aus erforderlich.

EIKE: Sie waren mehrfach „Guest Scholar“ an der Smithsonian Institution, Washington, D.C. Diese Institution gab Ende 2007 das Buch „Earth“ neu heraus. Es zeigt den Treibhauseffekt anhand von einem kleinen Pfeil nach oben und einem großen Pfeil nach unten. Sie repräsentieren den großen Fluss langwelliger Strahlung der Treibhausgase nach unten zur Erdoberfläche und den kleinen Fluss langwelliger Strahlung der Treibhausgase nach oben ins Weltall.

Singer: Das ist populär und nicht ganz richtig, aber nicht ganz falsch. Ein Molekül ist  isotrop, also in alle Richtungen gleich. Das Bild ist nur eine Approximation. Richtig ist es, die Atmosphäre in Schichten zu betrachten und zu wissen, dass die Ausstrahlung ins Weltall von den oberen kühleren Schichten erfolgt.

Die Emission aus jeder Schicht nach oben und unten ist ebenfalls gleich. Die  Emission wird aber nach oben immer kleiner, weil die Schichten nach oben immer kälter werden. Die Berechnungen dazu stammten von Goody. Man kann sie in seinem Buch nachlesen.

EIKE: Für welche Organisation arbeiten Sie gegen Bezahlung?  Gehört die Firma Exxon dazu? Sind Sie bereit etwas darüber zu sagen, wie Sie Ihr privates und Ihr öffentliches Leben finanzieren?

Singer: Seit 1989 bin ich im Ruhestand. Seit dieser Zeit bekomme ich persönlich von niemandem eine Bezahlung. Aber ich bekomme aufgrund meiner Berufstätigkeit für mehrere Arbeitsgeber mehrere Pensionen. Dazu gehört die Firma Exxon nicht. Mit meinen Pensionen kann ich ganz gut leben.

EIKE: www.sepp.org ist eng mit Ihrer Person verbunden. Wie finanziert sich diese Organisation? Ist Exxon hier finanziell engagiert?

Singer: Exxon hat einmal oder zweimal ungebeten und, ohne Bedingungen zu stellen, eigentlich ganz überraschend einen ganz kleinen Betrag an SEPP gegeben. SEPP hat aber nur ein kleines Budget, das für Publikationen und vor allem für Reisen verwendet wird. SEPP bezahlt keine Mitarbeiter, außer ein paar Studenten als Hilfskräfte und wenige Hundert US-$ für einen Rechtsanwalt und einen Buchhalter. SEPP unterliegt natürlich der US Steueraufsicht.

SEPP gibt das meiste Geld für Reisen aus. So finanziert SEPP meine derzeitige Reise nach Deutschland und Europa. Die Reise meiner Familie, die mich auf dieser Reise begleitet, zahle ich selbst. SEPP finanziert sich zu 90 % aus privaten Spenden und zu 10 % durch Stiftungen, die SEPP mit ausgeschriebenen Projekten beauftragen. Das Schreiben eines Buches im Auftrag einer Stiftung kann etwa 25 000 US-$ kosten.  Jeder, der Abrechnungen von SEPP einsehen möchte, kann sie einsehen. Bisher wollte aber noch niemand unsere Abrechnungen einsehen. Die Leute schreiben lieber über uns ohne zu recherchieren. So können sie leichter schreiben, was sie wollen. So schreiben sie zum Beispiel in Wikipedia, ich werde von der Tabakindustrie und von „Marsmenschen“ bezahlt. Man kann das nicht ändern, weil die Leute in Wikipedia hineinschreiben können, was sie wollen. Ich setze mich damit nicht mehr auseinander. Auch in der FAZ wurde über mich etwas geschrieben, was nicht stimmt. Ich habe darüber sogar mit einem Anwalt gesprochen. Der verlangte für die Beratung bereits mehrere tausend Euro. Da ist mir die Sache nicht wert. In USA gibt es Anwälte die in solchen Fällen ‚pro bono’, also umsonst,  arbeiten. Davon habe ich in USA auch schon einmal Gebrauch gemacht. Wir haben vor Gericht gewonnen und das hat mich praktisch kein Geld gekostet, aber so viel Zeit, dass ich das auch in USA ‚pro bono’ nicht mehr machen werde. Und herausgekommen ist am Ende eine Entschuldigung. Also, was soll das noch?

EIKE: Sehen Sie die Ursache für das alljährliche antarktische „Ozonloch“ als geklärt an oder bestehen an der Alleinwirkung der Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffe noch Zweifel?

Singer: Das Ozonloch wurde nicht vorhergesagt, sondern es wurde gefunden. Die Theorien über Ozon konnten das Ozonloch nicht vorhersehen, auch nicht die Theorie der Nobelpreisträger, die den Ozonabbau durch FCKW im Labor nachgewiesen haben und aus ihren Laborwerten Abbaumodelle berechnet haben. Alle Theorien beziehen sich auf homogene Reaktionen in der Gasphase.  

Das Ozonloch entsteht aber durch eine heterogene Reaktion an Phasengrenzen, also an Teilchen und eine solche Theorie gab es vor der Entdeckung des Ozonloches nicht.

Nach seiner Entdeckung 1985 wurden verschiedene neue Theorien entwickelt, so von Jackman von der NASA, von Meteorologen und anderen. Aber am Ende hat sich die FCKW Theorie durchgesetzt. Auch diese Theorie ist nicht einfach und einheitlich.

Das Problem ist die Reaktionsgeschwindigkeit. Die Reaktion muss extrem schnell sein, weil sich das Ozonloch extrem schnell bildet. Nach der Nobelpreisvorlesung von Molina baut Chlorperoxid (Cl-O=O-Cl oder Cl2O2) Ozon am schnellsten ab. Cl2O2 kann sich aus FCKW durch UV Strahlung bilden. Nach den  Veröffentlichungen von Susan Solomon ist aber Chlorperoxid immer noch nicht schnell genug und heute zeigt das Radikal von Hypochlorid  (ClO) im Labor den schnellsten Ozonabbau.

Alle diese Laborversuche sind wegen der unvermeidbaren Wandeffekte der Versuchsapparatur sehr problematisch, was ihre Übertragung in die Stratosphäre betrifft. Daher weiß ich wirklich nicht, ob das alles schon das letzte Wort der Wissenschaft ist.

EIKE: Wie beantworten Sie heute die Frage, ob die Ursache von Krebs identifiziert sei? Und wenn die Ursache von Krebs nach wie vor noch nicht identifiziert sein sollte, welche Bedeutung hat dann die Krebsstatistik für die Vorbeugung gegen Krebs, zum Beispiel ein Rauchverbot in öffentlichen Räumen?

Singer: Lassen Sie mich bei dieser Frage, da wir gerade über Ozon und UV Licht gesprochen haben, beim Hautkrebs beginnen. Dabei spielt UV-A und UV-B eine Rolle. Bekanntlich schützt die Ozonschicht ja gegen UV-B Licht (280 bis 320 nm). Die Dermatologen sagen, dieses UV-B Licht verursacht Hautkrebse, die sie Basal Cell & Squamous Cell Carcinom nennen. Sie sind sehr häufig und sehr abhängig vom Breitengrad. Also in Florida bekommen ihn viel mehr Leute als in Kanada. Sie sind aber beide nicht gefährlich.

Weil ihre Epidemiologie so abhängig ist vom Breitengrad, weiß man, dass beide  von UV-B verursacht werden. Die UV-B Strahlung in Florida und Kanada ist etwa um einen Faktor 20 unterschiedlich. Der UV-B Anteil, der mittags in Florida senkrecht eingestrahlt wird, hat nur einen kurzen Weg durch die UV-B absorbierende Ozonschicht. Über Kanada wird UV-B über einen langen Weg durch die Ozonschicht schräg eingestrahlt, hat einen längeren Weg und wird viel stärker herausgefiltert.

Der gefährliche Hautkrebs, das Melanom, ist demgegenüber praktisch nicht vom Breitengrad abhängig und damit auch nicht von UV-B. Es war bisher eine offene Frage, was das Melanom genau mit UV zu tun hat. Der Photodermatologe R. B. Setlow, Brookhaven National Laboratory, hat publiziert, dass UV-A das Melanom verursachen kann. Da UV-A nicht von der Ozonschicht absorbiert wird, ist die Statistik des Melanoms auch nicht vom Breitengrad abhängig.

Nun aber noch ein paar Worte zum Thema Passivrauchen und zum Rauchen allgemein.

Man klagt mich an, ich hätte die Sache mit dem Passivrauchen verdreht. Ich bin aber weder ein Experte für Lungenkrebs, noch einer für Epidemiologie. Aber ich kann lesen. Und die Epidemiologen, die ich kenne, schreiben, dass der Zusammenhang zwischen dem Passivrauchen und dem Krebs noch nicht bestimmt ist. Und weil ich das zitiere, unterstellt man mir, ich sei ein Berater der Tabakindustrie. Das ist Unsinn. Ich selbst rauche nicht und habe auch nie geraucht. Ich berate sogar eine Organisation, die gegen das Rauchen kämpft. Sie heißt American Council on Science and Health.

Weil Ihre letzten Fragen mit dem Artikel von Herrn Rahmstorf in der FAZ  zu tun haben, gestatten Sie mir im Gegenzug eine wissenschaftliche Kritik an der Arbeit von Herrn Rahmstorf über den möglichen Anstieg des Meeresspiegels bis 2100. Diese Kritik habe ich auch schon in dem genannten Buch veröffentlicht. Es kann daher auch zitiert werden.

Auf die Arbeit von Herr Rahmstorf trifft – kurz gesagt – die Aussage zu, dass sie nicht nur wissenschaftlich falsch, sondern wissenschaftlich wertlos ist.

EIKE: Gibt es schon Termine für Ihre nächste Reise nach Deutschland?

Singer: Nein, es gibt keinen neuen Reisetermin.

EIKE: Herzlichen Dank für das Interview und alle guten Wünsche für Sie und Ihre Familie.

© 2008 by EIKE e.V., Jena

Die Fragen für EIKE e.V. Jena stellte der Physikochemiker Dr. Gerhard Stehlik, Hanau.

Diese und andere Fragen hätten die Journalisten auch öffentlich stellen können. Eine inhaltliche Auseinandersetzung mit den Aussagen von Singer und dem NIPCC fand nur oberflächlich oder garnicht statt. Stattdessen wurde nur versucht, Singer als Person zu diffamieren und dadurch unglaubwürdig zu machen, wenn denn überhaupt berichtet wurde. Offenbar hält man die Leser, Zuhörer oder  Zuschauer nicht für intelligent genug, sich selber ein Urteil zu bilden. Gegen die „unerwünschten“ Ansichten zum Klimawandel wird nicht argumentiert, sondern es wird versucht gegen sie zu „immunisieren“ . Darüber hinaus sollen diese „unerwünschten“ Ansichten am besten erst gar nicht öffentlich werden. Bei enem freien Gedankenaustausch könnte  ja am Ende auch ein „falsches “ Bewußtsein herauskommen!

 

Als Herausgeber dieses Weblogs sehe ich das ganz anders.  Mit dem  „richtigen“ Bewußtsein ist das so eine Sache, denn Bewußtsein ist nicht nur gesellschaftlich, sondern vor allem eine höchst individuelle Angelegenheit! Wird in einer Gesellschaft die freie Entfaltung aller Menschen angestrebt (ein sehr wünschenswertes Ziel denke ich), so kann sich das persönliche (und gesellschaftliche) Bewußtsein nur durch freies und selbstständiges Denken weiterentwickeln. Das setzt aber wiederum freien Zugang zu allen überhaupt verfügbaren Informationen voraus und natürlich einen unbehinderten Gedankenaustausch!

 

In unserem speziellen Fall heisst das: Nur wer die Möglichkeit hat, die Thesen der Klimaskeptiker aus erster Hand kennenzulernen, kann sich – wenn er denn will- damit gedanklich auseinandersetzen. Dabei kann man -muss aber nicht(!) – auch zu ganz anderen Schlußfolgerungen kommen als die Klimaskeptiker! 

