Climate and weather drivers increase landfalling typhoons during the Maunder (Solar) Minimum

Tropische Zyklone gehören zu den gewaltigsten Kräften auf der Erde und sind in der Lage, Küstenlinien umzugestalten und das Leben ganzer Regionen zu erschüttern. Im Westpazifik, wo diese Stürme am häufigsten auftreten, haben Wissenschaftler lange Zeit damit gerungen zu verstehen, warum ihre Zahlen über Jahrzehnte hinweg steigen und fallen. Die moderne Satellitenaufzeichnung, die unsere zuverlässigsten Daten liefert, umfasst nur etwa fünfundvierzig Jahre. Dieses kurze Zeitfenster macht es schwierig, natürliche Schwankungen von den Auswirkungen menschlicher Aktivitäten, wie etwa Treibhausgasemissionen, zu trennen. Um das große Ganze zu sehen, müssen Forscher viel weiter in die Vergangenheit blicken, in Ären vor der Industrialisierung, als das Klima allein durch natürliche Kräfte gesteuert wurde. Eine solche Ära war das Maunder-Minimum, eine Periode etwa zwischen 1650 und 1680, in der die Sonne ungewöhnlich ruhig war, sehr wenige Sonnenflecken produzierte und weniger Energie zur Erde sandte. Diese Zeit fiel mit der kältesten Phase der „Kleinen Eiszeit“ zusammen, einem jahrhundertelangen Zeitraum kühlerer globaler Temperaturen. Zu verstehen, wie das Klima während dieser ruhigen Sonnenperiode reagierte, bietet ein einzigartiges Fenster dazu, wie das Erdwettersystem auf natürliche Veränderungen reagiert, unabhängig von moderner Verschmutzung.

Ein Team von Forschern hat nun antike chinesische Aufzeichnungen mit moderner künstlicher Intelligenz komb了一种, um ein Rätsel aus dieser Ära zu lösen: Warum machten zwischen 1651 und 1680 so viele Taifune an der chinesischen Küste Land? Die Antwort liegt in einer seltenen Konvergenz zweier Faktoren: einer Verschiebung des globalen Klimamusters und einem Würfelspiel in der täglichen Wetterlage der Atmosphäre. Durch die Verknüpfung digitalisierter historischer Dokumente mit leistungsstarken Computersimulationen zeigt die Studie, dass die Verdunkelung der Sonne den Temperaturunterschied zwischen den Tropen und den Polen veränderte und die globale Luftzirkulation, die Stürme antreibt, verstärkte. Gleichzeitig verschoben zufällige Variationen im Wetter die Geburtsorte dieser Stürme näher an die chinesische Küste, wodurch aus einer allgemeinen Zunahme der Sturmaktivität ein spezifischer Anstieg der Landfälle wurde.

Die Geschichte beginnt mit einer bemerkenswerten historischen Aufzeichnung namens REACHES, die handschriftliche Berichte chinesischer Beamter aus den Dynastien der Ming und Qing zusammenstellt. Diese Aufzeichnungen dokumentieren akribisch extreme Wetterereignisse, einschließlich der monatlichen Anzahl tropischer Zyklone, die die Ost- und Südküste des Landes trafen. Die Daten zeigen einen markanten, beispiellosen Höhepunkt der Landfälle während des Maunder-Minimums, einer Zeit, als die Sonne am schwächsten war. Um zu verstehen, warum dies geschah, wandten sich die Forscher dem Ai2 Climate Emulator Version 2 zu, einem hochentwickelten KI-Modell, das auf modernen Wetterdaten trainiert wurde. Im Gegensatz zu herkömmlichen Klimamodellen, die Monate benötigen können, um ein einziges Jahrhundert einer Simulation durchzuführen, kann dieses KI-Werkzeug hunderte von Jahren der Klimageschichte in wenigen Stunden generieren. Das Team nutzte es, um eine große Sammlung möglicher Klimaszenarien für den Zeitraum zwischen 1500 und 1850 zu erstellen, wobei das Modell mit rekonstruierten Daten über Ozeantemperaturen und Meereis aus jener Zeit erzwungen wurde.

