Kapitel 28: Jetstreams
© Sott.netAbbildung 150: Schematische Darstellung der fünf Jetstreams, die die Erde umkreisen
Nach dem wir uns mit den Strömungen im Meer beschäftigen haben, werden wir uns nun mit bestimmten Luft-‘Strömungen’ beschäftigen, die auch unter den Namen Jetstreams bekannt sind. Tatsächlich gibt es fünf Jetstreams, welche die Luft um den Globus blasen: Zwei polare, zwei subtropische und ein equatorialer Luftstrom. Jetstreams sind Winde, die sehr schnell sind (zwischen 96 und 400 kmh)560 , schmal (ein paar hundert Meilen breit und weniger als drei Meilen hoch)561 und sich in großer Höhe befinden (ungefähr 7 Meilen über der Erdoberfläche).562 In diesem Kapitel beschäftigen wir uns ausschließlich mit dem nördlichen polaren Jetstream, den man auch ‘Arktikfront’ nennt; ein wichtiger Treiber des Wetters in Nordamerika und Europa. Wie in Abbildung 150 illustriert, wirbelt der nördliche polare Jetstream (blauer Pfeil) um den Nordpol von West nach Ost und definiert die Grenze zwischen der kalten Luft (im Norden) und der warmen Luft (im Süden). Wenn Sie sich südlich des arktischen Jetstreams befinden, können sie ein mildes Klima genießen; wenn Sie nördlich dieses Jetstreams leben, erleben Sie polare Wetterbedingungen. Wie in Abbildung 151 dargestellt, ist sowohl die Lage als auch die Dichte, Bahn und Geschwindigkeit des Jetstreams variabel. 563
Manchmal weht der Jetstream in hohen Geschwindigkeiten, wodurch der Strom ziemlich gerade verläuft (Bild links). In anderen Zeiten wird er langsamer und verfolgt eine eher schlängelnde Bahn, die tief in in Richtung des Äquators und des Nordpoles ausschlägt (Bild rechts). Tatsächlich verhält sich der Jetstream ähnlich wie ein Fluss: Wenn der Strom sich abschwächt, fängt er an zu zaudern und zu schlängeln und manchmal hört er sogar auf zu fließen (auch bekannt als ‘Blockierung des Jetstreams’).564 Wenn der Strom stark ist zirkuliert er mit hohen Geschwindigkeiten in einer ziemlich geradlinigen Richtung.
© Sott.netAbbildung 151: Zwei unterschiedliche Jetstream Konfigurationen
Der elektrische Jetsream
Jahrelang hat die Mainstream-Wissenschaft behauptet, dass der Jetstream eine geringe Rolle für das Wetter spielt und einfach nur das Resultat von Frontogenese ist; ein komplexer Prozess, der beschreibt wie Konvektion (Luftbewegungen) und Temperaturunterschiede zur Jetstream-Zirkulation führen.565
Kürzlich haben sich die Dinge jedoch geändert. Der Winter 2013-2014 war in Nordamerika sehr streng566 567: ein hartnäckiger ‘Polarwirbel’ hielt wochenlang an und seine Form folgte fast exakt dem ‘kalten Gefälle’, das durch den schlängelnden arktischen Jetstream entstanden ist, den wir in der letzten Abbildung oben sehen können. Die Belege waren also ziemlich offensichtlich, deshalb mussten die Gründe dahinter angepasst werden:
Wissenschaftler versuchen zu verstehen ob das ungewöhnliche Wetter in der nördlichen Hemisphäre in diesem Winter... mit dem Klimawandel verbunden ist. Eine Sache scheint klar zu sein: Veränderungen im Jetstream spielen eine Schlüsselrolle und könnten sogar noch disruptiver werden... Alle beschuldigen den Jetstream, der das meiste Wetter in den mittleren Breiten antreibt. Das wäre eine signifikante Entwicklung, da dass was mit dem Jetstream über die nächsten Jahrzehnte passieren wird, wahrscheinlich die Schlüsselverbindung zwischen der Abstraktion des Klimawandels und dem realen Wetter, dem wir alle ausgesetzt sind, darstellen wird. [...]568
© Lehmacher and OffermannAbbildung 152: Ionen-Konzentration in Bezug auf den Breitengrad. Äquator: Weiße Kreise, Pol: Schwarze Kreise
Der Jetstream ist dem Golfstrom in vielerlei Hinsicht ähnlich. Allerdings erstreckt sich der Golfstrom über einen größeren Breitenbereich (vom Äquator bis zum Pol) und befindet sich in einem eingschlossenen Raum. Folglich löst hier die Lorentzkraft und Corioliskraft eine Schleifenbewegung aus. Der Jetstream ist nicht durch Küsten begrenzt und sein Breitenbereich ist sehr schmal (wenige Kilometer), also wirkt die Corioliskraft nicht auf ihn und die Lorentzkraft treibt diesen Strom frei und unbehindert in östliche Richtung um den ganzen Planeten herum.
