Strahlstrom

Jetstreams können Geschwindigkeiten von über 300 km/h erreichen und wirken wie Luftströme, die Wettersysteme über den Globus führen. Es handelt sich nicht um kontinuierliche Bänder, sondern um mäandernde Ströme, die ihre Form ändern, sich aufspalten oder zusammenfließen können. 

Ihr Einfluss auf das Wetter ist enorm, denn sie beeinflussen Sturmverläufe, Temperaturmuster und Niederschläge auf der ganzen Welt.

Warum Strahlströme entstehen: Die Rolle von Temperatur und Druck

Die Ursache für die Jetstreams liegt in der ungleichmäßigen Erwärmung der Erdoberfläche. Der Äquator erhält das ganze Jahr über mehr direktes Sonnenlicht als die Pole, so dass warme Luft in Äquatornähe aufsteigt und kalte Luft in Polnähe absinkt. Dieser Unterschied führt zu starken horizontalen Temperaturunterschieden, insbesondere in der oberen Atmosphäre. 

Wenn warme Luft aufsteigt und sich in Richtung der Pole bewegt, trifft sie auf kühlere Luft. Das Druckgefälle bewirkt, dass sich die Luft von hohem zu niedrigem Druck bewegt, während der Coriolis-Effekt, derdurch die Erdrotation verursacht wird, die sich bewegende Luft ablenkt. Das Ergebnis ist eine schnelle westliche Windströmung in der oberen Troposphäre: der Jetstream.

Die drei atmosphärischen Zirkulationszellen

Um zu verstehen, wo und warum sich Jetstreams bilden, ist es hilfreich, sich die Struktur der atmosphärischen Zirkulation auf der Erde anzusehen, die in drei Hauptzellen auf jeder Hemisphäre unterteilt ist:

1. Hadley-Zelle (0° bis ~30° Breitengrad) Warme, feuchte Luft steigt am Äquator auf, bewegt sich in großen Höhen polwärts und sinkt um den 30° Breitengrad ab. Diese Zirkulation ist für das tropische Klima und die Bildung subtropischer Hochdruckgebiete verantwortlich.
   Der subtropische Jetstream bildet sich typischerweise in der Nähe der oberen Grenze der Hadley-Zelle, etwa auf 30° Breite, und kann das Wetter in den Subtropen und südlichen Teilen der mittleren Breiten beeinflussen.
2. Ferrel-Zelle (~30° bis 60° geographische Breite) Dies ist eine indirekte Zirkulationszone, in der die Oberflächenwinde polwärts und die Höhenwinde äquatorwärts strömen. Sie fungiert als Mischungszone zwischen den tropischen und polaren Luftmassen.
   Der Polarfront-Jetstream, oft auch nur als Polarjet bezeichnet, bildet sich an der Grenze zwischen der Ferrel- und der Polarzelle. Er ist im Allgemeinen stärker und variabler als der subtropische Jet.
3. Polarzelle (60° bis 90° Breitengrad) Kalte Luft sinkt an den Polen ab und bewegt sich in Richtung niedrigerer Breitengrade nahe der Oberfläche. Aufsteigende Luft bei etwa 60° vervollständigt diese Schleife. Während die Polarzelle bei der Bildung des Jetstreams eine geringere Rolle spielt, ist ihre kalte Luft für die Aufrechterhaltung der Stärke der Polarfront und des Jetstreams entscheidend.

Der Coriolis-Effekt: Warum Jetstreams von Westen nach Osten fließen

Der Coriolis-Effekt wird durch die Rotation der Erde verursacht. Wenn sich die Luft nach Norden oder Süden bewegt, wird sie aufgrund der unterschiedlichen Rotationsgeschwindigkeiten in den verschiedenen Breitengraden abgelenkt. In der nördlichen Hemisphäre ist diese Ablenkung nach rechts, in der südlichen Hemisphäre nach links gerichtet. 

Durch diese Ablenkung wird aus einer direkten Nord-Süd-Strömung eine West-Ost-Strömung, wodurch die für Jetstreams charakteristische Westströmung entsteht. Ohne den Coriolis-Effekt würden sich die Jetstreams nicht krümmen - sie würden sich einfach vom Äquator zum Pol bewegen.

