Wetter- und Klima-Vorhersagen und was El Niño damit zu tun hat.

14.August 2009

Wärmer scheint der Sommer zu werden als der Durchschnitt und mit mehr Niederschlägen – sind das übliche Wetterkapriolen oder Folgen des Klimawandels oder spielt vielleicht sogar der El Niño mit? Bei jedem etwas aussergewöhnlichen Wetterphänomen stellt man sich diese Frage inzwischen – für ein einzelnes Wetterereignis oder einen Sommer lässt sich die Frage nicht beantworten aber interessante Aspekte der Wetter- und Klimaforschung verbergen sich dahinter.

Das Wetter: gut verstanden trotzdem nur für maximal 2-3 Wochen berechenbar

Das Wetter, so wie es uns täglich die Wettervorhersage für die nächsten 5 – 7 Tage prognostiziert, folgt bekannten physikalischen Gesetzen: den Navier Stokes Gleichungen, angewandt auf die Luftströmungen der Atmosphäre. Ausgehend von einem Anfangs-Zustand, z.B. dem heutigen Wetter, lässt sich damit dessen weitere Entwicklung berechnen. Je genauer der Anfangszustand bekannt ist und je feiner die Rechenschritte aufgelöst werden, desto genauer ist die Prognose. In beiden Bereichen wurden in den letzten Jahren grosse Fortschritte erzielt, dementsprechend besser und längerfristig wurden die Prognosen.

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Bild 1 Infrarot – Satellitenaufnahme: Wirbel, die das Wetter bestimmen

Trotzdem und überraschenderweise ist der Vorhersage-Zeitraum grundsätzlich begrenzt. Strömungen neigen zu Instabilitäten, es treten Turbulenzen auf, Wirbel bilden sich und zerfallen wieder in kleinere Wirbel. Dieses labile Gemisch von Wirbeln verschiedener Grösse bewirkt, dass sich aus ganz kleinen Unterschieden im Anfangszustand nach einer gewissen Zeit grosse Abweichungen entwickeln. Dadurch wird die Wettervorhersage mit zunehmender Zeit immer ungenauer. (Diese Eigenschaft von Differentialgleichungen wird in der Chaos-Theorie untersucht, die übrigens von dem Meteorologen Lorenz begründet wurde).  Man kann sogar zeigen, dass selbst wenn die Anfangsfehler gegen null gehen, die Unterschiede verschiedener Rechenläufe nach 3 Wochen so gross sind, dass dies als grundsätzliche Grenze der Wettervorhersage gelten kann.  Es bleibt also unsicher, ob eine Tiefdruckrinne, die sich in einigen Tagen bilden wird, etwas mehr nördlich oder südlich verläuft und sich etwas langsamer oder schneller auffüllt.  (John Haughton, The Physics of Atmosphere S 233 ff).

Das Klima:  langfristig und robust berechenbar (innerhalb gewisser Grenzen)

Als Klima bezeichnet man den Mittelwert über die kurzzeitigen und kleinräumigen Wetterschwankungen. Das Klima lässt sich – trotz der begrenzten Vorhersagbarkeit des Wetters – auch sehr langfristig innerhalb gewisser Grenzen sicher vorhersagen. Ein nur scheinbarer Widerspruch, der vielen sog. Skeptikern immer noch Mühe macht. Der Grund dafür ist, dass die Klima-Vorhersage auf einer Gesamt-Energiebilanz der Erde beruht: wieviel Energie wird durch die Sonne eingestrahlt, wieviel von der Erde wieder abgestrahlt. Aus dieser Bilanz ergibt sich die mittlere Temperatur. Die Schwankungen des Wetters spielen in dieser Bilanz keine direkte Rolle (umgekehrt setzt jedoch die Gesamt-Energie den Rahmen für die möglichen Wetter-Schwankungen). Die Gesamt-Energiebilanz – und damit auch die durchs CO2 verursachte Erwärmung – kann man deshalb auch relativ einfach abschätzen (schon Arrhenius gelang das sehr genau vor mehr als 100 Jahren) oder durch Satellitenmessungen nachweisen (für alle, die den umfassenderen und inzwischen sehr präzisen Modellrechnungen nicht trauen).