  

Jens Christian Heuer

 

Written by jenschristianheuer

19 Juni, 2008 at 20:00 pm

Veröffentlicht in Jens Christian Heuer, Klimadebatte

Klimawandel auf Jupiter

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Auf dem größten Planeten unseres Sonnensystems, dem Gasriesen Jupiter ist ein Dritter Roter Fleck erschienen(http://www.astronews.com/news/artikel/2008/05/0805-029.shtml und http://www.space.com/scienceastronomy/080523-jupiter-new-spot.html).

Der Dritte Rote Fleck Quelle: NASA

Wie bei dem seit über 300 Jahren bekannten Großen Roten Fleck (GRF) und dem vor 2 Jahren erschienenen Zweiten Roten Fleck (Roter Fleck Junior) handelt es sich auch bei dem jetzt neu aufgetauchten Dritten Roten Fleck um einen Hochdruckwirbel auf der Südhalbkugel des Planeten. Die jetzt beobachteten Veränderungen werden mit einem auf internen Prozessen beruhenden periodischen Klimawandel auf Jupiter in Zusammenhang gebracht (http://www.space.com/scienceastronomy/jupiter_spots_040421.html). Ein Zyklus dauert ca. 70 Jahre. Vereinfachend zusammengefasst läuft dieser folgendermaßen ab:

Am Anfang besteht ein großer Temperaturunterschied (Gradient) zwischen den Polen und der Äquatorregion. Dadurch nimmt die Strömungsgeschwindigkeit der 12 abwechselnd west- und ostwärts orientierten Jetstreams der Jupiteratmosphäre so zu, daß sie zu mäandern beginnen (Rossby-Wellen). Die Jetstreams bilden sich aus walzenförmigen Konvektionszellen, die den ganzen Planeten umspannen und durch die starke Eigenrotation (Corioliskraft) des Jupiter zu breitenkreisparallelen Windbändern verformt werden. Aus kleinen Störungen im Jetstream (Konvergenzen und Divergenzen) entstehen Turbulenzen, aus denen sich wiederum Hoch- und Tiefdruckwirbel (Stürme) entstwickeln, die alle miteinander einen Ausgleich des Temperaturgradienten zwischen Polen und Äquatorregion herbeiführen. Unter der Vorbedingung, daß sie in “Wirbelstraßen” angeordnet sind, wo sich Hoch- und Tiefdruckwirbel untereinander abwechseln, was die Hochdruckwirbel davon abhält miteinander zu verschmelzen, sind beide Druckgebilde verglichen mit irdischen Verhältnissen äußerst langlebig, weil es auf dem Jupiter keine feste und raue Oberfläche und damit auch keine Bodenreibung gibt. Durch turbulente Erosion werden die Hochdruckwirbel allerdings zunehmend kleiner bis sie schließlich klein genug sind (eine kritische Größe unterschreiten), um zusammen mit den unauffälligeren, unregelmäßig geformten Tiefdruckwirbeln durch Tröge der Rossby-Wellen benachbarter, in entgegengesetzte Richtung orientierter Jetstreams eingefangen zu werden. In dieser “Falle” erodieren die Hochdruckstürme noch schneller als zuvor, bis sie schließlich die zwischen ihnen befindlichen Tiefdruckwirbel passieren können, um miteinander zu verschmelzen. Die Tiefdruckwirbel lösen sich dann auch bald auf. Das “Sterben der Stürme” wurde in den letzten Jahren immer wieder beobachtet. Besonders spektakulär war die Verschmelzung der so genannten großen weißen Ovale. Dabei handelte es sich um drei Hochdruckwirbel, die um 1940, zu Beginn des laufenden Klimazyklus, auf der Südhalbkugel südlich des Großen Roten Flecks auftauchten. Innerhalb von nur 3 Jahren (1997-2000) vereinigten sie sich schrittweise miteinander bis nur noch ein Hochdruckwirbelsturm übrig blieb (http://www.space.com/scienceastronomy/astronomy/jupiter_spots_001024.html).  

 

Jupiters Weiße Ovale verschmelzen. Quelle: NASA

Aus diesem ging dann im Jahre 2006 der Zweite Rote Fleck (Roter Fleck Junior) hervor. Die Rotfärbung des Hochdruckwirbels steht anscheinend mit einer Intensivierung des Sturms in Zusammenhang, wodurch im Zentrum des Wirbels rotes (organisches?) Material aus größeren Tiefen nach oben gelangt. 

Die Zeitspanne der turbulenten Erosion der Hochdruckwirbel (ca. 60 Jahre) bis zur kritischen Größe, ab der sie von Trögen eines benachbarten mäandernden Jetstreams eingefangen werden können, bestimmt ganz wesentlich die Länge eines Klimazyklus, der ca. 70 Jahre dauert.

Der Große Rote Fleck (GRF) hat zumindest in den letzten Jahrhunderten alle Klimaveränderungen unbeschadet überstanden und steht ganz allein in seinem Wolkenband. Tauchen doch einmal kleinere Wirbelstürme in seinem Wolkenband auf, so werden sie absorbiert, wodurch der Energieinhalt des GRF steigt. Dabei wird er röter (s.o.). Tiefdruckwirbel die eine Koexistenz des GRF mit anderen Hochdruckwirbeln ermöglichen könnten, existieren in dem äquatornahen Wolkenband des GRF nicht. da sie bei ihrer Entstehung nordwärts (noch näher am Äquator!) aus dem sie hervorbringenden westwärts orientierten Jetstream ausscheren würden. Dort, ganz nahe am Äquator, ist die Corioliskraft aber einfach zu gering für eine Wirbelbildung. Daher befindet sich der GRF nicht in einer “Wirbelstraße”, sondern steht mutterseelenallein. Eine sehr lange Lebensdauer ist damit praktisch garantiert.

Das Wetter auf dem Jupiter wird nicht nur durch die Sonne angetrieben, die Äquator- und Polarregionen unterschiedlich stark erwärmt, sondern vor allem auch durch eine interne Wärmequelle, die auf dem so genannten Kelvin-Helmholtz-Effekt beruht. Wenn ein vorwiegend aus Gasen bestehender Planet durch die Abgabe von Wärme in den Weltraum abkühlt, so sinkt der innere Druck und durch die Schwerkraft zieht sich der ganze Planet ein wenig zusammen. Diese Kompression erzeugt dann wiederum innere Wärme, wodurch die ganze Planetenatmosphäre von unten aufgeheizt wird.

Gewitter am Tage und in der Nacht Quelle: NASA

Dadurch bilden sich trotz der Sonnenferne des Planeten mächtige Konvektionszellen, und darin hochreichende Quellwolken und immer wieder auch  Gewitter, Hagel, Schnee und Regen (http://www.space.com/scienceastronomy/solarsystem/jupiter_storms_010102-1.html und http://www.space.com/scienceastronomy/solarsystem/jupiter_weather_000209.html !!).

Gewitterwolke im Querschnitt Quelle NASA

Die schnelle Eigenrotation des Jupiter ermöglicht -wie schon erwähnt- die Bildung der Jetstreams, in denen kleine Turbulenzen auftreten, woraus sich dann die gewaltigen, für den Planeten charakteristischen Sturmsysteme (Hoch- und  Tiefdruckwirbel) entwickeln können.

Jens Christian Heuer

Written by jenschristianheuer

14 Juni, 2008 at 07:48 am

Wetterwechsel durch die Schafskälte

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Nach einigen Wochen mit einer zweigeteilten Wetterlage in Europa – im Norden heiß und trocken, im Süden gab es immer wieder schwere Unwetter – hat ein Kälteeinbruch aus dem Norden die Wetterlage vollkommen verändert. Das ist nichts Ungewöhnliches, denn beinahe in jedem Jahr kommt es um diese Zeit herum, vor dem Sommeranfang, noch einmal zu einer deutlichen Abkühlung durch polare Kaltluft. Dieser Kälteeinbruch wird Schafskälte genannt, weil Anfang Juni normalerweise die Schafe immer schon geschoren sind. Die armen Tiere müssen so um diese Zeit herum gewohnheitsmäßig furchtbar frieren. Schauen wir uns die Wetterlage doch einmal näher auf dem Wetterbild des europäischen Wettersatelliten Meteosat an:

Ein Tief über Skandinavien und ein Hoch westlich davon über dem Atlantik führen gemeinsam polare Kaltluft von Nordwesten heran. Die Kaltluft erkennt man sehr schön an der zellularen Bewölkung, die immer dann entsteht, wenn kalte Luft über eine relativ warme Wasseroberfläche strömt, welche als Heizfläche wirkt. Dadurch bilden sich wabenartig angeordnete Konvektionszellen, in denen die Luft gehoben wird, wobei sie sich abkühlt. In der durch Wasserverdunstung feuchten Luft kommt es sehr schnell zur Wolkenbildung (Quellwolken, Cumulus), die durch dabei frei werdende Kondensationswärme (latente Wärme)weiter angetrieben wird.

Die Schafskälte mit ihren kalten aus Nordwesten wehenden Winden wird durch die in dieser Jahreszeit schon vor allem im Südosten Europas beachtlich erwärmte kontinentale Festland ausgelöst. Die Meeresoberfläche ist dagegen noch kühl, da sich das Wasser im Gegensatz zum Land nur langsam erwärmt. Durch diesen Gegensatz fällt der Luftdruck über Land (thermisches Tief) und steigt über dem Atlantik (thermisches Hoch). Dieses Luftdruckgefälle erzeugt einen Sog von Nordwesten nach Südwesten, der die ursprünglich mehr von Südwesten kommende Westdrift in eine Nordwestdrift dreht. Dadurch wird polare Kaltluft herangeführt.

Auffällig auch die gewaltigen Gewitterwolken (Gewitterzellen) über Osteuropa nördlich des Schwarzen Meeres. Diese erscheinen auf einer zeitgleich gemachten Infrarotaufnahme von Meteosat besonders eindrucksvoll:

00 UTC

Die Infrarotaufnahme bildet die unsichtbare Wärmestrahlung ab, die vom Land, den Wasserflächen und den Wolken ausgeht. Warme Objekte erscheinen dunkel, kalte Objekte dagegen hell. Aus den Helligkeiten der Objekte ist somit ein direkter Rückschluss auf deren Temperatur möglich. Infrarotbilder gelingen auch in der Dunkelheit der Nacht, denn im Gegensatz zum sichtbaren Licht ist die Wärmestrahlung immer vorhanden. Quellwolken (Cumulus), die sich bis in große Höhen auftürmen wie ganz besonders die Gewitterwolken (Cumulunimbus), sind wegen der mit der Höhe abnehmenden Lufttemperatur an ihrer Oberseite relativ kalt und erscheinen daher hell. Dasselbe gilt für die nur in großer Höhe entstehenden Eiswolken (Cirrus). Wolken in niedrigen Höhen sind dagegen schon fast genauso warm wie die Erdoberfläche darunter und erscheinen somit ähnlich dunkel.

 

Weitere Informationen über die Wetterlage entnehmen wir einer Höhenkarte des amerikanischen Wetterdienstes:

00 UTC

Sie zeigt viele Farbschattierungen, die jeweils anzeigen, in welcher Höhe der Luftdruck auf 500 hPa zurückgegangen ist (Höhenangaben in Dekametern!). Da sich warme Luft mehr ausdehnt als kalte Luft, nimmt der Luftdruck auch dementsprechend langsamer mit zunehmender Höhe ab. Je wärmer also die Luft umso größer also die Höhe in der der Luftdruck auf 500 hPa gesunken ist. Man erhält in einer zusammenfassenden Kartendarstellung dann eine 500 hPa-Fläche in Form einer “Landschaft” mit “Bergen” und “Tälern”. In den roten, orangefarbenen und gelben Bereichen befindet sich die warme Luft, deren Temperatur von gelb nach rot zunimmt; in den grünen, blauen und violetten Bereichen hingegen die kalte Luft, mit von grün über blau nach violett sinkender Temperatur. Die Isobaren des Bodenluftdrucks sind als weiße geschlossene Linien eingezeichnet. Isobaren verbinden die Orte gleichen Luftdrucks miteinander. Geringe Abstände zwischen diesen zeigen ein großes Luftdruckgefälle an und umgekehrt. Die Luftdruckwerte sind auf den Isobaren eingetragen. Die Zahlen auf der 500 hPa-Fläche zeigen die jeweils herrschenden Temperaturen an. Eine schwarze Linie markiert den Verlauf der Polarfront.

