Wie Meteorologen eine Wärmequelle in 11.000 Kilometern Entfernung übersahen
Im Frühwinter der Jahre 2016/2017 und 2022/2023 stellten sich die Bewohner Kaliforniens auf eine Phase ausgeprägter Trockenheit ein. Über dem äquatorialen Pazifik herrschten zu diesem Zeitpunkt La-Niña-Bedingungen – jenes Klimaphänomen, das durch unterdurchschnittliche Wassertemperaturen im östlichen Pazifik gekennzeichnet ist und an der US-Westküste historisch verlässlich für niederschlagsarme Winter sorgt. Doch in den folgenden Monaten geschah das Unerwartete: Sintflutartige Regenfälle und verheerende Überschwemmungen suchten den Bundesstaat in historischer Folge heim.
Klassische Vorhersagemodelle versagten auf ganzer Linie. Globale Computermodelle, die sich maßgeblich auf Meeresoberflächentemperaturen stützen, lieferten keinerlei Hinweis auf die heraufziehenden Unwetter. Meteorologen standen vor einem Rätsel, da die Wassertemperaturen vor der kalifornischen Küste keinerlei ungewöhnliche Erwärmung aufwiesen, die derartige Sturmzellen üblicherweise speist.
Ein Team von Atmosphärenwissenschaftlern der University of California, Los Angeles (UCLA) nahm die Ursachenforschung auf. Als die Forscher die Sturmtrajektorien über den Globus zurückverfolgten, stießen sie auf einen überraschenden Auslöser in mehr als 11.600 Kilometern (über 7.200 Meilen) Entfernung: das tibetische Hochland. Diese Distanz entspricht in etwa einem Direktflug von Peking nach Los Angeles. Die riesige, hoch aufragende Landmasse steuerte das Wettergeschehen auf der gegenüberliegenden Erdhalbkugel über weitreichende Telekonnektionen.
In einer im Fachjournal Science Advances veröffentlichten Arbeit entschlüsselte das Team die zugrunde liegende Physik. Ungewöhnlich warme Bodentemperaturen auf dem tibetischen Plateau im Frühwinter veränderten die Windsysteme in der oberen Troposphäre. Meteorologen bezeichnen die schmalen, dichten Korridore intensiven Feuchtigkeitstransports am Himmel als „atmosphärische Flüsse“ (Atmospheric Rivers). Genau diese atmosphärischen Flüsse wurden durch den energetischen Impuls des fernen Hochlands aufgeladen und lösten die Überschwemmungskatastrophen in Kalifornien aus.
Abbildung: Satellitenansicht eines atmosphärischen Flusses, der Feuchtigkeit von den Tropen nach Kalifornien transportiert. Quelle: NOAA
Ein gigantischer Wärmekamin auf 4.500 Metern Höhe
Der weitreichende Einfluss des tibetischen Hochlands beruht auf seinen gewaltigen geophysikalischen Dimensionen. Mit einer Fläche von rund 2,5 Millionen Quadratkilometern – vergleichbar mit ganz Westeuropa oder der vierfachen Größe von Texas – und einer durchschnittlichen Höhenlage von über 4.500 Metern ragt das Gebirgsplateau wie ein Riegel direkt in die mittlere Troposphäre hinein.
In dieser extremen Höhe wirkt das Plateau wie ein riesiger, in den Himmel geschobener Heizbalkon. Intensive Sonneneinstrahlung erhitzt den Boden, der die absorbierte Wärme direkt an die darüberliegende Atmosphäre abgibt. Tritt im Frühwinter eine übermäßige Bodenerwärmung auf, heizt sich die freie Troposphäre darüber rasch und intensiv auf.
Dieser lokale thermische Schub bringt das thermodynamische Gleichgewicht der Region ins Wanken. Der drastische Temperaturkontrast stört die Ruhe der oberen Luftschichten und erzwingt heftige vertikale Aufwinde sowie tiefe Konvektion. Indem das Hochland fühlbare Wärme direkt in die mittlere und obere Troposphäre pumpt, fungiert es als gigantischer thermodynamischer Motor, der die globale atmosphärische Zirkulation antreibt.
Abbildung: Topografische Übersichtskarte des tibetischen Hochlands und der angrenzenden Regionen. Quelle: darekk2/Wikimedia Commons
Der Jetstream überträgt Energiewellen über den Pazifik
Die Strömungsverhältnisse der oberen Atmosphäre werden vom Jetstream beherrscht – jenem schmalen Starkwindband in den mittleren Breiten, das von West nach Ost weht und als übergeordnete Schaltzentrale für wandernde Tiefdruckgebiete fungiert. Wie ein rasender Windfluss im Himmel verknüpft der Jetstream das Wetter weltweit miteinander. Bildet sich über dem tibetischen Plateau eine thermische Anomalie, gerät der normalerweise zonal (geradlinig) wehende Jetstream ins Schlingern und bildet ausgeprägte Mäander.
