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Warum verstärken kleine Temperaturunterschiede an der Meeresoberfläche Tropenstürme?
Verborgener Verstärker im Ozean: Nicht nur die absolute Wassertemperatur, sondern auch kleinräumige Temperaturunterschiede an der Meeresoberfläche können beeinflussen, wie stark Tropenstürme werden. Eine globale Analyse zeigt, dass Zyklone über schwachen Temperaturgradienten weniger Kühlung auslösen und im Mittel deutlich stärker werden als über ausgeprägten Temperaturfronten.
Qingdao (China). Tropische Wirbelstürme beziehen einen großen Teil ihrer Energie aus warmem Oberflächenwasser. Gleichzeitig kühlen sie ihre eigene Energiequelle: Ihre starken Winde durchmischen den oberen Ozean und holen kälteres Wasser aus der Tiefe nach oben. Wie stark diese Rückkopplung ausfällt, hängt nicht nur vom vertikalen Temperaturaufbau des Ozeans ab. Auch kleinräumige Temperaturunterschiede entlang der Meeresoberfläche spielen offenbar eine wichtige Rolle.
Forscher der Ocean University of China haben dazu globale Tropensturm-Daten aus den Jahren 2003 bis 2022 mit hochaufgelösten Satellitenkarten der Meeresoberflächentemperatur kombiniert. Im Zentrum stand der horizontale Temperaturgradient, also die Frage, wie stark sich die Wassertemperatur über Entfernungen von etwa einem bis mehreren zehn Kilometern verändert. Das Team bestimmte diese Gradienten mehrere Tage vor der Passage eines Sturms und verglich sie anschließend mit der sturmbedingten Abkühlung und der weiteren Intensitätsentwicklung.
Die Auswertung enthüllte einen deutlichen Zusammenhang: Über Regionen mit schwachen Temperaturgradienten kühlte die Meeresoberfläche während eines Tropensturms weniger stark ab. Dadurch blieb dem Wirbelsturm mehr Wärme als Energiequelle erhalten. Global betrachtet erreichten Stürme über den schwächsten Gradienten eine um rund 40 Prozent höhere Intensität als Stürme über den stärksten Gradienten.
Besonders deutlich zeigte sich das Muster bei rascher Intensivierung. Rund 60 Prozent der sich schnell verstärkenden Tropenstürme traten über Gebieten mit unterdurchschnittlichen Temperaturgradienten auf. Bei schnell intensivierenden Stürmen der Kategorie 4 stieg dieser Anteil auf etwa 70 Prozent. Zudem hatten rund 60 Prozent der intensiven Stürme, die auf Land trafen, in den Tagen vor dem Landfall unterdurchschnittliche Gradienten durchquert.
Warum kann ein starker horizontaler Temperaturkontrast den Sturm bremsen? Nach der Analyse fördern ausgeprägte Meeresfronten unter bestimmten Windrichtungen die turbulente Durchmischung im oberen Ozean. Besonders wirksam ist dies bei sogenannten Down-Front-Winden, die entlang einer Temperaturfront so wehen, dass das warme Wasser rechts der Windrichtung liegt. Dann kann kaltes, dichteres Wasser verstärkt über die Front transportiert werden.
Die stärkere Durchmischung bringt mehr kaltes Wasser an die Oberfläche und verstärkt dadurch die vom Sturm selbst verursachte Abkühlung. Bei schwachen Gradienten fällt dieser zusätzliche Kühlungseffekt geringer aus. Der Ozean entzieht dem Wirbelsturm damit weniger Energie. Die Autoren interpretieren die kleinräumigen Temperaturgradienten deshalb als einen zusätzlichen ozeanischen Faktor für die Intensitätsentwicklung, nicht als alleinigen Vorhersagewert.
Für die Vorhersage könnte das interessant sein, weil hochauflösende Satellitendaten solche Temperaturstrukturen schon vor dem Eintreffen eines Sturms erfassen können. Die Gradienten könnten bestehende Prognosen ergänzen, die unter anderem die absolute Meeresoberflächentemperatur, den Wärmeinhalt des oberen Ozeans, die vertikale Windscherung und die Luftfeuchtigkeit berücksichtigen.
Die Studie zeigt außerdem einen langfristigen Trend: In den tropensturmaktiven Meeresregionen sind die untersuchten Oberflächentemperaturgradienten seit 1993 im Mittel um etwa zehn Prozent pro Jahrzehnt schwächer geworden. Nach Einschätzung der Autoren könnte dieser Rückgang Bedingungen begünstigen, unter denen Tropenstürme intensiver werden. Aus der Beobachtung allein lässt sich jedoch nicht ableiten, wie groß der Anteil dieses Effekts an bisherigen oder