Der Polarwirbel kommt – und bringt einen eisigen Winter

Über Sibirien erwärmte sich die Luft vor kurzem drastisch. Die Folge ist eine Kettenreaktion, die in den USA und Europa demnächst für einen Kälteeinbruch sorgt.

Veröffentlicht am 13. Jan. 2021, 12:16 MEZ
Lake Michigan

Am Ufer des Lake Michigan bildete sich Eis, als die Temperaturen im Januar 2019 in Chicago auf etwa -29 °C sanken. Grund für den Temperaturabfall war der Polarwirbel, der nach Süden driftete.

Bild Scott Olson, Getty Images

Jedes Jahr warten Wetterenthusiasten gespannt auf die ersten Anzeichen dafür, dass der Polarwirbel – eine Masse kalter Luft, die über der Arktis kreist – nach Süden wandert und Kälte und Schnee in die unteren Breiten bringt.

Das Warten könnte bald ein Ende haben – und wer kein Meteorologe ist, wird vielleicht überrascht sein zu erfahren, dass das auf den jüngsten Temperaturanstieg in der Arktis zurückzuführen ist.

Genauer gesagt auf den Anstieg der Temperaturen hoch in der Stratosphäre über Sibirien. In der ersten Januarwoche stiegen sie von etwa -68 °C auf -13 °C. Diese plötzlichen Stratosphärenerwärmungen treten in gewissem Maß jedes Jahr auf, aber ein so drastischer Temperaturwechsel wird als Großereignis kategorisiert und ist weniger häufig.

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Die Masse der vergleichsweise warmen Luft brachte den eisigen Polarwirbel aus dem Gleichgewicht. Sie schob ihn von seiner Nordpolachse, sodass er sich faktisch in zwei Teile spaltete – als ob ihm ein Paar Beine wachsen würde: eines über Nordamerika und eines über Europa.

Das Ergebnis dieser Störung könnte eiskaltes Winterwetter sein, das den Mittleren Westen und Nordosten der USA sowie die mittleren Breiten in Europa heimsucht. Prognosen zufolge ist Mitte bis Ende Januar mit dem Kälteeinbruch zu rechnen, der in Schüben bis in den Februar hinein andauern könnte.

Was ist ein Polarwirbel und wie funktioniert er?

In der untersten Schicht der Atmosphäre, der Troposphäre, spielt sich das Wetter ab. Dort dreht sich ein Windband, welches das ganze Jahr über um den Globus kreist – der Polarfront-Jetstream, der von Westen nach Osten verläuft. Er ist relativ groß und taucht oft in die mittleren Breiten ein, also jene Region oberhalb der Tropen und unterhalb der Arktis.

In der darüber liegenden Atmosphärenschicht, in etwa 15 bis 50 Kilometern Höhe, befindet sich der stratosphärische Polarwirbel. Er speist sich jeden Winter aus der eisigen Luft, die aus der lichtarmen Arktis aufsteigt, und löst sich im Frühjahr wieder auf. Er ist viel kleiner als der Polarfront-Jetstream und dreht sich normalerweise von Westen nach Osten über dem Nordpol.

Beide Systeme können unser Wetter beeinflussen, aber es ist eine Störung des Polarwirbels in der Stratosphäre, die uns nun das Winterwetter bescheren könnte. Dieser Wirbel benötigt einen stabilen Temperaturunterschied zu dem darunterliegenden Bereich, damit er in seinem Bereich über dem Nordpol stabil bleiben kann. Wenn sich die Temperaturen zu stark annähern – und das ist bei einer starken Erwärmung der Fall –, kommt er von seiner Bahn ab und driftet nach Süden, wobei er den Jetstream vor sich herschiebt.

Am 4. Januar bemerkten Wissenschaftler die plötzliche Erwärmung der Stratosphäre über Sibirien. Solche stratosphärischen Erwärmungsereignisse sind häufig, aber größere Störungen wie die aktuelle treten im Normalfall nur etwa alle zwei Jahre auf, sagt Judah Cohen. Er ist der Leiter der saisonalen Wettervorhersage bei Atmospheric and Environmental Research, einem Unternehmen, das Regierungsbehörden und den privaten Sektor zu Wetterrisiken berät.

