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Kältewelle in Europa - Wie uns die Erderwärmung frieren lässt

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Dauerfrost in Deutschland, Tauwetter am Nordpol - Polarwirbel und Jetstreams machen das gerade möglich. Was der Klimawandel damit zu tun hat, erklärt ZDF-Wetterexperte Özden Terli.

Eisbildung an der Hafenmauer in Konstanz, aufgenommen am 27.02.2018
Eisbildung an der Hafenmauer in Konstanz. Quelle: imago

Anfang Dezember wurde es über Nordamerika kalt. Dass dies keine normale Abkühlung war, stellte sich erst später heraus. Eisige Luftmassen brachen aus, vom kältesten Ort der Nordhemisphäre, der Arktis. Nichts Besonderes, schließlich ist Winter und natürlich wird es dann irgendwann kalt. Fälschlicherweise kamen findige Twitterer auf die Idee, wegen der eisigen Temperaturen die Klimaerwärmung in Frage zu stellen. Warum aber wird die Erde wärmer, die Winter aber kälter?

Das Wetter hängt von Strömungen in der Atmosphäre ab. Bei bestimmten Wellenlängen des Jetstreams, also des Starkwindbandes, wird das Wetter stabiler. Und so kam es, dass Anfang Januar eisige Luftmassen über Nordamerika festhingen. Ungewöhnlich war die Fortdauer und die stabile Lage der kalten Luft über dem Nordosten Nordamerikas. Gleichzeitig war der Winter in Teilen Europas schmuddelig und stürmisch. Und auch dieses wechselhafte Muster wiederholte sich. So brachte uns diese globale Wetterlage bis Januar den dunkelsten Winter seit 1951. Der Februar holte mit viel Sonnenschein wieder auf. Es hängt alles miteinander zusammen. Klingt vielleicht abgedroschen, ist beim Wetter und Klima aber elementar.

Warum kam die Kälte nun auch nach Europa?

Normalerweise bleibt die Kälte in der Arktis und ist dort - bildlich gesprochen - eingesperrt. Dafür sorgen gleich zwei Polarwirbel. Einer unten in der Troposphäre, der andere in der Stratosphäre. Der Untere bildete sich jedoch in diesem Winter gar nicht aus - so konnte die Kälte nicht am Nordpol gehalten werden. Der andere Wirbel war bis vor kurzem noch intakt, doch brach er vor einer Woche ebenfalls zusammen. Dadurch änderte sich die Strömungsrichtung und der Weg war frei für die eisige Luftmasse. So sickerte sie aus der Polarregion nach Mitteleuropa und mitten nach Deutschland.

Die Arktis tatsächlich wärmer als Deutschland?

Die knapp zwei Monate andauernde Kaltluft war zeitweise extrem. Die kälteste Luftmasse der Nordhalbkugel lag zeitweise nicht über der Arktis, sondern über Teilen Kanadas. Gleichzeitig war es im Südwesten der USA trocken und zu warm. Große Gegensätze, die entsprechend extreme Wirkungen auf das Wetter haben. Der Jetstream mäandrierte sehr extrem: anstatt einer West-Ost-Komponente kam es zu einer starken Nord-Süd-Komponente. Der Jetstream lag sogar zeitweise über der Arktis - und da gehört er gar nicht hin. Sehr warme und feuchte Luft gelangte mit viel Wind in den vergangen Tagen bis zum geografischen Nordpol. Dort stiegen die Temperaturen auf knapp über 0 Grad. Und das in einer total dunklen Polarnacht, also zu einer Zeit, in der kein Sonnenstrahl bis auf den Boden bzw. auf den Ozean gelangt.

Es war außerdem eine Zeit, in der es dort am kältesten hätte sein müssen. Gleichzeitig gab es in Deutschland sogar tagsüber zweistellige Frosttemperaturen. Kein Wunder, wenn die Wärme in die Arktis und die Kälte nach Mitteleuropa gelangt. Anormale Strömungen eben. Die Eisbildung über dem arktischen Ozean wurde in diesem Winter stark gestört. Viel Wind bedeutet hohe Wellen, die wiederum das dünne Eis zerschlagen. Feuchte Luft sorgt für Wolkenbildung und zu warme Luft - gar für Plusgrade - für Tauwetter. Das sind alles Komponenten, die sich negativ auf das Eis auswirken.

