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Sonnenflecken und tropische Wirbelstürme

Die Anzahl der Sonnenflecken hat einen deutlich nachweisbaren Einfluss auf die Häufigkeit und Intensität von tropischen Wirbelstürmen (Hurrikanen) im Atlantik. Das ergaben umfangreiche statistische Untersuchungen von Hurrikan-Daten der letzten 100 Jahre und des Sonnenfleckenzyklus durch den Klimaforscher James Brian Elsner an der Florida State University (http://mailer.fsu.edu/~jelsner/www/).

 

 

 

 

Anzahl der Sonnenflecken in den letzten 400 Jahren. Das Maunder-Minimum brachte die  „Kleine Eiszeit“, die für Europa sehr gut dokumentiert ist. Quelle: Robert A. Rohde

 

Dabei zeigten sich im West- und Ostatlantik vollkommen gegensätzliche Zusammenhänge:

 

Im Westatlantik führen mehr Sonnenflecken zu weniger (und schwächeren) tropischen Wirbelstürmen, im Ostatlantik nimmt ihre Anzahl (und Stärke) hingegen zu.

 

Für diese scheinbar widersprüchlichen Befunde, bietet Elsner eine einleuchtende Erklärung an:

 

Mehr Sonnenflecken zeigen eine erhöhte Sonnenaktivität an und damit gelangt auch mehr ultraviolette Strahlung (UV) zur Erde. In Abhängigkeit von den natürlichen Schwankungen der Sonnenaktivität kann sich die Stärke der UV-Strahlung um bis zu 10% ändern. Die UV-Strahlung erwärmt wiederum die Stratosphäre, denn diese enthält reichlich Ozon, das die für das irdische Leben gefährlichen Anteile dieser Strahlung absorbiert. Auch die direkt unter der Stratosphäre liegende obere Troposphäre wird mit erwärmt. Dadurch sinkt aber der für die Entwicklung tropischer Wirbelstürme entscheidende vertikale Temperaturgradient. 

 

 

Tropische Wirbelstürme entstehen normalerweise nur über offenem  und mindestens 26°C warmem  Wasser, wenn die Luft darüber kalt genug ist. Je wärmer das Meerwasser ist, umso stärker die Wasserverdunstung und umso mehr Energie in Form von latenter Wärme steht dem Wirbelsturm zur Verfügung: Die über dem Wasser erwärmte, feuchte Luft wird gehoben und kühlt dabei ab, wobei  eine Divergenz innerhalb der Höhenströmung das auslösende Moment ist. Die sich dabei abkühlende Luft kann immer weniger Feuchtigkeit aufnehmen, so dass Wolkenbildung einsetzt. Dabei wird fortlaufend die für die Verdunstung des Wassers zuvor verbrauchte Energie als Kondensationswärme (latente Wärme) wieder frei. Das wiederum verstärkt den Auftrieb der Luft, die solange weiter aufsteigt,wie sie  noch wärmer als die Umgebungsluft ist. Der vertikale Temperaturgradient ist also der Antrieb für den sich selbst verstärkenden Prozess  der Wolkenbildung und damit letztendlich auch für den tropischen Wirbelsturm. Wichtig ist, dass immer genug latente Wärme durch Wasserverdunstung nachgeliefert wird. Der tropische Wirbelsturm bildet gewaltige Wolkentürme, die bis in die obere Troposphäre reichen, ja sogar in die Stratosphäre durchbrechen können. Die aufsteigende Luft wird durch den Einfluss der Erdrotation abgelenkt, wodurch die Wirbelstruktur entsteht, welche ein sich verstärkendes Tiefdruckgebiet bildet, das immer mehr feuchtwarme Luft von allen Seiten ansaugt (bodennahe Konvergenz). Die Drehbewegung beschleunigt sich bei Zufuhr von immer mehr latenter Wärme. Tropische Wirbelstürme funktionieren wie gigantische Kühlmaschinen, die Wärme von der Wasseroberfläche in grosse Höhen transportieren, wo sie dann im Infraroten in den Weltraum abgestrahlt wird. Die Drehbewegung des tropischen Wirbelsturms nimmt in Richtung  Zentrum zu. Die Zentrifugalkräfte werden dort so gross, dass sich ein  beinahe windstilles, wolkenarmes Auge bildet, in dessen Aussenrand (Eyewall), der Auftrieb der feuchtwarmen Luftmassen besonders stark ist. Das Auge entsteht, weil aus der Höhe Luft angesaugt wird, die sich auf ihrem Weg nach unten immer mehr erwärmt, so dass sich die Wolken auflösen. Tropische Wirbelstürme bewegen sich immer mit der jeweils vorherrschenden Luftströmung. Quelle: NOAA

 

Im Ostatlantik sind die Temperaturen des Oberflächenwassers im Allgemeinen niedriger als im Westatlantik, weil die Passatwinde vor der afrikanischen Westküste kaltes Tiefenwasser emporquellen lassen. Die Wassertemperaturen reichen daher oft für die Entstehung eines tropischen Wirbelsturmes einfach nicht aus. Die Temperatur des Oberflächenwassers ist im Ostatlantik also ein limitierender (begrenzender) Faktor für tropische Wirbelstürme. Eine leichte Erhöhung der Sonneneinstrahlung genügt dann oft schon, und das Oberflächenwasser erfährt den entscheidenden Temperaturanstieg für mehr Wirbelstürme. Derselbe Effekt kann natürlich auch allein durch einen Anstieg der Treibhausgase in der Atmosphäre erreicht werden, wodurch die Wassertemperaturen ja ebenfalls ansteigen.

 

Im Westatlantik sind die Temperaturen des Oberflächenwassers hingegen (fast) immer schon hoch genug. Der vertikale Temperaturgradient wird hier somit zum allein limitierenden Faktor für tropischen Wirbelstürme.

 

Die Untersuchung von Elsner eröffnet nicht nur neue Perspektiven für die Hurrikanvorhersage, sondern wirft auch ein völlig neues Licht auf die Debatte darüber, ob eine globale Erwärmung durch Treibhausgasen zu mehr tropischen Wirbelstürmen führt oder nicht. Im Regionen, wo die Wassertemperaturen für die Entstehung tropischer Wirbelstürme bereits optimal sind kann die globale Erwärmung kaum noch etwas ausrichten. Hier steuert vor allem die Sonne die Anzahl der tropischen Wirbelstürme. Sind die Wassertemperaturen hingegen suboptimal, so führt eine Erwärmung durch mehr Treibhausgase, aber auch durch eine höhere Sonnenaktivität zu mehr und auch stärkeren tropischen Wirbelstürmen. Ja mehr noch, es können sogar neue Entstehungsgebiete hinzukommen. So sind z.B. im Mittelmeer die Wassertemperaturen in den warmen Monaten derart angestiegen, dass sich immer häufiger Vorstufen tropischer Wirbelstürme herausbilden. 

 

Quelle: http://mailer.fsu.edu/~jelsner/PDF/Research/ElsnerJagger2008.pdf 

 

Jens Christian Heuer 

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