Die Simulationen bestätigten, was die historischen Aufzeichnungen suggerierten: Der Westpazifik erlebte während des Maunder-Minimums eine signifikante Zunahme der tropischen Zyklonaktivität. Die Computermodelle enthüllten jedoch, dass dieser Anstieg nicht nur eine einfache Reaktion auf kühlere Temperaturen war. Die Forscher fanden heraus, dass die verdunkelte Sonne die Hochbreiten der Nordhalbkugel viel stärker abkühlte als die Tropen. Dies erzeugte einen steileren Temperaturunterschied zwischen dem Äquator und den Polen. In der Atmosphäre wirkt ein steilerer Temperaturgradient wie ein steilerer Hügel, der die Luft heftiger strömen lässt. Dies intensivierte die Hadley-Zirkulation, eine massive globale Luftschleife, die in der Nähe des Äquators aufsteigt und in den Subtropen absinkt. Eine stärkere Hadley-Zirkulation schafft günstigere Bedingungen für die Entstehung von „Keimstörungen“ – den anfänglichen Wirbeln aus Luft und Feuchtigkeit, die zu voll ausgebildeten Taifunen heranwachsen können. Die Simulationen zeigten, dass dieser Mechanismus allein die Gesamtzahl der Stürme im Westpazifik um fast zehn Prozent erhöhte.

Doch eine höhere Anzahl von Stürmen im Ozean bedeutet nicht automatisch mehr Stürme, die die Küste treffen. Den Pfad, den ein Sturm nimmt, bestimmt maßgeblich, wo er geboren wird und wie die Winde ihn steuern. Die Forscher entdeckten, dass der spezifische Anstieg der Landfälle an der Südküste Chinas durch einen anderen Faktor angetrieben wurde: Zufälligkeit. In den Jahren zwischen 1651 und 1680 begünstigten die Wetterbedingungen in der Atmosphäre zufällig die Entstehung von Stürmen an einem spezifischen Ort – direkt östlich der Philippinen und über dem Südchinesischen Meer. Wenn Stürme an diesem Ort entstehen, drücken die vorherrschenden Winde sie natürlich nach Nordwesten, direkt auf die Südküste Chinas zu. Die Studie fand heraus, dass diese Verschiebung der Geburtsorte nicht durch eine vorhersehbare Änderung der großräumigen Windmuster verursacht wurde, welche die Stürme tatsächlich von der Küste wegsteuerten. Stattdessen war es das Ergebnis zufälliger Wetterschwankungen, eine Art atmosphatisches Rauschen, das bestimmte, wo genau die Stürme entstehen würden.

Um zu testen, wie viel davon auf das Klima versus das Wetter zurückzuführen war, führten die Forscher hunderte von Simulationen durch. Sie fanden heraus, dass, während die Klimaveränderungen (die verdunkelte Sonne und die daraus resultierenden Ozeantemperaturmuster) die Gesamtzahl der Stürme im gesamten Becken erhöhten, nur wenige spezifische Simulationsläufe das exakte Muster der Landfälle reproduzierten, das in den chinesischen Aufzeichnungen festgehalten wurde. In den meisten Simulationen entstanden die Stürme an leicht anderen Orten und verfehlten die Küste, obwohl die Gesamtzahl der Stürme hoch war. Dies deutet darauf hin, dass der massive Anstieg der Landfälle, der in der Geschichte aufgezeichnet wurde, ein „perfekter Sturm“ aus zwei Dingen war: einem Klima, das insgesamt mehr Stürme erzeugte, und einem glücklichen (oder unglücklichen) Würfelspiel des Wetters, das diese Stürme auf Kollisionskurs mit der Küste brachte. Die Forscher merkten an, dass die Rolle zufälliger Wetterschwankungen beim Antrieb langfristiger Veränderungen oft übersehen wird, da sich Wissenschaftler typischerweise auf großräumige Klimatreiber wie Ozeantemperaturen konzentrieren.

