Ranking atmosphärischer Flüsse: Neue Studie findet Welt voller Potenzial

Während eines atmosphärischen Flussereignisses ziehen dunkle Wolken über den Himmel über Pasadena, Kalifornien. Eine Serie von neun solchen Stürmen bescherte dem Bundesstaat Rekordmengen an Regen und Schnee und forderte zwischen Ende 2022 und Januar 2023 mehrere Todesopfer. Seitdem haben weitere atmosphärische Flüsse Kalifornien überschwemmt.

Wie Hurrikankategorien könnte eine Skala für die Schwere atmosphärischer Flussstürme Gemeinden auf der ganzen Welt beim Vergleich und bei der Vorbereitung helfen.

Atmosphärische Flüsse – riesige Luftkorridore aus Wasserdampf, die von den Wendekreisen der Erde in höhere Breiten strömen – können dringend benötigten Regen in ausgetrocknete Gebiete lenken. In extremer Form können sie aber auch zu Zerstörung und Verlust von Menschenleben führen, wie es kürzlich in Teilen Kaliforniens der Fall war. Ihre sowohl gefährlichen als auch positiven Auswirkungen sind weltweit spürbar.

Eine neue Studie unter Verwendung von NASA-Daten zeigt, dass ein kürzlich entwickeltes Bewertungssystem einen konsistenten globalen Maßstab für die Verfolgung dieser „Flüsse am Himmel“ liefern kann. Die Erforschung atmosphärischer Flüsse konzentrierte sich weitgehend auf die Westküsten Nordamerikas und Europas. Die neuen Erkenntnisse tragen dazu bei, unser Verständnis darüber zu erweitern, wie diese Stürme entstehen, sich entwickeln und Gemeinschaften auf der ganzen Welt beeinflussen. Darüber hinaus könnten die Bewertungen Meteorologen dabei helfen, die Menschen besser zu warnen, damit sie entsprechend planen können.

Der atmosphärische Infrarot-Sounder (AIRS) der NASA an Bord des Aqua-Satelliten erfasste eine Reihe atmosphärischer Flüsse, die Anfang 2023 einen Großteil des westlichen Nordamerikas beeinflussten, wie in dieser Animation mit Wolkentemperaturen zu sehen ist. Kühlere Wolken – dargestellt in Blau und Lila – sind mit sehr starken Niederschlägen verbunden.

Die Ergebnisse zeigten auch eine zunehmende Zahl atmosphärischer Flussereignisse auf der ganzen Welt und in allen Schichten, wobei die höchste Aktivität in den Ozeanen mittlerer Breiten (gemäßigte Gürtel etwa zwischen 30 und 60 Grad Nord und Süd) zu verzeichnen war.

Um die potenzielle Stärke und die Auswirkungen der Stürme bei ihrem Auftreffen auf die Westküste Nordamerikas vorherzusagen, haben Meteorologen der Scripps Institution of Oceanography an der University of California in San Diego zusammen mit dem National Weather Service einen atmosphärischen Fluss eingeführt (AR)-Skala im Jahr 2019. Durch die Einstufung von 1 bis 5 bzw. vom schwächsten bis zum stärksten versuchten die Wissenschaftler, zwischen hauptsächlich vorteilhaften Stürmen und primär gefährlichen Stürmen zu unterscheiden. Einer Schätzung zufolge steigen die versicherten Schäden aufgrund von Überschwemmungsschäden mit jedem Rangaufstieg um den Faktor 10, wobei AR-5-Ereignisse im Westen der USA mit einer durchschnittlichen Schadenshöhe von 260 Millionen US-Dollar verbunden sind

Obwohl der Begriff „atmosphärischer Fluss“ erst 1994 geprägt wurde, waren die Auswirkungen der Stürme schon lange vorher spürbar. Wissenschaftler schätzen, dass rund 300 Millionen Menschen weltweit von Überschwemmungen bedroht sind, da atmosphärische Flüsse im Durchschnitt mehr als doppelt so viel Wasserdampf transportieren wie der Amazonas. Eine wachsende Zahl von Forschungsarbeiten untersucht, wie diese Stürme eine entscheidende Rolle bei der Gestaltung des globalen Wasserkreislaufs von den Anden bis zur Arktis spielen, wo kürzlich festgestellt wurde, dass Feuchtigkeit aus atmosphärischen Flüssen schmilzt und die saisonale Erholung des Meereises verlangsamt.

