Klimawandel: MCS könnten tropische Niederschläge später und heftiger machen

Man nennt es Klimawandel, weil es dabei nicht bloss um ein heisseres oder trockeneres, kälteres oder feuchteres Klima geht. Gemeint ist auch die zunehmende und häufig schwer vorhersehbare Schwankungsbreite jener Wetterereignisse, aus denen sich das Klima zusammensetzt.

Die bemerkenswerte Klimastabilität der vergangenen rund 10.000 Jahre war ein entscheidender Motor für Wachstum und Wohlstand menschlicher Zivilisationen. Nun steuern wir jedoch auf eine grundlegend andere Welt zu.

Diese neue Welt zu verstehen, ist heute wichtiger denn je – für Landwirtinnen und Landwirte, lokale Entscheidungsträgerinnen und Entscheidungsträger, Fluglotsinnen und Fluglotsen sowie die Hunderte weiteren Berufsgruppen, die für ein berechenbares Klima ausgebildet wurden und auf dieses angewiesen waren.

Ein anschauliches Beispiel ist die Frage, wie sich mesoskalige konvektive Systeme (MCS) verstärken, während sich der Planet erwärmt.

MCS und Klimawandel verändern tropische Niederschläge

MCS sind weitläufige Ansammlungen von Gewittern, die sich über Hunderte Kilometer erstrecken und stundenlang bestehen können. In manchen Regionen bringen sie mehr als die Hälfte des tropischen Niederschlags. Zudem verursachen sie zahlreiche Starkregenereignisse, darunter Wassermassen, die verheerende Sturzfluten auslösen.

In einer neuen Studie in Nature Geoscience setzten Forschende aus China und den USA ein hochauflösendes Klimamodell ein. Dieses wurde entwickelt, um solche organisierten Sturmsysteme realistischer abzubilden, als dies mit herkömmlichen Klimamodellen möglich ist.

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Unter einem Szenario starker Klimaerwärmung verschob sich der saisonale Zyklus der von MCS erzeugten Niederschläge laut ihren Ergebnissen deutlich: Die Stürme bildeten sich 10 to 15 Tage später und fielen nach dieser Verzögerung etwa 38 to 45 Prozent intensiver aus.

Es ist unwahrscheinlich, dass diese Veränderungen tatsächlich eintreten. Der rasche Umbau unserer Energiesysteme, die zunehmend durch erneuerbare statt fossile Energien versorgt werden, hat das in solchen Simulationen verwendete Erwärmungsszenario im schlimmsten Fall unplausibel gemacht.

Dennoch sind die Ergebnisse eine wichtige Warnung vor klimabedingten Wetterextremen. Diese können die betroffenen Menschen vor Ort stärker treffen als die gesamte Niederschlagsmenge in den Tropen.

MCS verursachen extreme und oft tödliche Ereignisse durch Niederschlag, Wind und Überschwemmungen.

„Zum Beispiel waren von den MCS-bedingten Überschwemmungen im Sahel [in Afrika] im Jahr 2020 mehr als 2 Millionen Menschen betroffen, nahezu 200.000 Häuser wurden zerstört und in 18 Ländern kamen 417 Menschen ums Leben“, schreiben die Forschenden in der Studie.

In vielen tropischen Regionen bestimmen Zeitpunkt und Stärke der Regenzeit über die Wasserverfügbarkeit, die landwirtschaftlichen Zeitpläne für Aussaat und Ernte sowie das Überschwemmungsrisiko.

Fällt ein grösserer Anteil des Jahresniederschlags in einem kürzeren und späteren Zeitraum – und zudem häufiger in heftigen Stürmen –, kann dies ganz andere Folgen haben, als wenn etwas mehr Regen gleichmässig über das Jahr verteilt niedergeht.

Zu verstehen, wie MCS vom Klimawandel beeinflusst werden, könnte laut den Forschenden „tiefgreifende Auswirkungen“ haben – einschliesslich Folgen, bei denen es um Leben und Tod geht.

„Diese Ergebnisse zeigen, dass organisierte Konvektion ein zentraler Weg ist, über den die Erwärmung die Saisonalität tropischer Niederschläge umgestaltet und dadurch Zeitpunkt und Intensität hydroklimatischer Risiken beeinflusst“, schreiben sie.

Simulationen zu MCS, CAPE und CIN

Für die Untersuchung teilten die Forschenden die Tropen in die nördlichen und südlichen Tropen ein. Anschliessend führten sie jeweils zwei gekoppelte 10-jährige Simulationen durch: Eine bildete historische Bedingungen ab, die andere ein Szenario starker Erwärmung.