An der Polarfront, wo tropische Warmluft und polare Kaltluft aufeinander treffen, entwickelt sich aufgrund des Temperaturunterschieds und des damit verbundenen Druckgefälles zwischen beiden Luftmassen (warme Luft dehnt sich mehr aus als kalte Luft, entsprechend in einer warmen Luftsäule auch ein langsamerer Druckabfall mit der Höhe!) ein starker Höhenwind, der Jetstream, welcher maßgeblich das Wettergeschehen auf der Nordhalbkugel bestimmt. Durch die Erdrotation (Corioliskraft) wird der polwärts orientierte Jetstream zu einem Westwind abgelenkt, der sich bis zum Boden hin durchsetzt (Westwindzone, Westdrift). Bei Erreichen einer kritischen Strömungsgeschwindigkeit beginnt der Jetstream zu mäandern (Rossby-Wellen), weil das ihn antreibende Temperaturgefälle nicht überall gleich ist. Die Wellenberge (Hochkeile, Höhenrücken) enthalten tropische Warmluft, die Wellentäler (Höhentröge) polare Kaltluft. Aus kleinen Strömungsschwankungen (Konvergenzen und Divergenzen) im Jetstream entwickeln sich dynamische Hochs (in den Hochkeilen) und Tiefs (in den Trögen), welche dann die polare Kaltluft und die tropische Warmluft miteinander verwirbeln. Die Hochdruckwirbel (Hochs) sind abwärts gerichtet, so daß die Luftmassen großflächig absinken und sich dabei erwärmen. Die Wolkenbildung wird infolgedessen erschwert und vorhandene Wolken lösen sich größtenteils auf. Das Wetter ist heiter und trocken. Die aufwärts gerichteten Tiefdruckwirbel (Tiefs) heben die Luft und diese kühlt dabei ab, so daß bei ausreichender Luftfeuchtigkeit  Wolkenbildung einsetzt. Sehr oft gibt es dann auch Niederschläge.  

 

Einige Hochs, darunter auch das bekannte Azorenhoch, bilden gemeinsam den subtropischen Hochdruckgürtel. Die Tiefs gelangen hingegen (zusammen mit kleinen Zwischenhochs) mit der Westdrift nach Europa und sorgen unter ihren Zugbahnen für ein wechselhaftes, aber mildes Wetter. 

Dem Wechsel der Jahreszeiten folgend, verlagern sich Polarfront und Jetstream mal polwärts (Sommer) und dann wieder mehr in Richtung Äquator (Winter).

 

Auf der Höhenkarte sieht man sofort, wie die Lage des Höhentroges über Skandinavien mit seinem Tief die Wetterlage in Nord- Und Westeuropa bestimmt. Da sich Tiefdruckwirbel auf der Nordhalbkugel wegen der Erdrotation im Gegenuhrzeigersinn drehen, führt das Skandinavientief polare Kaltluft aus Nordwesten heran.

Das Hoch über dem Nordatlantik westlich davon wirkt dabei unterstützend, denn Hochdruckwirbel drehen sich auf der Nordhalbkugel im Uhrzeigersinn. 

 

Nördlich davon fällt ein ausgedehntes Hoch über Grönland ins Auge. Es wird von dem Skandinavientief und einem weiteren Tief über den Arktischen Inseln eingerahmt. Die Konstellation dieser drei Druckgebilde, die an den griechischen Großbuchstaben Omega (Ω) erinnert ist sehr stabil. Der Hochdruckeinfluß über Grönland kann daher noch länger anhalten, so daß dort die Temperaturen langsam aber sicher weiter klettern. Man spricht in diesem Zusammenhang von einer Omega-Wetterlage. In Europa sorgt eine solche Wetterlage im Sommer immer wieder für ein sonniges, sehr heißes und trockenes Wetter.

 

Zu guter Letzt noch ein Blick auf die bodennahen Temperaturen:

 

00 UTC

 

Jens Christian Heuer

Written by jenschristianheuer

13 Juni, 2008 at 23:45 pm

Unwetter und Klimawandel

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In den letzten Wochen hatten wir in Europa und speziell auch in Deutschland wieder einmal eine zweigeteilte Wetterlage: Im Norden war es sonnig, heiß und trocken, im Süden jedoch gab es schwere Unwetter.

Einzelne dieser Unwetter direkt auf den globalen Klimawandel zurückzuführen, wäre sicher voreilig, ja sogar unzulässig. Aber dennoch, einen  Zusammenhang zwischen Häufigkeit sowie Schwere von Unwettern und dem Klimawandel durch globale Erwärmung dürfte es gleichwohl geben:  

An der Polarfront, wo tropische Warmluft und polare Kaltluft aufeinander treffen, entwickelt sich aufgrund des Temperaturunterschieds der Jetstream, welcher maßgeblich das Wettergeschehen bei uns in Europa, aber auch anderswo auf der Nordhalbkugel bestimmt:

 

Durch den Temperaturunterschied entsteht ein deutliches Luftdruckgefälle zwischen den beiden Luftmassen, da der Luftdruck mit zunehmender Höhe über dem Erdboden in warmer Luft  deutlich langsamer abnimmt als in kalter Luft (größere Ausdehnung der Warmluft verglichen mit kalter Luft). Dieses Luftdruckgefälle treibt den Jetstream an, eine polwärts gerichtete Höhenströmung, die wegen der Erdrotation aber zu einem Westwind abgelenkt wird und sich bis zum Boden hin durchsetzt (Westwindzone, Westdrift). Bei Erreichen einer kritischen Strömungsgeschwindigkeit beginnt der Jetstream zu mäandern (Rossby-Wellen). Kleine Störungen im Jetstream erzeugen Hoch- und Tiefdruckwirbel, welche dann polare Kaltluft und tropische Warmluft miteinander vermischen. Folge: Das Temperatur- und Druckgefälle an der Polarfront geht zurück. Die Hochdruckwirbel (Hochs) sind abwärts gerichtet, so daß die Luftmassen großflächig absinken und sich dabei erwärmen. Die Wolkenbildung wird infolgedessen erschwert und vorhandene Wolken lösen sich größtenteils auf. Das Wetter ist heiter und trocken. Die Tiefdruckwirbel sind aufwärts gerichtet, die Luftmassen werden gehoben, kühlen sich dabei ab, so daß sich bei ausreichender Luftfeuchtigkeit viele Wolken bilden können. Sehr oft kommt es auch zu Niederschlägen.  

 

Die Hochs halten sich innerhalb der mit tropischer Warmluft gefüllten Wellenberge (Hochkeile) der Rossby-Wellen auf, die Tiefs dagegen vorwiegend innerhalb der mit polarer Kaltluft gefüllten Wellentäler (Höhentröge). Die Hochs, darunter auch das bekannte Azorenhoch, bilden gemeinsam den subtropischen Hochdruckgürtel. Die Tiefs gelangen mit der Westdrift nach Europa und sorgen unter ihren Zugbahnen für ein wechselhaftes aber mildes Wetter. Durch einen starken, nur wenig mäandernden Jetstream wird zudem die polare Kaltluft wie von einem Zaun eingeschlossen, so daß nur wenige Kaltluftausbrüche gen Süden das milde Wetter unterbrechen. Dem Wechsel der Jahreszeiten folgend, verlagert sich der Jetstream und damit auch die Grenze zwischen tropischer Warmluft und polarer Kaltluft, im Sommer polwärts und im Winter äquatorwärts. 

 

Durch das Abschmelzen der ausgedehnten polaren Eisflächen, welche normalerweise einen Großteil des Sonnenlichts reflektieren, hat sich die Arktis im Zuge des Klimawandels verglichen mit anderen Regionen überproportional erwärmt. Das Temperatur- und Druckgefälle an der Polarfront, der Grenze zwischen tropischer Warmluft und polarer Kaltluft, ist demzufolge auf der Nordhalbkugel geringer geworden. Ein deshalb im Durchschnitt schwächerer Jetstream mäandert  sehr stark, so daß die Strömungsgeschwindigkeit noch weiter abnimmt. Das erleichtert wiederum die Bildung ausgedehnter Hochs, welche  die Westdrift und ihre Tiefs blockieren. Im Einflussbereich dieser blockierenden Hochs ist das Wetter sonnig,  heiß und trocken. Die Höhentröge mit den blockierten Tiefs schnüren sich nun von der polaren Kaltluftseite ab und wechseln auf die tropische Warmluftseite über. Die blockierten Tiefs werden auf diese Weise von der Westdrift getrennt und weichen dabei nach Süden aus. Als kalte, allseitig von tropischer Warmluft umgebene Höhentiefs (Kaltlufttropfen) „saugen“ sie von unten Luft an und lösen deshalb in ihrem Einflussgebiet Unwetter mit Starkregen und heftigen Gewittern aus. Verstärkend wirkt hierbei noch die mit der globalen Erwärmung einhergehende erhöhte Wasserverdunstung. Bei der Wolkenbildung wird dadurch mehr Kondensationswärme (latente Wärme) frei, die ihrerseits die Wolkenbildung weiter antreibt, so daß die Unwetter dementsprechend heftiger ausfallen. 

 

Der gesamte Jetstream hat sich in den letzten  Jahren als Folge der Erwärmung auf der Nordhalbkugel polwärts verlagert, und damit hat sich auch die Grenze zwischen tropischer Warmluft und polarer Kaltluft nach Norden verschoben. Über das ganze Jahr gesehen wird das Wetter dadurch überall auf der Nordhalbkugel ein wenig sommerlicher.

Der Klimawandel begünstigt also eine zweigeteilte Wetterlage, mit heißem und trockenem Wetter auf der einen und starken Unwettern weiter südlich auf der anderen Seite. Tritt eine solche Wetterlage im Winter auf, sorgen die Höhentiefs mit massiven Kaltlufteinbrüchen für sehr ergiebige Schneefälle und  desöfteren auch für heftige Schneestürme, denn der geschwächte Jetstream kann die polare Kaltluft kaum noch einschließen. So geschah es im Winter 2007/2008 beispielsweise in Griechenland, im Nahen Osten, in den Vereinigten Staaten und in Zentralasien.

