Mit dem Klimawandel steigt die globale Jahresdurchschnittstemperatur. Die Erde erwärmt sich und die Winter werden milder. Das gilt auch für die USA, allerdings nur über alle Bundesstaaten hinweg gemittelt. Denn einige Teile des Landes erleben in jüngster Zeit überraschend häufig heftige Kälte- und Schneeeinbrüche. Die letzten Kälteextreme in den USA ereigneten sich in den Wintern 2009/2010, 2013/2014, 2014/2015, 2020/2021 und 2024/2025. Im Februar 2021 herrschte beispielsweise eine eisige Kälte in Montana, im Mittleren Westen und in Texas, die hunderte Menschenleben kostete. In Millionen Haushalten fiel der Strom aus. Doch wie kommt es trotz globaler Erwärmung zu diesen lokalen Kälteextremen?
Verschiebung des Polarwirbels verursacht Wintereinbrüche
Das haben nun Forschende um Laurie Agel von der University of Massachusetts untersucht. Dafür werteten sie Wetterdaten der vergangenen Jahre aus und extrahierten daraus sich wiederholende Muster. Dabei fokussierten sie sich auf den Polarwirbel: einem Band aus kalter Luft in der Stratosphäre, das die Arktis in zwölf bis 50 Kilometer Höhe über unseren Köpfen umkreist. „Die Öffentlichkeit hört oft vom ‚Polarwirbel‘, wenn der Winter streng wird, aber wir wollten tiefer graben und verstehen, wie sich Variationen innerhalb dieses Wirbels darauf auswirken, wo und wann extreme Kälte zuschlägt“, so das Team.
Agel und ihre Kollegen identifizierten insgesamt fünf spezifische Muster innerhalb des Polarwirbels. Zwei von ihnen sind für die Kälteeinbrüche in den USA verantwortlich. Diese beiden atmosphärischen Muster lenken extreme Kälte aus der Arktis in jeweils verschiedene Teile des Landes. Ein Strömungsmuster treibt die Luft aus dem oberen Teil des Polarwirbels in Richtung Westkanada und führt zu kalter Luft im Nordwesten der USA. Das andere Muster schwächt den oberen Teil des Wirbels ab und lenkt ihn in Richtung Nordatlantik, was zu Kälte in den zentralen und östlichen Landesteilen führt. Beide Bewegungsmuster „strecken“ nicht nur den oberen Wirbelabschnitt, sondern zugleich auch den unteren Teil des Polarwirbels, so dass er von Asien bis Nordamerika reicht. Tiefer liegende Windbänder des polaren Jetstreams, die aus kalten Gegenden wie Sibirien und Ostasien aufsteigen, prallen an diesen Luftschichten in der Stratosphäre ab und werden zurück Richtung Erdoberfläche gelenkt. Dieses verzerrte und verschobene Zirkulationsmuster der arktischen Luft führt daher zu ungewöhnlichem Wetter und intensiver Kälte am Boden, erklärt das Team.
Kälte im Nordwesten tritt in La Niña-Phasen auf
Das Team stellte zudem fest, dass der Nordwesten der USA seit 2015 mehr dieser Kälteeinbrüche erlebt als andere Landesteile. Die Forschenden schließen daraus, dass der Polarwirbel sein Verhalten dynamisch ändert und sich zuletzt häufiger nach Westen ausgerichtet hat und seltener nach Osten. Auffällig dabei: Diese Verschiebung fällt mit Perioden eines anderen Klimaphänomens zusammen – der El Niño/Southern Oscillation (ENSO). Wie das Team feststellte, treten Kältewellen im Nordwesten der USA eher in kalten La Niña-Phasen der ENSO auf. Die Luftzirkulation der ENSO ist eng mit dem Jetstream verbunden und ebenfalls ein wichtiger Treiber des globalen Wetters, vor allem in niedrigeren Breiten. Wie genau sich die ENSO auf den Polarwirbel in der höher gelegenen Stratosphäre auswirkt, ist allerdings noch unklar und muss weiter erforscht werden, betonen Agel und ihre Kollegen.
Zu wissen, wie sich stratosphärische Strömungsmuster auf das Wetter in der darunterliegenden Troposphäre auswirkt, könnte langfristig die Wettervorhersagen verbessern. „Die Lage und Bewegung von Temperaturanomalien kann anhand der Stärke des Polarwirbels vorhergesagt werden“, erklärt das Team. Städte, Landwirte und Betreiber von Stromnetzen könnten sich dann besser auf Winterextreme vorbereiten. Zugleich hilft es zu verstehen, wie sich der Klimawandel auf diese Zusammenhänge auswirkt. Denn die Erderwärmung verlangsamt nachweislich die Windbänder des Jetstreams und sorgt so dafür, dass Tiefdruckgebiete länger an einem Ort verweilen. Zudem gibt es Prognosen, wonach La Niña-Phasen durch den Klimawandel häufiger auftreten könnten. Bestätigt sich dies, könnten auch die Kältewellen in den USA weiter zunehmen. „Klimawandel bedeutet nicht nur, dass sich die Erde überall ständig erwärmt. Es bedeutet auch komplexere und manchmal kontraintuitive Verschiebungen in der Frage, wo extremes Wetter auftritt“, so die Forschenden.
Quelle: Laurie Agel (University of Massachusetts) et al.; Science Advances, doi: 10.1126/sciadv.adq9557
