Atmosphärische Zirkulation und Klimawandel

Tropen und Außertropen

Grundlegend für die Atmosphäre der Erde ist die Unterscheidung zwischen tropischer und außertropischer Zirkulation. In den Außertropen sind die Druckunterschiede und die Corioliskraft die entscheidenden Antriebe der Atmosphärischen Zirkulation. Vor allem im Winter, wenn der Temperatur- und damit auch der Druckunterschied zwischen Pol und Äquator besonders groß ist, entstehen Tiefdruckgebiete mit Stürmen und Niederschlag. Sie entwickeln sich vor allem über den westlichen Teilen des Pazifiks und Atlantiks.

In den Tropen ist die Corioliskraft schwach. Wichtiger sind andere Prozesse wie Reibung, diabatische und latente Wärme. Die tropische ist daher sehr verschieden von der außertropischen Zirkulation. Das bekannteste Element der tropischen Zirkulation ist die Hadley-Zelle, die sich durch die starke Sonneneinstrahlung in der Innertropischen Konvergenzzone entwickelt. Die Walker-Zirkulation ist ein anderes bekanntes tropisches Zirkulationssystem, durch das Luftmassen in Ost-West-Richtung über den Pazifik transportiert werden, angetrieben durch niedrigen Druck und Konvektion im Westen und durch hohen Druck und Subduktion im Osten.

Die Grenze zwischen Tropen und Außertropen ist nicht allgemeingültig definiert. Es gibt mehrere Unterscheidungskriterien, die sich in zwei Gruppen teilen. Die erste Gruppe betrifft dynamische Kriterien: die polwärtigen Grenze der Hadley-Zirkulation, die Position der subtropischen Jetströme oder die Grenze zwischen Westwinden und Ostwinden am Boden. Die zweite Gruppe bezieht sich auf physikalische Indikatoren: die Menge der langwelligen Ausstrahlung, die Konzentration von stratosphärischem Ozon, die Höhe der thermisch definierten Tropopause, die relative Feuchtigkeit der Luft, der Unterschied zwischen Niederschlag und Verdunstung am Boden.

Ausweitung der Tropen

Mehrere auf Beobachtungen fußende Untersuchungen der letzten Zeit sind zu dem Ergebnis gekommen, dass die Tropen sich in den jüngsten Jahrzehnten ausgeweitet haben. Satellitenbeobachtungen der stratosphärischen Ozonverteilung haben ergeben, dass das Gebiet mit relativ geringer Ozonkonzentration, wie es für die Tropen typisch ist, sich auf der Nordhalbkugel 1979-2003 um 2,5 Breitengrade ausgeweitet hat. Mit Hilfe von Radiosonden haben andere Forscher festgestellt, dass sich der tropische Bereich mit einer hohen Tropopause von über 15 km zwischen 1979 und 2005 um 5-8 Breitengrade ausgedehnt hat. Untersuchungen von Daten zu typischen Windrichtungen und zur langwelligen Ausstrahlung, die stark von der Wolkenbedeckung und dem atmosphärischen Wasserdampfgehalt abhängig ist, haben eine Ausweitung der Hadley-Zirkulation von 2 bis 4,5 Breitengraden für 1979-2005 ergeben. Auch die tropische Tropopause ist angestiegen, so dass die dreidimensionale Ausweitung des Tropengürtels auf etwa 5 % geschätzt werden kann.