Auch das Klima schwankt

Eine wesentliche Ergänzung dieses Bildes ist allerdings noch nötig. Für die längeren Vorhersagezeiten des Klimas ist nicht nur die Atmosphäre zu berücksichtigen, auch die Ozeane spielen eine viel aktivere Rolle als beim Wetter. Sie nehmen aus der Atmosphäre Wärme und CO2 auf, geben diese auch wieder ab, dies alles im Vergleich zum Wetter innerhalb langer Zeiträume. Die Ozeane sind in diesem Prozess aber nicht nur ein Reservoir, sie sind auch selbst in komplizierter Bewegung, Meeresströmungen sinken ab, steigen auf und verlaufen quer zwischen Kontinenten – auch dies langsam verglichen mit den Windströmungen der Atmosphäre. Die beiden beeinflussen sich aber auch gegenseitig, Winde können Meeresströmungen verstärken und umgekehrt. Diese Phänomene führen dazu, dass auch das Klima schwankt innerhalb von Zeitskalen von einem bis zu mehreren Jahren trotz Mittelung über die Wetterphänomene. Die folgende Figur zeigt die mittlere Temperatur der Erdoberfläche, die Punkte auf der dünnen roten Kurve zeigen die Schwankungen, die dicke rote Kurve den längerfristigen Trend.

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Bild 2: Mittlere Temperatur der Erdoberfläche, Schwankungen und Mittelwert. Nach Rahmstorf.

El Niño und damit Rekordtemperaturen stehen bevor

Ein besonders bekanntes Beispiel für den grossen Einfluss des Meeres auf die Klimaschwankungen ist der  El Niño. Er beeinflusst das Wetter und verursacht Klimaschwankungen praktisch auf der ganzen Erde. Bei einem El Niño erwärmt sich der Pazifik zwischen Südamerika und Indonesien – rote Zone auf folgendem Bild. In Abwesenheit des El Niño (La Niña) steigen vor der südamerikanischen Küste kalte Meeresströmungen nach oben, angetrieben durch starke Passatwinde. Dieser Prozess wird in einem El Niño unterbrochen, der Pazifik wird grossflächig wärmer. Die wärmeren Wassermassen auf einem grossen Teil der Erdoberfläche erhöhen die mittlere Temperatur der Atmosphäre weil der Energieaustausch zwischen Atmosphäre und Meer verändert wird. Der Umschwung von El Niño zu La Niña wird durch Meereswellen getriggert, die weit von West nach Ost laufen. Dementsprechend sind die Zeitskalen des Phänomens im Bereich eines Jahres. Über einen grösseren Zeitraum wird das Klima durch diese Vorgänge nicht beeinflusst, aber es ist noch etwas unklar, ob die Klimaerwärmung eventuell einen Einfluss auf die Häufigkeit des El Niño hat.

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Bild 3 (NASA):  Durch Farbtöne sichtbar gemachte Temperaturverteilung im Pazifik bei dem 1997/1998 auftretenden El Niño, rot ist die höchste Temperatur, dann gelb, blau, grün, violett ist die tiefste Temperatur. Dieser El Niño hatte grosse Auswirkungen weltweit (Dürren, Überschwemmungen) und führte zu der in Bild 2 gezeigten besonders hohen Temperaturspitze der mittleren Temperatur auf der Erdoberfläche.

Das El Niño Phänomen kann man inzwischen ganz gut mittels Modellen vorhersagen. Für die nächsten Monate wird eine deutliche Ausbildung des nächsten El Niño erwartet (climate progress). Das wird zu massiven Einflüssen verschiedenster Art auf diverse Wetterphänomene führen, die im einzelnen -  wie oben erläutert – nicht vorhersagbar sind. Vorhersagbar ist jedoch das zu erwartende Auftreten von neuen Rekorden für die mittlere Temperatur der Erdoberfläche (eine neue Spitze in Bild 2).  Wird das Eintreffen dieser Prognose die Zweifler überzeugen, die mit den Schwankungen der letzten Jahre eine Klimaerwärmung wegdeuten möchten? Die eigentliche Sorge gilt jedoch nicht den Schwankungen des Wetters und des Klimas sondern dem Anstieg der über die Wetter- und Klimaschwankungen gemittelten Temperatur in Bild 2 und dessen Ursache: der bisher nicht gebremste Anstieg der CO2 Emissionen.

Autor:

Klaus Ragaller

Artikel gespeichert unter: Klima

bisher 1 Kommentar Eigenen Kommentar schreiben

  • 1. Klimablog » Die the&hellip  |  13.Juni 2010 at 15:48

    [...] von Meeresströmungen. Sie können kalte Tiefenwasser an die Oberfläche bringen (siehe unseren Beitrag zu El Nino) oder warme Wassermassen in kältere Regionen verfrachten (Golfstrom). Die [...]

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