Aus dieser Perspektive ist der Jetstream keine Konsequenz aus den Phänomenen der unteren Atmosphäre, sondern im Gegenteil der Antrieb von den Phänomenen der unteren Atmosphäre; d.h., für das Wetter, das wir tagtäglich erleben. Der Physiker James McCanney beschreibt den positiv geladenen nördlichen Jetstream und seine östliche Strömung folgendermaßen:
Die riesigen Gas-‘Planeten’ und die Sonne hatten viele gegenläufig rotierende Ringe von elektrischen Strömen, die genauso so sind wie die drei ‘Jetstreams’ [Polarfront, subtropisch und äquatorial], die die Erde umkreisen. Die elektrischen Ströme des Jetstreams schlängeln sich um die Hoch- und Niederdruckzellen, während sie sich in Richtung Osten oder Westen winden. Diese [Ströme] reagierten auf elektrische Stürme der Sonne und trieben wiederum die Wettersysteme der unteren Ebene an.
Während der Sonnenwind die Erde trifft, interagieren die Partikel des Sonnenwindes mit dem kleinen permanenten Magnetfeld. Die Elektronen werden in Folge dazu gezwungen, sich nach außen um die Erde in eine Richtung zu krümmen und die Protonen in die andere Richtung. Diese Strömung bewirkt, dass die Ionosphäre der Erde drei unterschiedliche Stromflüsse enstehen lässt, die den Großteil der Jetstreams der oberen Athmosphäre kreieren.570
© Sott.netAbbildung 153: Die Lorentzkraft (F) ist die elektromotorische Kraft, die den Jetstream antreibt.
Beachten Sie, dass der äquatoriale Jetstream, wie in Abbildung 150 dargestellt, in Richtung Westen fließt (im Gegensatz zu den anderen Jetsströmen). Nach McCanney liegt das daran, dass der äquatoriale Strom sich durch eine negative Ladung auszeichnet, während die anderen Ströme eine insgesamt positive Ladung aufweisen:
Außerdem erkannte ich, dass die Jetstreams der Erde durch die elektrischen Ströme der Sonne angetrieben werden, und dass es drei Gürtel von elektrischem Strömen gibt, die die Erde umkreisen. Zwei ‘Ionen’-Stromschichten bewegten sich von West nach Ost in höheren Breiten (in der nördlichen und südlichen Hemisphere), während äquatoriale ‘Elektronen’-Stromschichten von Ost nach West flossen.571Vergleichbar mit dem Golfstrom, bewegt sich auch der elektrisch angetriebene Jetstream in einer höheren Geschwindigkeit und folgt einer eher geraden Bahn (roter Pfeil in Abbildung 154), wenn die Sonnenaktivität stark ist. Wenn die Aktivität der Sonne schwach ist, reduziert sich die elektrische Ladung der Ionosphäre genauso wie der atmosphärische elektrische Strom und die anschließende Lorentzkraft. Als Konsequenz daraus verlangsamt sich der Jetstream und beginnt zu schlängeln.
© Sott.netAbbildung 154: Die üblichen charakteristischen Muster des Jetstreams über Nordamerika, im Winter und im Sommer.
Abbildung 154 zeigt, das ein ‘schwacher’ Jetstream, zusätzlich zu seinem schlängelnden Verhalten (blauer Pfeil), eine Gesamtverschiebung in Richtung Süden aufweist. Typischerweise weht der Jetstream im Winter ungefähr auf 45° nördlicher Breite (blauer Pfeil oben) und im Sommer auf ungefähr 60° nördlicher Breite (roter Pfeil). In den letzten Jahren haben wir jedoch immer mehr Anomalien beobachten können: ein ungewöhnlich schwacher Jetstream, der immer weiter nach Süden treibt und schlängelt572 (und folglich gemäßigte Breiten ‘Polarwirbeln’ aussetzt).
