Der Kühlschrank der Welt

Wenn die Luft sich immer mehr vermischt

Anhand komplexer Datenanalysen bestimmte die Wiener Forschungsgruppe die Verweildauer von Luftmassen in den unteren Luftschichten nördlich des 70. nördlichen Breitengrades, was ungefähr der Höhe der arktischen Stadt Tromsø entspricht. Das Ergebnis: Im Durchschnitt der Jahre 1980 bis 2023 verweilten diese im Sommer rund 12, im Winter rund 7 Tage in der Arktis.

Besonders im Frühling und Herbst wird die Arktis in diesem Aspekt den mittleren Breiten in den vergangenen vier Jahrzehnten immer ähnlicher. Im Zeitraum von März bis Mai verweilten die kalten Luftmassen nahe der Oberfläche um 1,4 Tage kürzer als noch in den 1980er-Jahren. Von September und Oktober werden die Verweilzeiten um 0,9 Tage kürzer. „Unsere Daten zeigen: Der Transport von Luftmassen aus mittleren Breiten in die Arktis wird das gesamte Jahr über effizienter“, fasst Andreas Stohl zusammen. Das geschieht nicht nur in Bodennähe. Auch bis zu einer Höhe von 8 Kilometer über dem Meeresspiegel zieht die Luft im April mittlerweile um 10 Prozent schneller aus der Arktis weiter als vor rund 40 Jahren.

Warum der Kühlschrank leckt

Doch wieso? Der wichtigste Grund ist die sogenannte arktische Verstärkung. Das bedeutet, dass die Temperatur in der Arktis stärker steigt als im globalen Mittel. Dabei spielen Feedback-Prozesse eine wichtige Rolle. Das arktische Meereis sowie von Gletscher und Schnee bedeckte weiße Landflächen reflektieren Strahlung zurück in die Atmosphäre.

„Wenn das Eis und der Schnee schmelzen, kommt die dunkle Meeresoberfläche durch, die einen großen Teil der Strahlung absorbiert. Das führt wiederum zu einer stärkeren Erwärmung“, erklärt Andreas Stohl. Steigende Oberflächentemperaturen sowie der Rückgang von Schnee und Eis auf dem Meer und dem Festland führen auch dazu, dass die unteren atmosphärischen Schichten der Arktis immer wärmer werden. So sinkt der Wärmeunterschied zwischen ihnen und der Luft aus den mittleren Breiten und der arktische Dom wird durchlässiger.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass Luftmassen mittlerweile viel effizienter zwischen der Arktis und den mittleren Breiten hin- und herwandern“, berichtet Stohl. Die Arktis wird immer weniger atmosphärisch isoliert. Man könnte sagen: Der Kühlschrank hat ein Leck.

Dramatisch, jedoch nicht überraschend

Die Ergebnisse überraschten Andreas Stohl und seine Kolleg:innen nicht. „Aber bislang hat sie noch niemand dokumentiert“, sagt der Meteorologe. Auch weil der passende Datensatz fehlte, um diese Entwicklungen nachzuweisen.

Viele meteorologische Studien analysieren vorhandene Daten, beispielsweise zu Temperatur, Luftdruck und Feuchtigkeit sowie Windrichtung und -geschwindigkeit, die Messgeräte wie Barometer, Wetterballons, Satelliten, Wetterbojen sowie Flugzeuge und Wetterschiffe seit Jahrzehnten vielerorts aufzeichnen. So lässt sich unter anderem nachverfolgen, wie sich die Temperatur an einem Ort über lange Zeit verändert hat.

„Mit diesen Datensätzen lassen sich allerdings Luftbewegungen nicht darstellen“, erklärt Stohl. Forschende können mit ihnen nur bedingt nachzeichnen, wie verschmutzte Luftpartikel durch die Atmosphäre transportiert werden oder woher Wasser stammt, das als Starkniederschlag abgeht. Oder eben, wie schnell Luft aus der Arktis weiterzieht.

Ein Datensatz namens LARA

Unter der Federführung der Astrophysikerin Lucie Bakels, die mittlerweile an der Universität Stockholm forscht, erstellten Stohl und sein Team nun einen weltweit einzigartigen Datensatz. Sein Name: LARA, kurz für Lagrange’sche Reanalyse.

Dafür bedienten sie sich einer Gitterpunktdarstellung eines Datensatzes des Europäischen Zentrums für Mittelfristige Wettervorhersage (EZMW). Mit diesem trieben sie ein Modell an, das Luftbewegungen darstellen kann. LARA erlaubt, stündlich die Bewegung von sechs Millionen virtuellen Luftpartikeln nachzuverfolgen – und das über einen Zeitraum von 1940 bis 2023. „Den Datensatz zu berechnen, dauerte insgesamt mehrere Monate“, erzählt Andreas Stohl. Er umfasst rund 320 Terabyte an Daten – und ermöglichte jetzt erstmals den Nachweis, dass die Arktis atmosphärisch weniger isoliert ist als noch vor einigen Jahrzehnten.

Arktis verliert Isolierschutz

Diese Entwicklung hat weitreichende, komplexe Folgen. „Mittlerweile kann man zum Beispiel immer mehr sogenannter atmosphärischer Flüsse in der Arktis beobachten. Das steht in direktem Zusammenhang damit, dass die Isolation der Arktis abnimmt“, berichtet Stohl. Diese mehrere Hundert Kilometer langen, mit Feuchtigkeit gesättigten Luftbänder transportieren Wasserdampf aus den Tropen. Mittlerweile nun auch schon in den hohen Norden. „Wenn Niederschlag folglich öfters als Regen fällt, können die atmosphärischen Flüsse beispielsweise über Grönland Schmelzereignisse verursachen“, erklärt der Meteorologe.

Ein Werkzeug für kommende Extreme

Der Datensatz LARA ist mittlerweile für Kolleg:innen aus aller Welt frei zugänglich. Andreas Stohl geht davon aus, dass er die Basis vieler weiterer Studien werden könnte. Denn er hilft unter anderem, die Herkunft von Luftschadstoffen oder Starkniederschlagsereignissen oder auch die Bewegung und Veränderung von Jets, globalen Windsystemen und Wärmeflüssen nachzuzeichnen. Andreas Stohl und seine Kolleg:innen finden mithilfe von LARA gerade heraus, woher die Feuchtigkeit stammte, die im September 2024 bei dem verheerenden Hochwasser große Teile von Niederösterreich unter Wasser setzte. Die weiteren Einsatzbereiche werden in einer sich erwärmenden Welt wohl nicht ausgehen. „Wir haben noch sehr viele Ideen“, erzählt der Meteorologe.