Die resultierenden Schwingungen breiten sich entlang der Breitengrade nach Osten aus und organisieren sich zu einem transozeanischen atmosphärischen Wellenzug (Atmospheric Wave Train) – einer Abfolge von gekoppelten planetaren Wellen, die Energie über enorme Distanzen transportieren. Die Forscher tauften diesen Fernwirkungskanal „Tibet-Plateau–Rocky-Mountain-Wellenzug“. Getragen vom Jetstream eilt diese Welle über 10.000 Kilometer weit über den gesamten Pazifikbecken.
Über dem Ostpazifik kommt es schließlich zu einem dramatischen Strukturwandel. Die Autoren der Studie erläutern: „Sobald die Welle den östlichen Pazifik erreicht, wird sie instabil und ‚bricht‘ – ähnlich wie eine Meereswelle in Küstennähe. Dies verändert die Struktur und Stabilität der Atmosphäre über dem Pazifik grundlegend und schafft Bedingungen, die atmosphärische Flüsse massiv verstärken.“ Die brechenden Wellen setzen gespeicherte kinetische Energie frei, ordnen die regionalen Druckfelder neu und zwingen bodennahe Feuchtigkeit zu einer konzentrierten, folgenschweren Bündelung.
Bodentemperaturen schließen die Lücke in der Sturmprognose
Um den ursächlichen Zusammenhang lückenlos nachzuweisen, führte das Forschungsteam aufwendige Klimamodellierungen auf Supercomputern durch. Im Kontrollexperiment, das ausschließlich mit Standarddaten der Meeresoberflächentemperatur (SST) gefüttert wurde, konnte das Modell weder die Erwärmung des Hochlands noch die extremen Niederschläge in Kalifornien abbilden.
In der zweiten Versuchsreihe speisten die UCLA-Forscher die tatsächlich gemessenen frühwinterlichen Bodentemperaturen des tibetischen Plateaus als Anfangsbedingung in das Modell ein. Nun rekonstruierte die Simulation den atmosphärischen Wellenzug über den Pazifik präzise und sagte die schweren Niederschläge in Kalifornien mehrere Wochen im Voraus zutreffend voraus. Damit erbrachten die Experimente den eindeutigen Beweis, dass die Bodentemperatur des tibetischen Hochlands ein unverzichtbares Kausalglied für das Auslösen der fernen Extremwetterlagen darstellt.
Seit Jahrzehnten stützen sich saisonale Wetterprognosen fast ausschließlich auf Meeresströmungen und Wassertemperaturen, während die thermischen Zustände hochgelegener Kontinentalmassen weitgehend ausgeblendet wurden. Diese Erkenntnis belegt, dass ein isolierter Blick auf die Ozeane gravierende blinde Flecken bei der frühzeitigen Risikoabschätzung hinterlässt.
Ein Hochland-Thermometer erweitert den Spielraum meteorologischer Frühwarnungen
Die Studie eröffnet eine entscheidende neue Perspektive für den Hochwasserschutz und meteorologische Frühwarnsysteme. Wer sich vor verheerenden Winterstürmen an der Westküste schützen will, darf den Blick nicht auf den Pazifik verengen, sondern muss auch das thermische Signal des tibetischen Hochlands in 11.000 Kilometern Entfernung überwachen.
Die frühzeitige Erfassung von Bodenwärmeanomalien auf dem Plateau verschafft Behörden und Kommunen an der US-Westküste einen wertvollen Vorlauf von mehreren Wochen. Talsperren- und Wasserwirtschaftler können Stauräume rechtzeitig absenken, während Rettungskräfte Vorkehrungen gegen drohende Erdrutsche und urbane Sturzfluten treffen können.
Vom Permafrostboden Zentralasiens bis zu den sturmgepeitschten Küsten Nordamerikas greifen die Zahnräder des globalen Klimasystems nahtlos ineinander. Die Wärme des Hochlands im Spätherbst lenkt den Jetstream und bestimmt letztlich, wo sich die Feuchtigkeitsströme der Atmosphäre entladen. Wer dieses ferne Hochland-Signal frühzeitig liest, kann die Schutzschilde hochfahren, lange bevor der nächste Jahrhundertsturm die Küste erreicht.
Referenzen:
- Science Advances Originalstudie
- The Conversation Bericht
