Steigende Temperaturen könnten zu einem Anstieg der US-amerikanischen Blitzeinschläge um 50 Prozent bis zum Ende des Jahrhunderts führen, heißt es in einer neuen Studie.
Arlington, Virginia, mit Blick auf Washington DC am 1. September 2012. Foto über Brian Allen
Eine neue Studie, veröffentlicht in Wissenschaft prognostiziert am 14. November 2014 eine 50-prozentige Zunahme der Blitzeinschläge in den Vereinigten Staaten während dieses Jahrhunderts als Folge der mit dem Klimawandel verbundenen Erwärmungstemperaturen.
Die Studie untersucht Vorhersagen von Niederschlägen und Wolkenauftrieb in 11 verschiedenen Klimamodellen und kommt zu dem Schluss, dass deren kombinierte Wirkung häufigere elektrische Entladungen in den Boden hervorruft.
David Romps ist Assistant Professor für Erd- und Planetenwissenschaften und Fakultätswissenschaftler am Lawrence Berkeley National Laboratory der University of California in Berkeley. Er sagte in einer Pressemitteilung:
Mit der Erwärmung werden Gewitter explosiver. Dies hat mit Wasserdampf zu tun, dem Brennstoff für die explosive tiefe Konvektion in der Atmosphäre. Erwärmung führt dazu, dass mehr Wasserdampf in der Atmosphäre vorhanden ist. Wenn mehr Kraftstoff herumliegt und Sie sich entzünden, kann dies sehr schnell gehen.
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Die Autoren der Studie weisen darauf hin, dass eine Auswirkung von erhöhten Blitzeinschlägen mehr Waldbrände sein würde, da die Hälfte aller Brände - und oft die am schwersten zu bekämpfenden - vom Blitz gezündet werden.
Außerdem würde ein stärkerer Blitzschlag wahrscheinlich mehr Stickoxide in der Atmosphäre erzeugen, die die atmosphärische Chemie stark beeinflussen, sagen diese Wissenschaftler.
Explosive Atmosphäre
Während einige Studien Veränderungen des Blitzes im Zusammenhang mit jahreszeitlichen oder jährlichen Temperaturschwankungen gezeigt haben, gibt es keine verlässlichen Analysen, die darauf hinweisen, wie die Zukunft aussehen könnte.
Romps und sein Doktorand Jacob Seeley stellten die Hypothese auf, dass zwei atmosphärische Eigenschaften - Niederschlag und Wolkenauftrieb - zusammen ein Prädiktor für Blitze sein könnten, und untersuchten Beobachtungen im Jahr 2011, um festzustellen, ob eine Korrelation bestand. Romps sagte:
Ein Blitz wird durch die Ladungstrennung in Wolken verursacht. Um die Ladungstrennung zu maximieren, müssen Sie mehr Wasserdampf und schwere Eispartikel in die Atmosphäre schleudern. Wir wissen bereits, dass je schneller die Aufwinde, desto mehr Blitze und je mehr Niederschläge, desto mehr Blitze fallen.
Niederschlag - die Gesamtmenge an Wasser, die in Form von Regen, Schnee, Hagel oder anderen Formen auf den Boden trifft - ist im Grunde ein Maß dafür, wie konvektiv die Atmosphäre ist, und Konvektion erzeugt Blitze. Die Aufstiegsgeschwindigkeiten dieser konvektiven Wolken werden durch einen Faktor namens CAPE (konvektiv verfügbare potentielle Energie) bestimmt, der von ballongetragenen Instrumenten, sogenannten Radiosonden, gemessen wird, die zweimal täglich in den USA freigesetzt werden. Toben erklärt:
CAPE ist ein Maß dafür, wie explosionsgefährdet die Atmosphäre ist, dh wie lebhaft ein Luftpaket wäre, wenn Sie es konvektieren und durch darüber liegende Luft in die freie Troposphäre dringen lassen würden. Wir stellten die Hypothese auf, dass das Produkt aus Niederschlag und CAPE einen Blitz vorhersagen würde.
Mithilfe von Daten des US-Wetterdienstes zu Niederschlägen, Radiosondenmessungen von CAPE und Blitzschlagzahlen des National Lightning Detection Network der University of Albany (New York) gelangte man zu dem Schluss, dass 77 Prozent der Abweichungen bei Blitzschlägen vorhergesagt werden konnten nur diese beiden Parameter zu kennen. Romps sagte:
Wir waren überwältigt, wie unglaublich gut das funktioniert hat, um Blitzeinschläge vorherzusagen.
Anschließend untersuchten die Forscher 11 verschiedene Klimamodelle, die Niederschläge und CAPE in diesem Jahrhundert vorhersagen und im jüngsten Coupled Model Intercomparison Project (CMIP5) archiviert wurden. CMIP wurde als Ressource für Klimaforscher eingerichtet und bietet eine Sammlung von Ergebnissen aus globalen Klimamodellen, die zum Vergleich und zur Validierung herangezogen werden können. Romps sagte:
Mit CMIP5 haben wir nun erstmals die CAPE- und Niederschlagsdaten zur Berechnung dieser Zeitreihen.
Im Durchschnitt sagen die Modelle einen Anstieg des CAPE in den USA um 11 Prozent je Grad Celsius Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur bis zum Ende des 21. Jahrhunderts voraus.
Blitzeinschläge von Wolke zu Boden
Da die Modelle für diesen Zeitraum landesweit nur eine geringe durchschnittliche Niederschlagszunahme vorhersagen, ergibt sich aus dem Produkt von CAPE und Niederschlag ein Anstieg der Blitzeinschläge von Wolke zu Boden um etwa 12 Prozent pro Grad in den angrenzenden USA oder ein Anstieg von etwa 50 Prozent bis 2100, wenn die Erde Die zu erwartende Temperaturerhöhung um 4 Grad Celsius ist zu verzeichnen. Dies setzt voraus, dass die Kohlendioxidemissionen im Einklang mit dem normalen Geschäftsbetrieb weiter steigen.
Warum CAPE mit der Erwärmung des Klimas zunimmt, ist immer noch ein Bereich aktiver Forschung, obwohl klar ist, dass dies mit der grundlegenden Physik des Wassers zu tun hat. Warme Luft enthält normalerweise mehr Wasserdampf als kalte Luft. Tatsächlich nimmt die Menge an Wasserdampf, die Luft „halten“ kann, exponentiell mit der Temperatur zu. Da Wasserdampf der Treibstoff für Gewitter ist, können die Blitzraten sehr empfindlich von der Temperatur abhängen.
Fazit: Eine Studie vom 14. November 2014 in der Zeitschrift Wissenschaft deutet darauf hin, dass die Blitzeinschläge in den Vereinigten Staaten in diesem Jahrhundert aufgrund der mit dem Klimawandel verbundenen Erwärmungstemperaturen um 50 Prozent zugenommen haben.