Sie untersuchten zwei Kennwerte der Sturmintensität: die konvektiv verfügbare potenzielle Energie (CAPE) und die konvektive Hemmung (CIN).

Das maximale CAPE nahm um etwa 35-40 Prozent zu, was auf „einen grösseren Speicher konvektiver Energie während der Regenzeit“ hindeutet. Das maximale CIN verstärkte sich um etwa 90-130 Prozent, „was auf eine stärkere Hemmung hindeutet, die nach Auslösung der Konvektion intensivere Ereignisse begünstigen kann“, erläutern die Forschenden.

Als Ursache für die veränderte Niederschlagssaison nannten die Forschenden die Häufigkeit: In den nördlichen Tropen traten zu Beginn der Saison weniger MCS auf, insbesondere vor August.

Dadurch führt die zunehmende Feuchtigkeit der Atmosphäre am Saisonbeginn nicht zu so viel Niederschlag, wie dies sonst der Fall sein könnte.

Später in der Saison fallen die Veränderungen bei der Häufigkeit hingegen geringer aus. Sobald die Regenzeit eingesetzt hat, kann die zusätzliche Feuchtigkeit daher mehr Regen erzeugen.

Die Forschenden bringen diese Verschiebung mit den Hadley-Zellen in Verbindung, dem riesigen atmosphärischen Zirkulationssystem, das Wärme und Feuchtigkeit zwischen Tropen und Subtropen transportiert.

Mit der Klimaerwärmung entwickelt die Atmosphäre eine grössere effektive Wärmekapazität. Anders gesagt: Sie reagiert langsamer auf saisonale Antriebe.

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Diese erhöhte „energetische Trägheit“ verlangsamt die saisonale Verlagerung der Hadley-Zellen und verschiebt die Umkehr des Energietransports zwischen den Hemisphären. Der aufsteigende Zweig der Zirkulation verlagert sich deshalb nach hinten, wodurch auch der Niederschlagshöhepunkt später eintritt.

Wenn der Regen dann kommt, ist er allerdings deutlich kräftiger.

Wie die Forschenden betonen, kann dieselbe jährliche Niederschlagsmenge sehr unterschiedliche Auswirkungen haben – je nachdem, ob sie in intensiven, organisierten Stürmen fällt oder als schwächerer Niederschlag über einen längeren Zeitraum verteilt ist.

Hochauflösende Klimamodelle für MCS-Sturmsysteme

Diese Arbeit ist bedeutsam, weil die meisten heutigen Prognosen, wie die Studienautorinnen und -autoren hervorheben, auf Klimamodellen mit „grober Auflösung“ beruhen. Diese können MCS-Sturmsysteme nicht ausreichend simulieren.

Die neuen Simulationen reichen nur 10 Jahre in die Zukunft, da die verwendeten hochauflösenden Modelle einen enormen Rechenaufwand erfordern.

Die Forschenden verwendeten ein zweidimensionales, wolkenauflösendes Modell. Es kann zwar nicht jeden Aspekt dreidimensionaler Stürme erfassen, verleiht Klimaprojektionen jedoch eine aussergewöhnliche Realitätsnähe und stellt damit einen wichtigen Fortschritt dar.

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Um das regionale Bild zu präzisieren, sind weitere Simulationen mit unterschiedlichen Klimamodellen und mehreren Erwärmungsszenarien erforderlich.

Die Forschenden betonen ausserdem, dass ihr verwendetes Szenario starker Erwärmung nicht als Vorhersage der wahrscheinlichsten Zukunft, sondern „als Sensitivitätsexperiment mit hoher Erwärmung“ verstanden werden sollte.

Die Studie verdeutlicht dennoch etwas, das Klimamodelle historisch nur schwer erfassen konnten: die Wettersysteme, die den Regen tatsächlich bringen.

Während sich der Planet erwärmt, könnten diese Systeme nicht nur neu bestimmen, wie viel Niederschlag die Tropen erhalten, sondern auch, wann er fällt. Das könnte Menschen helfen, sich etwas besser auf eine Welt im Wandel vorzubereiten.

Lesen Sie die vollständige Studie in Nature Geoscience.

Dieser Artikel wurde von Clare Watson faktengeprüft und von Clare Watson redigiert. Wir sind stolz auf unseren Prozess, aber auch nur Menschen. Falls Ihnen ein Fehler auffällt, teilen Sie ihn uns bitte mit.