Mit Untersuchung atmosphärischer Gravitationswellen Wetter- und Klimamodelle verbessern

PNAS: Bis 1960 unklar

Am 03.09.2018 schrieb ein unmotorisiertes Experimental-Segelflugzeug Geschichte, als es in die Stratosphäre flog. Nachdem sie von El Calafate, einer Stadt in der Nähe des südpatagonischen Eisfeldes in Argentinien, aufgebrochen waren, surften die Segelflieger Jim Payne und Tim Gardner auf riesigen, von den Anden ausgehenden Luftwellen. Sie erreichten eine – von keinem anderen unmotorisierten Flugzeug jemals erreichte – Weltrekordhöhe von 23.203 Metern. Es war eine Leistung, die nicht nur durch menschlichen Einfallsreichtum, sondern auch durch die unglaubliche Stärke eines Phänomens ermöglicht wurde, das als atmosphärische Gravitationswellen bekannt ist. Ein Artikel von Adam Mann am 24.09.2019 in den Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS).

Extremwetter über Berlin – Foto © Gerhard Hofmann, Agentur Zukunft für Solarify

Im Gegensatz zu den ähnlich benannten (und vielleicht berühmteren) kosmischen Gravitationswellen, die Wellen im Gefüge der Raumzeit sind, sind atmosphärische Gravitationswellen ein rein terrestrisches Phänomen. Sie entstehen, wenn Luftparzellen z.B. durch eine Gebirgskette nach oben getrieben werden, die von einer dichten Atmosphärenschicht zu einer dünneren übergeht. Die schwereren Luftbläschen fallen dann aufgrund der Schwerkraft zurück, was zu einer periodischen Schwingung führt, die Energie und Impuls über weite Strecken transportieren kann. Es sind die kleinsten atmosphärischen Wellen, welche die Forscher untersuchen, im Allgemeinen zwischen einigen hundert Metern und einigen hundert Kilometern Größe. Aber ihre kumulativen Auswirkungen können dramatisch sein.

Die Wirkung der atmosphärischen Gravitationswellen bringt Energie aus der Troposphäre – der untersten atmosphärischen Schicht, die in einer Höhe von etwa 10 Kilometern – über dem Rand des Weltraums, 500 oder mehr Kilometer über der Erdoberfläche endet. Sie spielen sowohl bei Tageswetter als auch bei langfristigen Klimaschwankungen eine wichtige Rolle, indem sie starke Strahlströme verlangsamen und die zirkulierenden polaren Wirbel beeinflussen, die über den Polen unseres Planeten entstehen. Sie beeinflussen atmosphärische Turbulenzen, Temperaturen und Chemikalien, aber die begrenzte Rechenleistung verhindert weiterhin, dass sie direkt in die meisten Atmosphärensimulationen einbezogen werden.

Obwohl die Forscher glauben, dass sie die Grundlagen der atmosphärischen Gravitationswellen recht gut beherrschen, würde ein detaillierter und realistischerer Blick auf das Verhalten der Wellen eine höhere Genauigkeit für Simulationen bieten, die sowohl das lokale Wetter als auch mögliche schädliche Auswirkungen des Klimawandels vorhersagen. In den letzten Jahren sind neue Bemühungen entstanden, um eine bessere Beobachtung und Modellierung dieser wichtigen Akteure in der dynamischen Atmosphäre unseres Planeten zu ermöglichen.

“Sie scheinen klein”, sagt die Atmosphärenforscherin Joan Alexander von NorthWest Research Associates in Boulder, Colorado. “Aber sie beeinflussen Prognosen und Vorhersagen in vielen Zeitabständen, und wenn wir sie nicht berücksichtigen, bekommen wir große Vorurteile in unseren Modellen.”

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