Jens Christian Heuer

Written by jenschristianheuer

13 Juni, 2008 at 19:15 pm

Das kleine Wetter- und Klimalexikon (zuletzt ergänzt am 26.Sept.2008)

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A – Z

 

Arktische Oszillation (AO) Die Arktische Oszillation ist eine mehr oder weniger regelmäßige Veränderung im Schwingungsmuster des -> Jetstreams der Nordhalbkugel. Das Schwingungsmuster des -> Jetstreams pendelt zwischen zwei Zuständen hin und her:

Die ruhigen Wellenbewegungen des kräftigenden Jetstreams lassen Kaltluftvorstösse nach Süden kaum zu (positive Phase der Arktischen Oszillation, links). Wenn aber der Jetstream relativ schwach ausgeprägt ist und stark mäandert, kommt es immer wieder zu Kaltluftausbrüchen nach Süden. (negative Phase der Arktischen Oszillation, rechts). Quelle: http://uwnews.org/uwnhome.asp

In der positiven Phase bringt ein kräftiger nur schwach mäandernder Jetstream zahlreiche Sturmtiefs (-> Dynamische Tiefdruckgebiete) hervor, die mit den vorherrschenden Winden Nord-, West- und Mitteleuropa erreichen und unter ihren Zugbahnen für ein mildes, feuchtes, aber auch wechselhaftes Wetter sorgen. Nur einige wenige Sturmtiefs gelangen in den Mittelmerrraum, wo daher überwiegend trockenes Wetter vorherrscht. Neben den Sturmtiefs entstehen auch kräftige Hochs und damit ein subtropischer Hochdruckgürtel, der stark ausgepägte Nordostpassate hervorbringt. Diese erzeugen im Atlantik auch entsprechende Meeresströmungen, so daß an der westafrikanischen Küste kaltes Tiefenwasser hervorquillt. Dadurch sinken wiederum die Temperaturen des Oberflächenwassers im Atlantik und damit entstehen hier weniger -> Tropische Wirbelstürme. Der kräftige -> Jetstream schliesst zudem die polare Kaltluft wie eine Mauer ein, so daß Kaltluftvorstösse in den Süden nur selten vorkommen.

In der negativen Phase mäandert der Jetstream sehr stark und bringt nur relativ wenige und im Durchschnitt schwächere Sturmtiefs hervor. Daneben entstehen sehr häufig blockierende Hochs, welche dann die Sturmtiefs in den Mittelmerraum umlenken. Dort fällt nun relativ viel Regen, während es in West- und Mitteleuropa häufig trocken bleibt. Besonders im Winter kommt es imer wieder zu Kaltluftausbrüchen gen Süden, da der relativ schwache -> Jetstream die polare Kaltluft nicht mehr so gut einschliessen kann.

Positive Phase mit starkem Polarwirbel (rechts): Die polare Kaltluft wird vom Jetstream weitestgehend eingeschlossen. Zahlreiche Sturmtiefs bringen milde und feuchte Luft nach Nord-, West- und Mitteleuropa, teilweise sogar bis in die Arktis. Im Mittelmeerraum kommen nur wenige Sturmtiefs an, und es bleibt trocken. Starke Passatwinde vermindern die Anzahl tropischer Wirbelstürme, weil sie kaltes Tiefenwasser an der westafrikanischen Küste hervorquellen lassen, wodurch das Oberflächenwasser des Atlantiks kühler wird.Negative Phase mit schwachem Polarwirbel (rechts): Der relativ schwache, stark mäandernde Jetstream lässt immer wieder Kaltlufteinbrüche in den Süden zu. Bei schwachen Westwinden erreichen nur wenige Sturmtiefs West-, Mittel- oder gar Nordeuropa. Dort wird es trockener. Dafür werden die Sturmtiefs bei den im Gegenzug häufiger vorkommenden blockierenden Hochdrucklagen in den Mittelmeerraum umgelenkt, wo es dann häufiger regnet.Schwächere Passatwinde begünstigen tropische Wirbelstürme, weil die Wassertemperaturen im Atlantik ansteigen. Quelle: http://www.washington.edu/

Eine positive Phase geht (fast) immer mit einem starken -> Polarwirbel einher, der den Jetstream direkt antreibt. Höhere Temperaturen des Oberflächenwasser durch warme Meeresströmungen wie den Golfstrom begünstigen ebenfalls die positive Phase. Durch die erhöhe Wasserverdunstung, vor allem auf der Warmluftseite der -> Polarfront gelangt mehr -> latente Wärme in die obere -> Troposphäre, wodurch hier der Temperaturgradient zwischen tropischer Warmluft und polarer Kaltluft zunimmt. Genau dieser Temperaturgradient treibt aber wiederum den -> Jetstream an! vgl. -> Nordatlantische Oszillation (NAO)

Corioliskraft Die Erde dreht sich um die eigene Achse (Erdrotation) und alle Luftteilchen ihrer Atmosphäre drehen sich mit. Je weiter man nach Norden gelangt, umso langsamer bewegen sich die Luftteilchen in Drehrichtung, denn die Breitenkreise werden ja immer kleiner und somit der zurückzulegende Weg während einer Erdumdrehung immer kürzer. Wenn sich ein Luftteilchen beispielsweise vom Äquator nach Norden bewegt, bekommt es also eine höhere Geschwindigkeit in Drehrichtung der Erde mit, als sie die in den höheren Breitengraden befindlichen Luftteilchen haben. Deshalb eilt es diesen in Richtung der Erdrotation nach Osten voraus, wird also nach rechts abgelenkt. Bewegt sich ein Luftteilchen von Norden in Richtung Äquator, so bekommt es eine niedrigere Geschwindigkeit in Richtung der Erddrehung mit als die sich auf den niedrigeren Breitengraden jeweils schon befindlichen Luftteilchen, und es bleibt diesen gegenüber zurück. Das Luftteilchen wird nach Westen, also ebenfalls nach rechts abgelenkt. Bewegt sich ein Luftteilchen auf einem mittleren Breitenkreis nach Osten in Richtung der Erdrotation, so wird es schneller als die es umgebenden Luftteilchen und bewegt sich zu einem Breitenkreis, der der höheren Geschwindigkeit entspricht, wird also nach rechts in Richtung Süden abgelenkt. Ein Luftteilchen dagegen, das sich auf einem mittleren Breitenkreis nach Westen entgegen der Erdrotation bewegt, verliert gegenüber den Luftteilchen der Umgebung an Geschwindigkeit und sucht sich einen dementsprechenden Breitenkreis. Es wird in Richtung Norden, also ebenfalls nach rechts abgelenkt.


In der Abbildung stehen die blauen Pfeile für die Gradientenkraft (entlang eines Druckgefälles), die die Luftteilchen in Bewegung setzt. Die roten Pfeile stehen für die ablenkende Corioliskraft und die schwarzen Pfeile zeigen die resultierende Bewegung der Luftteilchen. Quelle: Wikipedia

Dynamische Hochdruckgebiete siehe -> Dynamische Tiefdruckgebiete

Dynamische Tiefdruckgebiete:entstehen an der -> Polarfront (Frontalzone), also dort, wo tropische Warmluft vom Äquator und polare Kaltluft aufeinander treffen. Zwischen beiden Luftmassen besteht mit zunehmender Höhe ein wachsendes Luftdruckgefälle (Gradient), weil sich warme Luft mehr ausdehnt als kalte Luft Der Luftdruck in einer Luftsäule der warmen Luft nimmt demzufolge von unten nach oben langsamer ab als der Luftdruck in einer Luftsäule der kalten Luft. Entlang des Luftdruckgefälles wirkt eine Gradientenkraft, die einen starken, polwärts gerichteter Höhenwind erzeugt, den sogenannten -> Jetstream. Die -> Corioliskraft aufgrund der Erdrotation lenkt den -> Jetstream aber nach Osten ab, so daß ein Westwind dabei herauskommt, welcher sich bis zum Boden hin durchsetzt (Westwindzone, Westdrift). 

Der -> Jetstream wird also letztendlich  durch den Temperaturgegensatz zwischen tropischer Warmluft und polarer Kaltluft angetrieben. Gleichzeitig bildet er aber eine Grenze zwischen beiden Luftmassen, die sich deshalb zunächst kaum vermischen können, so daß auch kein Temperaturausgleich stattfindet. Ab einer bestimmten kritischen Strömungsgeschwindigkeit fängt der -> Jetstream jedoch an zu mäandern, weil die ihn antreibenden Temperaturgegensätze der beiden Luftmassen nicht überall gleich sind und damit natürlich auch nicht die Windgeschwindigkeiten innerhalb des -> Jetstreams.  Die Wellenberge (Hochkeile, Höhenrücken) der dadurch erzeugten sogenannten Rossby-Wellen enthalten tropische Warmluft, die Wellentäler(Höhentröge) polare Kaltluft. Auf der Rückseite eines Troges (die Westseite bei dem von West nach Ost gerichteten -> Jetstream) wird die Luft abgebremst, denn die Luftteilchen erfahren neben der Gradientenkraft eine Zentrifugalkraft in genau entgegengesetzter Richtung. Der -> Jetstream wird dadurch langsamer und wegen der noch größeren Geschwindigkeit der nachfolgenden Luft kommt es zu einen Luftstau (Konvergenz). Die Luftsäule in diesem Bereich gewinnt an Masse, so daß der Bodenluftdruck steigt. Die Luft weicht ringsherum nach außen aus (Divergenz am Boden), und es bildet sich ein abwärts gerichteter Hochdruckwirbel. Auf diese Weise entstehen dynamische Hochs (Anticyclonen), die sich auf der Nordhalbkugel (Südhalbkugel)wegen der -> Corioliskraft im Uhrzeigersinn (Gegenuhrzeigersinn)drehen und äquatorwärts ausscheren. Da die Luft in einem solchen Hoch nach unten sinkt und sich dabei erwärmt, wird eine Wolkenbildung erschwert und vorhandene Wolken lösen sich auf. Auf der Vorderseite eines Troges (die Ostseite bei einer von West nach Ost gerichteten Höhenströmung) nimmt die Strömungsgeschwindigkeit wieder zu, da die abbremsende Zentrifugalkraft wegfällt. Die noch nicht beschleunigte, nachfolgende Luft kann da nicht mithalten, so daß die Luftsäule in diesem Bereich  an Masse verliert (Divergenz) und der Bodenluftdruck fällt. Die Luft strömt von ringsherum herbei (Konvergenz am Boden), und es bildet sich ein aufwärts gerichteter Tiefdruckwirbel. Die Luft in seinem Zentrum wird gehoben, kühlt dabei ab und es kommt bei ausreichender Luftfeuchtigkeit zur Wolkenbildung. Das Zentrum ist daher immer relativ kalt! Auf diese Weise entstehen dynamische Tiefs (Cyclonen), die sich auf der Nordhalbkugel (Südhalbkugel) wegen der -> Corioliskraft im Gegenuhrzeigersinn (Uhrzeigersinn)drehen und polwärts ausscheren.

Durch die von ihrem Tiefdruckzentrum ausgehende Drehbewegung wird tropische Warmluft polwärts gegen die polare Kaltluft geführt (Warmfront). Im Gegenzug lenkt sie polare Kaltluft äquatorwärts gegen die tropische Warmluft (Kaltfront). Diese Frontenbildung ist ein Erkennungsmerkmal für dynamische Tiefs.

  

Entwicklung und Aufbau eines dynamischen Tiefdruckgebietesnach nach Vilhelm Bjerknes (1862-1951), der die Polarfronttheorie entwickelte. Quelle: http://retro.met.no/

An der Warmfront  gleitet die warme langsam wie auf einer schiefen Ebene über die kalte Luft. Dabei bilden sich Schichtwolken, und es fängt häufig über längere Zeit an zu regnen (Landregen). In größeren Höhen, wo es noch kälter ist, bilden sich Eiswolken (Cirrus). Die Kaltfront und die dahinter befindliche Kaltluft bewegen sich wesentlich schneller als die vorauseilende Warmluft, die wegen ihrer Aufstiegstendenz eine schwächere Vorwärtsbewegung hat. Die Warmluft wird dabei nach und nach von der herannahenden Kaltluft durchdrungen, erfährt dadurch einen starken Auftrieb, weil sie leichter ist (labile Luftschichtung). und es entsteht eine ausgeprägte Quellbewölkung. Bei kräftigen Winden kommt es zu sehr heftigem -> Regen und oft gibt es auch -> Gewitter und -> Hagel. Der Warmluftsektor wird nach und nach immer kleiner. Warm- und Kaltfront vereinigen sich vom Tiefdruckzentrum ausgehend zu einer Mischfront (Okklusion) bis schließlich der Warmluftsektor ganz verschwunden ist. Die dynamischen Tiefs verwirbeln während ihrer duchschnittlichen Lebensdauer von 5 Tagen also tropische Warmluft und polare Kaltluft miteinander und sorgen so für einen gewissen Temperaturausgleich zwischen tropischer Warmluft und polarer Kaltluft.

