#DWD -> #Thema des Tages 2021-08-15: Bjerknes und die Rückkopplungen

Thema des Tages

Bjerknes und die Rückkopplungen

In die Reihe berühmter Meteorologen reiht sich zweifellos Jacob 
Bjerkness ein, der sich unter anderem durch seine Arbeiten rund um 
das El Niño-Phänomen einen Namen machte.


Jacob Aall Bonnevie Bjerknes wurde 1897 in Stockholm (Schweden) 
geboren. Sein Vater war der norwegische Meteorologe Vilhelm Bjerknes,
einer der Pioniere der modernen Wettervorhersage. Sein Großvater 
väterlicherseits war der norwegische Mathematiker und Physiker Carl 
Anton Bjerknes. 

Bjerknes gehörte zu einer Gruppe von Meteorologen unter der Leitung 
seines Vaters, Vilhelm Bjerknes an der Universität Leipzig. Gemeinsam
entwickelten sie ein Modell, das den Lebenszyklus von Zyklonen 
(Tiefdruckgebieten) in mittleren Breiten erklärt, wobei sie die Idee 
der Fronten, d. h. von scharf definierten Grenzen zwischen 
verschiedenen Luftmassen, einführten. Dieses Konzept ist als 
norwegisches Zyklonenmodell bekannt.

Ab 1917 war Bjerknes vorrangig im Geophysikalischen Institut der 
Universität Bergen tätig, welches sein Vater zuvor gegründet hatte. 
Zum wissenschaftlichen Team in Bergen gehörten unter anderem die 
schwedischen Meteorologen Carl-Gustaf Rossby und Tor Bergeron. Wie 
Jacob Bjerknes und Halvor Solberg 1922 in einer wegweisenden 
Schlüsselarbeit feststellten, war die Dynamik der Polarfront in 
Verbindung mit dem Zyklonenmodell der wichtigste Mechanismus sowie 
Ausdruck des meridionalen (Süd-Nord) Wärmetransports in der 
Atmosphäre. Für diese und andere Forschungen erhielt Jacob Bjerknes 
1924 den Doktortitel der Universität zu Oslo.

Im Jahr 1926 unterstützte Jacob Bjerknes als Meteorologe den 
Polarforscher Roald Amundsen bei der ersten Überquerung der Arktis 
mit dem Luftschiff Norge. Im Jahr 1931 wurde er Professor für 
Meteorologie am Geophysikalischen Institut der Universität von 
Bergen. Im Jahre 1940 wanderte er in die Vereinigten Staaten aus, wo 
er am Fachbereich Physik der "University of California" in Los 
Angeles eine von der regionalen Regierung geförderte meteorologische 
Abteilung für Wettervorhersagen leitete. 

Bjerknes gründete das ?UCLA Department of Meteorology? (das heutige 
?Department of Atmospheric and Oceanic Sciences?). 

Als Professor an der "University of California" stellte er unter 
anderem fest, dass die Standardwerte der 
Meeresoberflächentemperaturen (SST) im äquatorialen Ostpazifik für so
niedrige Breitengrade zuweilen bemerkenswert kalt sind. Da der 
westliche Pazifik relativ warm ist, besteht entlang des äquatorialen 
Pazifiks ein großer SST-Gradient. Infolgedessen muss eine direkte 
thermische Zirkulation in der Atmosphäre entlang des äquatorialen 
Pazifiks existieren. Die kühle, trockene Luft über den kalten 
Gewässern des östlichen Äquatorialpazifiks strömt westwärts entlang 
der Oberfläche in Richtung des warmen Westpazifiks. Dort wird die 
Luft erwärmt, mit Feuchtigkeit aus dem warmen Wasser angereichert und
steigt schließlich auf. Diese systematische äquatoriale Zirkulation, 
die mit einem vorherrschenden zonalen Druckgradienten (entlang des 
Äquators) verbunden ist, wurde von Bjerknes als "Walker-Zirkulation" 
bezeichnet. Bjerknes ging davon aus, dass Schwankungen in dieser 
Zirkulation Impulse in der so genannten Südlichen Oszillation (oder 
Southern Oscillation, SO) auslösen und schließlich zu einem 
ENSO-Ereignis (siehe unter Suchbegriff ENSO im Wetterlexikon 
https://www.dwd.de/DE/service/lexikon) führten.

Während die Oberflächenwinde durch den zonalen SST-Gradienten entlang
des Äquators nach Westen getrieben werden, bewirken sie den kalten 
Auftrieb von Ozeanwasser im östlichen äquatorialen Pazifik.

Bjerknes bezeichnete die sich wiederholenden Rückkopplungen der 
ozeanischen und atmosphärischen Zirkulation über dem tropischen 
Pazifik als "Kettenreaktion" und stellte fest, dass "eine sich 
verstärkende Walker-Zirkulation auch für eine Zunahme des 
Ost-West-Temperaturkontrasts sorgt, der die Walker-Zirkulation 
überhaupt erst hervorruft". 
Bjerknes stellte außerdem fest, dass die Wechselwirkung auch 
umgekehrt funktionieren könnte: Eine Abnahme der äquatorialen 
Ostwinde verringert dagegen die Zufuhr von auftreibendem kaltem 
Wasser, und der verringerte Ost-West-Temperaturgradient führt zu 
einer Verlangsamung der Walker-Zirkulation. Damit lieferte er eine 
Erklärung für den Zusammenhang zwischen niedrigen Werten (oder 
Niedrigphase) der Südlichen Oszillation (SO) und dem El Niño-Phänomen
sowie für den Zusammenhang zwischen hohen Werten der SO und dem 
normalen kalten Zustand des Ostpazifiks.

Jacob Bjerknes starb 1975 im Alter von 77 Jahren in Los Angeles 
(USA). Mit seinen teils fundamentalen Erkenntnissen schuf er wichtige
Voraussetzungen für die Vorhersagbarkeit von regionalen 
Klimaphänomenen wie z.B. des ENSO-Zyklus. Damit waren die Grundlagen 
für längerfristige Wettervorhersagen in bestimmten Bereichen mit 
periodisch wiederkehrender Klimavariabilität gelegt.

Dipl.-Met. Dr. Jens Bonewitz
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale 
Offenbach, den 15.08.2021

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