Attribution of storm track activity to instantaneous upper-level jets yields new insights into the North Pacific midwinter minimum

Die Atmosphäre über den mittleren Breiten ist niemals still. Sie ist ein rastloser Fluss aus Luft, der Wettersysteme von West nach Ost trägt. Innerhalb dieser Strömung bestimmen zwei markante Merkmale das Wetter, das wir erleben: der Jetstream und die Sturmbahn. Der Jetstream ist ein schmales, kraftvolles Band aus schnell fließendem Wind hoch am Himmel, das wie ein Steuerrad für Wettersysteme wirkt. Die Sturmbahn ist der Pfad, den diese Systeme nehmen – ein Korridor, in dem Tiefdrucksysteme oder Zyklone geboren werden, wachsen und wandern. Diese Stürme bringen den Regen, den Schnee und den Wind, die unsere Jahreszeiten prägen. Wissenschaftler wissen seit langem, dass die Stärke dieser Stürme meist davon abhängt, wie groß der Temperaturunterschied zwischen der kalten Polarluft und der warmen tropischen Luft ist. Je größer der Temperaturunterschied, desto mehr Energie steht zur Verfügung, um die Stürme anzutreiben.

Doch die Natur trotzt manchmal der einfachen Logik. Im Nordpazifik, einer Region, die für ihre heftigen Winterstürme bekannt ist, geschieht etwas Seltsames. Wenn der Winter tiefer wird und der Temperaturunterschied zwischen Nord und Süd seinen Höhepunkt erreicht, wird der Jetstream am stärksten. Nach allen Standardregeln sollte dies die Zeit maximaler Sturmaktivität sein. Doch das Gegenteil tritt ein. Während des Kerns des Winters schwächt sich die Sturmbahn tatsächlich ab und erreicht ein ruhiges Minimum, gerade in dem Moment, in dem der atmosphärische Motor mit voller Kraft läuft. Dieses kontraintuitive Tief hat Forscher jahrzehntelang rätseln lassen und zu vielen Theorien darüber geführt, warum die Atmosphäre ihren eigenen energiereichsten Motor scheinbar abschaltet.

Eine neue Studie von Satoru Okajima und Thomas Spengler bietet eine neue Perspektfläche auf dieses Rätsel, indem sie die Art und Weise ändert, wie wir den Jetstream selbst betrachten. Anstatt den Jet als einen einzigen, stetigen Durchschnitt zu behandeln, der das ganze Winterhalbjahr über existiert, untersuchten die Forscher den Jet Moment für Moment. Sie entdeckten, dass das, was wir als einen einzigen, verschmolzenen Jetstream wahrnehmen, tatsächlich der statistische Durchschnitt von zwei sehr unterschiedlichen Arten von Windbändern ist, die zu unterschiedlichen Zeiten erscheinen. Bei der einen Art handelt es sich um den subtropischen Jet, der näher am Äquator liegt und durch die Zirkulation der tropischen Luft angetrieben wird. Die andere ist der Polarfrontjet, der weiter nördlich liegt und direkt durch das Aufeinandertreffen von kalten und warmen Luftmassen angetrieben wird.

Die Forscher nutzten fortschrittliche Computeranalysen, um Jahrzehnte an Wetterdaten zu durchforsten und genau zu identifizieren, wann und wo jeder dieser beiden Jet-Typen präsent war. Sie fanden heraus, dass im Nordpazifik während des Hochwinters der subtropische Jet der dominierende Akteur ist und weitaus häufiger vorkommt als sein polares Gegenstück. Diese häufige Präsenz des subtropischen Jets erzeugt den Anschein eines einzigen, starken, verschmolzenen Jetstreams, wenn man ihn als langfristigen Durchschnitt betrachtet. Der subtropische Jet verhält sich jedoch anders als der Polarjet. Obwohl er unglaublich schnell ist und über einer Region mit starken Temperaturkontrasten liegt, ist er überraschend ineffizient darin, Stürme zu erzeugen. Die Studie zeigt, dass der subtropische Jet, obwohl er einen kraftvollen Hintergrundwind erzeugt, diese Kraft nicht in große, energetische Sturmsysteme umsetzen kann.

Im Gegensatz dazu ist der Polarfrontjet, wenn er auftaucht, viel besser darin, Stürme zu befeuern, aber er kommt im tiefsten Teil des Winters im Nordpazifik weita viel seltener vor. Die Forscher stellten zudem fest, dass der Polarfrontjet, wenn er im Hochwinter auftaucht, dazu neigt, schmaler und enger gewunden zu sein als zu anderen Zeiten des Jahres. Diese Enge unterdrückt das Wachstum von Stürmen sogar noch weiter. Die Kombination dieser Faktoren erklärt das Winterminimum. Die Ruhephase wird nicht durch einen Mangel an Energie oder ein Versagen der Atmosphäre, auf Temperaturunterschiede zu reagieren, verursacht. Vielmehr ist sie das Ergebnis einer Tatsache, dass die Atmosphäre die meiste Zeit in einem Zustand verbringt – der Dominanz des subtropischen Jets –, der schlichtweg schlecht darin ist, verfügbare Energie in Sturmaktivität umzuwandeln.

Dieser Befund stellt die lang gehegte Sichtweise infrage, dass der Jetstream ein einheitliches Gebilde sei, das einfach nur stärker oder schwächer wird. Die Studie legt nahe, dass das „Winterminimum“ ein Spiegelbild eines saisonalen Wechsels des Typs des Jetstreams ist, der die Region dominiert. Im Nordatlantik sieht die Geschichte anders aus: Dort bleibt der Polarfrontjet während des gesamten Winters die dominierende Kraft, weshalb die Sturmaktivität dort ihren Höhepunkt erreicht, wenn die Jahreszeit am kältesten ist. Der Nordpazifik jedoch wird von einem anderen Rhythmus beherrscht. Die Forscher kommen zu dem Schluss, dass wir, um wirklich zu verstehen, warum Stürme sich so verhalten, wie sie es tun, über die Durchschnittsbedingungen hinausblicken und ganz genau auf die spezifischen, instantanen Zustände des Windes achten müssen. Indem wir erkennen, dass der Jetstream ein sich verschiebendes Mosaik aus verschiedenen Arten ist, statt ein einziges feststehendes Merkmal, gewinnen wir ein klareres Bild davon, warum die Stürme im Nordpazifik mitten im Winter eine Pause einlegen.