Globaler Monsun

Monsunniederschlag in Kambodscha im Juli 2007

Unter „Monsun“ wurde lange Zeit ausschließlich der Indische oder südasiatische Monsun verstanden. Erst in den letzten Jahrzehnten wurde deutlich, dass der Monsun ein wesentlich größeres und komplexes System darstellt, das Wetter und Klima großer Teile der in den Tropen und Subtropen liegenden Kontinente bestimmt. Es setzte sich das Konzept des „globalen Monsuns“ durch.

Bedeutung des Monsuns

Die Monsungebiete der Erde sind durch jahreszeitlich wechselnde Winde und hohe saisonale Niederschläge gekennzeichnet, die mit Trockenzeiten abwechseln. In den Monsungebieten fallen 31 % der globalen Niederschläge, obwohl sie nur 19,4 % der Erdoberfläche einnehmen. Der Monsunniederschlag zeigt starke Schwankungen von Jahr zu Jahr, die für Dürren und Überschwemmungen verantwortlich sein können. In vielen Monsungebieten ist die Landwirtschaft daher in hohem Maße von den sommerlichen Monsun-Niederschlägen abhängig. Auch für den Anbau in der Nachmonsunzeit (ab November auf der Nordhalbkugel) sind die vorausgegangenen Monsunniederschläge wichtig, da bei reichlichen Niederschlägen Bodenfeuchte und Grundwasserspeicher hoch sind, was den Winterpflanzen zugute kommt bzw. der Bewässerung dient. Es gibt weltweit keine Klimaschwankung, die einen größeren Einfluss auf die Gesellschaft hat, als die Veränderungen des Monsun-Niederschlags, der die Lebensader von Zweidritteln der Weltbevölkerung darstellt. Insbesondere gilt das für Indien und China mit ihren sehr hohen Bevölkerungsdichten in den Monsungebieten. Veränderungen der Monsunzirkulation durch den Klimawandel sind daher von größter Bedeutung für einen erheblichen Teil der Weltbevölkerung.

Das Konzept des Globalen Monsuns

Der Monsun wurde zumeist regional betrachtet, was eine gewisse Berechtigung besitzt, da die einzelnen Monsungebiete durchaus ihre regionalen Besonderheiten haben. Schwankungen der Monsunzirkulation über Jahrzehnte und Reaktionen auf externe Antriebe wie Veränderungen der Sonneneinstrahlung oder eine höhere Treibhausgaskonzentration der Atmosphäre erfolgen in den Monsungebieten jedoch häufig global. In jüngster Zeit hat sich daher die Betrachtung des Monsuns als ein globales System durchgesetzt. So hat der amerikanische Forscher K. Trenberth den Monsun als eine weltweite Umwälzzirkulation der Atmosphäre in den Tropen und Subtropen definiert, die saisonal variiert und in die die regionalen Monsune eingebettet sind. Letztlich ist der globale Monsun eine Reaktion des Klimasystems auf die jährliche Schwankung der Solarstrahlung mit jahreszeitlich wechselnden Winden und Niederschlägen, wobei der Einfluss des Temperatur- und Luftdruckgegensatzes zwischen Land und Meer eine entscheidende Rolle spielt. Im Hinblick auf die Folgen des Monsuns für die Gesellschaft sind dabei die Niederschläge von wesentlich größerer Bedeutung als der Wind. Sie werden daher auch der Abgrenzung der Monsungebiete zugrunde gelegt (s. Abb. und Text unten).

Regionen mit Monsunniederschlägen

Ein typisches Merkmal des Monsunklimas ist der Kontrast zwischen niederschlagsreichem Sommer und trockenem Winter. Im Sommer weht der Wind vom kühleren Ozean, über dem relativ hoher Luftdruck herrscht, auf das angrenzende wärmere Landgebiet und bringt Feuchtigkeit und Niederschlag mit sich. Im Winter dreht sich die Zirkulation um: Der Wind weht aus kühleren und trockenen Hochdruckzellen auf dem Land auf's Meer.

Monsungebiete können dadurch abgegrenzt werden, dass die Differenz zwischen Winter- und Sommerniederschlägen mehr als 2 mm/Tag betragen und die Niederschläge mindestens 70 % der jährlichen Niederschläge ausmachen. Das erste Kriterium unterscheidet das Monsunklima vom ariden und semiariden oder mediterranen Klima, in dem die Niederschläge hauptsächlich im Winterhalbjahr fallen. Das zweite Kriterium unterscheidet das Monsun-Klima vom äquatorialen Klima mit Niederschlägen das ganze Jahr über. Die ozeanischen Monsungebiete stellen zumeist Erweiterungen der entsprechenden kontinentalen Monsungebiete dar und besitzen ebenfalls die typischen monsunalen Niederschlagsmerkmale. Eine Ausnahme ist das Monsungebiet im südwestlichen Pazifik, das rein ozeanisch ist und wegen des fehlenden Land-Meer-Kontrasts daher auch kein typisches Monsungebiet darstellt.

Monsunniederschlag in den letzten 1000 Jahren im Vergleich zur Solarstrahlung, CO₂-Konzentration und globalen Mitteltemperatur.

