Klimamodelle mit hochaufgelöstem Ozean bilden europäische Hitzesommer besser ab

Gemeinsame Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Meteorologie und des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel

Immer häufiger ächzt Europa im Sommer unter extremer Hitze. Der Grund für diese Häufung ist der Klimawandel – doch welche physikalischen Mechanismen bewirken eine Hitzewelle im Einzelnen? Ein wichtiger Treiber für die Wetterlage auf dem europäischen Kontinent ist der Nordatlantik. So hatten Studien des Max-Planck-Instituts für Meteorologie (MPI-M) beispielsweise gezeigt, dass ein Wärmestau im subtropischen Nordatlantik einige Jahre später zu extrem heißen Sommern in Europa führen kann.

Ein weiterer Mechanismus, der sich auf einer anderen Zeitskala abspielt, hat seinen Ursprung in höheren Breiten. Beobachtungen zeigen, dass außergewöhnlich niedrige Meeres­ober­flächen­temperaturen im subpolaren Nordatlantik eine Hitzewelle in Europa anstoßen können. Was zunächst paradox klingt, ist das Ergebnis einer Kettenreaktion: Eine außergewöhnlich kalte Meeresoberfläche in Kombination mit einem Tiefdrucksystem führt zu einem erhöhten Energieaustausch vom Ozean zur Atmosphäre und damit zu einer weiteren Abkühlung der Meeresoberfläche sowie zur Stabilisierung des Tiefdruckgebiets über dem Atlantik. Dies begünstigt, dass sich stromabwärts eine blockierende Hochdruckwetterlage ausbilden kann. Solche Wetterlagen hatten zum Beispiel in den Sommern 2015 und 2018 Hitzewellen auf dem europäischen Kontinent verursacht.

Eine von Forschenden des MPI-M und des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel geleitete Studie hat untersucht, wie gut aktuelle Klimamodelle diesen Mechanismus wiedergeben. Dazu analysierten die Autor:innen Simulationen des Klimas über 100 Jahre. Diese wurden mit sieben Modellen erstellt, von denen sechs am High Resolution Model Intercomparison Project (HighResMIP) teilnehmen. Das Team verglich jeweils Standardkonfigurationen mit einem groben Rechengitter und höher aufgelöste Konfigurationen, wobei die Auflösung im Ozean zwischen acht und 100 Kilometern variierte und in der Atmosphäre zwischen 18 und 200 Kilometern. Um die Übereinstimmung mit der Realität zu prüfen, verglichen die Forschenden die Modellergebnisse mit sogenannten Reanalyse-Daten, welche Beobachtungen und Wettermodelle kombinieren, für den Zeitraum von 1979 bis 2019.

Bessere Ozeandynamik, bessere Abbildung der Hitzewellen

„Unser zentrales Ergebnis ist, dass hochaufgelöste Klimamodelle Hitzewellen, die mit dem Nordatlantik-Mechanismus verknüpft sind, viel besser abbilden als Modelle mit grober Auflösung“, sagt Dr. Julian Krüger, der seine Doktorarbeit zu diesem Thema in der Forschungsgruppe Klimaextreme der Forschungseinheit Maritime Meteorologie am GEOMAR verfasst hat und jetzt am MPI-M arbeitet. Er ist Erstautor der Studie, die jetzt in dem Fachjournal Communications Earth & Environment veröffentlicht wurde.

„Entscheidend ist dabei vor allem die bessere Auflösung im Ozean“, betont er. Die realistischere Darstellung von Wirbeln und Fronten im Nordatlantik verbessert die Simulation der Meeresoberflächentemperatur und infolgedessen auch des Energieaustauschs zwischen Ozean und Atmosphäre. Das Tief über dem Atlantik ist dadurch langlebiger und stärker ausgeprägt, und das nachfolgende Hoch über Europa ebenso – beides in Übereinstimmung mit den Beobachtungen.

Die Studie zeigt, dass Verbesserungen in der Simulation europäischer Hitzewellen wesentlich von der realistischen Darstellung des Ozeans abhängen. Wirbelauflösende Ozeanmodelle erweisen sich als Schlüssel, um großräumige Wechselwirkungen zwischen dem Atlantik und Europa korrekt zu erfassen. Allerdings gibt es auch bei den hochaufgelösten Modellen noch Optimierungsbedarf: So wird die Intensität der Hitzewelle noch nicht ausreichend simuliert und die geografische Lage des Hochs weicht von der Realität ab. Da der Schwerpunkt der Studie auf der feineren Auflösung der Ozeandynamik lag, wollen die Autor:innen als nächstes prüfen, ob eine höhere Auflösung in der Atmosphäre weitere Verbesserungen bringt.

Originalstudie:

Julian Krüger, Joakim Kjellsson, Katja Lohmann, Daniela Matei & Robin Pilch Kedzierski (2026): Improved European heat event simulation in eddy-resolving climate models. Commun Earth Environ 7, 123.

https://doi.org/10.1038/s43247-025-03145-9