Rossby-Wellen: Der mäandernde Jetstream

Jetstreams bewegen sich nicht in geraden Linien. Stattdessen bilden sie große Mäander aus, die Rossby-Wellen genannt werden, d. h. Wellen im Planetenmaßstab im Strahlstrom. Diese Wellen sind wichtig für den Wärmetransport von den Tropen zu den Polen und umgekehrt. 

Rossby-Wellen sind für einen Großteil der Schwankungen im täglichen Wettergeschehen verantwortlich. Ein großer Rücken (Ausbuchtung nach Norden) kann einer Region warme, trockene Bedingungen bescheren, während ein tiefer Trog (Einbruch nach Süden) einer anderen kaltes, nasses Wetter bescheren kann. Wenn diese Wellen stationär werden oder sich langsam bewegen, können sie zu extremen Wetterlagen führen.

Jetstreams und extremes Wetter

Jetstreams haben einen starken Einfluss auf lokale und regionale Wettermuster, indem sie die Bewegung von Hoch- und Tiefdruckgebieten, Frontalgrenzen und Sturmzügen steuern. Wenn sich Jetstreams verlagern, verstärken oder abreißen, kann dies schwerwiegende Folgen haben:

• Dürren können entstehen, wenn ein anhaltender Rücken im Jetstream Sturmsysteme von einer Region ablenkt und die Niederschläge über Wochen oder Monate hinweg abnehmen.
• Zu Überschwemmungen kann es kommen, wenn ein stationäres Troggebiet wiederholt feuchte Luft über dasselbe Gebiet leitet und dadurch lang anhaltende oder intensive Regenfälle verursacht.
• Hitzewellen werden oft mit blockierten Jetstreams in Verbindung gebracht, die warme Luft unter einem stagnierenden Hochdrucksystem einschließen.
• Kälteeinbrüche können auftreten, wenn ein Einbruch des Polarjets arktische Luft weit nach Süden in gemäßigte Regionen bringt.

In den mittleren Breitengraden - wie in weiten Teilen Nordamerikas und Europas - ist der polare Jetstream ein wichtiger Faktor sowohl für die täglichen Vorhersagen als auch für langfristige Wettertrends.

Jetstreams und Klimawandel

Es gibt immer mehr Hinweise darauf, dass der Klimawandel das Verhalten der Jetstreams beeinflusst. Da sich die Arktis schneller erwärmt als der Rest des Planeten - ein Phänomen, das als arktische Verstärkung bekannt ist - wird der Temperaturgradient zwischen Äquator und Polen schwächer. 

Dies kann die Stärke des polaren Strahlstroms verringern und seine Tendenz zu Mäandern und Verlangsamung verstärken. Solche Veränderungen können mit häufigeren und anhaltenden extremen Wetterereignissen in Verbindung gebracht werden. So kann ein geschwächter Jetstream beispielsweise dazu führen, dass kalte Luft weiter nach Süden vordringt oder dass Hitzewellen länger anhalten als in der Vergangenheit.

Ein wichtiger Akteur in einem sich verändernden Klima

Jetstreams sind weit mehr als nur Hochgeschwindigkeitsluftströme; sie sind entscheidende Dirigenten in der Symphonie der Erdatmosphäre. Entstanden aus dem grundlegenden Ungleichgewicht zwischen den warmen Tropen und den kalten Polen und geformt durch die Rotation unseres Planeten, fungieren diese mächtigen Winde als lebenswichtige Leitungen, die Energie übertragen und die Wettersysteme steuern, die unsere Welt formen. 

Von der Steuerung alltäglicher Stürme bis hin zur Beeinflussung schwerer Dürren, Überschwemmungen und Hitzewellen haben ihre verschlungenen Pfade tiefgreifende Auswirkungen auf menschliche Gesellschaften und Ökosysteme. Da sich unser Klima weiter erwärmt, insbesondere in der Arktis, wird das empfindliche Gleichgewicht, das diese Strömungen antreibt, verändert. 

Die Überwachung und das Verständnis des sich entwickelnden Verhaltens von Jetstreams ist daher nicht nur ein wissenschaftliches Unterfangen, sondern ein entscheidender Teil der Vorbereitung und Anpassung an die atmosphärischen Herausforderungen der Zukunft.