Die Arktis steht besonders im Fokus der Wissenschaftler, denn das Eis schwindet. Berechnungen zufolge könnte die Arktis in den 2030er Jahren in den Sommermonaten komplett eisfrei sein - mit ungeahnten Folgen für die Luft und Meeresströmungen. Der menschengemachte Klimawandel wird direkt spürbar und ist nicht mehr aufhaltbar. Nur noch das Abschwächen und vor allem Anpassen an die Veränderungen ist noch möglich, darauf weisen zahlreiche wissenschaftliche Arbeiten hin.

Studie: Polarwirbel wird schächer

Wie das Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) in einer Studie feststellte, nahm in den letzten 40 Jahren die Dauer von Kältephasen in Teilen der Nordhemisphäre zu.

"Im Winter ist die eiskalte arktische Luft normalerweise von starken, den Nordpol umkreisenden Winden mehrere Zehntausend Meter hoch in der Atmosphäre eingeschlossen", sagt Marlene Kretschmer vom PIK, leitende Autorin der Studie, die im Bulletin of the American Meteorological Society veröffentlicht wird. "Wir fanden heraus, dass es bei diesem Polarwirbel in der Stratosphäre einen Wandel zu länger anhaltenden Schwächezuständen gibt. Das erlaubt kalter Luft, aus dem Bereich der Arktis auszubrechen und Russland und Europa mit Kälte-Extremen zu bedrohen. Tatsächlich erklärt dies die meisten beobachteten Kälteextreme in den eurasischen Wintern seit 1990."

Wetter-Extreme verstärken sich

Die Studie bestätigt das Verhalten der Strömungen in diesem Winter. Sie basiert allerdings auf klimatologischen Auswertungen, also über lange Zeit hinweg. Wetter ist selbstverständlich kein Klima, aber die Wetter-Extreme nehmen aufgrund der Klimaerwärmung weiter zu. Der Winter 2017/18 passt in dieses Bild. So führt das PIK weiter fort: "Trotz der Erderwärmung waren einige der letzten Winter in den nordöstlichen USA, Europa und besonders Asien ungewöhnlich kalt – in einigen Regionen wie etwa Westsibirien wurde sogar insgesamt ein Abwärtstrend der Wintertemperaturen beobachtet." Im krassen Gegensatz dazu habe sich die Arktis rapide erwärmt.

Paradoxerweise stünden die beiden Phänomene wahrscheinlich im Zusammenhang: "Wenn das Meereis nördlich von Skandinavien und Russland schmilzt, gibt der freigelegte Ozean mehr Wärme in die Luft ab. Das wiederum beeinflusst die Atmosphäre bis zu 30 Kilometer hoch in der Stratosphäre und bringt dadurch die Polarwinde durcheinander", so Kretschmer. "Eine Abschwächung der Höhenwinde, die die Arktis umkreisen, begünstigt dann Kältewellen in den mittleren Breiten." Vorherige Arbeiten von Kretschmer und anderen Wissenschaftlern konnten den kausalen Zusammenhang in Beobachtungsdaten nachweisen, und diese Erkenntnis wird auch von mehreren Computersimulationsstudien unterstützt. 

"Es ist sehr wichtig zu verstehen, wie die Erderwärmung die Zirkulationsmuster in der Atmosphäre  beeinflusst", sagt Co-Autor Dim Coumou von der Vrije Universiteit Amsterdam. "Veränderungen des Jetstreams können abrupte und überraschende Störungen verursachen, an die sich die Gesellschaft anpassen muss. Die Unsicherheiten sind ziemlich groß, aber die Erderwärmung stellt ein klares Risiko dar angesichts ihres Potenzials, diese großen Luftströmungen zu stören, die unser Wetter bestimmen – einschließlich möglicherweise verheerender Extreme."

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