Saharastaub, Starkregen, Hochwasser, Hitzewellen: Im Kontext von Extremwetter ist immer auch von Jetstreams die Rede. Forscher:innen wissen, dass die Jetstreams das Wetter beeinflussen. Ihnen ist die Fernwirkung klar und es gibt Hinweise darauf, dass die Erwärmung des Festlands auf die Jetstreams zurückwirkt. Doch die konkreten Auswirkungen dieser starken Winde in großer Höhe sind noch nicht vollständig geklärt, da ihre Dynamik komplexer und chaotischer ist, als beispielsweise die der Atlantischen Umwälzzirkulation (AMOC). Grund genug, einige wichtige Fragen in der Klima-Diskussion um Jetstreams zu klären.

Jetstreams, auch Strahlströme genannt, sind sehr starke Windbänder, die in der oberen Troposphäre in acht bis 15 Kilometern Höhe die Erde von West nach Ost umkreisen. Typischerweise sind sie zwischen 50 und 100 Kilometer breit und ein bis zwei Kilometer dick. In der Strömungsmitte erreichen sie Geschwindigkeiten von bis zu 400 Kilometern pro Stunde.

Die Windbänder sind allerdings äußerst variabel. Sie strömen als mehr oder weniger ausgeprägte Mäander um die Erde, teilen sich sogar oder reißen manchmal ab und ziehen für kurze Zeit sogar in der Gegenrichtung.

Flugzeuge nutzen sie, um Kraftstoff zu sparen und die Flugzeit zu verkürzen, wenn sie mit dem Wind fliegen. Bei Gegenwind dauert es länger.

Es gibt im Wesentlichen zwei Jetstreams auf jeder Erdhälfte. Sie bestimmen das großräumige Wettergeschehen in den gemäßigten und in den subtropischen Breiten.

Die Polarjetstreams wehen zwischen dem 50. und 60. Breitengrad gen Osten. Ihr Antrieb ist das Resultat der Temperaturunterschieds zwischen den kalten Polen und den gemäßigteren Breiten. Der nördliche Polarjetstream ist bestimmend für die Großwetterlagen in Europa.

Der schwächere Subtropenjetstream weht näher am Äquator zwischen dem 30. und 40. Breitengrad. Wie der Polarjetstream treiben ihn Temperaturunterschiede an, in seinem Fall die zwischen den Tropen und den mittleren Breiten.

Manchmal kommen sich diese beiden Strahlströmungen sehr nahe und verwirbeln miteinander. Solche Doppeljet-Lagen hängen vor allem in Europa mit extremen Hitzeperioden zusammen.

Daneben gibt es noch Jets, die regionaler auftreten, wie der tropischen Ostwind-Jet, der das Wetter zwischen der tibetischen Hochebene und Nordafrika beeinflusst, Jetstreams bei in der Nähe von Wirbelstürmen oder auch solche, die in Stratosphäre und Mesosphäre wehen.

Wenn in zehn Kilometern Höhe kalte Luft an den Polen auf wärmere Luft aus den Tropen trifft, entsteht ein horizontales Luftdruckgefälle. Die polare Kaltluft ist schwerer als die warme Tropenluft, sie sinkt in Polnähe ab, so dass oben Warmluft hinterher zieht.

Diese Luftströmung nimmt aber nicht direkt weg zum Pol. Vielmehr lenkt die Corioliskraft sie gen Osten ab.

Fast direkt über den Polen wehen Ring mit besonders starken Winden, die so genannten Polarwirbel. Sie sorgen dafür, dass die Jetstreams in seiner Bahn bleiben und ihre Geschwindigkeit beibehalten.

Im Süd- wie im Nord-Winter, wenn die Temperaturunterschiede am größten und die Polarwirbel am stärksten sind, sind auch die polaren Jetstreams am besonders ausgeprägt.

Die Jetstreams der Subtropen dagegen sind übers Jahr beständiger und zeigen weniger saisonale Schwankungen.

Jetstreams beeinflussen sowohl das tägliche Wetter als auch langfristige Klimamuster. Beispielsweise steuern sie Richtung und Geschwindigkeit von Stürmen und Fronten, auch von Hurrikanen und Taifunen, oder intensivieren Tiefdruckgebiete. Sie trennen einerseits die kälteren Luftmassen der Pole von den wärmeren der Tropen und Subtropen, verteilen andererseits die Luftmassen und damit verbundenen die Temperaturen über große Entfernungen hinweg.

Verändern sich Position, Stärke oder Wellenmuster der Jetstreams so ändern sich auch die Wettermuster, was zu Dürren oder Überschwemmungen führen kann. Besonders gravierend sind die Blockaden. Dann bewegen sich die Wellenmuster eines Strahlstroms kaum weiter und halten die Wetterbedingungen über längere Zeit stabil. Das Resultat: Hitzewellen, langanhaltende Kälteperioden oder anhaltende Niederschläge.

Die natürliche Variabilität der Polarjetstreams ist sehr groß, so dass sich aus den bisherigen Daten noch keine eindeutigen Aussagen zu Änderungen durch den Klimawandel machen lassen.

Doch es gibt ein paar Annahmen:

Die globale Erwärmung erhitzt vor allem die Arktis schneller als andere Teile der Welt. Dies verringert den Temperaturunterschied zwischen den Polen und den Äquatorregionen, wodurch der nördliche Jetstream schwächer wird und seine Mäander stärker ausschlagen.

Ein welligerer Jetstream kann zu häufigeren Blockaden führen, was zu ungewöhnlichen Wetterbedingungen führt, wie ungewöhnlich kaltes Wetter in südlicheren Breiten oder anhaltende Hitze in nördlicheren Gebieten.

Auch sieht es so aus, als verschieben sich die Jetstreams mit zunehmender Erwärmung in Richtung der Pole, was ebenfalls die Häufigkeit und Intensität von Hitzewellen oder Kälteeinbrüchen beeinflussen könnte.

Die Jetstream-Systeme verhalten sich chaotisch. Es sind Strukturen, die aus sehr vielen komplexen Wechselwirkungen hervorgehen und deshalb wissenschaftlich so schwer zu fassen sind. Derzeit konzentrieren sich Forscher:innen auf die Klärung grundlegender Schlüsselfragen, um die Dynamik der Jetstreams, ihre Veränderungen im Zusammenhang mit dem Klimawandel und auch ihre Auswirkungen auf das Wetter und Klima besser zu verstehen.

Dazu gehört etwa die Beantwortung der Frage, ob, wie und warum sich die Bahnen und die Intensität der Jetstreams unter dem Einfluss der globalen Erwärmung verändern und wie die abnehmenden Temperaturgradienten ihre Eigenschaften beeinflussen.

Auch weiß man, dass Veränderungen in den Jetstreams mit einer Zunahme von Dürren, Hitzewellen, schweren Stürmen und Kältewellen korrelieren, aber nicht genau, warum das so ist.

Ein weiterer Forschungsschwerpunkt liegt natürlich auf der Verbesserung von Wetter- und Klimamodellen, um die Vorhersagegenauigkeit bezüglich der Jetstreams zu erhöhen. Dies umfasst die Integration von Satellitendaten und die Entwicklung fortgeschrittener Algorithmen, um die Jetstreams präziser abbilden zu können.

Ein großes Forschungsfeld ist auch die Untersuchung, wie die Jetstreams mit anderen atmosphärischen Phänomenen wechselwirken. Dazu gehören etwa die Polarwirbel, aber auch ozeanische Erscheinungen wie El Niño, La Niña, Golfstrom und Nordatlantikstrom (AMOC).