Noch immer wissen wir vieles über stratosphärische Erwärmungsereignisse nicht, sagt Michael Ventrice, ein Meteorologe für The Weather Company, einem Wetterprognoseunternehmen. Nachdem ein Kälteeinbruch im Jahr 2018 in Großbritannien eine Erdgasknappheit verursachte, begann er, den Ursprung dieser arktischen Störungen zu erforschen, um schon früh in der Saison bessere langfristige Vorhersagen treffen zu können. Er fand heraus, dass „Zonen“ mit warmer Luft typischerweise über Sibirien oder dem Nordatlantik in die Stratosphäre eindringen.

Die warme Luft in der unteren Atmosphäre sowie kühlere Luft blockieren die Winde des Jetstreams. Dadurch entstehen „Beulen“ im Windband, sodass die Luft eine weitere Ebene hinauf in den stratosphärischen Polarwirbel getrieben wird und diesen ebenfalls stört.

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„Diese Beulen senden Wellenenergie nach oben in die Stratosphäre. Und wenn sie stark genug ist und lange genug anhält, kann diese Wellenenergie dazu führen, dass der normalerweise fast kreisförmige stratosphärische Polarwirbel gestört wird“, sagt Jennifer Francis, eine Atmosphärenwissenschaftlerin am Woods Hole Oceanographic Institute.

Die Wechselwirkung zwischen Störungen in der Stratosphäre und dem Wetter in der Troposphäre verstehen die Wissenschaftler noch immer nicht vollständig. Aber wenn der Wirbel in der Stratosphäre gestört wird – wenn er aufgespalten, verschoben oder gedehnt wird –, kann er den darunterliegenden Jetstream nach Süden drücken. Dieser bringt dann arktische Luft in Städte in den USA, Europa und Asien. Aus diesem Grund war es 2019 in Chicago für kurze Zeit kälter als am Nordpol.

Blick auf die Zukunft des Wetters

Welche Rolle der Klimawandel in diesem System spielt, ist eine komplexe Frage – und nur einer der vielen komplizierten und mysteriösen Faktoren, die sich auf den Polarwirbel auswirken. Was dieses Wetterphänomen für unseren Winter bedeutet, ist jedes Jahr aufs Neue kompliziert vorherzusagen.

In den letzten 30 Jahren hat sich die Arktis etwa doppelt so schnell erwärmt wie der Rest der Welt – ein Phänomen, das als polare Verstärkung bezeichnet wird. Die Erwärmung hat zu einem Schwinden der Gletscher und einem Verlust des Meereises in der Region geführt. Sie könnte auch den stratosphärischen Polarwirbel instabiler machen, allerdings sind sich die Wissenschaftler über diesen Zusammenhang noch nicht ganz im Klaren.

Francis weist darauf hin, dass Beulen im Jetstream, die den Polarwirbel destabilisieren, auch durch die geringere Menge arktischen Meereises verstärkt werden können.

„Der Verlust des Eises hat es ermöglicht, dass eine große Menge an zusätzlicher Sonnenwärme das arktische Wasser erwärmt hat. Diese Wärme wird nun wieder in die Atmosphäre abgegeben und erzeugt in diesen Schlüsselregionen Beulen mit warmer Luft“, sagt sie. „Diese Beulen können dazu führen, dass die Schwankungen des Jetstreams nach Norden größer, stärker und langanhaltender werden, was wiederum den Polarwirbel stören kann.“

2020 war eines der wärmsten Jahre seit Beginn der Aufzeichnungen und bildete den Abschluss des bisher wärmsten Jahrzehnts. Zudem schrumpfte die Meereisdecke in der Arktis auf ein Rekordtief. Dennoch sind weitere Forschungen nötig, um genau zu verstehen, wie die Erwärmung die Wettermuster verändert, die jedes Jahr von der Arktis her nach Süden wabern.

Der Artikel wurde ursprünglich in englischer Sprache auf NationalGeographic.com veröffentlicht.

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