Niederschlagstrends bestimmen, wie oft Dürren und Hitzewellen zusammen auftreten werden

Dass die globale Erwärmung die Temperaturen über Landmassen erhöhen und damit die Häufigkeit von Dürren und Hitzewellen zunehmen wird, steht fest – ebenso wie die Tatsache, dass der Klimawandel die durchschnittliche Niederschlagsmenge an Land verändern wird. Unklar war bisher jedoch, unter welchen Bedingungen beide Extremereignisse zusammen auftreten werden, so genannte „compound hot-dry-events“. Die UFZ-Forscher haben diese Ereignisse als Sommer definiert, in denen die Durchschnittstemperatur höher war als in 90 Prozent der Sommer zwischen 1950 und 1980 und gleichzeitig weniger Niederschlag fiel als in 90 Prozent dieser Jahre.

„In der Vergangenheit wurden Dürreperioden und Hitzewellen oft getrennt voneinander betrachtet; es gibt jedoch eine starke Korrelation zwischen den beiden Ereignissen, die sich in den Extremen von 2003 und 2018 in Europa gezeigt hat. Die negativen Folgen dieser zusammengesetzten Extreme sind oft größer als bei einem einzelnen Extrem“, sagt UFZ-Klimaforscher Dr. Jakob Zscheischler, Letztautor der Studie. Bislang war jedoch nicht bekannt, wovon das künftige gleichzeitige Auftreten dieser Extreme abhängt – die Unsicherheiten in den durch routinemäßig verwendete Klimamodell-Simulationen abgeschätzten Ereignissen waren zu groß, um zu belastbaren Aussagen zu kommen.

Die Forscher haben nun ein neuartiges Modellensemble, bestehend aus sieben Klimamodellen, verwendet, um diese Unsicherheiten zu verringern und besser zu verstehen. Jede Modellsimulation wurde bis zu 100 Mal durchgeführt, um der natürlichen Klimavariabilität Rechnung zu tragen. Sie untersuchten den historischen Zeitraum zwischen 1950 und 1980 und verglichen die Ergebnisse mit denen eines möglichen zukünftigen Klimas, das zwei Grad wärmer ist als die vorindustriellen Bedingungen. „Der Vorteil dieser Mehrfachsimulationen ist, dass wir eine viel größere Datenmenge haben als bei herkömmlichen Modell-Ensembles und so zusammengesetzte Extreme besser abschätzen können“, erklärt Dr. Emanuele Bevacqua, Erstautor und Klimaforscher am UFZ. Die Forscher konnten die bisherige Annahme bestätigen, dass die durchschnittliche Häufigkeit zusammengesetzter Heiß-Trocken-Ereignisse mit der globalen Erwärmung zunehmen wird: Während die Häufigkeit zwischen 1950 und 1980 bei 3 Prozent lag, was statistisch gesehen einem Ereignis alle 33 Jahre entspricht, werden es in einem zwei Grad wärmeren Klima rund 12 Prozent sein. Das wäre eine Vervierfachung im Vergleich zum untersuchten historischen Zeitraum.

Aus den Simulationen konnten die Klimaforscher auch ableiten, dass die Häufigkeit von zusammengesetzten Heiß-Trocken-Ereignissen in Zukunft nicht von der Temperaturentwicklung, sondern von der Niederschlagsentwicklung bestimmt wird. Der Grund dafür ist, dass selbst bei einer moderaten Erwärmung von zwei Grad der lokale Temperaturanstieg so groß sein wird, dass in Zukunft jede Dürre irgendwo auf der Welt von einer Hitzewelle begleitet sein wird, unabhängig davon, um wie viel Grad die Temperatur lokal genau zunimmt. Die Unsicherheit bei der Erwärmung führt zu einer Unsicherheit bei der Vorhersage der Häufigkeit zusammengesetzter heiß-trockener Ereignisse von nur 1,5 Prozent. Damit wird die Temperatur als entscheidender Faktor für die Unsicherheit ausgeschlossen. Für den Niederschlag hingegen errechneten die Forscher eine Unsicherheit von bis zu 48 Prozent. „Das zeigt, dass lokale Niederschlagstrends bestimmen, ob Dürreperioden und Hitzewellen gleichzeitig auftreten“, erklärt Emanuele Bevacqua. Für Mitteleuropa bedeutet dies zum Beispiel, dass im Falle einer ‚feuchten Storyline‘ mit zunehmenden Niederschlägen Dürren und Hitzewellen im Durchschnitt alle zehn Jahre gleichzeitig auftreten, während sie im Falle einer ‚trockenen Storyline‘ mit abnehmenden Niederschlägen mindestens alle vier Jahre auftreten werden. Für Zentral-Nordamerika wären diese Ereignisse alle neun Jahre (‚wet storyline‘) und alle sechs Jahre (‚dry storyline‘) zu erwarten. Diese regionalen Storylines für Niederschlagstrends können als Grundlage für Anpassungsentscheidungen herangezogen werden, z. B. um Best- und Worst-Case-Szenarien zu bewerten.

Auch wenn wir wissen, dass die Niederschlagstrends für das Auftreten von Dürren und Hitzewellen entscheidend sind, ist es dennoch schwierig, sie zuverlässiger vorherzusagen: „Der Klimawandel kann die Verteilung der Niederschläge in bestimmten Regionen verschieben. Das Niederschlagsmuster hängt von der atmosphärischen Zirkulation ab, die durch zahlreiche Wechselwirkungen über weite Teile des Globus die regionale Wetterdynamik bestimmt“, sagt Emanuele Bevacqua. Da die Dynamik vieler dieser Prozesse noch nicht vollständig verstanden ist, ist es schwierig, diese Ungewissheiten weiter zu verringern.

Diese Erkenntnis – dass ein Trend bei einer Variablen das zukünftige Auftreten von zwei gleichzeitigen Extremereignissen bei einem globalen Temperaturanstieg von zwei Grad bestimmt – kann auch für andere zusammengesetzte Extreme verwendet werden. Sie lässt sich beispielsweise auf das Zusammenspiel von tropischen Stürmen und Hitzewellen oder von marinen Hitzewellen und Säuregrad-Extremen in den Ozeanen anwenden. „In diesen Fällen ist die Entwicklung der Sturmhäufigkeit bzw. der Ozeanversauerung der entscheidende Faktor, der die Häufigkeit des Zusammentreffens der beiden Extremereignisse in der Zukunft bestimmt“, sagt Jakob Zscheischler.

Datum: März 14, 2022
Quelle: Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung – UFZ


Journal Reference:

  1. Emanuele Bevacqua, Giuseppe Zappa, Flavio Lehner, and Jakob Zscheischler. Precipitation trends determine future occurrences of compound hot-dry eventsNature Climate Change, 2022 DOI: 10.1038/s41558-022-01309-5

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