Ein atmosphärisches Flusssystem, das 2017 den Pazifischen Ozean durchquerte, wird hier in Satellitenbildern des AIRS-Instruments der NASA erfasst. Wissenschaftler arbeiten daran zu verstehen, wie sich diese starken Stürme auf Regionen der Welt außerhalb des westlichen Nordamerikas und Europas auswirken.

In der neuen Studie erstellten Wissenschaftler eine Datenbank globaler atmosphärischer Flussereignisse von 1980 bis 2020 und verwendeten einen Computeralgorithmus, um automatisch Zehntausende der Ereignisse in der Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Applications, Version 2 (MERRA-2) zu identifizieren ), eine NASA-Neuanalyse historischer Atmosphärenbeobachtungen. Um die Ereignisse einzuordnen, verwendeten die Autoren der Studie dann die atmosphärische Flussskala, die auf der erwarteten Dauer eines Sturms und der maximalen Geschwindigkeit des Wasserdampftransports basiert.

In den 40 untersuchten Jahren dauerten Stürme höherer Ordnung länger und breiteten sich weiter aus als Stürme niedrigerer Ordnung. Die mittlere Reisedistanz betrug etwa 400 Meilen (650 Kilometer) mit AR 1 und etwa 2.900 Meilen (4.700 Kilometer) mit AR 5, während die mittlere Lebensdauer etwa 17 Stunden für AR 1 und 110 Stunden für AR 5 betrug. Höher eingestufte Stürme (AR 4 und AR 5) waren seltener und neigten dazu, ihren Lebenszyklus näher an den Tropen zu beginnen, während sie in kälteren Regionen höherer Breiten endeten.

Darüber hinaus stellten die Wissenschaftler einen Anstieg der atmosphärischen Flussfrequenz während starker El-Niño-Jahre fest.

„Die aktuelle Studie trägt dazu bei, die globale Reichweite atmosphärischer Flüsse sowie ihren möglichen Ursprung hervorzuheben, auch in weniger erforschten Regionen, in denen die Umweltbedingungen und gesellschaftlichen Auswirkungen anders sein könnten als dort, wo wir derzeit leben [in den Vereinigten Staaten]“, sagte Hauptautor Bin Guan, ein Wissenschaftler am Joint Institute for Regional Earth System Science and Engineering (JIFRESSE). Das Institut ist eine Zusammenarbeit zwischen der University of California, Los Angeles und dem Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien.

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Ein einheitlicher Maßstab könne für die Diagnose atmosphärischer Flüsse im Zeitalter der sofortigen Kommunikation nützlich sein, sagten die Wissenschaftler. Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, dass die Bewertungen mögliche Verwirrung beim Vergleich desselben meteorologischen Phänomens über Sprachen und Kulturen hinweg minimieren. Sie stellten fest, dass dies bei einigen bekannteren Wetterereignissen, wie etwa tropischen Wirbelstürmen, nicht der Fall war, die anhand unterschiedlicher Schwellenwerte in verschiedenen Regionen kategorisiert wurden.

Guan und Kollegen sagten, dass der nächste Schritt und die Umsetzung des Ausmaßes in regionalspezifische Auswirkungen mehr Forschung erfordern würden, die lokale Besonderheiten berücksichtigt. Sie stellten fest, dass viele Faktoren, von der Geographie bis zur Sozioökonomie, Einfluss darauf haben können, wie ein Sturm von denjenigen wahrgenommen wird, die ihn überstehen.

Jane J. Lee / Andrew Wang

Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Kalifornien.

818-354-0307 / 626-379-6874

[email protected] / [email protected]

Geschrieben von Sally Younger

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