Warum Feuer im Süden der USA ein echtes Klimawandelsignal darstellen

Von Frank Bosse

Wir sind in letzter Zeit förmlich bombardiert worden mit solchen Meldungen, die möglichst jedes Witterungs-Ereignis dem Klimawandel zuschreiben. Dafür mussten sogar nach Süden (!) ausweichende Rentiere herhalten, hier wurde berichtetet und eingeordnet.  Bei den Bränden im Süden der USA ist es mal keine Ente, die Zusammenhänge jedoch nicht so einfach. Zunächst: Brände kommen zustande, wenn es trocken ist und eine Zündung erfolgt. Die Gründe für letzteres sind heute meist anthropogen, die Trockenheit ist eine Voraussetzung. Wann ist es tendenziell trocken im Süden der USA? Das ist schon lange bekannt, eine La Nina begünstigt dies sehr. Der Zusammenhang ist auch statistisch gut nachgewiesen:

Abb.1: Die Korrelation von El Nino/La Nina -Ereignissen (ENSO) im tropischen Pazifik mit den globalen Niederschlägen. Eine blaue Färbung zeigt den gesuchten Zusammenhang: Bei La Nina findet sich dort geringerer Niederschlag als üblich. Quelle

Der meteorologische Zusammenhang ist lange bekannt und wird von der NOAA ausführlich erläutert.

Abb.2: Die Lage eines stabilen Hochdruckgebietes vor dem Nordwesten bei La Nina-Bedingungen und sein blockierender Einfluss auf den Jetstream, der dann die regenreichen Tiefdruckgebiete um den Süden und Südwesten der USA herum lenkt. 

Es ist das Muster der Meeresoberflächentemperaturen (SST), das eine solche Druckverteilung ermöglicht, was schließlich in trockenen Phasen bei La Nina im Süden der USA mündet. Der tropische Ostpazifik ist deutlich kälter als normal während einer La Nina. Der Passatwind weht sehr stark, treibt damit mehr kühles Tiefenwasser an die Oberfläche und der Ostpazifik kühlt sich dadurch ab.

Abb.3: Die Temperaturverteilung im tropischen Pazifik bei LaNina, Quelle.

Nun ist ja bekannt, dass ENSO ein natürliches Phänomen ist und selbst wenig mit Klimawandel zu tun hat, wenn man den als das Ergebnis eines äußeren Antriebes (Forcing) versteht. Warum dann die These in der Überschrift? Die Lösung zeigt auch ganz viel an Fortschritt in der modernen Klimaforschung und ist eine spannende Geschichte.  Alles beginnt mit einer Beobachtung: Man bildet die Differenz der SST des tropischen Westpazifik westlicher als 180°O und des Ostpazifik östlicher als 160°W:

Abb.4: Die Differenz der Meeresoberflächentemperaturen über die Zeit im Beobachtungsgebiet. Der lineare steigende Trend ist hoch signifikant auf dem 99% Konfidenzniveau und ist auch nicht durch Autokorrelation so robust.  

Man erkennt ohne viel Mühe die Zacken nach unten, dann sind ElNino-Ereignisse, wie in 1997 und 2016. Aber: Über den längeren Zeitraum steigt die Differenz an. Schauen wir uns die Trends der Erwärmung der SST global an, so setzt Erstaunen ein.

Abb.5: Die linearen Trends der Erwärmung der SST zwischen 1981 und 2020 über den Globus in °C/Jahr. Die Abbildung wurde mit dem KNMI Climate Explorer erzeugt.

Der tropische Ostpazifik erwärmt sich kaum, der Westpazifik schon. Es ergibt sich ein „Muster der Erwärmung“ da, man nennt es auch den „Pattern-Effekt“. Das ist recht unerwartet, denn auch die neuesten Klimamodelle können das nicht replizieren.

Abb. 6: Die Trends der Erwärmung in den neuesten Klimamodellen (CMIP6). Der tropische Ostpazifik erwärmt sich infolge des Forcing in nahezu gleicher Weise wie der tropische Westpazifik.

Das ist eine große Modelldiskrepanz und die Frage erhebt sich: Ist das „Pattern“ aus Abb.5 vielleicht nur eine temporäre Angelegenheit, so etwas wie inhärente Variabilität, eine Laune unseres Klimasystems? Dann hätten es Modelle tatsächlich schwer damit, denn diese Variabilität ist eines ihrer schon bekannten Schwachpunkte und sie ist durch das reine Forcing (Abb. 6) nicht darstellbar. Aber der Trend aus Abb. 4 ist über 40 Jahre lang und nicht gebrochen. Es setzte ein großes Rätselraten ein, und zwar mit einem tiefen Grund! Das Muster aus Abb.5 reduziert die globale Empfindlichkeit (Sensitivity) gegenüber jedem äußeren Klimaantrieb, auch gegenüber dem anthropogenen Forcing. Bereits im Jahre 2016 konnte das Thorsten Mauritsen zeigen.

