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Wissenschaft

Hitze & Dürren im Klimawandel – aktueller Stand der Attributionsforschung

2022-07-21 18:25:05
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Quelle: Science Media Center Deutschland

In Europa herrscht ein Sommer mit extremen Hitzewellen und langanhaltenden Dürren, der schwerwiegende Folgen für die menschliche Gesundheit, Landwirtschaft und Ökosysteme hat, wie das Science Media Center Deutschland berichtet.

Vor allem in Teilen Südeuropas begünstigt die Kombination aus Hitze und Trockenheit heftige Waldbrände.Die Klimaforschung konnte solche extremen Wetterereignisse lange nicht direkt mit dem Klimawandel in Verbindung bringen. Das habe sich in den vergangenen Jahren geändert, in denen sich der Forschungszweig der Attributionsforschung etablierte.

Heute können Forschende beziffern, wie stark sich die Wahrscheinlichkeit, mit der Hitzewellen, Dürren, Starkregen und Wirbelstürme auftreten, durch den Klimawandel verändert. Jedoch funktioniert diese Attribution bei verschiedenen Wetterereignissen unterschiedlich gut.

Warum das so ist, mit welchen Methoden die Attributionsforschung arbeitet und welche Schlüsse sie im Besonderen über den Beitrag des Klimawandels zu Hitzewellen und Dürren ermöglicht, erklären Attributionsforschende im Folgenden. Doktor Jakob Zscheischler„Bei Hitzeextremen sei der Einfluss des Klimawandels sehr klar und wir können mittlerweile sagen, dass quasi jede Hitzewelle durch den Klimawandel in ihrer Intensität verstärkt wurde.

Da Hitzewellen Ereignisse sind, die am oberen Rand der Temperaturverteilung stattfinden, lasse sich dieser Zusammenhang recht einfach herstellen: Ein Verschieben der Temperaturverteilung hin zu wärmeren Temperaturen führt zu häufigeren und intensiveren Hitzewellen. Dementsprechend werden Kältewellen seltener.“„Für Dürren sei der Zusammenhang generell schwieriger.

Einerseits hält die wärmere Atmosphäre mehr Wasser, was im globalen Mittel zu erhöhtem Niederschlag führt. Auf der anderen Seite entziehen warme Temperaturen dem Boden mehr Wasser durch Verdunstung, was in vielen Regionen häufiger zu trockenen Böden führt.“„Um den Einfluss des Klimawandels abzuschätzen, vergleicht man in der Regel Modellsimulationen mit und ohne anthropogenen Einfluss.

Kommen die Wetterextreme in den Simulationen mit menschlichem Einfluss häufiger vor, können wir einen Zusammenhang zwischen dem menschengemachten Klimawandel und Wetterextremen herstellen. Alternativ können wir auch sehr lange Messreihen analysieren, um zu sehen, ob sich die Häufigkeit von Wetterextremen über die Zeit verändert hat.“Prof.

Doktor Friederike Otto„Attributionsforscher finden heraus, ob und wenn ja wie sehr der menschengemachte Klimawandel die Intensität und Häufigkeit bestimmter Wetterereignisse verändert – jetzt und in der Zukunft. Aber vor allem jetzt, denn der Klimawandel sei hier und ob er in der Zukunft ähnlich wie jetzt sei oder schlimmer wird, hängt davon ab, wie viele Treibhausgase wir in Zukunft emittieren.

Der Klimawandel beeinflusst verschiedene Extreme verschieden stark (Details hier [1]): Eine Hitzewelle, die ohne Klimawandel ein Jahrhundertereignis gewesen wäre, sei jetzt normaler Sommer. Eine Jahrhundertflut sei jetzt im Schnitt einmal in 50 Jahren zu erwarten.

Andere Ereignisse wie Dürren verändern sich in manchen Regionen gar nicht. Kältewellen seien deutlich seltener.

Wie gut man diese Änderungen mit Hilfe der Attributionsforschung quantifizieren kann, hängt von der Qualität der Daten – Beobachtungen und Modelle – ab. Bei guter Datenlage könne man auch kleine Änderungen gut quantifizieren, bei schlechter könne man auch die Änderungen der Hitze nur grob abschätzen.“Dr.

Karsten Haustein„Hitzewellen seien mittlerweile sehr leicht zu attribuieren – also dem Klimawandel zuzuordnen –, da fast immer ein klares Änderungssignal in den Daten zu finden ist. Anders sieht es bei Starkregenereignisse, Überflutungen und Dürreperioden aus, wo der Zusammenhang oftmals nur schwer herzustellen ist.

Das liegt einerseits daran, dass solche Ereignisse generell seltener auftreten, aber insbesondere daran, dass die natürliche Schwankungsbreite – beispielsweise bei Starkregen – im Vergleich zur menschengemachten Änderung riesig ist.“„Die Daten beziehungsweise Methoden, die zur Herstellung des Zusammenhangs verwendet werden, seien einerseits langjährige Beobachtungszeitreihen und andererseits Klimamodellsimulationen. Mit statistischen Verfahren lassen sich die Veränderungen in der Auftretenshäufigkeit von Extremereignissen quantifizieren.

