Atmosphäre und Treibhauseffekt

Die Bedeutung der NAO für das nordatlantische Klima

Die NAO beeinflusst entscheidend Wetter- und Klimaschwankungen über dem östlichen Nordamerika, dem Nordatlantik und Europa. Ihre Auswirkungen reichen von der Ostküste der USA bis nach Sibirien und von der Arktis bis in den nördlichen subtropischen Atlantik. Ihr Einfluss ist besonders stark auf das europäische Winterklima. Nach Hurrell ist die NAO für 31% der Schwankungen der winterlichen Oberflächentemperaturen über der nördlichen Hemisphäre nördlich von 20o N verantwortlich,¹ und sie steht für 40 % der winterlichen Luftdruckschwankungen in der Troposphäre.^1a Die NAO ist daher nicht nur prägend für den Nordatlantik-Raum, sondern für die Nordhalbkugel insgesamt.

Beobachtungen und Computersimulationen lassen vermuten, dass ein nicht unbedeutender Teil der Erwärmung der Nordhemisphäre in den letzten Jahrzehnten durch eine verstärkte NAO-Phase zu erklären ist. Inwieweit der Eingriff des Menschen die NAO beeinflusst, ist Gegenstand wissenschaftlicher Diskussion.

Abb. 1: Positive NAO-Lage (Winter): Der Luftdruckgegensatz zwischen Islandtief und Azorenhoch ist größer als normal, und die Westwinde über dem nördlichen Atlantik sind stärker.²

Zur Bestimmung des Luftdruckgegensatzes zwischen dem Azorenhoch im Süden und dem Islandtief werden meistens die Druckwerte im Dezember bis März von Lissabon (Portugal) und Stykkisholmur (Island) zugrunde gelegt.³ Ist dieser Gegensatz durch einen sehr tiefen Druck über Island und einen sehr hohen Druck über den Azoren höher als im Mittel, spricht man von einem positiven NAO-Index (als Maßeinheit des Gegensatzes zwischen den beiden Druckzentren). Über dem Nordatlantik zwischen 40^o und 60^o nördlicher Breite gibt es dann eine starke Westwindzirkulation, die für milde Winter und reichliche Niederschläge über Europa bis nach Sibirien und an der amerikanischen Ostküste sorgt, während über dem Mittelmeerraum bis in den vorderen Orient Trockenheit und relativ kalte Winter herrschen. Bei einem negativen NAO-Index ist der Druckgegensatz zwischen Island-Tief und Azoren-Hoch deutlich abgeschwächt, die Westwind sind schwächer und bescheren dem Mittelmeerraum relativ milde und feuchte Winter, während es über Europa und an der amerikanischen Ostküste kalt und trocken ist. Besonders ausgeprägt ist die Korrelation zwischen den Wintertemperaturen in Westgrönland und Europa. Ein hoher NAO-Index ist verbunden mit kalten Wintern in Westgrönland und warmen Wintern in Europa, bei einem niedrigen NAO-Index ist es umgekehrt.

In Übereinstimmung mit den NAO-Schwankungen verändern sich die Wintertemperaturen über dem ganzen eurasischen Kontinent vom Atlantik zum Pazifik. Das weist darauf, dass die NAO eng mit einer hemisphärischen Variabilität verbunden ist, die als arktische Oszillation (AO) bekannt ist. NAO und AO sind zwar nicht identisch, aber eng miteinander verbunden in dem Sinne, dass die NAO als regionaler, nordatlantischer Teil der AO angesehen werden kann. Die arktische Oszillation wird verstanden als Ausdruck des Luftdruckgegensatzes zwischen den polaren und den mittleren Breiten rund um die Nordhemisphäre.

Zeitliche Schwankungen

 

Abb. 2: Schwankungen des NAO-Index über Jahrzehnte⁴

Als primär freie Schwingung der Atmosphäre, in der viele Bewegungsprozesse interagieren und zufällige Variationen hervorbringen, kann die NAO große Veränderungen von Jahr zu Jahr und innerhalb einzelner Jahre von Monat zu Monat und auf noch kürzeren Zeitskalen aufweisen. Es gibt aber auch Schwankungen, die sich über größere Zeiträume erstrecken. Rekonstruktionen der NAO über die letzten 500 Jahre zeigen vor 1900 relativ geringe Schwankungen, während die NAO im 20. Jahrhundert deutlich stärkere Amplituden aufweist.⁵ Ende des 19. Jahrhunderts waren positive und negative NAO-Werte ungefähr ausgeglichen. Vom Beginn des Jahrhunderts bis in die 1930er Jahre herrschte ein positiver NAO-Index vor. Ab 1950 und besonders in den 1960er Jahren zeigen sich immer deutlicher negative Werte, die in den 1980er und 1990er Jahren durch ein sehr stark positiven NAO-Index abgelöst werden. Seit Mitte der 1990er Jahre wird der NAO-Index wieder schwächer mit besonders negativen Werten in den Wintern 2009/10 und 2010/11, die zu den negativsten NAO-Werten der letzten 150 Jahre gehörten.^1.a

Während die kurzfristigen NAO-Schwankungen als Ausdruck der atmosphärischen Dynamik mit ihren zufälligen und chaotischen Prozessen gelten, lassen die Schwankungen auf Zeitskalen von Jahren und Jahrzehnten andere Einflussfaktoren vermuten. Diskutiert werden Interaktionen der nordatlantischen Atmosphäre mit langsamer agierenden Komponenten des Klimasystems wie dem Ozean, der Stratosphäre oder dem durch den Menschen bedingten Anstieg von Treibhausgasen.

Anmerkungen:
1. Eine zusammenfassende Darstellungen findet sich in dem Buch Hurrell, J.W., Y. Kushnir, M. Visbeck, and G. Ottersen (2003): The North Atlantic Oscillation: Climate Significance and Environmental Impact. American Geophysical Union Monograph Vol. 134
1.a Pinto, J.G.,∗C.C. Raible (2011): Past and recent changes in the North Atlantic oscillation, WIREs Clim Change 2011. doi: 10.1002/wcc.150
2. Eigene Darstellung
3. Neben diesem von J.W. Hurrell definierten Index, werden auch andere Messpunkte benutzt, so Reykjavik im Norden und Gibraltar und Ponta Delgada (Azoren) im Süden. In jüngster Zeit wird der Zwei-Punkte-Index zunehmend kritisch gesehen, da die Zentren von Islandtief und Azorenhoch nicht stationär sind. Vgl. Luterbacher, J. u.a. (2008): Historische Entwicklung der NAO-Forschung, promet 34, H.3-4, 79-88
4. Eigene Darstellung nach Pinto, J.G., and C.C. Raible (2011): Past and recent changes in the North Atlantic oscillation, WIREs Climate Change 2011. doi: 10.1002/wcc.150; ergänzt nach Hurrell North Atlantic Oscillation (NAO) Index (station-based)
5. Spangehl, T., und C.C. Raible (2008): Variationen der NAO auf Basis von langen Zeitreihen, Datenrekonstruktionen und Simulationen der letzten 500 Jahre, promet 34, H.3-4, 101-107