Wenn der Wind in der Höhe schwächelt

Das Starkwindband (oder auch Jet-Stream) in der oberen Troposphäre (ca. 8 bis 10 km Höhe) ist gewissen Schwankungen unterworfen. Warum dieser durch externe Wärmeeinflüsse geschwächt wird und was das mit den Niederschlägen bei uns zu tun hat, soll im Folgenden etwas beleuchtet werden.

Der Jet-Stream in den mittleren Breiten auf der Nordhalbkugel (40 bis 60 Grad Nord) wird im Wesentlichen dadurch generiert, dass Temperaturunterschiede zwischen dem warmen Süden (Stichwort Azorenhoch) und dem kalten Norden (Stichwort Islandtief) bestehen, und zwar vom Boden bis in die obere Troposphäre. Da sich diese Gegensätze mit der Höhe verstärken, nimmt auch der Wind mit der Höhe zu und kann Geschwindigkeiten von 250 bis 350 km/h (im Winterhalbjahr auch noch deutlich mehr) erreichen. Daher kommt auch die deutsche Bezeichnung Strahlstrom.

Dieses Starkwindband schwankt sowohl in der meridionalen Ausbreitung (also von Nord nach Süd) als auch in der Stärke. Da im Winterhalbjahr die Temperaturgegensätze zwischen Süden und Norden größer sind, ist auch der Jet-Stream kräftiger ausgeprägt. Wenn die Geschwindigkeiten im Starkwindband hoch sind, dann ist auch die bei uns vorherrschende westliche Strömung überwiegend straff, und in Mitteleuropa heißt das wechselhaftes Wetter mit häufigeren Regenfällen. Wenn nun (wie in den letzten Jahren beobachtet) der Jet-Stream vor allem im Sommerhalbjahr aufgrund fehlender oder nur geringer Temperaturgegensätze (vor allem über den Meeresoberflächen wegen wärmerer Arktis) schwächelt, beginnt er mehr und mehr zu mäandrieren (ähnlich wie ein Wasserschlauch, dem das Wasser abgedreht wird). Das bewirkt dann mitunter ein Abschwächen der westlichen Strömung hier in Mitteleuropa. Besonders kritisch ist in dem Zusammenhang der Fakt, dass sich dann vorwiegend meridionale Strömungsmuster ausbilden, die den Zugang Mitteleuropas zu atlantischen Luftmassen zumindest zeitweise blockieren können, mit den bekannten Folgen (Trockenheit im Jahr 2018 und auch im Sommer 2019).

Es gibt aber noch andere Faktoren, die den Jet-Stream schwächen. Allgemein gesagt sind es Wärmeflüsse verschiedener Herkunft, die ähnlich wirken wie die oben genannte Faktoren, also die Temperaturgegensätze insgesamt abschwächen.

Der erste Faktor ist die im Sommerhalbjahr stärker ausgeprägte Konvektion (also Aufstieg von Luftteilchen durch Erwärmung am Boden in obere Luftschichten). Dadurch gelangen potentiell wärmere Luftmassen bis in die obere Troposphäre und führen somit zu einer lokalen Schwächung des Jet-Streams. Hierzu zählen neben größeren Gewitterkomplexen auch tropische Wirbelstürme, die aufgrund ihrer Zugbahn in die gemäßigten Breiten vordringen und lokal einen starken Wärmefluss weit nach Norden führen.

Ein zweiter Faktor sind warme Luftmassen aus dem Süden, die in der Höhe durch die Hoch- und Tiefdruckgebiete selbst nach Norden verfrachtet werden. Hierbei handelt es sich jedoch um den natürlichen Wärmefluss von Süd nach Nord. Wenn allerdings längere Zeit Blockierungen (z.B. durch nördlicher gelegene Hochdruckgebiete im Atlantik) vorliegen, also vorwiegend meridionale Strömungsmuster, dann kommt es mitunter zu längeren und stärkeren Wärmeflüssen als normal üblich. Auf jeden Fall sorgen diese Warmluftvorstöße in der Höhe auch für eine zumindest zeitweilige Schwächung des Jets.

Ein letzter Faktor sind zu hohe Meeresoberflächentemperaturen, wie sie z.B. auf natürliche Art und Weise durch den Golfstrom verursacht werden. Dann haben wir einen beständigen Wärmestrom vom Atlantik bis in die obere Troposphäre (teils auch bis in die Stratosphäre), der dem Jet Wärmeenergie zuführt und so für geringere Temperaturgegensätze Nord-Süd sorgt. Hier sprechen wir von der so genannten Kopplung von Ozean und Atmosphäre, die Gegenstand intensiver Forschungen ist. Ebenso interessant ist in dem Zusammenhang, ob die sich ständig weiter erwärmenden Meeresoberflächen (bis in die Arktis hinauf) einen ähnlichen Effekt bewirken.

Wenn dem so wäre, dann könnte man untersuchen, inwieweit diese Kopplung zwischen Ozean und Atmosphäre auch für die erweiterte Kurzfrist bzw. Mittelfrist in die numerischen Vorhersagemodelle eingeht. Bisher tut sie das nur bei den Langfristvorhersagen. Aber ein geschwächter Jet-Stream lässt auch die Tiefdruckgebiete schwächeln, die es bis zu uns schaffen. Das heißt, wie in den letzten Jahren beobachtet, tritt selbst bei Westwetterlagen weniger Niederschlag auf als von den Modellen vorhergesagt.

Abschließend sei erwähnt, dass bei besserer mathematischer Beschreibung dieser Einflüsse in den numerischen Modellen gerade die Niederschlagsprognosen verbessert werden könnten. Dann würden wir uns nicht mehr wundern, warum vom Atlantik vor allem im Sommerhalbjahr mitunter weniger Niederschlag in Mitteleuropa ankommt.

Über neue wissenschaftliche Erkenntnisse diesbezüglich folgen Updates zu diesem Beitrag.

Dr. rer. nat. Jens Bonewitz

Deutscher Wetterdienst Vorhersage- und Beratungszentrale Offenbach, den 26.09.2019

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