Die relativ lange Lebensdauer der dynamischen Tiefs ist nur möglich, weil die von der Erdrotation verursachte, die Luftströmungen ablenkende -> Corioliskraft dafür sorgt, daß der Druckausgleich zwischen Hoch- und Tiefdruckgebieten nicht auf geradem, direktem Wege erfolgen kann. Ansonsten wäre nach wenigen Stunden schon alles vorbei.

Die dynamischen Tiefdruckwirbel bewegen sich mit der Westdrift und sorgen in den Gebieten unter ihren Zugbahnen für eine milde und feuchte Witterung.

Eis-Albedo-Rückkopplung: Eis und Schnee sind hell (hohe Albedo), reflektieren sehr gut das Sonnenlicht und wirken daher abkühlend. Eine Zunahme der Schnee- und Eisbedeckung verstärkt also die Abkühlung und diese wieder die Schnee- und Eisbedeckung. Diese positive Rückkopplung funktioniert natürlich auch in umgekehrter Richtung, wenn durch eine Schnee- und Eisschmelze dunklerer Untergrund freigelegt wird, der das Sonnenlicht kaum reflektiert, aber gut absorbiert.

Eisbohrkerne werden aus Gletschern gewonnen und stellen ein einmaliges Klimaarchiv dar. In Gegenden, wo es kalt und feucht genug für eine Gletscherbildung ist wird der alljährlich fallende Schnee durch die Lagen von in späteren Jahren fallendem Schnee allmählich zusammengepresst und schließlich in Eis verwandelt. Sommerschnee bildet größere Eiskristalle als Winterschnee, so daß Eis-Jahresschichten entstehen, die eine spätere Altersbestimmung des Eises erlauben. Unter günstigen Bedingungen kann man aus Gletschereis kilometertiefe Eisbohrkerne gewinnen, die dann hunderttausende von Jahren in die Vergangenheit zurückreichen. Die Eisbohrkerne enthalten eine Fülle von Informationen über die Klimabedingungen der Vergangenheit. So enthält das Eis Lufteinschlüsse, die die Zusammensetzung der Atmosphäre zum jeweiligen Zeitpunkt verraten. Auch die Temperaturen lassen sich bestimmen, die zum Zeitpunkt herrschten, als der Schnee fiel, der dann später zur jeweiligen Eisschicht zusammengedrückt wurde. Dazu bedient man sich eines besonderen Tricks: Der Sauerstoff im Wassereis kommt in verschiedenen unterschiedlichen Isotopen vor, die zwar chemisch gleich sind, sich im Gewicht aber unterscheiden. Die beiden wichtigsten Varianten sind das leichte O16 – das den Löwenanteil ausmacht – und das schwere O18. Wasser mit der leichteren Form (Isotop O16) verdunstet eher als Wasser mit der schwereren Form (Isotop O18), so daß sich das leichtere Isotop O16 in den als Schnee fallenden Niederschlägen temperaturabhängig anreichern kann. Bei niedrigen Temperaturen verdunstete fast nur Wasser mit O16, bei höheren Temperaturen kam auch immer mehr Wasser mit O18 hinzu. Das O16/O18 – Verhältnis lässt also Rückschlüsse auf die Temperatur zu. Die Stärke der jeweiligen Niederschläge ergibt sich aus dem Dicke der Eisschichten. Auch Staubeinschlüsse lassen Rückschlüsse auf Kalt- oder Warmzeiten zu .In Kaltzeiten ist die Luft staubiger, in Warmzeiten wird der Staub durch die dann häufigeren und stärkeren Niederschläge aus der Luft gewaschen. Die Staubverteilung zeigt dagegen die jeweils vorherrschenden Windrichtungen an. Vulkanausbrüche verraten sich durch eine Ascheschicht in den Eisbohrkernen.

El Nino Southern Oscillation (ENSO) Das ENSO-Phänomen besteht in einem Umkippen der Luftzirkulation zwischen den Subtropenhochs beiderseits des Äquators und einem Wärmetief der Innertropischen Konvergenzzone (ITCZ) im Westpazifik, wobei Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre und Ozean eine entscheidende Rolle spielen. Der Normalzustand ist eine Hadley-Zirkulation (vgl. -> Tropen) zwischen einem Tiefdruckgebiet der ITCZ im westlichen Pazifik bei Australien und Indonesien und subtropischen Hochdruckgebieten im östlichen Pazifik vor der westamerikanischen Küste auf der Nordhalbkugel und vor der Westküste von Südamerika auf der Südhalbkugel. Die Nordost- und Südostpassate treiben das warme pazifische Oberflächenwasser westwärts, wodurch an den Westküsten Nord- und Südamerikas kaltes Tiefenwasser nachströmt. Besonders die südamerikanische Westküste, wo das aufsteigende Tiefenwasser sehr viele Nährstoffe enthält, ist für seinen Fischreichtum bekannt. Hinzu kommt noch der Humboldtstrom, der aus der südlichen Polarregion kaltes Wasser mitführt, zunächst küstenparallel strömt, dann aber unter dem Einfluss des Südostpassats nach Westen schwenkt. Das von den Passatwinden nach Westen getriebene Oberflächenwasser erwärmt sich zunehmend, und die Luft darüber wird durch Verdunstung immer feuchter. Die oberflächennahen Wassertemperaturen im West- und Ostpazifik unterscheiden sich um nahezu 10° C (max. 30° C im westlichen Pazifik, aber nur 20° C vor der süd- und nordamerikanischen Küste). Im Westpazifik, im Bereich des tropischen Wärmetiefs, kommt es zu starken Niederschlägen, da die warmen und feuchten Luftmassen hier aufsteigen und sich abregnen. Über dem Ostpazifik, wo die Subtropenhochs liegen, kommt es zu großräumigen Absinkbewegungen der Luft, wodurch sich die Wolken auflösen. Deshalb herrscht hier ein sehr trockenes Klima bis hin zur Wüstenbildung an der südamerikanischen Ostküste. Der Wassertransport durch die Passate nach Westen staut an den Küsten im Westpazifik das Oberflächenwasser auf, wodurch der Meeresspiegel hier einen halben Meter höher liegt als vor der südamerikanischen Ostküste. In der Tiefe kommt es zu einer Schrägstellung der Grenzfläche (Thermokline) zwischen warmem Oberflächenwasser und kaltem Tiefenwasser, die im Osten dicht unterhalb der Meeresoberfläche in 30 m Tiefe, im Westen dagegen erst in 150 m Tiefe liegt.


Die normalen Zirkulationsverhältnisse im äquatorialen Pazifik Quelle: http://www.enso.info/enso.html

Während eines El-Nino-Ereignisses ändern sich die Zirkulationsverhältnisse im Pazifik grundlegend. Die Passatwinde schwächen sich ab Dann kann das im Westpazifik aufgestaute warme Oberflächenwasser nach Osten zurückschwappen und so den Temperatur und Druckunterschied zwischen den beiden Subtropenhochs und dem Wärmetief der ITCZ im Westpazifik weiter abbauen. Dadurch werden die Passatwinde natürlich noch schwächer (positive Rückkoppelung). Die ganzen Druck- und Temperaturverhältnisse können sich sogar umkehren, so daß es anstelle der Passatwinde zu Westwinden kommt. Der Auftrieb des kalten Tiefenwassers vor der nord- und südamerikanischen Ostküste bricht zusammen. Die Temperaturen des Oberflächenwassers im Ostpazifik steigen dann um über 5° C. Durch die Erwärmung hebt sich der Meeresspiegel im östlichen Pazifik um 20 cm an, und die Thermokline senkt sich auf 50 m Tiefe ab. In den neu gebildeten Tiefdruckgebieten des Ostpazifiks steigt warme feuchte Luft auf und kühlt dabei ab, so daß es an den Ostküsten Nord- und Südamerikas nun zu heftigen Niederschlägen kommt. Über dem zuvor feuchtwarmen Westpazifik führt das neu entstandene Hochdruckgebiet mit seinen absinkenden Luftmassen zur Auflösung der meisten Wolken und damit zu extremer Trockenheit. Nach einer Übergangsphase folgt auf das El-Nino- ein La Nina-Ereignis. Dieses entspricht einem verstärkten Normalzustand. Alles ist wie am Anfang, bloß viel ausgeprägter. Schließlich pendelt das System aber wieder in den echten Normalzustand zurück. Das ENSO-Phänomen wird möglicherweise – zumindest teilweise – durch die Antarktische Zirkumpolarwelle (AZW) gesteuert. Die AZW ist eine gekoppelte Erscheinung von Atmosphäre und Ozean. Sie enthält kalte Luft- und Wassermassen, die sich vom Südpol in Richtung Norden ausgebreitet haben im Wechsel mit warmen tropischen Luft- und Wassermassen, die sich in Richtung Südpol bewegen. Diese warmen und kalten Luft- und Wassermassen bilden eine Art vierblättriger Kleeblattstruktur, die als Ganzes innerhalb von 8 Jahren einmal die Antarktis umrundet. Innerhalb der kalten „Blätter“ herrschen kalte und trockene Wetterbedingungen, innerhalb der warmen „Blätter“ ist es dagegen warm und niederschlagsreich. Eine beliebige Stelle im Einflussbereich dieses Kleeblattes erlebt also alle 2 Jahre eine grundlegende Umstellung der Wetterlage. Alle 4 Jahre stellt sich dann wieder dieselbe Wetterlage ein. Im Durchschnitt alle 4 Jahre kommt es interessanterweise aber auch zu einem ENSO-Ereignis wie El Nino oder El Nina. Bei einem El Nino wird womöglich das Hoch vor der südamerikanischen Küste -und damit auch der Südostpassat- durch ein warmes „Blatt“ der vierblättrigen Kleeblattstruktur geschwächt. Ein kaltes „Blatt“ ist dann vielleicht für ein La-Nina-Ereignis verantwortlich. Durchaus möglich, daß es tatsächlich so funktioniert. Der Einfluss des Kleeblattes der Antarktischen Zirkumpolarwelle (AZW) wird nach dem augenblicklichen Stand der Wissenschaft jedenfalls für wahrscheinlich gehalten. Vermutlich gibt es aber auch noch andere Mechanismen, die bei ENSO-Ereignissen eine Rolle spielen.

ENSO-Ereignisse beeinflussen auch die globalen Temperaturen. El-Nino lässt diese ansteigen, während La Nina abkühlend wirkt.

Jetstream  Der Jetstream ist ein Starkwindband, das sich in der oberen -> Troposphäre mehr oder weniger um den ganzen Planeten schlängelt. Er entsteht an der -> Polarfront , wo tropische Warmluft und polare Kaltluft aufeinander treffen. Da warme Luft sich in der Vertikalen mehr ausdehnt, als kalte Luft, besteht an der -> Polarfront ein mit der Höhe zunehmendes Druckgefälle (Druckgradient) von der tropischen Warmluft hin zur polaren Kaltluft. Daraus resultiert ein kräftiger, zunächst polwärts gerichteter  Höhenwind, (Jetstream), der durch die Erdrotation (-> Corioliskraft) zu einem Westwind abgelenkt wird, welcher sich bis zum Boden hin durchsetzt (Westwindzone, Westdrift). Die Temperaturgegensätze (Temperaturgradienten)zwischen Warm- und Kaltluft sind an den verschiedenen Abschnitten der -> Polarfront aber nicht überall gleich, so daß dementsprechend auch im Jetstream die Windgeschwindigkeiten  schwanken (Fluktuationen). Dadurch fängt der Jetstream ab einer kritischen Strömungsgeschwindigkeit an zu mäandern und es entstehen Rossby-Wellen. Die Wellenberge (Höhenrücken, Hochkeile) enthalten tropische Warmluft, die Wellentäler (Höhentröge) dagegen polare Kaltluft. Die Rossby-Wellen ihrerseits verstärken die Fluktuationen im Jetstream. Die Höhenströmung wird also zunehmend turbulent: Aus Konvergenzen (Luftverdichtungen) entwickeln sich abwärts gerichtete Hochdruckwirbel (Dynamische Hochs), aus Divergenzen (Luftverdünnungen) aufwärts gerichtete Tiefdruckwirbel (-> Dynamische Tiefdruckgebiete). In den Tiefs können sich bei ausreichend hoher Luftfeuchtigkeit viele Wolken bilden, weil  die Luft hier ja gehoben wird und sich dabei abkühlt.  Die dynamischen Tiefs werden von der Höhenströmung nach Osten davongetragen und sorgen unter ihren Zugbahnen für mildes, feuchtes und wechselhaftes Wetter. Da dynamische Tiefs an der Grenze zwischen tropischer Warmluft und polarer Kaltluft entstehen und dann die beiden Luftmassen miteinander verwirbeln, bilden sich (fast) immer ein Frontensystem aus Warm- und Kaltfront. Im Verlauf der Drehbewegung des Tiefs werden Warm – und Kaltfront aber vom Tiefdruckzentrum ausgehend zusammengeführt (Okklusion).