Die Studie befasste sich auch mit und widerlegte mehrere andere Theorien, die zuvor vorgeschlagen worden waren, um diesen historischen Höhepunkt zu erklären. Einige frühere Ideen deuteten darauf hin, dass die Stürme durch ein La-Niña-Muster verursacht wurden, bei dem der östliche Pazifik kühler als üblich ist, oder durch eine Südwärtsverschiebung des Regengürtels nahe dem Äquator. Die neue Analyse zeigte jedoch, dass die Ozeantemperaturen in dieser Zeit eher einem El-Niño-Muster entsprachen, mit wärmeren Gewässern im Osten und kühleren im Westen. Zudem stützten die Daten nicht die Idee, dass sich die großräumigen Steuerwinde so verändert hatten, dass sie mehr Stürme in Richtung der Küste drängen würden. Die Beweise deuten klar auf die Kombination aus einem klimabedingten Anstieg der Sturmanzahl und einer wetterbedingten Verschiebung der Geburtsorte der Stürme hin.

Diese Erkenntnis hat Auswirkungen, die weit über die Geschichte der chinesischen Taifune hinausgehen. Die Studie zeigt, dass zufällige Wetterereignisse einen bleibenden Eindruck in Klimatrends über Jahrzehnte hinterlassen können – ein Konzept, das die Art und Weise herausfordert, wie Wissenschaftler zukünftige Sturmrisiken projizieren. Wenn natürliche Zufälligkeit in der Vergangenheit eine so große Rolle spielte, muss sie auch bei der Vorhersage des Verhaltens von Stürmen in einer sich erwärmenden Welt sorgfältig berücksichtigt werden. Die Forschung hebt auch die potenziellen Gefahren des solaren Strahlungsmanagements hervor, einer vorgeschlagenen Geoengineering-Technik, bei der die Sonne gedimmt wird, um den Planeten zu kühlen. Die Simulationen legen nahe, dass eine Reduzierung des Sonnenlichts unbeabsichtigt die globale Luftzirkulation stärken und die Häufigkeit von Taifunen im Westpazifik erhöhen könnte, selbst wenn sie erfolgreich die globale Temperatur senkt.

Die Fähigkeit, diese Details aufzudecken, beruhte auf einer einzigartigen Zusammenarbeit zwischen Geschichte und Technologie. Durch die Verwendung des KI-Emulators, um Tausende von Jahren an Simulationen durchzuführen und diese mit den präzisen, täglichen Aufzeichnungen der chinesischen Beamten aus Jahrhunderten zuvor zu vergleichen, konnten die Forscher die spezifischen Treiber dieses historischen Ereignisses isolieren. Die Studie bestätigt, dass das Maunder-Minimum eine Zeit erhöhter tropischer Zyklonaktivität war, angetrieben durch eine kühlere Sonne, die den globalen Temperaturgradienten neu gestaltete. Aber sie zeigt auch, dass die spezifischen Auswirkungen auf menschliche Populationen von der chaotischen, unvorhersehbaren Natur des Wetters selbst abhingen. Wie die Autoren feststellen, ist das Verständnis dieser natürlichen Variationen entscheidend, um das Signal des menschengemachten Klimawandels vom Rauschen der natürlichen Variabilität zu trennen und sicherzustellen, dass zukünftige Projektionen von Sturtrisiken so genau wie möglich sind. Die Arbeit dient als Erinnerung daran, dass das Klimasystem ein komplexes Zusammenspiel aus stetigen, langfristigen Kräften und flüchtigen, zufälligen Ereignissen ist, und dass beide verstanden werden müssen, um die ganze Geschichte unserer sich verändernden Welt zu erfassen.