M7 Niederfrequenzvariabilität

Thema

Niederfrequente Variabilität umfasst alle atmosphärischen Schwankungen, die über Zeiträume von mehreren Wochen bis zu mehreren Jahrzehnten anhalten – deutlich länger als die wenigen Tage, die ein einzelnes Wettersystem existiert. Innerhalb dieser niederfrequenten Variabilität treten vier unterschiedliche Phänomene gleichzeitig auf: atmosphärische Blockierungen, die den Jetstream für Tage oder Wochen blockieren; ringförmige Moden, die den Jetstream und den Polarwirbel von Norden nach Süden verlagern; stehende Wellen, die sehr weit entfernte Regionen miteinander verbinden; und plötzliche Erwärmungen der Stratosphäre, die die Stratosphäre mit der Troposphäre über einen Zeitraum von Wochen koppeln. Genau diese Vielfalt an Zeitskalen und Mechanismen macht die niederfrequente Variabilität wesentlich schwieriger vorherzusagen als das tägliche Wetter.

Atmosphärische Blockierungen sind innerhalb dieser niederfrequenten Variabilität das kurzfristigste Phänomen: Ein Hochdruckgebiet verfestigt sich an einer ungewöhnlichen Position und blockiert dort den Jetstream für einen Zeitraum von fünf bis dreißig Tagen, was zu anhaltenden Wetteranomalien wie Hitzewellen oder Überschwemmungen führt. Was dieses Antizyklon stabilisiert, ist eine nichtlineare Wechselwirkung zwischen der mittleren Strömung und Rossby-Wellen: Erreichen diese Rossby-Wellen eine bestimmte Größe, entsteht eine anhaltende Dipolzirkulation – zwei entgegengesetzte Zirkulationszentren, die gemeinsam die normalerweise durch die Region fließende zonale Strömung blockieren.

Ringförmige Moden stellen innerhalb dieser niederfrequenten Variabilität eine andere Art von Fluktuation dar: Anstatt die Strömung an einem einzelnen Ort zu blockieren, verlagern sie Jetstream und Polarwirbel gemeinsam nach Norden oder Süden. Die Arktische Oszillation und die Nordatlantische Oszillation sind die nordhemisphärischen Entsprechungen dieser Ringmode, während die Antarktische Oszillation dasselbe auf der Südhemisphäre bewirkt. In allen drei Fällen führt der Eintritt der entsprechenden Ringmode in ihre negative Phase dazu, dass sich Jetstream und Polarwirbel in Richtung niedrigerer Breiten zusammenziehen als üblich.

Neben diesen Ringmoden gibt es weitere Arten von Fernwirkungen, die durch stationäre Rossby-Wellen entstehen. Das Pazifik-Nordamerika-Muster und das Pazifik-Südamerika-Muster sind die bekanntesten Beispiele. Beide verbinden tropische Konvektionsaktivität im Pazifik mit Druckanomalien, die weit entfernt über Nord- bzw. Südamerika auftreten.

Die letzte Komponente der niederfrequenten Variabilität ist die plötzliche Erwärmung der Stratosphäre. Diese stört den polaren Stratosphärenwirbel innerhalb der Stratosphäre selbst und breitet sich innerhalb von zwei bis sechs Wochen bis in die Troposphäre aus. Dort angekommen, versetzt sie die Arktische Oszillation in ihre negative Phase. Diese negative Phase erhöht die Häufigkeit, mit der arktische Luftmassen in die mittleren Breiten vordringen.

Von atmosphärischen Blockierungen, die sich innerhalb weniger Wochen auflösen können, bis hin zu ringförmigen Moden und Fernwirkungen, die über Monate oder sogar Jahre dieselbe Phase beibehalten können, vereint die niederfrequente Variabilität Mechanismen sehr unterschiedlicher Dauer unter einem gemeinsamen Nenner: Sie alle entstehen durch das Verhalten von Rossby-Wellen, sei es durch das Anhalten in einem Blockierungsmuster, die Verschiebung einer ringförmigen Mode, das Verharren in einer Fernwirkung oder die vertikale Ausbreitung bis hin zur Auslösung einer plötzlichen stratosphärischen Erwärmung. Es ist diese Vielfalt an Verhaltensweisen, die dafür sorgt, dass sich die Atmosphäre Wochen oder Jahrzehnte später an die Störung erinnert, die sie hervorgerufen hat.

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