Der Jetstream durchläuft mehrere sich wiederholende Phasen, in denen er unterschiedlich stark mäandert: Zunächst  mäandert er nur wenig, und es bilden sich nur wenige dynamische Tiefs, so daß nur eine geringe Durchmischung von tropischer Warmluft und polarer Kaltluft stattfindet. Infolgedessen baut sich an der -> Polarfront ein immer stärkerer Temperaturgegensatz (Temperaturgradient) auf, wodurch der Jetstream immer stärker mäandert und sich vermehrt dynamische Tiefs entwickeln. Die Höhenströmung verlangsamt sich zusehens bis sie schließlich ganz zusammenbricht. Dann lösen sich ganze Höhentröge der Rossby-Wellen als (kalte) Tiefdruckwirbel (Höhentiefs, Kaltlufttropfen) von der Kaltluft und wechseln auf die Warmluftseite über (Cut Off). Dasselbe passiert mit umgekehrten Vorzeichen und in umgekehrter Richtung auch mit den warmen Hochkeilen. Das führt dann endlich zu einer besseren Durchmischung von tropischer Warmluft und polarer Kaltluft.

Polwärts entwickelt sich unterdessen ein neuer Jetstream, der zunächst nur wenig mäandert solange bis sich wieder ein höherer Temperaturgradient aufgebaut hat.

Eingebettet in warme Luft sind kalte Höhentiefs (Kaltlufttropfen) sehr stabil, weil innerhalb des Wirbels bis in große Höhen der Luftdruck niedriger ist als in der wärmeren Umgebung. Die Luftschichtung ist labil (kalte über warmer Luft), so daß es zu Hebungsvorgängen  mit der entsprechenden Wolkenbildung kommt.

Auch die abgespaltenen Hochdruckwirbel halten sich lange, denn der Luftdruck in ihrem Zentrum bleibt bis in große Höhen stets über dem ihrer kühleren Umgebung. Sie können eine enorme Größe erreichen und als blockierende Hochdruckgebiete -> Dynamische Tiefdruckgebiete am Weiterziehen hindern oder zu erheblichen Umwegen zwingen.

 

Meeresströmungen sind neben der atmosphärischen Luftzirkulation (Winde) entscheidend an der globalen Wärmeverteilung vom Äquator in Richtung der Pole beteiligt. Analog der globalen Zirkulation durch Luftströmungen, gibt es auch eine globale Zirkulation durch Meeresströmungen in den Ozeanen.

 

Die globale Zirkulation des Meereswassers:Das Wasser der Meeresströmungen in der Tiefsee ist kalt und salzhaltig, in den oberflächennahen Meeresströmungen ist es dagegen verhältnismäßig warm und salzarm. Quelle: http://www.pik-potsdam.de/~stefan/

Die turbulenten und stark verwirbelten Meeresströmungen werden durch Winde, aber vor allem auch durch Unterschiede in Temperatur und Salzgehalt des Meereswassers  angetrieben (thermohaline Zirkulation). Das vom Äquator zu den Polen strömende Wasser gibt seine Wärme allmählich an die Luft darüber ab, wird dabei immer kühler, aber auch immer salzhaltiger, da auf seinem langen Weg sehr viel Wasser verdunstet. Die Dichte des Wassers nimmt so nach und nach zu, bis es langsam abzusinken beginnt Tiefenwasserbildung in den Absinkzonen), wodurch wiederum die gesamte Zirkulation wie durch eine Pumpe verstärkt wird. Das kalte Tiefenwasser strömt dann wieder in Richtung Äquator. Zwischen Meerwasser und Luft besteht ein intensiver Wärmeaustausch. Das am Äquator erwärmte Wasser, das durch oberflächennahe Meeresströmungen in die Nähe der Pole gelangt, gibt dort seine überschüssige Wärme an die Luft ab. So wird beispielsweise die Wärme, die der Golfstrom (und der Nordatlantikstrom) in den Norden transportiert, durch die Tiefdruckwirbel in der Westwindzone nach Europa transportiert und sorgt dort für eine vergleichsweise milde Witterung.

Milankovich-Zyklen sind periodische Veränderungen der Erdumlaufbahn um die Sonne, die durch die Schwerkrafteinwirkung anderer Planeten unseres Sonnensystems verursacht werden. Dadurch ändert sich erstens die Bahn der Erde selbst. Sie ist einmal mehr elliptisch und dann wieder beinahe kreisförmig (hohe und niedrige Exzentrizität). Das hat natürlich Auswirkungen auf die Sonneneinstrahlung. Zweitens ändert sich der Neigungswinkel der Rotationsachse zur Senkrechten auf der Bahnebene, d.h. die Erde neigt sich mal mehr und mal weniger zur Sonne hin. Die Jahreszeiten sind dann mal mehr und mal weniger ausgeprägt. Und drittens taumelt die Erde auf ihrer Bahn um die Sonne wie ein sich drehender Kreisel (Präzession). Dadurch herrscht auf der Nordhalbkugel (Südhalbkugel) einmal Sommer (Winter), wenn die Erde den sonnennächsten Punkt ihrer Bahn erreicht und das andere Mal sind die Rollen von Nord- und Südhalbkugel vertauscht. Die Winter und Sommer auf den Erdhalbkugeln fallen dann jeweils wärmer oder kälter aus.

 Milankovich-Zyklen Quelle: http://www.hamburger-bildungsserver.de/

Pazifische Dekaden Oszillatiom (PDO) Alle 20-30 Jahre kommt es durch eine plötzliche Änderung der Temperatur des Oberflächenwassers im Nordpazifik zu einer  kurzfristigen Klimaänderung auf großen Teilen der Nordhalbkugel. Die genaue Ursache ist noch unbekannt, dürfte aber mit einer Änderung der Meeresströmungen zusammenhängen, vielleicht so ähnlich wie bei der -> El Nino Southern Oscillation (ENSO)

In der positiven Phase der PDO ist der zentralen Nordpazifik kalt, die Westküste Nordamerikas dagegen warm. Über dem kalten Oberflächenwasser bildet der Jetstream (vgl. -> Dynamische Tiefdruckgebiete) relativ leicht einen Höhentrog aus, in dem sich ein kräftiges Aleutentief (bei der Inselgruppe der Aleuten zwischen Nordamerika und Asien) entwickelt , welches tropische Warmluft in den Nordwestpazifik bis hoch in den Norden lenkt. Über den Regionen der nordamerikanischen Westküste liegt dann ein Hochkeil (Rücken), der für warmes und trockenes Wetter sorgt. Im Osten Nordamerikas befindet sich dann ein Trog mit Tiefdruckgebieten, die Schlechtwetter bringen.

Pazifische Dekaden Oszillation (PDO) mit Temperaturanomalien und Luftbewegungen in der positiven und negativen Phase.  Quelle: http://www.jisao.washington.edu/pdo/

In der negativen Phase sind die Verhältnisse genau umgekehrt: Der zentrale Nordpazifik ist warm, der -> Jetstream bildet in dieser Region einen Hochkeil (Rücken) und das Aleutentief entwickelt sich nur schwach oder garnicht. Deshalb gelangt nur wenig tropische Warmluft hoch in den Norden. Über der Westküste Nordamerikas liegt dagegen ein Trog mit Tiefdruckgebieten und das Wetter ist mild, feucht und wechselhaft. Über dem östlichen Nordamerika folgt dann oft wieder ein Rücken mit schönem Wetter.

Entdeckt wurde die PDO durch auffällige und gegenläufige Veränderungen in den Lachsbeständen der amerikanischen Westküste und vor Alaska alle 20-30 Jahre. In der positiven Phase mit dem warmen Oberflächenwasser der amerikanischen Westküste können dort nur wenige Fische überleben, denn die dadurch stabile Schichtung des Ozeanwassers verhindert einen Austausch mit dem kalten nährstoffreichen Tiefenwasser. Vor Alaska wird das Wasser dagegen nur ein wenig wärmer. Gerade eben hoch genug damit ángenehme Temperaturen für Fische herrschen, aber nicht hoch genug für eine stabile Schichtung des Ozeanwassers. In der negativeb Phase der PDO verhält es sich genau anders herum. Praktisch keine Fische vor Alaska und ideale Fischgründe an der nordamerikanischen Westküste.

Fazit: Ein positive Phase der PDO begünstigt eine Erwärmung zumindest auf der Nordhalbkugel, da sehr viel tropische Warmluft bis hoch in den Norden gelangt. Dadurch verstärkt sich die Eisschmelze in der Arktis und über eine positive -> Eis-Albedo-Rückkopplung ergibt sich ein überproportionaler Temperaturanstieg in der Nordpolregion.

Polarfront (Frontalzone) Die Polarfront ist die Grenze zwischen tropischer Warmluft und polarer Kaltluft, die wegen der -> Corioliskraft entgegengesetzt aneinander vorbeiströmen. Der Temperaturgegensatz (Temperaturgradient) an der Polarfront treibt den -> Jetstream an, indem es zu Turbulenzen kommt aus denen dann die -> Dynamischen Tiefdruckgebiete und die -> Dynamischen Hochdruckgebiete hervorgehen.

Polarwirbel Über den Polen der Erde bilden sich in der -> Stratosphäre Polarwirbel, die als Tiefdruckwirbel (vgl. -> Tiefdruckgebiete) bis in die mittlere -> Troposphäre hinabreichen. Die -> Stratosphäre ist die nächsthöhere Atmosphärenschicht oberhalb der -> Troposphäre, in der sich die meisten Wettervorgänge abspielen. Die -> Stratosphäre enthält größere Mengen an Ozon, das die für das Leben gefährlichen Anteile der von der Sonne kommenden Ultraviolettstrahlung absorbiert. Deshalb ist die -> Stratosphäre deutlich wärmer als die obere -> Troposphäre. Polarwirbel bilden sich aber nur, wenn die -> Stratosphäre über den Polen sehr kalt wird. Das geschieht immer während der Polarnacht, wenn der betreffende Pol keine Sonnenstrahlen abbekommt und deshalb das vorhandene Ozon die -> Stratosphäre dort nicht erwärmen kann. Ein kräftiger Polarwirbel verhindert das allzu starke Mäandern des Jetstreams und begünstigt so die positive Phase der -> Arktischen Oszillation. Ein schwacher Polarwirbel lässt die -> Arktische Oszillation dagegen in der negativen Phase verharren.

Stratosphäre Diese nächsthöhere Atmosphärenschicht oberhalb der -> Troposphäre reicht bis in eine Höhe von 50 km und enthält das lebenswichtige Ozon, welches die gefährlichen Anteile der ultravioletten Sonnenstrahlen absorbiert. Dadurch erwärmt sich die Stratosphäre, so daß eine -> Temperaturinversion eintritt, die eine Quellwolkenbildung in dieser Höhe unterbindet. Die Stratosphäre ist daher sehr trocken.  