Schwankungen und Mechanismen

Die Intensität des Monsuns zeigt nicht nur Unterschiede von Jahr zu Jahr und bringt so im Sommer den unter der Herrschaft des Monsuns stehenden Landstrichen mal mehr oder weniger Regen. Die Monsunniederschläge besitzen auch Schwankungen über Jahrzehnte und Jahrhunderte. Nach Modellrechnungen waren die Niederschläge des globalen Monsuns erhöht in der Mittelalterlichen Warmzeit (1000-1400) und relativ gering während der Kleinen Eiszeit (1450-1850) und wiederum erhöht im 20. Jahrhundert. Die Verstärkung der Niederschläge im 20. Jahrhundert, die deutlich stärker als in der Mittelalterlichen Warmzeit sind, ist dabei beispiellos. Was sind die Grüne für diese mittel- bis längerfristige Variabilität des Monsuns?

Als Ursache für die hohen Monsunniederschläge im Mittelalter und die relativ niedrigen in der Kleinen Eiszeit kommt im wesentlichen die unterschiedliche Sonneneinstrahlung in Frage, die im Mittelalter höher war als während der Kleinen Eiszeit. Bei einer stärkeren Einstrahlung erwärmt sich das Land stärker als der angrenzende Ozean. Damit nimmt der thermale Land-Meer-Kontrast zu, somit auch der Druckgegensatz, wodurch die Monsunzirkulation und der damit verbundene Niederschlag verstärkt werden. Da die Sonneneinstrahlung im Mittelalter aber ungefähr der im 20. Jahrhundert entsprach, zeigen die höheren Monsun-Niederschläge im 20. Jahrhundert die Wirkung der Treibhausgase. Die globale Erwärmung wird also begleitet durch eine Verstärkung des Jahreszyklus des tropischen Klimasystems.

Die Monsungebiete auf der Nord- und auf der Südhalbkugel zeigen in ihrer Reaktion auf die verschiedenen Antriebe bezeichnende Unterschiede. Die Monsune der Nordhalbkugel reagieren stärker auf den Treibhausgas-Antrieb im 20. Jahrhundert als auf den solaren Antrieb im Mittelalter. Die der Südhalbkugel reagierten dagegen während des Mittelalters stärker auf den solaren Antrieb als auf die höhere Treibhausgas-Konzentration der Gegenwart. Der Grund ist, dass die Erwärmung durch Treibhausgase im 20. Jahrhundert einen stärkeren thermalen Land-Meer-Gegensatz hervorgerufen hat (+0,48 °C gegenüber der Kleinen Eiszeit) als die Erwärmung durch solare Einstrahlung im Mittelalter (+0,18 °C gegenüber der Kleinen Eiszeit). Der höhere Land-Meer-Gegensatz wirkte sich aber stärker auf der Nordhalbkugel mit ihren großen Landmassen aus als auf der landmassenarmen Südhalbkugel. Eine Folge ist auch, dass sich im 20. Jahrhundert die Nordhalbkugel insgesamt stärker erwärmte als die Südhalbkugel mit ihren großen Ozean-Gebieten. Dadurch wurden die Luftdruckunterschiede über den Äquator hinweg verstärkt, was wiederum zu stärkeren Bodenwinden von der Süd- zur Nordhalbkugel führt und damit in manchen Gebieten den nordhemisphärischen Monsun verstärkt.

Bei dem Monsun der Südhemisphäre spielt weniger der Land-Meer-Gegensatz eine Rolle als der durch Temperaturunterschiede hervorgerufene Luftdruckgegensatz zwischen dem süd-östlichen Pazifik und dem tropischen Indischen Ozean. Die Niederschläge der südlichen Monsungebiete werden dann stärker, wenn der Luftdruck im südöstlichen Pazifik steigt und im tropischen Indischen Ozean fällt. Dadurch entsteht dann ein nach Westen gerichteter Luft- und Feuchtigkeitstransport mit erhöhten Monsunniederschlägen über dem südwestlichen Indischen Ozean, über dem australischen Monsungebiet und über Südafrika.

Projektionen

In den letzten 30 Jahren wurden sowohl eine Ausdehnung des globalen Monsun-Gebietes wie eine Zunahme der globalen Monsunniederschläge beobachtet. Modelluntersuchungen zeigen, dass sich dieser Trend in einer wärmeren Welt bis zum Ende des 21. Jahrhunderts fortsetzen wird. Die globale Erwärmung dehnt die Monsungebiete um 7-9 % aus, und zwar zu 80 bis 90 % über den Ozeanen. Bei der Zunahme der Niederschläge zeigen die Modelle unterschiedliche Ergebnisse; ein Mittelwert liegt bei 10-15 %. Die Niederschläge pro m² erhöhen sich dabei vor allem auf dem Land, was der dort lebenden Bevölkerung zugute kommt. Nach dem Szenario RCP4.5 wird über den meisten Gebieten der Anteil des sommerlichen Monsunniederschlags am jährlichen Niederschlag zunehmen. Ausnahmen sind die Monsungebiete in Südasien und Nordamerika. Auch die regionale Verteilung der Monsunniederschläge wird sich ändern. Auf der Nordhalbkugel werden die Niederschläge deutlich zu-, auf der Südhalbkugel geringfügig abnehmen. Auf der Nordhalbkugel wird sich auch die Monsunzeit im Sommer ausdehnen, insbesondere über den asiatischen Monsungebieten.

Die Zunahme der Niederschläge ist vor allem eine Folge des intensiveren hydrologischen Zyklus durch die höhere Temperatur. Durch die erhöhte Meeresoberflächentemperatur verstärkt sich die Verdunstung und damit der Wasserdampfgehalt in der Atmosphäre, der dann kräftigere Monsunniederschläge speist.

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Kontakt: Dieter Kasang