Die Klimaforschung sieht sich seit geraumer Zeit mit einem faszinierenden und gleichzeitig herausfordernden Phänomen konfrontiert: Während die globale Temperatur durchschnittlich ansteigt, zeigen der östliche tropische Pazifik und der südliche Ozean in den letzten 45 Jahren eine Abkühlung. Diese Diskrepanz stellt eine bedeutende Herausforderung für die Klimawissenschaft dar, da die herkömmlichen Klimamodelle, die in internationalen Studien wie dem Coupled Model Intercomparison Project (CMIP) verwendet werden, dieses Muster nicht erklären können. Forscher am Max-Planck-Institut für Meteorologie (MPI-M) haben nun einen entscheidenden Schritt unternommen, um dieses so genannte „Pazifik-Rätsel“ zu entschlüsseln.
Die Abkühlung in den genannten Regionen hat weitreichende Auswirkungen auf das regionale und globale Klima. Sie beeinflusst nicht nur die Wetterbedingungen in angrenzenden Gebieten, sondern hat auch Konsequenzen für die globale Erwärmung insgesamt. Die Unfähigkeit, diesen historischen Trend in Klimamodellen zu reproduzieren, wirft Fragen zur Zuverlässigkeit der globalen Klimaprognosen auf und ist entscheidend für die Entwicklung von Anpassungsstrategien an den Klimawandel.
Das Forschungsteam des MPI-M hat mit einer neuen Generation von Klimamodellen, die eine herausragende physikalische Genauigkeit aufweisen, den beobachteten Trend in den Ozeantemperaturen erfolgreich simuliert. Unter der Leitung von Dr. Sarah Kang gelang es den Wissenschaftlern, ein Modell zu entwickeln, das mit einer bemerkenswerten Auflösung von 5 km im Ozean und 10 km in der Atmosphäre arbeitet. Diese hohe Auflösung erlaubt es, die grundlegenden physikalischen Prozesse, die zur Abkühlung des Wassers führen, detailliert darzustellen.
Ein zentrales Element der Forschung sind die mesoskaligen Ozeanwirbel, die als bedeutende Faktoren für den Wärmetransport im Südlichen Ozean identifiziert wurden. Diese Wirbel, die in herkömmlichen, grob aufgelösten Klimamodellen nicht abgebildet werden können, spielen eine entscheidende Rolle beim Transport von Wärme in Richtung der Pole. Im neu entwickelten ICON-Modell werden diese Prozesse explizit berücksichtigt. Die Simulation zeigt, dass die durch die Wirbel bewirkte Wärmebewegung in Richtung der Pole durch die Erwärmung der Atmosphäre geschwächt wird. Infolgedessen wird die überschüssige Wärme von der Atmosphäre rasch in andere Ozeanbecken geleitet.
Diese dynamischen Wechselwirkungen führen dazu, dass sich die oberen 2000 Meter des Wassers im pazifischen Teil des Südlichen Ozeans abkühlen. Zudem verschiebt sich der Antarktische Zirkumpolarstrom nach Norden, was zur Ausdehnung der von kaltem Wasser umgebenen Meeresflächen führt. Der Wärmeverlust wird durch die Atmosphäre und den Ozean an den subtropischen Pazifik weitergegeben, was eine bestehende Hochdruckanomalie vor der Küste Südamerikas verstärkt. Dies hat zur Folge, dass die Passatwinde intensiver werden, was weitere Abkühlung durch Verdunstung und die Bildung von niedrigen Wolken verursacht, die das Sonnenlicht reflektieren.
Die Wolkenrückkopplung, die nur in wenigen traditionellen Klimamodellen stark genug ausgeprägt ist, spielt eine entscheidende Rolle bei der Verstärkung der Abkühlung im östlichen tropischen Pazifik. Dank der detaillierteren Gitterstruktur des ICON-Modells können größere Temperaturamplituden simuliert werden, was zu realistischeren Ergebnissen führt. Darüber hinaus ermöglicht die verbesserte Darstellung der Anden in diesem Modell eine genauere Simulation der Wechselwirkungen zwischen den Gebirgen und den kühleren Luftströmen.
Die Forscher sind optimistisch, dass die hochauflösende Modellierung von ICON dazu beitragen wird, das Pazifik-Rätsel weiter zu lösen. Die Erkenntnisse aus dieser Studie könnten nicht nur das Verständnis der historischen Klimatrends verbessern, sondern auch wertvolle Hinweise für zukünftige Klimaprognosen liefern. Der nächste Schritt besteht darin, die spezifischen Merkmale des ICON-Modells zu identifizieren, die diese Verbesserungen bewirken, um so die Vorhersagegenauigkeit weiter zu erhöhen.
Insgesamt zeigt diese Forschung nicht nur die Fortschritte in der Klimamodellierung, sondern auch die Dringlichkeit, die komplexen Wechselwirkungen im Klimasystem besser zu verstehen, um wirksame Maßnahmen gegen den Klimawandel zu entwickeln.
