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"Cool down" - das Geheimnis des schneereichen Kaltwinters 2009/10 ist gelüftet

Der Winter 2009/10 bleibt vielen als schneereich, hart und lange in Erinnerung. Das Gefühl eines Kaltwinters macht sich breit: Ereignisse, wie die massiven Schneefälle am 30. November mit 88 Zentimeter innert 24 Stunden in Andermatt, die rekordverdächtige Kälte mit neuen Dezembertiefstwerten am 20. Dezember, die konkurrenzlos vielen Neuschneetage im Januar in Zürich, der kälteste Januar seit 23 Jahren, die -35,6 Grad in La Brévine am 1. Februar, die zahlreichen Eistage mit Dauerfrost und die Schneefälle anfangs März haben dieses Gefühl gefestigt. Mit Kältewellen Mitte Dezember, im Januar, anfangs Februar und anfangs März brach die arktische Kaltluft mehrmals über Europa herein. Das Winterwetter war durchwegs tiefdruckbestimmt und deshalb im tiefen Temperaturniveau sehr schneereich. Vor allem in Gipfel- und Hanglagen war der Winter verglichen mit der Klimanorm der Jahre 1961-90 um 1,5 bis 2 Grad zu kalt und somit der kälteste seit 29, gebietsweise sogar seit 40 Jahren. Im Flachland blieben klare Nächte durch das tiefdruckbestimmte Wetter rar, so dass sich keine ausgeprägten Kaltluftseen ausbilden konnten. Das Wärmedefizit hielt sich im Flachland deshalb stark in Grenzen. In Zürich war der Winter 2009/10 beispielsweise nur um 0,3 Grad zu kalt. Trotzdem prägt uns das Gefühl eines kalten Winters. Der Grund dafür liegt im starken Anstieg der Wintertemperaturen seit 1988. Seither sind die Winter in Zürich im Mittel um 1,2 Grad wärmer geworden. Verglichen mit den wärmeren Wintern der letzten 22 Jahre war der Winter 2009/10 also tatsächlich spürbar kälter.
Die Ostküsten-Bewohner der Vereinigten Staaten mussten im vergangenen Winter gleich drei mächtigen Schneestürmen stand halten. Diese drei Winterstürme waren hauptverantwortlich für die verbreitet grössten Neuschneesummen seit Messbeginn in dieser Region: am Flughafen der Hauptstadt in Washington waren es beispielsweise rund 203 Zentimeter, in Philadelphia 182. Während Gebiete der Ostküste beinahe im Schnee versanken, hätten sich die Organisatoren der Olympischen Winterspiele in Vancouver, an der Westküste Nordamerikas, diesen Schneesegen gewünscht. Dort wurde der wärmste Januar überhaupt aufgezeichnet und der Schnee musste mühevoll herantransportiert werden.

Die eisigen Temperaturen und die zahlreichen, teils geschichtsträchtigen Schneestürme schreien nach der Frage: Ist der schneereiche Winter ein Zeichen dafür, dass die globale Erwärmung nicht stattfindet?
Die kurze Antwort darauf: Nein, die Erde erwärmt sich. Die wahre Geschichte zum Winter 2009/10 handelt nicht von der globalen Erwärmung sondern von Klimavariabilität. Die Klimavariabilität erklärt, wie kalte Winter, rekordverdächtige Schneestürme und die globale Erwärmung nebeneinander existieren können. Analysen des aktuellen Winters bestätigen die Erkenntnisse zur Klimavariabilität und erhöhen somit das Verständnis unseres  Klimasystems.
Bereits im Oktober 2009 hat die NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) auf das bevorstehende, gut bekannte El Niño-Ereignis hingewiesen, welches als natürliche Klimavariation das globale Wetter im Nordwinter 2009/10 prägen würde. Doch El Niño war nicht der einzige Protagonist auf der Klimabühne des vergangenen Winters. Vergangenen Herbst konnte noch niemand ahnen, dass die Arktische Oszillation die extremsten Negativ-Ausreisser seit Aufzeichnungsstart vollziehen und somit das Wetter für Monate mitbestimmen würde. Anfangs Dezember 2009 sprang die Arktische Oszillation in die negative Phase und drückte den Jetstream (Westwindband) südwärts, so dass arktische Luftmassen nach Nordamerika, Asien und Europa einfliessen konnten. Dieses Klimaphänomen erklärt die gebietsweise deutlich unterdurchschnittlichen Temperaturen zwischen Dezember 2009 und Februar 2010 in diesen Regionen.