Tiefdruckgebiete (Tiefs) sind Bereiche mit einem im Vergleich zur weiträumigen Umgebung verminderten Luftdruck. Man unterscheidet nach ihrer Entstehungsweise -> Thermische Tiefdruckgebiete und -> Dynamische Tiefdruckgebiete.

Treibhauseffekt Der Treibhauseffekt kommt dadurch zustande, daß der Erdboden die Strahlung der Sonne absorbiert, in Wärme umwandelt, die Atmosphäre von unten erwärmt, aber einiges von der Wärme auch wieder in den Weltraum abstrahlt (Infrarotstrahlung), wovon die Treibhausgase (Kohlendioxid, Wasserdampf, Methan, Lachgas) wiederum einen Anteil zurückhalten. Die Moleküle der Treibhausgase sind infrarotaktiv und absorbieren bestimmte ausgewählte Wellenlängen der Infrarotstrahlung des Erdbodens – wobei sie in Schwingungen geraten – und geben einen Großteil der empfangenen Energie durch Stöße an die zahlreichen Nachbarmoleküle anderer Atmosphärengase ab, wozu auch die jeweils anderen Treibhausgase gehören. Die Atmosphäre erwärmt sich dabei ein wenig und und die in ihr enthaltenen Treibhausgase entwickeln eine dementsprechende Infrarotstrahlung. Ein Teil  davon gelangt als infrarote Gegenstrahlung wieder zurück zum Erdboden, der dadurch etwas Wärme zurückerhält und so langsamer auskühlt. Der andere Teil der Infrarotstrahlung geht in den Weltraum. Aufgrund der verzögerten Auskühlung erwärmt sich der Erdboden durch die Sonnenstrahlung auf höhere Temperaturen, als wenn es keine Treibhausgase gäbe. Die Erdoberfläche gibt dann dem Temperaturanstieg entsprechend einerseits mehr Infrarotstrahlung – mit den zahlreichen Wellenlängen, die die Treibhausgase nicht absorbieren können (Infrarotfenster) – in den Weltraum ab, andererseits gibt der durch den Treibhauseffekt erwärmte Erdboden seine zusätzliche Wärme von unten an die unteren Luftschichten der Troposphäre weiter, was wiederum die Konvektion (Luftumwälzung) verstärkt. Letztendlich stellt sich  ein neues Strahlungsgleichgewicht auf höherem Temperaturniveau ein. Die Wirkungen der Treibhausgase addieren sich, können sich aber auch gegenseitig überproportional verstärken. Nimmt beispielsweise die Konzentration von Kohlendioxid (CO2) in der Luft zu, so wird es nur ein wenig wärmer. Die wärmere Luft kann jedoch mehr Feuchtigkeit aufnehmen. Wasser (H2O) ist ein wesentlich stärkeres Treibhausgas als Kohlendioxid (CO2). Damit verstärkt das H2O in der Atmosphäre den relativ geringen Treibhauseffekt des CO2 (Wasserdampfverstärkung).

Tropen Die Tropen befinden in einem Bereich um den Äquator herum der sich vom nördlichen Wendekreis (23,5° Nord) bis zum südlichen Wendekreis (23,5° Süd) erstreckt. Jeweils zur Sonnenwende (20./21. Juni bzw. 21./22. Dezember) erreicht der Sonnenstand im jeweiligen Sommer auf der Nord- bzw. Südhalbkugel auf den Wendekreisen den Zenit. Die Sonne steht dann also senkrecht am Himmel. Das liegt an der 23,5 ° – Neigung der Erdachse.

Die Erde dreht sich in ca. 24 Stunden einmal um die eigene Achse (Eigenrotation), und weist deshalb einen Wechsel von Tag und Nacht auf. Da die Rotationsachse der Erde nicht genau senkrecht auf der Bahnebene der Erde um die Sonne steht, sondern um 23,5° gekippt ist, gibt es Jahreszeiten.

Jahreszeiten und Wendekreise
Quelle: Institut für Sonnenenergieforschung (
http://www.isfh.de/) 

Nord- und Südhalbkugel der Erde erhalten während eines Umlaufs um die Sonne abwechselnd einmal mehr und einmal weniger Sonnenstrahlung, denn diese trifft einmal steiler auf die Nordhalbkugel und flacher auf die Südhalbkugel und das andere Mal genau umgekehrt. Aber eben nur in den Regionen innerhalb der beiden Wendekreise kann die Sonne zumindest einmal im Sommer im Zenit stehen. Über das ganze Jahr gesehen erhalten so die Tropen deutlich mehr Sonnenenergie als die mittleren Breiten oder gar die Polarregionen. Durch Luft- und Meeresströmungen werden die Temperaturunterschiede zwischen den Tropen und den Polen teilweise ausgeglichen. Die Begleiterscheinungen davon erleben wir als Wetter.

Tropische Wirbelstürme entstehen normalerweise nur über offenem Wasser und auch immer nur dann, wenn die Wassertemperatur ausreichend hoch (mindestens 26°C) und die Luft darüber kalt genug ist. Je  wärmer das Meerwasser ist, d.h. je mehr Wasser verdunstet, umso mehr Energie steht dem Wirbelsturm zur Verfügung: Die über dem Wasser erwärmte, feuchte Luft wird gehoben und kühlt dabei ab. Kältere Luft kann weniger Feuchtigkeit aufnehmen, so daß in der aufsteigenden Luft schließlich Wolkenbildung einsetzt. Dabei wird fortlaufend die für die Verdunstung des Wassers zuvor verbrauchte Energie (latente Wärme) als Kondensationswärme wieder freigesetzt. Das wiederum verstärkt den Auftrieb der Luft, die solange weiter aufsteigt,wie sie noch eine höhere Temperatur als die Umgebungsluft hat. Ein hohes vertikales Temperaturgefälle (Temperaturgradient) ist als Antrieb für den sich selbst verstärkenden Prozeß  der Wolkenbildung und damit letztendlich auch für die Entstehung des tropischen Wirbelsturms entscheidend! Horizontale Temperaturunterschiede, also Frontalzonen zwischen warmen und kalten Luftmassen (vgl. dazu ->Dynamische Tiefdruckgebiete) spielen dagegen keine Rolle! Wichtig ist, daß genug latente Wärme durch Wasserverdunstung nachgeliefert wird. Es bilden sich auf diese Weise gewaltige Wolkentürme die bis in enorme Höhen anwachsen können. Die aufsteigende Luft wird durch den Einfluss der Erdrotation (-> Corioliskraft) abgelenkt, und so entsteht ein Wirbel, der ein sich verstärkendes -> Tiefdruckgebiet bildet, das immer mehr feuchtwarme Luft von allen Seiten ansaugt. Die Drehbewegung wird immer schneller, angetrieben durch die latente Wärme. Ein tropischer Wirbelsturm funktioniert als eine gigantische Kühlmaschine, die Wärme von der Wasseroberfläche in große Höhen transportiert, wo sie als Infrarotstrahlung in den Weltraum abgegeben wird. Die Drehbewegung wird innerhalb des tropischen Wirbelsturms zum Zentrum hin immer schneller. Die Zentrifugalkräfte werden oft so groß, daß sich im Zentrum trotz der Bodenreibung, welche die Wirkung der -> Corioliskraft abschwächt, ein  beinahe windstilles, wolkenarmes Auge bildet, in dessen Außenrand (Eyewall), der Auftrieb der feuchtwarmen Luftmassen besonders groß ist. Vom Auge wird aus der Höhe Luft angesaugt, die sich auf ihrem Weg nach unten immer mehr erwärmt. Vorhandene  Wolken lösen sich deshalb hier größtenteils auf. Das Zentrum eines tropischen Wirbelsturms ist also immer warm! Der entstandene Wirbelsturm bewegt sich dann mit der jeweils vorherrschenden Luftströmung. 

Hurrikan Floyd, ein tropischer Wirbelsturm mit einem sehr schön ausgebildeten Auge Quelle: NOAA

Das auslösende Moment für die  Entstehung tropischer Wirbelstürme sind Konvergenzen (Luftstauungen) innerhlb des African Easterly Jets, eines kräftigen mittelhohen  Ostwindes. Dieser wird durch den Temperaturgegensatz zwischen der heißen Saharaluft und der vergleichsweise kühleren Luft über dem tropischen Regenwald und einem dementsprechend von Nord nach Süd gerichteten Luftdruckgefälle (Warme Luft dehnt sich mehr aus als kalte Luft. Der Luftdruck in einer Luftsäule warmer Luft nimmt deshalb von unten nach oben langsamer ab als der Luftdruck in einer Luftsäule kalter Luft!) angetrieben (Gradientenkraft). Wegen der -> Corioliskraft wird aus dem ursprünglichen südwärtsgerichteten Nordwind ein Ostwind (African Easterly Jet, Urpassat), der bis in relativ bodennahe Luftschichten hinab reicht, dann aber wegen der Bodenreibung zunehmend in einen Nordostwind ((Nordostpassat) übergeht. Erreicht der  African Easterly Jet, welcher bis weit über den Atlantik reicht, eine kritische Strömungsgeschwindigkeit, so beginnt er zu mäandern. Es entstehen Rossby-Wellen mit Wellenbergen (Tröge), die kühle Luft enthalten und Wellentälern (Rücken) mit warmer Luft. An der Rückseite der Tröge (der Ostseite, weil es ein Ostwind ist) wirken Zentrifugalkräfte der Gradientenkraft entgegen, der Wind wird abgebremst und die Luft staut sich (Konvergenz). An der Vorderseite der Tröge (der Westseite, weil es ein Ostwind ist), treten keine Zentrifugalkräfte mehr auf und der Wind wird beschleunigt, so daß die schon beschleunigte und noch langsamere Luft auseinanderweichen (Divergenz). Im Bereich der Divergenzen wird Luft von oben angesaugt. Es bildet sich ein bodennahes Hoch mit absinkender Luft, die sich dabei erwärmt. Dadurch lösen sich vorhandene Wolken auf (Schönwetter). Im Bereich der Konvergenzen jedoch muss die Luft  nach oben ausweichen. Durch die Hebung kühlt die Luft ab, Wolkenbildung setzt ein, und es entsteht ein  bodennahes Tief (Schlechtwetter). Über einer ausreichend warmen Wasseroberfläche, die genug latente Wärme liefert, kann dabei dann ein tropischer Wirbelsturm herauskommen.

Troposphäre Die relativ feuchte Troposphäre ist die unterste Atmosphärenschicht, in der sich das meiste Wettergeschehen abspielt. Luftdruck und Temperatur nehmen von unten nach oben ab. Die Troposphäre misst über den warmen Tropen bis zu 18km, über den kalten Polen dagegen nur 6-7 km.

Vorticity Vorticity steht für Wirbelhaftigkeit oder Wirbelstärke, also für die Eigenschaft eines Luftströmungsfeldes zu rotieren. Man unterscheidet dabei entsprechend der Art ihrer Entstehung Scherungs- und Krümmungsvorticity.

Kurz zusammengefasst: Bei einer Wirbelbildung sind also immer zwei Arten von Vorticity zu berücksichtigen; erstens die Relative Vorticity, also die Wirbelstärke relativ zu der als ruhend betrachteten Erde und zweitens die grundsätzlich positive Planetare Vorticity (Erdvorticity). Beide zusammen ergeben dann die Absolute Vorticity.

Alle Luftwirbel haben einen Drehimpuls (Drall) der erhalten bleibt, wenn sie nicht an Energie hinzugewinnen oder verlieren. Diese Eigenschaft wird Potentielle Vorticity genannt und ergibt sich aus dem Quotienten von Absoluter Vorticity einer Luftsäule und deren Höhe. 
Ein Eiskunstläufer, der sich um die eigene Achse dreht und dabei seine Arme zum Körper anzieht dreht sich dadurch schneller, erhöht also seine Vorticity und umgekehrt. Analog dazu nimmt bei vertikaler Streckung und gleichzeitig abnehmenden Durchmesser einer sich drehenden Luftsäule, deren Vorticity ebenfalls ab und umgekehrt (Pirouetteneffekt).

