Max-Planck-Institut für Meteorologie: Tropisches Regenband wird durch den Klimawandel erst breiter und dann schmaler

Wie wird sich die Innertropische Konvergenzzone durch den Klimawandel verändern? Eine neue Studie zeigt, dass das Regenband nach einem Kohlendioxid-Anstieg zwei Phasen durchläuft: Erst dehnt es sich aus, später zieht es sich zusammen.

Weltkarte, die den globalen Niederschlag zeigt. Der Farbverlauf geht von blau (wenig Niederschlag) über grün und gelb nach rot (viel Niederschlag). Rund um den Äquator ist ein Band mit hohem Niederschlag zu erkennen. — Die Grand-Average-Precipitation-Climatology-Daten von 2000–2023 zeigen erhöhten Niederschlag rund um den Äquator. Credit: NASA

Heftige Gewitter, die sich immerzu aufs Neue zusammenbrauen, sind in den Tropen Alltag. Die starke Hitze in der Äquatorregion und das Zusammenströmen der Passatwinde von der Nord- und Südhalbkugel lassen warme, feuchte Luftmassen aufsteigen. Dabei kühlen sie ab und es bilden sich intensive Regengüsse. Etwa ein Drittel des globalen Niederschlags fällt in diesem Regenband, das Fachleute als Innertropische Konvergenzzone (ITCZ) bezeichnen. Verändern sich die Position der ITCZ oder ihre Ausdehnung, so kann das weitreichende Folgen haben – für das Wetter und die Trinkwasserversorgung in den Tropen sowie für das globale Klima.

Klimaprojektionen zufolge wird die ITCZ durch die menschengemachte Erderwärmung langfristig schmaler werden. Beobachtet wird allerdings seit einiger Zeit eher eine Tendenz zur Ausdehnung. In einer neuen Studie haben Forscherinnen des Max-Planck-Instituts für Meteorologie (MPI-M) diesen scheinbaren Widerspruch aufgelöst. Sie zeigen: Steigt die Konzentration von Kohlendioxid (CO₂) in der Atmosphäre abrupt an, so dehnt sich die ITCZ zunächst polwärts aus und der Niederschlag fällt weniger stark aus. Nach einigen Jahrzehnten zieht sich die ITCZ zusammen, wird schmaler als vorher, und der Regen intensiviert sich – wie bei einem Schwamm, den man ausdrückt.

Virtuelles Experiment

Die Grafik zeigt auf der vertikalen Achse die Veränderung der Ausdehnung der ITCZ in Grad und auf der horizontalen Achse einen zeitlichen Verlauf über 150 Jahre. Die Kurve verläuft von oben nach unten, am Anfang ist sie mit "Expand" markiert, am Ende mit "Contract" — Veränderung der Tiefe der tropischen Zone im Experiment mit einer abrupten Vervierfachung des CO2-Gehalts. Positive Werte entsprechen einer Ausdehnung der ITCZ in Richtung der Pole, negative Werte einer Kontraktion. Die grauen Linien zeigen den gleitenden 11-Jahres-Mittelwert der einzelnen Realisierungen des Experiments („Ensemble-Mitglieder“). Die schwarze Linie stellt den Jahresmittelwert aller 30 Ensemble-Mitglieder dar, die rote Linie deren gleitenden 11-Jahres-Mittelwert.

Diese beiden Phasen identifizierten die MPI-M-Forscherinnen Jiayu Zhang und Sarah Kang durch ein virtuelles Experiment. Um der ITCZ eine Reaktion zu entlocken, in der sich die schnelle Antwort deutlich von der langsamen unterscheidet, vervierfachten sie in einer Simulation mit dem Klimamodell MPI-ESM die CO₂-Konzentration der Atmosphäre auf einen Schlag. Die ITCZ dehnt sich daraufhin rasch nach Nord und Süd aus. Nach etwa einem Jahrzehnt zieht sie sich allmählich zusammen. Qualitativ lässt sich dieser Verlauf auch in einem realistischeren Szenario, in dem der CO₂-Gehalt der Atmosphäre nicht abrupt, sondern allmählich ansteigt, erkennen. In dieser Simulation findet der Übergang von der Ausdehnung zur Kontraktion statt, wenn die CO₂-Konzentration in der Atmosphäre etwas mehr als doppelt so hoch ist wie vor der Industrialisierung, sofern man andere Antriebe vernachlässigt. Dies ist etwa 80 Jahre nach Beginn des CO₂-Anstiegs der Fall.

Zusammenhang mit Erwärmungsmuster im Ozean

Diese Ergebnisse stehen im Einklang mit jüngsten Erkenntnissen, wonach sich Klimamuster zunächst in die eine und dann in die andere Richtung entwickeln können. So hatten Forschende aus Kangs Team bereits zuvor gezeigt, dass sich der östliche Teil des tropischen Pazifiks als Reaktion auf steigende CO₂-Konzentrationen zunächst abkühlt, sich später jedoch sogar stärker erwärmt als der westliche Teil. Die Ergebnisse der neuen Studie stimmen damit überein, denn zwischen den Wasseroberflächentemperaturen und der Ausdehnung der ITCZ besteht ein etablierter Zusammenhang: Temperaturen im tropischen Pazifik, die relativ zur Hintergrunderwärmung der Tropen kühler sind, führen zur Ausdehnung der ITCZ, wärmere Temperaturen zur vorhergesagten Verengung der tiefentropischen Konvektionszone (Engl. „deep tropics squeeze“).

Für den aktuellen Klimawandel bedeutet dies, dass die aktuelle Situation, in der die ITCZ erst einmal breiter zu werden scheint, noch mehrere Jahrzehnte andauern könnte. Zur Kontraktion der ITCZ und zur Intensivierung der Niederschläge im tropischen Regenband würde es demnach wahrscheinlich erst gegen Ende des Jahrhunderts kommen. Im nächsten Schritt wollen die Forscherinnen untersuchen, warum es bei der Antwort der ITCZ so große Unterschiede zwischen den Modellen gibt.

Originalveröffentlichung

Jiayu Zhang, Sarah M. Kang, Fast expansion and slow contraction of the ITCZ in response to CO₂ forcing. Sci. Adv. 12, eaef2833(2026). DOI: 10.1126/sciadv.aef2833

Kontakt

Dr. Jiayu Zhang
Max-Planck-Institut für Meteorologie
jiayu.zhang@we dont want spammpimet.mpg.de

Prof. Dr. Sarah Kang
Max-Planck-Institut für Meteorologie
sarah.kang@we dont want spammpimet.mpg.de

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