Jetstream und atmosphärische Zirkulation – die unsichtbaren Motoren des Wetters

Die atmosphärische Zirkulation und der Jetstream sind die unsichtbaren Kräfte, die das Wettergeschehen auf der Erde antreiben. Sie verteilen Wärme, Energie und Feuchtigkeit über den gesamten Globus und sorgen so für das Gleichgewicht zwischen tropischer Hitze und arktischer Kälte. Die Sonne liefert die Energie, indem sie die Erdoberfläche ungleichmäßig erwärmt und dadurch großräumige Luftbewegungen auslöst. Am Äquator steigt die warme Luft auf, wandert in großer Höhe polwärts und sinkt in den Subtropen wieder ab, wodurch sich die Hadley-Zelle bildet. Diese Zirkulation ist entscheidend für das tropische Klima und die Entstehung der Wüsten in den Subtropen. Weiter nördlich schließt sich die Ferrel-Zelle an, die den Wärmeaustausch zwischen den Tropen und den Polarregionen vermittelt. In den hohen Breiten schließlich bewegt sich die Polarzelle, in der kalte Luft von den Polen in Richtung Süden strömt. An der Grenze zwischen polarer und gemäßigter Luft entsteht die Polarfront, die Geburtsstätte des Jetstreams. Dieser mächtige Höhenwind zieht in rund zehn Kilometern Höhe von West nach Ost um den Globus und kann Geschwindigkeiten von über 300 Kilometern pro Stunde erreichen. Er steuert die Bewegungen der Hoch- und Tiefdruckgebiete und bestimmt damit maßgeblich unser Wetter. Wenn der Jetstream stark und gradlinig verläuft, wechseln die Wetterlagen rasch und das Klima bleibt relativ ausgeglichen. Beginnt er jedoch zu mäandrieren, entstehen große Wellen, die zu stabilen und langanhaltenden Wetterphasen führen. Solche Wellenmuster, auch Rossby-Wellen genannt, können ganze Kontinente unter Hochdruck- oder Tiefdruckeinfluss halten. Dadurch entstehen Hitzewellen, Dürreperioden oder anhaltende Regenphasen, die das regionale Klima prägen. In den letzten Jahren haben Forscher beobachtet, dass sich der Jetstream zunehmend verlangsamt und stärker wellt. Grund dafür ist vermutlich die rasche Erwärmung der Arktis, die den Temperaturunterschied zwischen den Polen und den mittleren Breiten verringert. Mit dem schwächeren Temperaturgefälle verliert der Jetstream an Energie und Stabilität. Die Folge sind häufiger auftretende Extremwetterereignisse, die in Europa und Nordamerika immer deutlicher spürbar werden. Der Jetstream und die atmosphärische Zirkulation bleiben somit die unsichtbaren Motoren unseres Wetters – doch sie geraten durch den Klimawandel zunehmend aus dem Takt.

1. Die atmosphärische Zirkulation – globaler Wärmetransport zwischen Äquator und Polen

Die atmosphärische Zirkulation bezeichnet die großräumigen Luftbewegungen, die den Energieausgleich zwischen warmen und kalten Regionen sicherstellen. Die Erde wird nicht gleichmäßig von der Sonne bestrahlt – in Äquatornähe trifft die Sonnenstrahlung senkrechter und intensiver auf die Erdoberfläche, während an den Polen ein flacher Einfallswinkel für geringere Erwärmung sorgt. Diese ungleiche Erwärmung setzt die gesamte Luftmasse der Erde in Bewegung.

Antrieb durch die Sonne: Am Äquator steigt warme Luft auf, da sie leichter ist. In höheren Luftschichten bewegt sie sich in Richtung der Pole, kühlt ab und sinkt schließlich in den Subtropen (etwa 30° nördlicher und südlicher Breite) wieder ab. Damit schließt sich eine Zirkulation, die als Hadley-Zelle bezeichnet wird. Diese sorgt nicht nur für den Transport von Wärme, sondern prägt auch die Klimazonen der Erde entscheidend.

Hadley-Zelle: In ihr entsteht der Passatwind, der stetig vom subtropischen Hochdruckgürtel in Richtung Äquator weht. Dort treffen die Passate beider Hemisphären aufeinander, was zur Bildung der sogenannten innertropischen Konvergenzzone führt – einem Gebiet intensiver Gewitter- und Wolkenbildung. Durch das Absinken der Luft in den Subtropen entstehen dagegen trockene, wolkenarme Regionen – die großen Wüsten der Erde wie die Sahara oder die Arabische Wüste sind direkte Folgen dieser Zirkulation.

Ferrel-Zelle: Zwischen etwa 30° und 60° Breite liegt die Ferrel-Zelle. Sie ist keine direkte thermische Zirkulation, sondern wird durch die Wechselwirkungen zwischen der Hadley-Zelle und der Polar-Zelle angetrieben. In dieser Zone dominieren die Westwinde, die für das wechselhafte Wetter in den mittleren Breiten – also in Europa, Nordamerika und großen Teilen Asiens – verantwortlich sind. Hier treffen warme Luftmassen aus den Subtropen auf kalte Luftmassen aus den Polarregionen.

Polar-Zelle: In den hohen Breiten sorgt die Polar-Zelle für den Transport kalter Luft von den Polen in Richtung Süden. Gleichzeitig wird etwas wärmere Luft aus den mittleren Breiten nach Norden geführt. Die Grenze zwischen diesen beiden Luftmassen bildet die sogenannte Polarfront – eine Zone starken Temperaturgegensatzes, die für die Entstehung vieler Tiefdruckgebiete verantwortlich ist.

