Heftige Regenfälle, orkanartige Winde, Überschwemmungen, Schlammlawinen - an der Westküste der USA, Afrikas und Europas kommt es immer wieder zu solchen Perioden mit verheerenden Folgen. Die Prozesse sind oft auf sogenannte atmosphärische Flüsse über den Ozeanen zurückzuführen. Klimaforscher der Uni Graz haben eine Methode entwickelt, diese bis zu 500 Kilometer breiten und 2.000 Kilometer langen Bänder feuchtegesättigter Luft zu untersuchen und genauer vorherzusagen.

In der Atmosphäre über den Ozeanen treten kurzfristig Flüsse auf, die kaum jemandem außerhalb des Meteorologenkreises ein Begriff sind - sogenannte atmosphärische Flüsse (AR). Diese Bänder mit extrem feuchten Luftmassen können oft doppelt so viel Wasser wie der gesamte Amazonas mit sich führen, teilte die Uni Graz in einer Aussendung mit.

Großbritannien, iberische Halbinsel und Frankreich oft betroffen

Das heftige Unwetter mit massivem Regenfall im November 2024 in den Westküstenstaaten Kalifornien und Washington oder auch die Regenfälle, die der Sturm "Desmond" über Irland und Großbritannien mit sich brachte, sind Ausprägungen von atmosphärischen Flüssen. Treffen sie aufs Festland, können sie sich noch einige 100 Kilometer im Landesinneren ergießen. In Europa sind vor allem Großbritannien, die iberische Halbinsel und Frankreich davon betroffen, berichtete der Meteorologe Ulrich Foelsche vom Wegener Center an der Universität Graz.

Zurzeit werden diese "Flüsse" aus konzentriertem Wasserdampf in erster Linie von Satelliten mit passiven Mikrowellensensoren beobachtet. "Diese Daten erlauben zwar eine gute Abschätzung der Menge an Wasserdampf. Sie liefern aber keine Hinweise über die senkrechte Verteilung, die für das Verständnis der Dynamik dieser Gebilde wichtig wäre", schilderte Foelsche. Dafür hat der Forscher am Institut für Physik gemeinsam mit Bahareh Rahimi eine Lösung entwickelt und in einem Artikel im Fachjournal Atmospheric Measurement Techniques veröffentlicht.

Radio-Okkultation hilft bei Erfassung der Entwicklung

Die beiden Forscher setzen dafür die sogenannte Radio-Okkultation von globalen Satellitennavigationssystemen (GNSS-RO) ein. Das Prinzip der Radio-Okkultation lässt sich einfach erklären, ist in Wirklichkeit jedoch ein hochkomplexer Vorgang: So wie Licht beim Übergang vom optisch dünneren zum optisch dichteren Medium gebrochen wird, wird auch ein Radiosignal bei der Durchquerung der Atmosphäre verändert. Der Effekt - die Phasenverschiebung der Radiosignale - ist messbar und kann Auskunft über die Beschaffenheit - Dichte, Druck und Temperatur - in einem bestimmten Höhenbereich der Atmosphäre geben. Im Hinblick auf die atmosphärischen Flüsse erlaube die Methode bessere Aufschlüsse über die vertikale Struktur und damit über die dynamische Entwicklung der Flüsse in der Atmosphäre.

Die Grazer Forscher haben anhand von RO-Daten von mehreren Satellitenmissionen das Verhalten der atmosphärischen Flüsse über Afrika, wo atmosphärische Flüsse zunehmend als Treiber von Wetterereignissen erkannt werden, analysiert. "Das Verständnis der AR-Dynamik in Afrika ist unerlässlich, um die Klimaresilienz, das Wassermanagement und das Verständnis extremer Niederschlagsereignisse zu verbessern", betonten die Autoren. Für ihre Studie haben die Forschenden mehr als 1.700 AR identifiziert, die sich zwischen 2009 und 2019 auf Afrika ausgewirkt haben.

Wie sich zeigte, ist im südlichen Afrika die Aktivität konstant hoch, am höchsten im Südsommer. In Nordafrika gibt es jedoch eine ausgeprägte Saisonalität mit Höhepunkten im borealen Winter und Frühling, was mit der regionalen Regenzeit zusammenfällt. Zu den Feuchtigkeitsquellen gehören der Atlantische Ozean, das Arabische Meer und das Rote Meer. Foelsche rechnet damit, dass sich die atmosphärischen Flüsse im Zuge des Klimawandels weiter verstärken werden.

Service: Atmospheric Rivers in Africa Observed with GNSS-RO and Reanalysis Data, https://doi.org/10.3390/rs17071273