Meerestemperaturen und Wirbelstürme

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Klimawandel: Hurrikane schwächen sich nach Landfall langsamer ab

Tornadofolgen auf Kuba – Foto © Gerhard Hofmann für Solarify

Der Klimawandel verursacht Hurrikane deren An-Land-Gehen und die Abschwächung länger dauert als normal, berichtet eine am 12.11.2020 in Nature veröffentlichte Untersuchung des Okinawa Institute of Science and Technology (OIST). Die Forscher zeigten, dass Hurrikane, die sich über wärmeren Ozeanen entwickeln, mehr Feuchtigkeit mit sich führen und daher nach dem Auftreffen auf Land länger stärker bleiben. Dies bedeutet, dass in Zukunft, wenn sich die Welt weiter erwärmt, Hurrikane mit größerer Wahrscheinlichkeit weiter landeinwärts liegende Gemeinden erreichen und zerstörerischer sein werden.

„Die Auswirkungen sind sehr wichtig, besonders wenn man die politischen Maßnahmen betrachtet, die zur Bewältigung der globalen Erwärmung ergriffen werden“, sagte Professor Pinaki Chakraborty, Seniorautor der Studie und Leiter der Abteilung für Strömungsmechanik an der Graduiertenuniversität des Okinawa Institute of Science and Technology (OIST). „Wir wissen, dass sich die Küstengebiete auf intensivere Wirbelstürme vorbereiten müssen, aber auch die Gemeinden im Landesinneren, die möglicherweise nicht über das Know-how oder die Infrastruktur verfügen, um mit solch intensiven Winden oder starken Regenfällen fertig zu werden, müssen vorbereitet sein.

Viele Untersuchungen haben gezeigt, dass der Klimawandel Hurrikane über dem offenen Meer verstärken kann. Dies ist allerdings die erste Studie, die einen klaren Zusammenhang zwischen einem sich erwärmenden Klima und der Untergruppe von Wirbelstürmen, die an festes Land wechselten, herstellt. Die Wissenschaftler analysierten die nordatlantischen Wirbelstürme, die in den letzten fünfzig Jahren das Festland heimgesucht haben. Sie stellten fest, dass die Hurrikane im Laufe des ersten Tages nach dem Landfall heute fast doppelt so langsam schwächer werden wie vor 50 Jahren.

Lin Li, Erstautor und Doktorand in der OIST-Fachgruppe für Strömungsmechanik: „Als wir die Daten aufzeichneten, konnten wir deutlich erkennen, dass die Zeit, die Hurrikan brauchten, um sich abzuschwächen, mit den Jahren zunahm. Aber es war keine gerade Linie – sie war wellenförmig – und wir stellten fest, dass dieses Auf und Ab mit dem gleichen Auf und Ab der Meeresoberflächentemperatur übereinstimmte“.

Die Wissenschaftler testeten den Zusammenhang zwischen einer wärmeren Meeresoberflächentemperatur und einer langsameren Abschwächung nach der Landung, indem sie Computersimulationen von vier verschiedenen Hurrikanen erstellten und unterschiedliche Temperaturen für die Meeresoberfläche einstellten.

Sobald jeder virtuelle Hurrikan die Stärke der Kategorie 4 erreicht hatte, simulierten die Wissenschaftler die Landung, indem sie die Zufuhr von Feuchtigkeit von unten unterbrachen. Li erklärte: „Hurrikane sind Wärmemotoren, genau wie Motoren in Autos. In Automotoren wird Treibstoff verbrannt, und diese Wärmeenergie wird in mechanische Arbeit umgewandelt. Bei Hurrikanen ist die von der Meeresoberfläche  aufgenommene Feuchtigkeit der „Treibstoff“, der die zerstörerische Kraft eines Hurrikans verstärkt und aufrechterhält, wobei die Wärmeenergie der Feuchtigkeit in starke Winde umgewandelt wird.
„Landfall“ ist gleichbedeutend mit dem Stoppen der Treibstoffzufuhr zum Motor eines Autos. Ohne Treibstoff wird das Auto langsamer werden, und ohne seine Feuchtigkeitsquelle wird der Hurrikan nachlassen.

