Rätsel um schwankenden Warmwasser-Einstrom in die Arktis gelöst

Eisschollen bedecken eine Bucht vor der Küste von Spitzbergen.
Foto: Finn Heukamp

Neue Studie hilft dabei, Prognosen zum Schicksal des arktischen Meereises zu verbessern.

Das Wechselspiel in der Wetterküche zwischen Azorenhoch und Islandtief bestimmt maßgeblich, wie viel warmes Wasser der Atlantik entlang der norwegischen Küste in die Arktis transportiert. Doch kann dieser Rhythmus für mehrere Jahre aus dem Takt geraten. Forschende des Alfred-Wegener-Instituts haben jetzt die Erklärung dafür gefunden: Aufgrund ungewöhnlicher Luftdruckverhältnisse über dem Nordatlantik geraten Tiefdruckgebiete aus ihrer üblichen Zugbahn, was die Kopplung zwischen dem Azorenhoch, dem Islandtief und dem Wind an der norwegischen Küste durcheinanderbringt. Diese Erkenntnis ist wichtig, um Klimamodelle zu schärfen und das Schicksal des arktischen Meereises besser vorherzusagen.

An der norwegischen Küste herrschen im Winter normalerweise raue Verhältnisse. Tage-, manchmal sogar wochenlang bläst der Wind aus Richtung Südwest. Tiefdruckgebiete schieben sich die Küste entlang. Diese Tiefs tragen nicht nur viel Regen und Schnee mit sich, sondern beeinflussen durch ihren Wind auch die Menge warmen Wassers, welches der Atlantik aus südlichen Breiten bis in die Barentssee und die Arktis transportiert. Doch dieser Warmwasserstrom kann schwanken. Klimaforschende wollen diese Schwankungen genau analysieren, um mit ihren Computermodellen besser zu berechnen, wie sich die Ausdehnung des Meereises in der Arktis in den nächsten Jahrzehnten verändern wird. Das Problem: Bis heute hat man die Ursache für Schwankungen der komplexen Luft- und Ozeanströmungen vor Norwegen und in der Barentssee nicht gänzlich verstanden. Das ist aber wichtig, um Klimamodelle weiter zu verbessern.

Zeitweise Entkopplung

Ein Team um den Ozeanographen Finn Heukamp vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) hat jetzt im Fachmagazin Nature Communications Earth & Environment die Ergebnisse einer Studie veröffentlicht, in der er und seine Kolleginnen und Kollegen die Ozeanströmungen entlang der norwegischen Küste in die Barentssee genau untersucht haben. Ihr Fokus lag dabei auf der Luftdruckdifferenz zwischen dem Azorenhoch und dem Islandtief, der sogenannten Nordatlantischen Oszillation (NAO), die einen Einfluss auf die Strömungen vor Norwegen hat. Von besonderem Interesse war dabei die Frage, warum es mitunter auffällige Abweichungen von dem typischen Wechselspiel zwischen der NAO und den Wetterbedingungen gibt. Normalerweise wird die Stärke der Winde und somit der Meeresströmung maßgeblich durch die Luftdruckdifferenz der NAO beeinflusst. Ist die NAO stark ausgeprägt, führt dies zu starken Luftströmungen, die Tiefdruckgebiete über den Nordatlantik und an Norwegen vorbei nach Norden schieben. Lässt der Luftdruckunterschied nach, verlieren auch die Winde und Tiefs an Fahrt. Normalerweise sind die NAO, die Zugbahn der Tiefdruckgebiete und die Stärke der Ozeanströmungen vor Norwegen daher eng miteinander verbunden. Bereits Ende der 1990er Jahre wurde jedoch eine Entkopplung von NAO und Ozeanströmungen in die Barentssee beobachtet.

„Die ungewöhnliche Entkopplung trat in der Winterzeit gehäuft zwischen den Jahren 1995 und 2005 auf“, sagt Finn Heukamp. „Allerdings war die Ursache für diese Veränderungen unklar.“ Mithilfe eines mathematischen Ozeanmodells, das den arktischen Ozean in sehr hoher Auflösung simuliert, wurden die Wissenschaftler nun fündig. Ganz offensichtlich liegt die Ursache in einer außergewöhnlichen Veränderung der Zugbahn von Tiefdruckgebieten. Finn Heukamp stellte jetzt fest, dass der Strom der Tiefdruckgebiete, die von Südwesten nach Norden an Norwegen vorbeiziehen, durch starke ortstreue Hochdruckgebiete, sogenannte atmosphärische Blockierungen, gestört wird. Diese lenken die schnell ziehenden Tiefdruckgebiete aus ihrer normalen Zugbahn. Letztlich werden dadurch auch die NAO und der Strom warmen Wassers, das gen Norden fließt, zeitweise voneinander entkoppelt.

Klimamodelle schärfen

„Wie häufig eine solche Situation auftritt, ob sie beispielsweise regelmäßig alle paar Jahrzehnte wiederkehrt, können wir derzeit noch nicht sagen, weil die Messdaten, mit denen wir unser Ozeanmodell abgleichen, nur etwa 40 Jahre weit zurückreichen“, sagt Finn Heukamp. Dennoch seien die aktuellen Ergebnisse für die Klimamodellierung zentral wichtig. „Globale Klimamodelle rechnen relativ großräumig“, sagt der Forscher. „Mit den aktuellen Ergebnissen aus unserer hoch aufgelösten Analyse für den Nordatlantik und die Arktis liefern wir jetzt ein wichtiges Detail, um die Klimamodellierung für die Arktis noch genauer zu machen.“ Die Resultate zeigten auch, dass man künftig die NAO, die Tiefdruckgebiete über dem Atlantik und die Ozeanströmungen stärker zusammen betrachten müsse. Da sowohl der Transport von warmem Wasser als auch der Zug der Tiefs über dem Atlantik unser Wetter in den mittleren Breiten beeinflussen, seien die Ergebnisse zudem interessant, um die künftige Klima- und Wettersituation in Mitteleuropa besser einzuschätzen.

Originalveröffentlichung:

Heukamp, F.O., Aue, L., Wang, Q. et al. Cyclones modulate the control of the North Atlantic Oscillation on transports into the Barents Sea. Commun Earth Environ 4, 324 (2023). https://doi.org/10.1038/s43247-023-00985-1

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Das Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) forscht in der Arktis, Antarktis und den Ozeanen der gemäßigten sowie hohen Breiten. Es koordiniert die Polarforschung in Deutschland und stellt wichtige Infrastruktur wie den Forschungseisbrecher Polarstern und Stationen in der Arktis und Antarktis für die internationale Wissenschaft zur Verfügung. Das Alfred-Wegener-Institut ist eines der 18 Forschungszentren der Helmholtz-Gemeinschaft, der größten Wissenschaftsorganisation Deutschlands.

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