Lexington - Wissenschaftler haben einen Zusammenhang zwischen dem Klimawandel und extremen Wintereinbrüchen in Nordamerika entdeckt. Demnach haben eine geringere Eisbedeckung im Polarmeer und eine größere Schneebedeckung in Sibirien zur Folge, dass die Polarwirbel über Nordamerika geschwächt werden. Diese Windzone trennt gewöhnlich kalte und warme Luftmassen voneinander. Schwächelt sie, können polare Luftströme tief nach Süden in mittlere Breiten eindringen. Das Team um Judah Cohen vom Forschungsinstitut Atmospheric and Environmental Research in Lexington (US-Staat Massachusetts) beschreibt den Prozess im Wissenschaftsjournal Science am Beispiel der Extremkälte in den USA im Februar.

Fünf wiederkehrende Muster

„Für die menschengemachte weltweite Erwärmung wird vorausgesagt, dass sie einige Wetterextreme verstärken wird – zum Beispiel mehr Hitzewellen und Starkniederschläge –, nicht aber heftiges Winterwetter wie Kaltlufteinbrüche und starke Schneefälle“, schreiben die Forscher. Deshalb war bisher unklar, ob der massive Kälteeinbruch im Februar, durch den die Energieversorgung im südlichen US-Bundesstaat Texas zusammenbrach, mit dem Klimawandel zusammenhing. Bei der Kältewelle starben mindestens 217 Menschen.

Cohen und Kollegen erfassten die Häufigkeit verschiedener Hoch- und Tiefdruckmuster in den Jahren 1980 bis Februar 2021. Dabei stammten die Luftdruckdaten aus den beiden unteren Schichten der Atmosphäre: der Troposphäre und der Stratosphäre. Die Forscher erkannten fünf wiederkehrende grundlegende Muster, von denen zwei mit einem besonders starken und zwei mit einem besonders schwachen Polarwirbel verbunden waren.

Die Phasen besonders starker Polarwirbel wurden im Verlauf der gut vier Jahrzehnte immer seltener, während sich Phasen eines schwächeren Polarwirbels häuften. Insbesondere untersuchten die Forscher ein Muster, bei dem sich der Polarwirbel wie ein an zwei Seiten gezogenes Gummiband streckt. Das geschah in den zwei Wochen vor dem massiven Kälteeinbruch in Nordamerika.

Längere Zeit für Warnungen 

Mit Klimamodellen erkundeten die Wissenschaftler die Bedingungen für die Entstehung dieses Phänomens. Gaben sie eine geringe Meereisbedeckung im Polarmeer nördlich von Sibirien und eine starke Schneebedeckung in Sibirien vor, zeigte die Simulation nach ein bis zwei Monaten einen lang gestreckten, schwächeren Polarwirbel, der in Nordamerika Kaltluftströme von Norden nach Süden ermöglicht. „Die Identifizierung des Vorläufermusters von Streckungsereignissen kann möglicherweise die Vorlaufzeit für Warnungen vor extremer Kälte in Asien, Kanada und den Vereinigten Staaten verlängern“, schreiben die Forscher.

„Eine wesentliche Stärke der Studie von Cohen et al. ist, dass sie sorgfältige Beobachtungsanalysen mit neuen Modellierungsexperimenten kombiniert“, schreibt Dim Coumou von der Vrije Universiteit Amsterdam in einem Science-Kommentar. Die ursächlichen Zusammenhänge zwischen weit entfernten Wettervorgängen – hier zwischen Sibirien und Nordamerika – sollten für die Regionen der mittleren Breiten intensiver entschlüsselt werden.