Die Diagramme in Abbildung 155 zeigen die jüngsten historischen Trends der Jetstreams. Die Kurven auf der linken Seite zeigen Breitengrad-Anomalien. Die Kurven auf der rechten Seite zeigen Anomalien in der Geschwindigkeit. Die zwei grünen Kurven mit der Bezeichnung ‘NH’ beziehen sich auf den Jet Stream der nördlichen Hemisphäre (Arktis-Strom). Auf dem linken Diagramm können Sie erkennen, dass nach dem Jahr 1999 (orange vertikale Linie) der arktische Jetstream dem Äquator näher gekommen ist (grüne Kurve). Auf dem rechten Diagramm erkennt man, dass sich ca. um das Jahr 1998 (orange vertikale Linie) die Geschwindigkeit des arktischen Jetstreams reduziert hat (grüne Kurve). Der Antarktische Jetstream (SHP - blaue Kurve) und der südliche tropische Jetstream (SHT - rote Kurve) zeigen eine ähnliche Reduzierung der Geschwindigkeit nach dem Jahr 1999 (Abbildung 155573).
Als die Sonnenaktivität anfing sich zu verringern, hat also auch der arktische Jetstream ungefähr seit dem Jahr 1998 Anzeichen der Schwäche gezeigt (geringere Geschwindigkeit und südlichere Lage).
© Angepasst von Archer et al.Abbildung 155: Der historische Trend der Jetstreams (1975 -2006).
... diese magnetischen Felder wurden komprimiert, als die ‘Sonnenstürme’ eingetroffen sind, was dazu führte, dass das diagonale elektrische Feld komprimiert wurde, was wiederum dazu führte, dass unsere Ionosphäre komprimiert wurde.575Der Geophysik-Forscher Christopher T. Russel an der UCLA (Universität von Kalifornien, Los Angeles) hat ein ähnliches Phänomen beschrieben.576 Das Modell von Russel ist in Abbildung 156 abgebildet. Dieses Modell dreht sich zwar um den Planet Venus, trotzdem sind die Grundsätze für die Erde die gleichen, wie es der Geophysiker H.G. Zhuang demonstriert hat.577
Russell's Diagramm (Abbildung 156) zeigt eine Deformation der Ionosphäre (grüne Box) unter dem Druck des Sonnenwinds (roter Pfeil). Allerdings ist diese Deformation nicht uniform: Die Ionosphäre wird an den Stellen, an denen die Sonnenwinde ‘auftreffen’ (nahe des Äquators) stärker komprimiert als über den Polarregionen. Folglich induziert die Sonnenaktivität eine Kompression in der Ionosphäre, die in Äquaterregionen ausgeprägter ist. Diese äquatoriale Kompression der positiv geladenen Ionosphäre ‘schiebt’ den positiv geladenen polaren Jetstream in Richtung Norden. Umgekehrt ‘dekomprimiert’ eine schwache Sonnenaktivität die Ionosphäre auf der Ebene des Äquators und erlaubt es dem arktischen Jetstream sich nach Süden zu verschieben. Diese Erklärung könnte auch die Breitengrad-Unterschiede des Jetstreams im Winter und im Sommer erklären. Im Sommer ist die nördliche Hemisphäre der Sonne stärker ausgesetzt, deshalb ist die nördliche Ionosphäre durch die Sonnenwinde komprimierter und folglich wird der Jetstream in Richtung Norden gedrückt. Wenn im Winter dann die nördliche Hemisphäre weniger Sonnenwinden ausgesetzt ist, entspannt sich die Ionosphäre über der nördlichen Hemisphäre und ermöglicht es dem Jetstream wieder in den Süden zu wandern. (Siehe Abbildung 157.)
Folglich sollten wir den Jetstream in abnormal tiefen Breitengraden beobachten können wenn die Sonnenaktivität niedrig ist. Genau das ist vor allem in den letzten Jahren über Europa geschehen, als der Jetstream bis auf 15° Nord im Winter kam (über Nordafrika), obwohl er ungefähr auf 60° Nord sein sollte (über Schottland)578. Ein Jetstream auf niedrigen Breitengraden bedeutet, dass sich die arktische Luft, die sich nördlich des Streams befindet, südlichere Breitengrade erreichen kann, insbesonderer die ‘gemäßigten’ Breiten. Diese allgemeine Verschiebung in Richtung Süden setzt niedrige Breiten sehr kalten Temperaturen aus (den Süden der USA und den Süden von Europa).
© Angepasst von RussellAbbildung 156: Sonnenwinde treffen auf die Atmosphäre von Venus.
© Polartrec.comAbbildung 157: Im Winter ist die Nordhalbkugel von der Sonne abgeneigt. Der reduzierte Solar-‘Druck’ dekomprimiert die Ionosphäre.