Arktische Oszillation

Die atmosphärischen Druckverhältnisse über der Arktischen Region oszilliert zwischen zwei grundverschiedenen Mustern. In der positiven Phase der Oszillation herrscht über der Arktis tieferer Luftdruck als üblich und über den angrenzenden Regionen höherer Druck als üblich. Bei dieser Konstellation ist das polare Hochdruckgebiet weniger stark ausgeprägt, so dass die kalten Luftmassen in der Polarregion eingeschlossen bleiben. Bei der umgekehrten, der negativen Phase der Oszillation, ist der Luftdruck über der Arktis grösser und in der Umgebung tiefer als üblich. Das polare Hoch ist dann stark ausgeprägt und fördert Kaltluftausbrüche nach Süden in die niedrigeren Breiten. Bei einer stark negativen Arktischen Oszillation hemmen die polaren Ostwinde die übliche Westwindzirkulation.

Die Arktische Oszillation war im Winter 2009/10 über weite Strecken im tief negativen Bereich und blieb auf Tages- wie auch Monatsebene im Dezember 2009 und Februar 2010 ziemlich konstant, so dass sie gleichzeitig die tiefsten Monatswerte seit Messbeginn im Jahre 1950 darstellen. Weiter war auch der saisonale Mittelwert (Dezember 2009 bis Februar 2010) der tiefste in der langjährigen Aufzeichnung. Auch der Cousin der Arktischen Oszillation – bekannt als Nordatlantische Oszillation – erreichte die tiefsten Winterwerte seit Beobachtungsstart.

Nordatlantische Oszillation

Die Nordatlantische Oszillation beschreibt die Westwindaktivität über dem Nordatlantik und Europa und gilt als wichtigster Indikator des Winterwetters in dieser Region. Sie zeigt die Luftdruckverhältnisse über dem Nordatlantik auf und oszilliert zwischen zwei entgegengesetzten Mustern. In der positiven Phase der Oszillation herrscht über den subtropischen Gebieten des Nordatlantiks (Region der Azoren) höherer Druck als üblich, über den subpolaren Gebieten des Nordatlantiks, Nordmeer bei Island, hingegen tieferer Druck als üblich. Bei dieser Konstellation wehen starke Westwinde, welche milde und feuchte Luftmassen nach Europa transportieren. In der negativen Phase herrscht über den Azoren tieferer Druck als üblich und über Island höherer Druck als normalerweise. In diesem Fall flauen die Westwinde ab, so dass eisigkalte Luft aus Norden und Nordosten nach Europa fliesst.

El Niño und die Arktische Oszillation sind bekannte Variationen des Klimas. Das Auftreten bereits eines einzelnen von ihnen kann extreme Wettererscheinungen auf dem Globus verursachen. Zusammen haben sie das Wettermuster des Winters 2009/10 dominiert. Die tropische Feuchtigkeit und latente Energie aus dem Pazifischen Ozean, welche durch El Niño hervorgerufen und nach Norden transportiert wird sowie die südwärts gerichteten Kaltluftvorstösse aus der Arktischen Region, ausgelöst durch die negative Arktische Oszillation, bildeten optimale Verhältnisse für mächtige Schneestürme an der Ostküste Nordamerikas. Der Jetstream verlief im vergangenen Winter sehr südlich und rückte teilweise bis zu den Azoren vor, ausgelöst durch ein massives, blockierendes Hochdruckgebiet über Grönland. Eine ähnliche Konstellation löste die eisigen Winter in den 1940er Jahren aus.

Während diese Konstellation an bestimmten Orten Schneestürme und eisige Kälte auslöste, ist die genau gleiche Variabilität für Rekordwärme und Trockenheit in anderen Regionen verantwortlich. Vor allem in Kanada, Grönland und von Nordafrika bis Ostasien konnten überdurchschnittlich hohe Temperaturen zwischen Dezember 2009 und Februar 2010 gemessen werden. Global gesehen waren die Monate Dezember 2009 bis Februar 2010 sogar die 5.-wärmsten seit Messbeginn. Dies zeigt eindrücklich, dass es nicht plausibel ist, aufgrund von lokalen Wetterphänomenen, wie ein schneereicher Winter, Rückschlüsse über das globale Klima zu machen.   