Wenn Beobachtungs- und Modellsimulationsdaten gleiche Ergebnisse liefern, spricht man von einem vertrauenswürdigen Ergebnis. Für Hitzeextreme sei das fast immer der Fall.“ Doktor Jakob Zscheischler„Sowohl terrestrische als auch marine Hitzewellen kommen wegen des Klimawandels wesentlich häufiger vor und seien wesentlich intensiver.

Solange die Treibhausgas-Emissionen nicht auf null sind, werden sich Hitzewellen in Zukunft immer weiter verstärken und immer häufiger vorkommen.“Prof. Doktor Friederike Otto„Der Klimawandel sei ein absoluter Game Changer: Das, was früher seltene Ereignisse waren, seien jetzt gewöhnliche Sommer.

Das, was ohne Klimawandel unmöglich gewesen wäre, seien jetzt die neuen Extremereignisse. Ob diese auch zu gewöhnlichen Ereignissen werden, liegt in unserer Hand und hängt davon ab, bei welcher globalen Mitteltemperatur wir Netto-Null-Emissionen erreichen.“Dr.

Karsten Haustein„Hitzewellen nehmen sowohl über Land als auch in den Ozeanen zu. Insbesondere über Land haben sich die Wahrscheinlichkeiten für das Auftreten von Hitzeepisoden drastisch erhöht.

Teilweise finden wir ein um den Faktor 10 bis 100 erhöhtes Risiko für die heißesten Ereignisse. Da der global beobachtete Temperaturanstieg von circa 1,2 bis 1,3 Grad vollständig menschengemacht ist, könne jede statistisch nachweisbare Änderung auch entsprechend dem Menschen zugeschrieben werden.“ „In Europa werde die Anzahl der Hitzewellen in den kommenden Jahrzehnten weiter drastisch zunehmen.

Richtig gefährlich seien lange Hitzeperioden wie im Jahr 2003. Sollte sich eine solche Wetterlage wiederholen – mit Temperaturen, die etwa ein Grad höher liegen würden als noch vor 20 Jahren – wären die gesundheitlichen Risiken immens. Daher braucht es frühzeitige Anpassung.

Die kurzen Phasen mit besonders starker Hitze in den vergangenen Sommern – so wie in der aktuellen Woche – sollten Warnung genug sein, uns rechtzeitig mit Anpassungsmaßnahmen zu befassen.“ Doktor Jakob Zscheischler„In Südeuropa nimmt die jährliche Niederschlagsmenge ab, dort haben wir jetzt schon häufigere und intensivere Dürren als noch vor 100 Jahren. In Nordeuropa nimmt die Niederschlagsmenge eher zu.

In Zentraleuropa sehen wir bisher keine starken Veränderungen und die Klimamodelle seien sich bezüglich der Zukunft relativ unsicher. Aber auch ohne Änderungen im Niederschlagsmittel kommen trockene Böden häufiger vor, da die wärmeren Lufttemperaturen dem Boden durch Verdunstung Wasser entziehen.“  Prof.

Doktor Friederike Otto„Im Mittelmeerraum seien Dürren häufiger geworden, im Rest Europas nicht. Allerdings seien auch in Zentral- und Osteuropa die Auswirkungen von Dürre dramatischer – durch die höheren Temperaturen und die Begradigung von Flüssen.“Dr.

Karsten Haustein„Die Klimaerwärmung erhöht die Verdunstung, während gleichzeitig mehr Feuchte in der Luft gehalten werden kann. Dies führt in vielen Regionen – auch in Deutschland – zu zunehmender Austrocknung der Böden, die immer seltener durch gelegentliche Starkniederschläge im Sommer ausgeglichen werden kann.

Klimamodelle liefern uns aufgrund ihrer groben Modellauflösung in dieser Hinsicht noch keine optimalen beziehungsweise konsistenten Ergebnisse. Dennoch sei aus physikalischer Sicht ziemlich klar, dass das Risiko von Dürreperioden – insbesondere in den sowieso schon trockeneren Gebieten – drastisch zunehmen wird.

Die anhaltende Dürre von 2018 bis 2020, sowie die neuerliche Dürre in 2022 seien Belege dafür. Sicher werden auch wieder feuchtere Jahre kommen, aber die Dürrephasen werden häufiger, wodurch langfristig der Grundwasserspiegel sinken kann.“ Doktor Jakob Zscheischler„Generell befördern Hitze und Dürre Waldbrände, aber es benötigt auch brennbares Material und etwas, das den Waldbrand entzündet.

Zum Beispiel ein Blitz oder, wie in den meisten Fällen, Fahrlässigkeit. Hitze und Dürre führen dann dazu, dass sich der Waldbrand weiter ausbreiten kann.

Diesen Zusammenhang könne man schon recht gut nachweisen, beispielsweise bei den großen Waldbränden in den vergangenen Jahren in Kalifornien.“Prof. Doktor Friederike Otto„Deutlich, wenn die Datenlage gut ist.