Der schlängelnde Jetstream
Geringe Sonnenaktivität drängt den Jetstream nicht nur nach Süden, sondern verlangsamt ihn und lässt ihn schlängeln. Der Jetstream kann sogar ‘innehalten’. Dies wird auch als 'Blockierung' bezeichnet. Der Zusammenhang zwischen einer geringen Sonnenaktivität und der Blockierung des Jetstreams wurde im Jahr 2008 demonstriert.579 Diese Blockade verhindert, dass die warme und relativ feuchte Luft über dem Meer Westeuropa erreichen und diesen Teil des Kontinents erwärmen kann. Diese Blockade verhindert auch die Trennung der relativ warmen Luft der gemäßigten Breiten von der kalten Luft der arktischen Breiten. Das Zusammentreffen dieser Luftmassen mit stark unterschiedlichen Temperaturen kann zu extremen Wetterereignissen führen, wie z.B massive Regenfälle, Schneefälle und heftige Winde.
Der schlängelnde Jetstream lässt also verschiedenartige Luftregionen enstehen, die lokal in der Form einer schnellen Abfolge von heißen und kalten Luftblasen manifestiert, anstatt der üblicherweise ordentlich getrennten Regionen von warmer und kalter Luft, was ziemlich stabile und vorhersehbare Wetterlagen zur Folge hat. Diese Abfolge von warmer und feuchter Luft und trockener und kalter Luft ist eine wichtige Ursache von Wetter-Störungen (Hochdruckgebiete, Warmfronten, Tiefdruckgebiete, Kaltfronten). Dadurch werden unstabile Situationen geschaffen, wie ‘Kälteeinbrüche’ umgeben von heißer Luft und im Gegenzug ‘Wärmeeinbrüche’ umgeben von kalter Luft. In den Jahren 2009, 2010, 2011 und 2012 erlebte Europa ‘abnormale’ Kältewellen, während Nordamerika in den Jahren 2013 und 2014 ‘abnormale’ Kältewellen erlebte.580 Während dem Winter 2013-2014 erlebte Großbritannien Fluten, die das Land seit 250 Jahren nicht mehr erlebt hatte581 und Nordamerika erlebte die zuvor erwähnten niedrigen Rekordtemperaturen.
Eine ähnlich schwache und schlängelnde Jetstream-Konfiguration haben wir im Februar 2011 beobachten können, als der Großteil der nördlichen Hemisphäre mit Schnee bedeckt wurde (Abbildung 158). Während dieser Anomalie zeichnete sich der Jetstream durch relativ geringe Geschwindigkeiten aus, einer schlängelnden Bahn und einer quasi-‘Blockade’ wie in Abbildung 159 dargestellt, wo der Jetstream über Nordamerika am 2. Februar 2011 abgebildet ist. Die Bahn des Jetstreams ist in grau dargestellt. Wir können sehen wie der Jetstream zu dieser Zeit stark schlängelte und er sich dabei zwischen 70° und 20° Nord bewegte, während der Bereich des Jetstreams, der zentral über der USA wehte, sich sprichwörtlich ‘zurück’ bewegte (eine ausgeprägte Westbewegung im Gegensatz zu der üblich herrschenden starken Bewegung nach Osten) .
© NOAAAbbildung 158: 02.02.2011 - Satellitenaufnahmen zeigen das Ausmaß der Schneedecke.
Der Bereich südlich des Jetstreams ist orange, was die Massen von warmer Luft darstellt, während der Bereich nördlich des Jetstreams blau ist, was die kalte arktische Luft darstellt. Regionen, die dem schlängelnden Jetstream ausgesetzt sind, werden abwechselnd warmer und feuchter Luft (orange) und kalter trockener Luft (blau) ausgesetzt. Typischerweise enstehen Regenfälle und sogar Schneefälle, wenn feuchte warme Luft kalten Luftmassen folgt oder diese Massen aufeinander treffen, da die Lufttemperatur sinkt und die Luftfeuchtigkeit kondensiert. Umso höher die Temperatur-Differenz ist und je schneller diese Temperaturen sich ändern, umso dramatischer sind die Regen- und Schneefälle. Als Resultat war am 1. und 2. Februar 2011 mehr als die Hälfte der nördlichen Hemisphäre mit Schnee bedeckt und in einigen Regionen - z.B Illinois 585 - fielen 60 cm Schnee.
© SFSUAbbildung 159: Der Jetstream über Nordamerika (2. Februar 2011).
Fußnoten:
560Zwischen 90 und 400 km/h. Siehe: ‘glossary: Jet Stream’, American Meteorological Society.glossary.ametsoc.org/wiki/Jet_stream
561‘FAQ about the Jet Stream’, NOVA Online. Siehe: www.pbs.org/wgbh/nova/balloon/science/jetstream.html
562ebd.