Die tiefsten NAO-Werte seit Beobachtungsbeginn brachten die Wissenschaftler rund um den Globus zum Staunen. Die grossräumigen Auswirkungen der Nordatlantischen Oszillation (NAO) sind längst bekannt. Bei einer negativen, blockierten NAO entsteht über Island und Grönland häufig ein Hochdruckgebiet, während über dem zentralen Nordatlantik dann Tiefdruck herrscht. Der Jetstream beginnt dann stark zu mäandrieren, die Westwinde flauen ab. Durch den von Nord nach Süd gerichteten Jetstream-Verlauf an der Ostküste Nordamerikas und über Europa gelangt immer wieder eisige Polarluft in die genannten Regionen. So wurden acht von zehn der kältesten Winter in Zürich seit 1950 bei negativer NAO registriert. Es erstaunt deshalb kaum, dass im Winter 2009/10 in Zürich an 30 Tagen Dauerfrost herrschte, was sechs Tage mehr sind als im Mittel der Jahre seit 1961. Durch die andauernde Kälte fielen die Niederschläge als Schnee. In Zürich lag an 70 Tagen mehr als ein Zentimeter Schnee, was dem 8.-höchsten Wert seit 1931 gleichkommt. Auch an der Ostküste sind solche Muster bekannt. So sind dreizehn von fünfzehn der stärksten Schneestürme in Baltimore und Washington seit 1891 bei negativer NAO aufgetreten.

Doch die negative Nordatlantische Oszillation agierte nicht alleine im Winter 2009/10. Das Auftreten des El Niño-Ereignisses war entscheidend für die grossen Schneemengen an der Ostküste Nordamerikas. So war El Niño in der Geschichte schon häufig für starken Schneefall an der Ostküste verantwortlich. Mehr als die Hälfte der zehn stärksten Schneestürme in Washington, Philadelphia und Baltimore ereigneten sich während eines El Niños. In Europa hat El Niño hingegen kaum klimatische Auswirkungen.  
Die einzelnen „Fingerabdrücke“ von NAO und El Niño sind also bekannt, doch wie sieht ihr Gemeinschaftswerk aus? Aufgrund von langjährigen Beobachtungen bis in die späten 1800er hat die NOAA den Klimaeinfluss auf die Nordhalbkugel durch NAO und El Niño rekonstruiert. Während der Kaltwinter in Eurasien auch ohne El Niño-Einfluss erklärt werden kann, zeigt sich in Nordamerika durch das Hinzufügen der El Niño-Komponente ein detaillierteres Bild.
Die negative Nordatlantische Oszillation verursacht über Eurasien und Teilen Nordamerikas grundsätzlich eisige Kälte. Entgegengesetzt führt sie zu grosser Wärme über Grönland, Nordafrika und Saudi-Arabien. Ein El Niño-Ereignis löst hingegen über Ostasien, Alaska, Kanada und der Westküste der USA eine Wärmeanomalie aus. Hand in Hand erzeugten die beiden das Temperaturbild des Winters 2009/10 auf der Nordhalbkugel mit grosser Wärmeanomalie über Grönland, Kanada und von Nordafrika bis Ostasien und mit Kälteanomalien über Eurasien und den Südoststaaten der USA.

Die beobachteten Temperaturabweichungen auf der Nordhalbkugel im Winter 2009/10 können anhand der Resultate des NOAA aus der Kombination von NAO- und El Niño-Einflüssen erklärt werden. Der Kaltwinter in Eurasien und den USA hat natürliche Ursachen und ist Teil der Klimavariabilität. Erstaunlich waren aber die extrem tiefen NAO-Werte im Winter 2009/10, welche entgegen dem allgemeinen Trend hin zu höheren NAO-Werten seit 1950 und auch entgegen den Erwartungen von höheren NAO-Werten im 21. Jahrhundert aufgrund des Klimawandels auftraten.

Quellen und weitere Info

http://www.climatewatch.noaa.gov/2010/articles/can-record-snowstorms-global-warming-coexist

NOAA: http://www.noaa.gov/