Diese drei Zellen auf jeder Hemisphäre bilden gemeinsam das globale Windsystem – eine dynamische Maschine, die ständig versucht, die Temperaturunterschiede der Erde auszugleichen.

2. Der Jetstream – die Steuerzentrale des Wetters

Der Jetstream ist das wohl beeindruckendste Element dieses Systems. Er ist ein schmales, bandförmiges Windband in etwa 9 bis 14 Kilometern Höhe, das die Erde umspannt. Seine Windgeschwindigkeiten können 400 km/h erreichen. Für das Wettergeschehen in den mittleren Breiten – also auch in Mitteleuropa – ist insbesondere der Polarfrontjetstream entscheidend. Er fungiert als Steuerzentrale, die die Bewegung von Hoch- und Tiefdruckgebieten lenkt und damit bestimmt, ob bei uns Sommerhitze, Regenfronten oder winterliche Kaltluft herrschen.

A. Entstehung und Arten des Jetstreams

Ursache: Der Jetstream entsteht dort, wo große Temperaturgegensätze herrschen. Besonders stark ist dieser zwischen den kalten polaren und den warmen subtropischen Luftmassen. Je größer der Unterschied, desto kräftiger der Wind. Durch die Erdrotation wird dieser Luftstrom nach Osten abgelenkt und bildet ein Band extrem schneller Westwinde.

Polarfrontjetstream: Er ist der wichtigste Jetstream für Europa und Nordamerika. Er verläuft in der Übergangszone zwischen kalter und gemäßigter Luft und beeinflusst direkt die Entwicklung und Zugrichtung der Tiefdruckgebiete, die unser Wetter bestimmen.

Subtropenjetstream: Er liegt weiter südlich, auf der Grenze zwischen der Hadley- und der Ferrel-Zelle. Er ist meist stabiler, spielt aber vor allem in den Tropen und Subtropen eine größere Rolle.

B. Einfluss auf das Wettergeschehen

Der Zustand des Jetstreams hat unmittelbare Auswirkungen auf die Wettersituation:

• Stabiler, schneller Jetstream mit gerader Bahn: Tiefdruckgebiete ziehen rasch von West nach Ost. Das Wetter wechselt schnell – auf Regen folgt bald wieder Sonne. Die Temperaturen bleiben meist gemäßigt.
• Langsamer, mäandrierender Jetstream: Der Windstrom bildet große Wellen, sogenannte Rossby-Wellen. Diese können stationär werden und führen zu langanhaltenden Wetterlagen. Dann bleibt ein Hochdruckgebiet tagelang über Mitteleuropa liegen oder ein Tief sorgt über längere Zeit für Dauerregen.

C. Atmosphärische Blockaden und Extremwetter

Ein besonders auffälliges Phänomen, das mit einem schwachen und wellenförmigen Jetstream verbunden ist, sind sogenannte atmosphärische Blockaden. Dabei verlangsamt sich die großräumige Luftzirkulation so stark, dass sich Wettersysteme kaum noch bewegen.

Hitzewellen: Wenn sich ein Hochdruckrücken stationär über Europa etabliert, strömt über Tage hinweg warme Luft aus dem Süden heran. Die Folge sind extreme Hitzeperioden, wie sie in den letzten Jahren häufiger beobachtet wurden.

Starkregen und Fluten: Befindet sich dagegen ein Tiefdruckgebiet über längere Zeit über derselben Region, regnet es dort ununterbrochen. Solche Situationen können zu katastrophalen Überschwemmungen führen, wie etwa im Sommer 2021 in Westdeutschland.

Diese Blockaden zeigen, wie sensibel das Gleichgewicht der atmosphärischen Strömungen ist – und wie stark sie das lokale Wettergeschehen beeinflussen können.

3. Der Jetstream im Wandel des Klimas

In den letzten Jahren haben Klimaforscher verstärkt beobachtet, dass sich der Jetstream verändert. Ursache ist die überdurchschnittliche Erwärmung der Arktis – sie erwärmt sich etwa doppelt so schnell wie der Rest der Erde. Dadurch verringert sich der Temperaturunterschied zwischen den Polen und den mittleren Breiten, der den Jetstream antreibt. Ein geringerer Temperaturgegensatz führt zu einem schwächeren, langsameren und stärker mäandrierenden Jetstream.

Die Folgen könnten gravierend sein: Langanhaltende Wetterlagen mit Extremereignissen – Hitzewellen, Dürren, Starkregen oder Kälteperioden – könnten zunehmen. Der Jetstream, der einst für den stetigen Wechsel der Wettersysteme sorgte, könnte häufiger in Mustern verharren, die ganze Kontinente unter stabile Hoch- oder Tiefdrucklagen setzen. Der „unsichtbare Motor“ unseres Wetters läuft also weiter – aber er könnte ins Stottern geraten.

Fazit:
Die atmosphärische Zirkulation und der Jetstream bilden zusammen das Herzstück der globalen Wettermaschine. Sie bestimmen, wie Energie, Wärme und Feuchtigkeit über den Planeten verteilt werden. Doch diese Mechanismen sind empfindlich. Schon kleine Veränderungen im Temperaturgleichgewicht der Erde können große Auswirkungen auf das Wetter haben – und damit auf unser tägliches Leben.