Abb.7: Bei stärkerer Erwärmung des tropischen Westpazifik und Konvektion wird auch die Troposphäre des Ostpazifik in der Höhe erwärmt. Durch die kühleren Wassermassen am Boden bildet sich eine Inversion in geringer Höhe, das führt zu mehr Wolken da und die reflektieren einen höheren Anteil der einfallenden Sonnenstrahlung. Das führt zur Kühlung des Gesamtsystems.  Quelle: Mauritsen (2016)

Wenn das Phänomen also ein Ausdruck der inhärenten Variabilität unseres Klimasystems wäre, könnte es auch verschwinden und Berechnungen der Klimasensitivität (z.B. diese) aus Beobachtungen wären zu gering ausgefallen.  Dem gingen auch Zhou et al (2016) nach und schrieben das in ihre Zusammenfassung, in den zusätzlichen Materialien machten sie in Fig. S13 jedoch auf die schon in Abb.4 gefundenen Trends aufmerksam und ließen damit auch andere Erklärungen zu. Schließlich schrieben Nicolas Lewis und Thorsten Mauritsen eine Studie in 2020, die nachwies, dass das Pattern eine Folge des Forcings ist und nur vernachlässigbar durch inhärente Variabilität entstand. „Dann versagen hier die Klimamodelle, eine andere Folgerung ist nicht logisch. Und genau das wiesen Tang et al. In 2021 nach.“ Es sind „Modellfehler“:

„After removing total net impacts of 13 well-recognized biases on the mean-state projections, the MME projection displays a La Nina-like change, opposite to the original El Nino-like change.“

Sie bezogen es auf die etwas älteren CMIP5-Modelle, und wir wissen aus Abb. 6, dass das genauso auf die neueren CMIP6-Modelle zutrifft. Und wir lesen den Satz doppelt aufmerksam: Das „Pattern“ führt dazu, dass der tropische Pazifik bei andauerndem Forcing in einen La Nina-ähnlichen Zustand kommt. Dann also doch: LaNina-ähnlicher Grundzustand führt zu weniger Niederschlag im Westen und Süden der USA, das führt auch zu mehr Bränden da und das ist das Ergebnis des Forcings, vulgo „Klimawandel“. Aber halt: Das sind alles Folgerungen aus den letzten 40…50 Jahre an Beobachtungen. Das muss möglichst mit klimahistorischen Untersuchungen über Jahrhunderte bestätigt werden. Hier hilft eine neue Studie ( Jiminez-Moreno et al 2021) weiter. Sie untersuchte genau diese großen Dürren im Süden und Südwesten der USA und den Zusammenhang mit LaNinas. Was sie fanden ist bemerkenswert:

Abb.8: Eine Reproduktion von Fig. 4 aus der verlinkten Studie. Oben in a) die trockenen und nassen Phasen im Untersuchungsgebiet, in b) ein anderer Index dafür, in c) das solare Forcing, es ist invertiert (14C) dargestellt. In wärmeren Phasen (unten ist die mittelalterliche Klimaanomalie (MCA) und die kleine Eiszeit (LIA) dargestellt) sehen wir oben eher LaNina Bedingungen, in kühleren Phasen eher El Nino Bedingungen. Dieses Muster hängt direkt vom Forcing selbst ab.

Damit haben wir das Puzzle gelöst: Erwärmt sich die Erde durch einen äußeren Antrieb finden wir im Pazifik ein insgesamt kühlendes Grundmuster, kühlt sie sich ab, führt das zu einem (wärmenden) El Nino-Grundmuster, das es dann in den südlichen USA mehr regnen lässt als im Mittel. Ein kleiner Thermostat des globalen Klimas!

Das alles kann man mit den bisherigen Klimamodellen nicht herleiten, wie ausführlich gezeigt. Dafür bedarf es den Scharfsinn und die Neugier von Klimawissenschaftlern, die an Erkenntnisgewinn interessiert sind. Und wir wissen nun: Die Brände in den südwestlichen Gebieten der USA haben eine Ursache auch im Klimawandel. Und wir wissen auch, dass das global ein gutes Zeichen ist: Die Sensitivität gegenüber anthropogenen Quellen der Erwärmung kann nicht so hoch sein, wie auch das Mittel der letzten Klimamodelle angibt: Die haben diesen „Thermostat“ nicht auf dem Zettel.