Änderungen der Relativen Vorticity spielen bei der Entstehung -> Dynamischer Tiefdruckgebiete unter einem mäandernden Jetstream die entscheidende Rolle: Im Bereich der maximalen Krümmung und Scherung eines Höhentroges (auf der Trogachse) erreicht der Jetstream seine maximale positive Relative Vorticity und gleichzeitig seine minimale Erdvorticity (die Corioliskraft nimmt in Richtung Äquator ab!), denn seine Potentielle Vorticity bleibt ja konstant. Auf der Vorderseite des Troges (Ostseite), nehmen Krümmung und Windscherung, also die Relative Vorticity wieder ab,  und die Erdvorticity dementsprechend zu (die Corioliskraft wird in Richtung Pol stärker!), denn wiederum bleibt die Potentielle Vorticity natürlich konstant. Man kann es auch so formulieren: Positive Absolute Vorticity wird von einem Bereich starker Krümmung in einen Bereich schwacher Krümmung transportiert (Positive Vorticity Advektion (PVA), von lat. advehere = heranführen, heranbringen, heranfahren, transportieren). Die schwache Krümmung des Jetstreams auf der Vorderseite des Troges zeigt also den Abbau positiver Relativer Vorticity zugunsten einer zunehmenden positiven Erdvorticity an. Der Abbau von Relativer Vorticity auf der Trogvorderseite geschieht durch horizontale Divergenz vor allem in der Höhe, weil hier die Windgeschwindigkeiten am größten sind. Der Durchmesser einer dort befindlichen Luftsäule nimmt dabei zu und die Wirbelstärke, also die Relative Vorticity dementsprechend ab. Durch die Divergenz in der Höhe verliert die Luftsäule an Masse, so daß am Boden der Luftdruck fällt. Durch diese Störung wird von ringsherum Luft angesaugt (Konvergenz in Bodennähe) und es bildet sich ein aufwärts gerichteter Luftwirbel, woraus sich ein -> Dynamisches Tiefdruckgebiet entwickelt.

 
Wolken bilden sich, wenn durch Wasserverdunstung feuchte Luft aufsteigt und abkühlt bis schließlich das Kondensationsniveau erreicht wird. Warme Luft kann wesentlich mehr Wasser aufnehmen als kalte Luft. Bei erreichen des Kondensationsniveaus bilden sich unendlich viele, mikroskopisch kleine Wassertröpfchen und so entsteht eine Wolke. Dabei wird Kondensationswärme frei, die latente Wärme. Sie entspricht der Wärmeenergie, die nötig war, um das Wasser zu verdunsten und die nun bei dem umgekehrten Vorgang wieder freigesetzt wird. Die bei der Wolkenbildung freigesetzte  latente Wärme gibt der aufsteigenden Luft neuen Auftrieb, denn solange diese wärmer ist als die Umgebungsluft, kann sie weiter aufsteigen. Dabei kondensiert der noch vorhandene Wasserdampf weiter aus. Die bei der Wolkenbildung freiwerdende latente Wärme fördert so ihrerseits die Wolkenbildung. Diese funktioniert aber nur dann richtig, wenn kleine Partikel als Kondensationskeime vorhanden sind, an denen sich die Wassermoleküle anlagern können, so daß Wassertröpfchen entstehen können. Je mehr Kondensationskeime vorhanden sind, umso kleiner sind die Wassertröpfchen und umso heller wird die Wolke. Bei den Kondensationskeimen handelt es sich um Staub-, Rußteilchen, aetherische Öle von Pflanzen  (Terpene) und um Sulfataerosole. Letztere stammen heutzutage oft aus industriellen Abgasen, werden aber auch von Pflanzen, vor allem aber von Meeresalgen in beachtlichem Umfang erzeugt.
 
wird fortlaufend ergänzt…
 
Auf der Vorderseite eines Höhentroges bildet sich durch Divergenz ein dynamisches Tiefdruckgebiet: Die rote Linie markiert die Trogachse, wo die Relative Vorticity (Krümmungs- und Scherungsvorticity) ihren höchsten Wert erreicht. Der blaue Kreis zeigt die Zone maximaler Divergenz auf der Trogvorderseite, wo Relative Vorticity zugunsten der Erdvorticity abgebaut wird. Die Potentielle Vorticity bleibt erhalten!
Die abgebildete Höhenkarte zeigt die 500 hPa-Fläche (Geopotential) und indirekt auch die Temperaturen mit der so genannten Relativen Topographie (RETOP). Die 500 hPa-Fläche wird durch die schwarzen Linien sichtbar und ergibt sich aus den jeweiligen Höhe über dem Boden in denen der Luftdruck auf 500 hPa gesunken ist (Höhenangaben in Dekametern!). Warme Luft dehnt sich mehr aus als kalte Luft, wodurch in einer Luftsäule der Luftdruck auch erst in entsprechend größerer Höhe auf 500 hPa zurück geht. Die 500 hPa-Fläche bildet daher eine Art “Landschaft” mit “Bergen” (Warmluft)und “Tälern”(Kaltluft). Die schwarzen Linien der 500 hPa-Fläche verbinden Orte miteinander, die jeweils in der gleichen Höhe liegen. Diese auch Isohypsen genannten Linien lassen den Verlauf der Höhenwinde gut erkennen. Die Farben zeigen die Relative Topographie. Darunter versteht man die Darstellung des Höhenunterschiedes oder der Schichtdicke zwischen zwei isobaren Flächen, also Flächen in denen jeweils der gleiche Luftdruck herrscht. Hier sind es die 500 hPa (in etwa 5 km Höhe) und die bodennahe 1000 hPa Isobarenfläche. Dieser Höhenabstand ist wieder in Form von Isohypsen dargestellt. Gebiete mit geringen Schichtdicken, also einem geringen Abstand zwischen den Isobarenflächen, entsprechen niedrigen Lufttemperaturen und solche mit hoher Schichtdicke hohen Lufttemperaturen. Die Schichtdicken und damit die Temperaturen nehmen von violett, über blau, grün, gelb nach rot immer mehr zu. Darüber hinaus ist auf der Karte auch noch der jeweils herrschende Bodenluftdruck eingezeichnet. Man erkennt ihn an den weißen geschlossenen Linien, den Isobaren, die Orte gleichen Luftdrucks miteinander verbinden. Ein geringer Abstand zwischen den Isobaren zeigt eine hohes Luftdruckgefälle an und umgekehrt. Der jeweilige Luftdruckwert ist auf den Isobaren eingetragen. Die Hoch- und Tiefdruckgebiete sind so auf einen Blick auszumachen. Quelle:
http://www.wetter3.de/
Bild durch Anklicken vergrößerbar!

Das Ganze lässt sich noch weitergehender veranschaulichen: Man denke sich die Luftsäulen aus (unendlich) vielen kleinen Luftsäulen übereinander zusammengesetzt. Durch die wegen der ansteigenden Windgeschwindigkeiten mit der Höhe zunehmenden Divergenz wird der Durchmesser der kleinen Luftsäulen dementsprechend größer, gleichzeitig werden sie wegen der Erhaltung der Potentiellen Vorticity aber auch immer kürzer. Die Gesamtlänge der unendlich vielen kleinen Luftsäulen reicht dann nicht mehr bis zum Boden herab. Die dadurch entstehende „Loch“ wird dann mit Luft aus der bodennahen Umgebung aufgefüllt (bodennahe Konvergenz).
 
 
 

 

 

 

 
 
 
 
 
 
 
 

 

 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

Links: Krümmungsvorticity (oben) und Scherungsvorticity (unten)
Rot = positive (cyclonale) ; Blau= negative (anticyclonale) Vorticity
Rechts: Wenn man alle Ablenkungsmöglichkeiten eines Luftteilchens (hier auf der Nordhalbkugel) zusammenfasst, dann erhält man einen cyclonalen Wirbel (hier gegen den Uhrzeigersinn), also positive Vorticity. Die blauen Pfeile stehen für die Gradientenkraft entlang eines Druckgefälles, wodurch sich die Luftteilchen in Bewegung setzen. Die roten Pfeile stehen für die ablenkende -> Corioliskraft und die schwarzen Pfeile zeigen die resultierende Bewegung der Luftteilchen. Mit zunehmendem Breitengrad nimmt die Erdvorticity zu und erreicht an den Polen ihr Maximum. Am Äquator wirkt keine Corioliskraft mehr und damit verschwindet auch die Erdvorticity. Quellen:
http://www.wetter3.de/ und Wikipedia

Eine Windscherung (Scherungsvorticity) tritt immer dann auf, wenn in einer Luftströmung verschiedene Strömungsgeschwindigkeiten vorkommen. Die Krümmungsvorticity beruht hingegen auf einer Richtungsänderung der Strömung. Wegen der Erdrotation, welche die Atmosphäre ja mitbewegt, kommt bei jeder Wirbelbildung in der Luft, eine (positive) Planetare Vorticity (Erdvorticity) noch hinzu. Die Erdvorticity wird durch die -> Corioliskraft verursacht, welche die Luftteilchen ablenkt (Krümmungsvorticity). In Richtung der Pole nimmt die Erdvorticity wegen der stärker werdenden -> Corioliskraft zu, in Richtung Äquator dagegen ab. Die Corioliskraft lässt sich gut veranschaulichen: Da die Erde sich um die eigene Achse dreht (Erdrotation), drehen sich auch die Luftteilchen ihrer Atmosphäre mit. Je weiter man nach Norden gelangt, umso langsamer bewegen sich die Luftteilchen in Drehrichtung, denn die Breitenkreise werden ja immer kleiner und somit der zurückzulegende Weg während einer Erdumdrehung immer kürzer. Ein sich beispielsweise nach Norden bewegendes Luftteilchen bekommt demzufolge eine höhere Geschwindigkeit in Drehrichtung der Erde mit, als sie die dort bereits befindlichen Luftteilchen haben. Deshalb eilen die aus dem Süden neu ankommenden Luftteilchen denen im Norden in Richtung der Erdrotation voraus, werden also nach rechts (östlich) abgelenkt. Bewegt sich ein Luftteilchen von Norden nach Süden in Richtung Äquator, so bekommt es eine niedrigere Geschwindigkeit in Richtung der Erdrotation mit als die dort bereits vorhandenen Luftteilchen, und es bleibt diesen gegenüber zurück. Die von Norden neu ankommenden Luftteilchen werden also, ebenfalls nach rechts (aber westlich)abgelenkt. Bewegt sich ein Luftteilchen auf einem mittleren Breitenkreis in Richtung der Erdrotation, so wird es schneller als die nur durch die Erdrotation bewegten Luftteilchen und weicht daher zu einem Breitenkreis aus, welcher der höheren Geschwindigkeit entspricht. Das Luftteilchen wird also wiederum nach rechts (südlich) abgelenkt. Umgekehrt verliert ein Luftteilchen, das sich auf einem mittleren Breitenkreis entgegen der Erdrotation bewegt,  gegenüber den nur durch die Erdrotation bewegten Luftteilchen an Geschwindigkeit und sucht sich einen Breitenkreis, welcher der geringeren Geschwindigkeit entspricht. Also wird es auch nach rechts (aber nördlich) abgelenkt. Zusammengefasst ergeben die eben beschrieben Möglichkeiten einer Ablenkung von bewegten Luftteilchen durch die Corioliskraft einen cyclonalen Wirbel, auf der Nordhalbkugel wie in unserem Beispiel, also einen Wirbel gegen den Uhrzeigersinn (positive Vorticity!). Das bedeutet: Die Erdvorticity ist immer positiv!

Written by jenschristianheuer

13 Juni, 2008 at 18:00 pm