Feuerwetter besteht im Wesentlichen aus hohen Temperaturen, wenig Niederschlag und Wind. Auch wenn Änderungen in den beiden letzten Komponenten oft gering sind, sei die Waldbrandgefahr allein durch den dramatischen Anstieg extremer Hitze deutlich gestiegen, und zwar fast überall.

Im Mittelmeerraum besonders stark, da dort eine Abnahme des Niederschlags hinzukommt.“Dr. Karsten Haustein„Mehr Hitze sorgt für mehr Verdunstung und somit bei gleichbleibendem Niederschlag für trockenere Böden.

Selbst mehr Niederschlag in Summe muss nicht weniger Dürre bedeuten, da die Anzahl trockener Tage zunimmt – bei gleichzeitiger Zunahme der Niederschlagsintensität, wenn es mal regnet. Die Gefahr, dass die Sommer zusätzlich sogar regenärmer werden, steigt insbesondere in Ostdeutschland weiter an.

Mit zunehmender Dauer der Trockenphasen nimmt selbstredend auch das Waldbrandrisiko zu. Kommt dann noch Wind dazu – was im Sommer bei trockenen Wetterlagen sehr häufig sei –, werde es kritisch.“„Bei den Waldbränden in Schweden 2018 haben wir keinen direkten Zusammenhang mit dem Klimawandel gefunden, was aber eher der dünnen Datenlage geschuldet war.

Keine klare Aussage treffen zu können, heißt nicht, dass es den Zusammenhang nicht dennoch gibt. Es dauert nur länger, bis man ihn sicher nachweisen kann.

Generell steigt sowohl Dürre- als auch Waldbrandgefahr mit jedem Zehntel Grad globaler Erwärmung weiter an.“ Doktor Jakob Zscheischler„Ein Einzelereignis habe statistisch die Wahrscheinlichkeit null. Deswegen ging man lange davon aus, dass man nicht viel über den Einfluss des Klimawandels auf Einzelereignisse sagen kann.

Worüber sich aber etwas sagen lässt, ist, wie der Klimawandel die Wahrscheinlichkeit für ein Wetterextrem – welches in einem bestimmten Gebiet über einen bestimmten Zeitraum mit einer Intensität von mindestens X auftritt – verändert. Also zum Beispiel eine Hitzewelle in Sachsen, bei der die Tageshöchsttemperaturen über drei Tage mindestens 30 Grad Celsius betragen.

Letzten Endes werden also keine kausalen Aussagen über einzelne Ereignisse gemacht, sondern über Ereignisklassen. Diese Erkenntnis habe vor 20 Jahren die Attributionsforschung begründet.“Prof.

Doktor Friederike Otto„Weil die Methoden und Tools, das zu tun, nicht erfunden waren. Sie seien es jetzt, die Aussage sei also falsch.

Aber natürlich haben sich Intensität und Häufigkeit nicht bei jedem Extremereignis verändert – welche sich wie sehr verändert haben, könne man zum Beispiel hier nachlesen [2].“Dr. Karsten Haustein„Ein einzelnes Extremereignis sei erstmal immer nur eine Manifestation von Wetter.

Das könne theoretisch unter vielen Klimabedingungen auftreten. Was sich ändert, sei die Häufigkeit bestimmter Wetterlagen, wie Hitze- und Niederschlagsextremen.

Daher könne man in der Regel nur von geänderten Wahrscheinlichkeiten sprechen. Manche Extreme – wie beispielsweise die Hitze in Kanada in 2021 oder das Überschreiten der 40 Grad Celsius im Vereinigten Königreich diese Woche – seien wiederum so weit jenseits des Erwartbaren, dass sie ohne den menschlichen Einfluss quasi nicht möglich gewesen wären.

In solchen Fällen sei es besser, sich vorzustellen, dass die Hitzewelle auch ohne Klimawandel gekommen wäre, aber eben zwei bis drei Grad kühler ausgefallen wäre. So werde deutlich, dass Ereignisse, die heute zur Hitzewelle werden, ohne Klimawandel recht erträglich und moderat geblieben wären.

Insofern können wir zumindest in den extremsten Fällen von Hitze schon jetzt sagen, dass bestimmte Ereignisse (im Prinzip) kausal menschengemacht sind. Für die große Masse der Extremereignisse handelt es sich jedoch um ein statistisches Problem, dem wir mit der Abschätzung geänderter Auftretenswahrscheinlichkeiten beikommen.“Dr.

Karsten Haustein: „Keinerlei Interessenkonflikt meinerseits.“[1] Clarke B et al. (2022): Über Extremwetter und den Klimawandel berichten.

Ein Leitfaden für Medien.[2] Clarke B et al. (2022): Extreme weather impacts of climate change: an attribution perspective.

Environmental Research: Climate. DOI: 10.1088/2752-5295/ac6e7d.[I] Science Media Center (2022): Was tun bei Hitze in der Stadt? Langfristige und kurzfristige Strategien.

Science Response. Stand: 15.07.2022.Chand SS et al.

(2022): Declining tropical cyclone frequency under global warming. Nature Climate Change.

DOI: 10.1038/s41558-022-01388-4..

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