563Newton, Atmospheric circulation systems: their structure and physical interpretation, 1969, S.216
564Master, J., ‘Arctic sea ice loss tied to unusual jet stream patterns’, Weather Underground, 2. April 2012. Siehe: www.wunderground.com/blog/JeffMasters/arctic-sea-ice-loss-tied-to-unusual-jet-stream-patterns
565‘Air pressure and wind’, Eastern Illinois University. Siehe: www.ux1.eiu.edu/cfjps/1400/pressure_wind.html
566 Beispielsweise betrug die durchschnittliche Tagestemperatur am 6. Januar 2014 in den USA 17.9°F (7.8 °C). Das letzte Mal, an dem die Durchschnittstemperatur der USA so niedrig war, war am 13. Januar 1997. Dieser 17-jährige Abstand ist der längste in den Aufzeichnungen. Siehe: Borenstein, Seth, ‘Weather wimps?’, Salisbury Post. 10. Januar, 2014.
567Seitdem das "U.S. Weather Bureau" im Jahr 1870 angefangen hat Daten aufzuzeichnen, gab es Dutzende Kalt-Wetter Rekorde. Livingston, Ian, ‘Polar vortex delivering D.C.’s coldest day in decades, and we’re not alone’, Washington Post, 7. Januar 2014.
568Pearce, F., ‘Is weird winter weather related to climate change?’ Yale Environment 360, 24 Feb. 2014. Siehe: e360.yale.edu/feature/is_weird_winter_weather_related_to_climate_change/2742/
569I.G. Usoskin et al., Cosmic ray-induced ionization in the atmosphere: spatial and temporal changes, Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, Volume 66, Issue 18, Dezember 2004, Seite 1791 - 1796
570McCanney, J., Planet X, Comets and Earth Changes, S.72
571ebd. S. 71
572Archer, C. L. & Caldeira, K., ‘Historical trends in the jet streams’, Geophysical Research Letters, Vol. 35
573ebd.
574‘Arktische Oszillation’ steht für die natürlichen Schwankungen des atmosphärischen Drucks zwischen der Arktis und den mittleren Breiten des Nordpazifiks und des Nordatlantiks. Siehe: Mitchell, T., ‘Arctic Oscillation time series’, JSAO.jisao.washington.edu/data/aots/
575McCanney, J., Planet X, Comets and Earth Changes, S.70
576Russell, C.T. & Vaisberg, O., ‘The interaction of the solar wind with Venus’, Venus, S. 873-940, 1983
577H.C. Zuang et al., ‘The influence of the interplanetary magnetic field and thermal pressure on the position and shape of the magnetopause’, Journal of Geophysical Research, (1981) vol.86, n. A12, S. 10 009-100 021
578‘Seit 2007, und speziell im Jahr 2012 und Anfang 2013, war der Jetstream über Großbritannien in abnormal tiefen Breiten; er wehte in der Nähe des Ärmelkanals, ungefähr auf 50°Nord, im Gegensatz zu seiner üblicheren Laufbahn nördlich von Schottland auf 60° Nord.’ Jet Stream, Long-Term climatic changes, Wikipedia. Siehe: en.wikipedia.org/wiki/Jet_stream
579Barriopedro, D., Garcıa-Herrera, R., & Huth, R., ‘Solar modulation of Northern Hemisphere winter blocking’, J.Geophys. Res.
580‘Cold Waves - Contemporary cold waves’, Wikipedia. Siehe: en.wikipedia.org/wiki/Cold_wave
581England erlebte den feuchtesten Winter seitdem die Aufzeichnungen im Jahr 1766 begannen. Siehe: Vaughan A., ‘England and Wales hit by wettestwinter in nearly 250 years’, The Guardian, 27 February 2014. theguardian.com/uk-news/2014/feb/27/england-andwales-hit-by-wettest-winter-in-nearly-250-years
582Ungefähr 80 mph (129 km/h)
583Ungefähr 126 mph (203 km/h)
584Swanson, B., ‘Wind and Jet Stream’, USA Today. 27. Juni 2007. Siehe: usatoday30.usatoday.com/weather/resources/askjack/wawind.htm
585‘February 2nd, 2011 North American blizzard’, Wikipedia. Siehe: wikipedia.org/wiki/January_31_%E2%80%93_-February_2,_2011_North_American_blizzard
Kommentar: Das vollständige Buch gibt es hier auf Englisch: