Die treibende Kraft hinter polaren Kältewellen: Wie beeinflusst der Jetstream das Klima und das Wetter der Erde?

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Der Jetstream ist eine starke Luftströmung in der Erdatmosphäre. Mit der zunehmenden globalen Erwärmung können sich die damit verbundenen Veränderungen erheblich auf Wettermuster, extreme Wetterereignisse und den Flugbetrieb auswirken. Hallo zusammen, ich bin Wei Ke. In unserer Atmosphäre gibt es alle möglichen Wetterphänomene, doch eines davon wird von der Öffentlichkeit kaum wahrgenommen, ist aber sehr wichtig: der Jetstream.

1. Was ist der Jetstream?

Der westliche Jetstream ist eine starke und schmale Luftströmung in der oberen Troposphäre oder Stratosphäre des mittelbreiten Westgürtels. Es ist im Allgemeinen horizontal Hunderte von Kilometern breit, vertikal Tausende von Metern dick und Tausende von Kilometern lang. Er schlängelt sich von Westen nach Osten um die Hemisphäre. Einige Bereiche dieses Westjetstreams werden als Westjetkerngebiete bezeichnet, in denen die Westluftströmung Geschwindigkeiten von 100–150 m/s oder mehr erreichen kann, was die Windgeschwindigkeit des stärksten Taifuns und Tornados an der Oberfläche übersteigt.

Die Entstehung des Westjetstreams hängt mit der Erdrotation und den thermischen Unterschieden in der Atmosphäre zusammen. Die Äquatorregion ist der Sonne direkt ausgesetzt, die Luft ist wärmer und steigt auf, und nachdem sie große Höhen erreicht hat, bewegt sie sich in Richtung der Pole. Aufgrund der durch die Erdrotation erzeugten Corioliskraft wird der sich in Richtung der Pole bewegende Luftstrom auf der Nordhalbkugel nach rechts und auf der Südhalbkugel nach links abgelenkt. Durch Hitze und Wirbel zusätzlich angetrieben, nehmen die Windgeschwindigkeiten zu und bilden in der subtropischen Region einen westlichen Jetstream. Dies ist der subtropische Jetstream. Zudem führt der Temperaturunterschied zwischen Nord und Süd zu einem Druckunterschied, der die Windgeschwindigkeit zusätzlich erhöht.

In den 1920er Jahren begann man, den Westwind-Jetstream zu verstehen und entwickelte die Rossby-Wellentheorie im Westwindgürtel, die zur grundlegenden Theorie der Atmosphärendynamik und zur theoretischen Basis der Wettervorhersage wurde. In der Spätphase des Zweiten Weltkriegs nutzte Japan den Jetstream für groß angelegte Langstreckenbombardements. Sie bauten und ließen etwa 9.300 Ballons mit Bomben und Brandbomben steigen. Die Japaner nannten sie „Fengchuan Bakudan“, was Ballonbomben bedeutet. Jeder Ballon hat einen Durchmesser von etwa 10 Metern und trägt 15 Kilogramm Spreng- und Brandbomben. Nach japanischen Schätzungen können diese Ballons entlang des Jetstreams innerhalb von drei Tagen das amerikanische Festland erreichen und dort große Explosionen und Waldbrände verursachen, die Panik auslösen. Späteren Statistiken zufolge kamen etwa 300 Ballons in Nordamerika an. Aufgrund der kriegsbedingten Informationsblockade durch die USA war Japan jedoch nicht in der Lage, die Wirksamkeit der Operation einzuschätzen. Zudem wurde die Operation aufgrund fehlender Ressourcen letztlich überstürzt abgebrochen. Dennoch verursachten die Ballons einige Schäden und Verluste, erzielten jedoch nicht die strategische Wirkung, die Japan beabsichtigt hatte.

2. Der Einfluss des Westjetstreams auf den Flugverkehr

Der Jetstream hat erhebliche Auswirkungen auf das Fliegen und kann sowohl ein Freund des Piloten als auch ein Unruhestifter sein. Wenn ein Flugzeug entlang des westlichen Jetstreams fliegt, erhöht sich seine tatsächliche Geschwindigkeit, wodurch die Flugzeit verkürzt und der Treibstoffverbrauch gesenkt wird. Anfang 2024 berichtete CBS News, dass einige Flüge mit Rückenwind Geschwindigkeiten von über 800 Meilen pro Stunde (1.287,472 Kilometer pro Stunde) erreichten und damit viel schneller waren als kommerzielle Flüge, die typischerweise mit Geschwindigkeiten von 500 Meilen (804,67 Kilometer pro Stunde) bis 600 Meilen pro Stunde (965,604 Kilometer pro Stunde) fliegen, wodurch viele Flüge Dutzende von Minuten früher ankamen. (1 Meile entspricht ungefähr 1,60934 Kilometern)

Natürlich muss das Flugzeug nach dem Hinflug auch wieder zurückfliegen und wenn man im Jetstream fliegt, verringert sich die tatsächliche Geschwindigkeit des Flugzeugs, was die Flugzeit verlängert und den Treibstoffverbrauch erhöht. Das größte Problem besteht jedoch darin, dass die Luftströmung im Westjetstream nicht gleichmäßig ist und sich manchmal starke Turbulenzen und Windscherungen bilden, die zu holprigen Bewegungen des Flugzeugs führen, den Passagieren Unbehagen bereiten und sogar die Flugzeugstruktur beschädigen können.

Daher müssen Fluggesellschaften und Piloten ihre Routen auf der Grundlage der Lage und Stärke des Westjetstreams planen, um den Rückenwind zu maximieren oder Gegenwind und turbulente Gebiete zu vermeiden.

3. Der Jetstream und der Klimawandel

Änderungen im Westjetstream können erhebliche Auswirkungen auf das lokale Wetter und Klima haben. Einerseits wird die Intensität des Westwindes die Wetterextreme in den mittleren Breiten beeinflussen. Wenn der westliche Jetstream relativ stark ist, kann die kalte Luft leichter in den hohen Breitengraden und Polarregionen eingeschlossen werden. In den mittleren Breitengraden ist die Kaltluftaktivität geringer und die Temperaturen sind relativ mild. Wenn der westliche Jetstream schwächer wird, kommt es häufiger zu Schwankungen, die dazu führen können, dass sich die polare Kaltluft nach Süden ausbreitet und in den mittleren Breiten extreme Wetterereignisse wie Kältewellen und Schneestürme auslöst. Die Existenz des Westjetstreams ist wie ein Kreisel. Je schneller sich der Kreisel dreht, desto stabiler ist er. Wenn die Spitze jedoch langsamer wird, ist ein Absturz wahrscheinlicher.

Andererseits beeinflusst die Position des Jetstreams auch das globale und lokale Klima. Wenn der westliche Jetstream im Nordatlantik und in Europa nach Norden zieht, bringt er warmes, stürmisches und feuchtes Wetter nach Europa, in den südlicheren Gebieten hingegen fehlt es an Niederschlägen. Wenn sich der Jetstream in dieser Region jedoch Richtung Süden bewegt, überquert er den Atlantik direkt in die Mittelmeerregion und bringt reichlich schwere Regenfälle in diese südlichen Regionen.

Während des Klimawandels, wenn die globalen Temperaturen steigen, dehnen sich tropische Regionen in Richtung der Pole aus und der westliche Jetstream dehnt sich in Richtung der Pole aus. Wenn die globalen Temperaturen sinken, schrumpfen die tropischen Regionen und der westliche Jetstream bewegt sich in Richtung Äquator. Michael Mann schrieb in seinem Buch „Fragile Moment“, dass, als im Urklima die Temperaturen sanken und sich die Gletscher weiter ausbreiteten, die sich ausdehnende Eisdecke den atmosphärischen Jetstream in Richtung Äquator trieb, wodurch die subtropischen und tropischen Regionen abkühlten und trockener wurden. Umgekehrt führte die globale Erwärmung mit dem Ende der Eiszeit und dem Beginn der Zwischeneiszeit dazu, dass sich der atmosphärische Jetstream in Richtung der Pole bewegte, Temperatur und Niederschlag in vielen subtropischen Regionen zu steigen begannen und sich die Vegetation zu erholen begann.

Mit der zunehmenden globalen Erwärmung steigen die Temperaturen in den Polarregionen schneller als in niedrigeren Breitengraden. Dieses Phänomen wird als arktische Verstärkung bezeichnet und führt zu einer Verringerung des Temperaturunterschieds zwischen den Polen und dem Äquator. Diese Verringerung der Temperaturunterschiede könnte sich auf die Stärke und Lage des westlichen Jetstreams auswirken. Einige Studien deuten darauf hin, dass der Jetstream mit zunehmender globaler Erwärmung instabiler werden könnte, was zu einer Zunahme von Häufigkeit und Intensität extremer Wetterereignisse führen könnte. So könnten etwa Schwankungen im westlichen Jetstream häufigere Südwärtsbewegungen polarer Luftmassen auslösen und so in den mittleren Breiten zu extremer Kälte führen. Gleichzeitig können Änderungen im Westjetstream auch den Transport von Wasserdampf in der Atmosphäre beeinflussen und dadurch die Verteilung der Niederschlagsarten beeinflussen.

Darüber hinaus haben Studien im Hinblick auf die Flugsicherheit gezeigt, dass die mit dem Westjetstream verbundene Windscherung in den letzten Jahrzehnten weiter zugenommen hat. Beispielsweise hat zwischen 1979 und 2017 die Windscherungsintensität des Höhenjetstreams im Nordatlantikraum um 15 % zugenommen, was die Dauer und Intensität schwerer Turbulenzen bei klarer Luft in dieser Region erhöht hat. Mit fortschreitender globaler Erwärmung wird sich diese Situation noch verschärfen. Klimamodellsimulationen zeigen, dass bei einer Verdoppelung der Kohlendioxidkonzentration die mittlere Intensität der Höhenturbulenzen in klarer Luft im Nordatlantik im Winter weiterhin um 10 bis 40 Prozent zunehmen wird, wobei die Zunahme schwerer Turbulenzen um 149 Prozent zunimmt. Ostasien ist auch die Region mit der stärksten Zunahme von Turbulenzen bei klarer Luft, was für die Luftfahrtindustrie keine gute Sache ist.

Im Allgemeinen ist der Jetstream eine starke Luftströmung in der Erdatmosphäre, die einen erheblichen Einfluss auf Wetter und Klima hat. Mit der zunehmenden globalen Erwärmung könnten Veränderungen im Westjetstream tiefgreifende Auswirkungen auf Wettermuster, extreme Wetterereignisse und die Luftfahrt haben. Um die Herausforderungen des Klimawandels vorhersagen und bewältigen zu können, ist es von entscheidender Bedeutung, den Jetstream zu verstehen und zu untersuchen.

Dieser Artikel ist eine Arbeit, die vom Science Popularization China Creation Cultivation Program unterstützt wird

Autor: Wei Ke

Gutachter: Dai Yunwei, leitender Ingenieur, China Meteorological Administration

Produziert von: Chinesische Vereinigung für Wissenschaft und Technologie, Abteilung für Wissenschaftspopularisierung

Hersteller: China Science and Technology Press Co., Ltd., Beijing Zhongke Xinghe Culture Media Co., Ltd.