Warum sinken die Temperaturen in Sibirien, obwohl die Arktis sich erwärmt?

Der Klimawandel erwärmt die Arktis und das schmelzende Meereis, doch Sibirien hat in den letzten Jahrzehnten deutlich kältere und rauere Winter erlebt. Eine gestern in Science Advances veröffentlichte Studie zeigt, dass Interaktionen zwischen dem Schmelzen von regionalem Meereis und der Stratosphäre - einer atmosphärischen Schicht, die sich etwa 10-50 Kilometer über der Erdoberfläche erstreckt - eine Schlüsselrolle bei der Schaffung dieser kalten Winterbedingungen spielen.

Dieser stratosphärische Weg "trägt wesentlich zum Auftreten der oberflächlichen Kälteereignisse über der eurasischen mittleren Breiten, vor allem in Sibirien und Ostasien bei", sagte Pengfei Zhang, leitender Wissenschaftler der Studie, gegenüber Eos. Zhang ist Postdoc in Klimaforschung an der Purdue University in Lafayette, Indiana.

Wissenschaftler haben zuvor beobachtet, dass in Sibirien kältere Winter herrschen, wenn die Barents und Kara Meere, zwei subarktische Meere vor der nördlichen Eurasischen Küste, in den vorangegangenen Herbstmonaten einen größeren Meereisverlust aufweisen. Zhangs Team modellierte die kaskadenartigen Effekte dieses regionalen Meereisverlustes, um zu sehen, welche Faktoren zu einem kälteren Sibirien führen könnten.

Sie fanden heraus, dass die Modellierung der Zirkulationsänderungen in der Stratosphäre der Schlüssel zur Reproduktion der beobachteten sibirischen Kälte war. "Die Auswirkungen des Meereisverlusts im Spätherbst-Frühwinter bleiben den ganzen Winter hindurch aufgrund der langen Zeit stratosphärischer Prozesse bestehen", erklärte Zhang.

Tauwetter im Herbst, Kälte im Winter

In den Jahren mit den niedrigsten Konzentrationen von Meereis aufgrund warmer arktischer Temperaturen folgten sibirische Kaltanomalien, die die nächsten 3 Monate andauerten.

Die Barents und Kara Meere erreichen jedes Jahr im November ihr Minimum an Meereis. In den Jahren mit den niedrigsten Konzentrationen von Meereis aufgrund warmer arktischer Temperaturen folgten sibirische Kaltanomalien, die die nächsten 3 Monate andauerten. Die durchschnittlichen Wintertemperaturen in der Region bewegen sich typischerweise bei -18 ° C, aber manchmal fallen die Temperaturen für eine Woche oder mehr auf -25 ° C. Eine nördliche sibirische Stadt sah sogar Temperaturen von -66 ° C im vergangenen Januar.

Die Erklärung für dieses "warme arktische, kalte Sibirien" -Muster blieb unklar. Wissenschaftler diskutierten darüber, ob die harten Winterbedingungen durch natürliche Variabilität in der Troposphäre verursacht wurden - die atmosphärische Schicht, die der Oberfläche am nächsten ist - oder ob höhere atmosphärische Schichten, wie einige Modelle vorgeschlagen haben, ebenfalls eine Rolle spielten. Unterschiede zwischen atmosphärischen Zirkulationsmodellen sowie unvollständige Behandlungen der Stratosphäre innerhalb dieser Modelle erschwerten die Debatte, erklärte Zhang.

In dieser Untersuchung verwendeten Zhang und sein Team ein fortgeschrittenes atmosphärisches Zirkulationsmodell, um den Meereisverlust in der Barentssee und der Karasee mit sibirischem Oberflächenklima und Wetterextremen zu verknüpfen. Die Modelle, zu denen hochmoderne Stratosphärenberechnungen gehören, nutzten die beobachtete Meereiskonzentration, um die Oberflächentemperaturen von Meer und Luft, Oberflächenwindgeschwindigkeiten und Kaltluftausbrüche sowie Zirkulationsmuster in der Troposphäre und Stratosphäre vorherzusagen.

Verminderte Meereiskonzentrationen schwächen und verschieben den stratosphärischen Polarwirbel, der dann ein kälteres Sibirien verursacht.

Dann versuchten sie einen eindeutigen Auslöser zu finden. "Wir haben die Kopplung zwischen Stratosphäre und Troposphäre im Modell ein- und ausgeschaltet, um die festen Pfade der Arktis-Eurasien-Bindung explizit zu isolieren", erklärte Zhang.

Als die Modelle nur die Luftzirkulation in der Nähe der Oberfläche berücksichtigten, fanden die Forscher heraus, dass ihre Simulationen ein wärmeres Sibirien ergaben als das, was beobachtet wurde. Um die Region so kalt und windig zu machen, wie sie es in den letzten Wintern war, mussten sie die stratosphärische Zirkulation und die Mischung zwischen der Troposphäre und der Stratosphäre berücksichtigen.

Kurz, sie fanden heraus, dass verringerte Meereiskonzentrationen den stratosphärischen Polarwirbel schwächen und verschieben, ein Tiefdruckphänomen, das regionale Klimamuster antreibt. Dieser geschwächte Polarwirbel verursacht dann ein kälteres Sibirien.

In Zukunft bessere Prognosen

Durch die genaue Berücksichtigung der Stratosphäre war das Team in der Lage, die beobachteten klimatischen Bedingungen in Sibirien zu reproduzieren, indem nur regionaler Meereisverlust statt Eisverlust in der gesamten Arktis verwendet wurde.

Kann die Technik verwendet werden, um beispielsweise das Winterklima über Eurasien vorherzusagen? Vielleicht, sagt Zhang, hängt die Genauigkeit davon ab, ob Klima- und Wettermodelle "eine realistische Stratosphäre simulieren können".

Das Team untersucht derzeit, ob die Stratosphäre eine ähnliche Rolle bei der Verknüpfung regionaler Meereisverluste mit extremen Wetterereignissen in den nördlichen Regionen Nordamerikas spielt.