Die Wissenschaftler fanden eine starke Korrelation zwischen der Zeit, die ein Hurrikan nach dem Landgang brauchte, um sich abzuschwächen, und der Temperatur der Meeresoberfläche, wenn beide nach Jahren aufgelistet wurden – Grafik © OIST

Die Forscher fanden heraus, dass, obwohl jeder simulierte Hurrikan mit der gleichen Intensität aufs Festland traf, diejenigen, die sich über wärmeren Gewässern entwickelten, mehr Zeit brauchten, um abzuschwächen. „Diese Simulationen bewiesen, was unsere Analyse vergangener Hurrikane nahegelegt hatte: wärmere Ozeane haben einen signifikanten Einfluss auf die Zerfallsrate von Hurrikanen, selbst wenn ihre Verbindung mit der Ozeanoberfläche unterbrochen ist. Die Frage ist – warum?“, so Prof. Chakraborty.

Mit zusätzlichen Simulationen stellten die Wissenschaftler fest, dass „gespeicherte Feuchtigkeit“ das fehlende Glied war. Die Forscher erklärten, dass Hurrikane, wenn sie an Land kommen, obwohl sie nicht mehr auf den Feuchtigkeitsvorrat des Ozeans zugreifen können, immer noch einen Feuchtigkeitsvorrat mit sich führen, der sich langsam erschöpft. Als die Wissenschaftler virtuelle Hurrikane einsetzten, denen nach ihrem Auftreffen auf Land diese gespeicherte Feuchtigkeit fehlte, stellten sie fest, dass die Temperatur der Meeresoberfläche keinen Einfluss mehr auf die Zerfallsrate hatte. „Dies zeigt, dass die gespeicherte Feuchtigkeit der Schlüsselfaktor ist, der jedem Hurrikan in der Simulation seine eigene, einzigartige Identität verleiht“, sagte Li. „Hurrikane, die sich über wärmeren Ozeanen entwickeln, können mehr Feuchtigkeit aufnehmen und speichern, was sie länger hält und verhindert, dass sie so schnell schwächer werden.

Die erhöhte Menge an gespeicherter Feuchtigkeit macht Hurrikane auch „feuchter“ – ein Ergebnis, das sich bereits bemerkbar macht, da die jüngsten Hurrikane verheerend hohe Niederschlagsmengen an Küsten- und Binnenlandgemeinden freigesetzt haben. Diese Forschung unterstreicht, wie wichtig es ist, dass Klimamodelle bei der Vorhersage der Auswirkungen von wärmeren Ozeanen auf Hurrikane die gespeicherte Feuchtigkeit sorgfältig berücksichtigen.

Abstract aus Nature

„Wenn ein Hurrikan auf Land trifft, beschränken sich die Zerstörung von Eigentum und Umwelt sowie der Verlust von Menschenleben weitgehend auf ein enges Küstengebiet. Das liegt daran, dass Hurrikane durch Feuchtigkeit aus den Ozeanen angeheizt werden, und so nimmt die Hurrikanintensität nach dem Auftreffen auf Land rasch ab. Im Gegensatz zu den Auswirkungen eines sich erwärmenden Klimas auf die Intensivierung von Hurrikanen, von denen viele Aspekte recht gut verstanden sind, ist über die Auswirkungen auf den Zerfall von Hurrikanen wenig bekannt. Hier analysieren wir Intensitätsdaten für die Landung von Hurrikanen im Nordatlantik in den letzten 50 Jahren und zeigen, dass sich der Zerfall von Hurrikanen verlangsamt hat und dass die Verlangsamung des Zerfalls im Laufe der Zeit in direktem Verhältnis zu einem gleichzeitigen Anstieg der Meeresoberflächentemperatur steht12. Während also in den späten 60er Jahren ein typischer Hurrikan am ersten Tag nach der Landung etwa 75 Prozent seiner Intensität verlor, beträgt der entsprechende Zerfall heute nur noch etwa 50 Prozent. Wir zeigen auch anhand von Computersimulationen, dass wärmere Meeresoberflächentemperaturen zu einem langsameren Zerfall führen, indem sie den Feuchtigkeitsvorrat erhöhen, den ein Hurrikan mit sich führt, wenn er auf Land trifft. Diese gespeicherte Feuchtigkeit stellt eine Wärmequelle dar, die in theoretischen Modellen des Zerfalls nicht berücksichtigt wird. Darüber hinaus zeigen wir, dass klimamodulierte Veränderungen der Hurrikanspuren zu einem immer langsameren Zerfall beitragen. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass sich die Zerstörungskraft von Hurrikanen mit fortschreitender Erwärmung der Welt immer weiter ins Landesinnere ausdehnen wird.“

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