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Atmosphärische Riesenwellen bedrohen Ernteerträge

Getreide
Die Getreideernte wird auch durch den Jetstream beeinflusst. (Bild: lakovKalinin/ istock)

Der Klimawandel beeinflusst die Landwirtschaft spürbar: Schon heute führen steigende Temperaturen und zunehmende Wetterextreme zu Ernteeinbußen bei wichtigen Anbaupflanzen. Auch veränderte Zirkulationsmuster des Jetstreams könnten dafür eine Rolle spielen, wie Forscher nun berichten. Ihre Auswertung zeigt, dass sich diese gewaltige wellenförmige Strömung in der Atmosphäre immer wieder über bedeutenden „Brotkorb-Regionen“ der Welt festsetzt. Als Folge steigt das Risiko für simultane Hitzewellen und empfindliche Einbußen bei der Getreideernte. Dieses Phänomen könnte sich durch eine weitere Erderwärmung noch verschärfen.

Der Jetstream ist für unser Wetter von entscheidender Bedeutung. Denn die Pendelbewegungen dieses Windbands beeinflussen, ob polare oder subtropische Luft in unsere Breiten gelangt – Forscher sprechen in diesem Zusammenhang auch von Rossby-Wellen. In letzter Zeit kommt es aber immer wieder zu Störungen dieser Jetstream-Schwingungen. Die Amplitude der Wellen des sonst eher schmalen Windbands wird größer und die Wellenbögen, die sich normalerweise zeitnah weiterbewegen, bleiben ungewöhnlich lange über einer Region stehen. Die Folge solcher Blockaden sind häufig Wetterextreme: Es können Überschwemmungen oder Hitzewellen entstehen. Kai Kornhuber von der Columbia University in New York und seine Kollegen haben sich die veränderten Zirkulationsmuster des Jetstreams nun genauer angesehen. Sie wollten wissen: Wie wirkt sich der stagnierende Jetstream auf wichtige „Brotkörbe“ unseres Planeten aus – und damit auf die Getreideernte?

Messbare Einbußen bei der Ernte

Für ihre Studie widmeten sich die Wissenschaftler zwei bestimmten Typen von Rossby-Wellen mit einer spezifischen Wellenlänge. Dabei zeigte ihre Auswertung von Klimadaten aus dem Zeitraum von 1979 bis 2018: Während Wellen von kleinerer oder größerer Länge eher zufällig zu mäandern scheinen, stecken Pendelbewegungen, die den Globus mit fünf oder sieben Wellen umspannen, immer wieder über denselben Regionen fest und schaukeln sich dort auf. Konkret neigen die Fünf-Wellen-Muster dazu, sich über Zentral-Nordamerika, Osteuropa und Ostasien festzusetzen. Die Siebener-Wellen stecken dagegen oft über Westeuropa und Westasien fest. In beiden Fällen kommt es in den betroffenen Regionen zu Temperaturextremen, die über Wochen anhalten können. Dies wiederum führt im Falle festsitzender Hochdruckgebiete zu Regenmangel und Dürren und bedroht die dort angebauten Nahrungspflanzen.

„Normalerweise können schlechte Ernten in einer Region durch gute Erträge in einer anderen ausgeglichen werden“, sagt Mitautor Dim Coumou von der Freien Universität Amsterdam. „Doch diese Wellen können zu geringen Ernten in zahlreichen ‚Brotkörben‘ gleichzeitig führen und so die globale Nahrungsproduktion bedrohen.“ So stellten die Forscher fest: Wenn eine der beiden untersuchten Wellen die Zirkulationsbewegung dominierte, stieg die Wahrscheinlichkeit für simultane Hitzewellen mitunter bis um den Faktor 20. Dies blieb nicht ohne Folgen für die Ernte: Waren zwei oder mehr Wochen im Sommer von diesen verstärkten Wellenmustern beeinflusst, reduzierte sich der Getreideertrag in einzelnen Regionen um bis zu elf Prozent. Alle betroffenen Gebiete zusammengenommen, ergab sich im Vergleich zu Jahren ohne solche Wellenereignisse ein Ernterückgang von rund vier Prozent – oftmals gefolgt von Preissteigerungen. Insgesamt sind die betroffenen Teile Nordamerikas, Europas und Asiens für ein Viertel der weltweiten Nahrungsproduktion verantwortlich, wie das Team erklärt.

Größere Wellen durch den Klimawandel?

Kornhuber und seine Kollegen dokumentierten die folgenschweren Rossby-Wellenmuster in den Jahren 1983, 2003, 2006, 2012 und 2018 – Jahre, in denen in etlichen Ländern ein Temperaturrekord nach dem nächsten fiel und es zu vielen Hitzetoten kam. Könnte dieses Phänomen mit dem Klimawandel zusammenhängen? Tatsächlich gehen Forscher davon aus, dass die Rossby-Wellen mit der zunehmenden Erderwärmung stärker pendeln und häufiger feststecken werden. Auch die Studienautoren halten einen solchen Zusammenhang für plausibel – noch fehlten aber Daten, um dies sicher zu bestätigen. „Doch auch wenn sich die Frequenz und Größe der Rossby-Wellen nicht verändert, werden die mit diesen Mustern in Verbindung stehenden Hitzewellen stärker werden, weil sich die Atmosphäre aufwärmt“, betont Kornhuber.

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Während sich der Wissenschaftler und seine Kollegen die nördlichen Spitzen der atmosphärischen Wellen angesehen haben, könnte es in den korrespondierenden Wellentälern im Süden gleichzeitig zu gegensätzlichen Extremen kommen: heftigen Regenfällen, Fluten und Überschwemmungen. Nach Ansicht des Forscherteams ist es daher wichtig, die feststeckenden Riesenwellen des Jetstreams in gängige Klimamodelle zu integrieren. „Wenn wir diese Wellenmuster nicht vorhersagen können, haben wir bei der Risikobewertung einen blinden Fleck“, konstatiert Kornhubers Kollege Radley Horton. Aus diesem Grund wollen die Wissenschaftler in Zukunft untersuchen, was dieses Jetstream-Verhalten im Detail antreibt. „Es ist mehr Forschung nötig, um die zugrundeliegenden Faktoren hinter den diskutierten Rossby-Wellenmustern zu identifizieren“, so ihr Fazit.

Quelle: Kai Kornhuber (Columbia University, New York) et al., Nature Climate Change, doi: 10.1038/s41558-019-0637-z

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