„So viel Regen wie ein ganzes Jahr fällt an einem Tag“ könnte künftig häufiger vorkommen

In vielen Gebieten im Süden kam es in den letzten Tagen zu anhaltenden, heftigen Regenfällen. In Teilen von Guangdong, Fujian, Guangxi und anderen Orten kam es zu mäßigem bis starkem Regen, örtlich mit starkem oder sintflutartigem Regen.

(Die obigen Bilder stammen vom China National Radio)

(Die obigen Bilder stammen aus Guilin Evening News)

Während wir der Katastrophe zusahen, hörten wir auch, wie einige Leute im Katastrophengebiet ihre Zweifel äußerten, etwa „Das ist zu seltsam“ und „So stark hat es noch nie geregnet“.

Wir werden die Zunahme ungewöhnlicher Niederschläge zweifellos körperlich spüren, aber ist das wirklich der Fall? Auf welchen Skalen können wir messen, ob der Niederschlag anormal ist?

Lassen Sie uns zunächst über „Variabilität“ sprechen.

Berichte über extreme Wetterlagen sind keine Seltenheit, daher scheint es, dass die Wetterextreme, die jedes Jahr auftreten, nicht allzu „extrem“ sind, oder?

Um dieses Problem zu lösen, müssen wir zunächst über die „Variabilität“ von Wetter und Klima sprechen.

Unter Variabilität versteht man die mögliche Bandbreite an Schwankungen oder Schwankungen bei Wetter oder Klima, die üblicherweise durch die Standardabweichung ausgedrückt werden kann. Die Niederschlagsvariabilität ist eine Statistik, die den Grad der Niederschlagsschwankung darstellt. Beispielsweise hat es gestern geregnet, heute aber nicht. Dies ist die Variabilität des Niederschlags auf der Wetterskala . Im Sommer nach El Niño kommt es im Mittel- und Unterlauf des Jangtsekiang häufig zu Überschwemmungen und es regnet mehr als üblich, was auf die Variabilität der Niederschläge im Jahresvergleich zurückzuführen ist. Die Variabilität hängt eng mit Extremereignissen zusammen. Je größer die Variabilität, desto größer die Intensität extremer Ereignisse.

Ausdrücke wie „einmal in N Jahren“, die jeder in den Nachrichtenmedien sieht, werden in der Klimatologie als „Wiederkehrperiode“ bezeichnet. Dies ist ein statistisches Konzept, das als Umkehrung der Wahrscheinlichkeit des Eintretens eines Ereignisses betrachtet werden kann.

Generell gilt: Je stärker die Intensität eines Extremereignisses, desto geringer ist seine Eintrittswahrscheinlichkeit und desto länger ist seine Wiederkehrperiode. Je größer die Variabilität von Wetter und Klima ist, desto häufiger treten schwere Extremereignisse auf.

Zukünftige Niederschläge: Ungleichmäßige Verteilung ist ein größeres Problem als unzureichende

Für viele Menschen ist es unvorstellbar, dass an einem einzigen Tag so viel Regen fällt wie sonst im ganzen Jahr. Doch das ist nicht nur möglich, sondern wird auch immer häufiger vorkommen.

Denn die Niederschlagsvariabilität nimmt zu.

Die auffälligsten Merkmale des Starkregenprozesses in Henan im Juli 2021 waren starke kurzfristige Regenfälle und ausgeprägte Niederschlagsextreme. Zu dieser Zeit betrug die maximale Niederschlagsmenge in Zhengzhou innerhalb von drei Stunden 333 mm, was mehr als der Hälfte der durchschnittlichen jährlichen Gesamtniederschlagsmenge entsprach. Die tägliche Niederschlagsmenge an der Wetterstation Houzhai im Bezirk Erqi betrug 692,2 mm und lag damit über der durchschnittlichen jährlichen Gesamtniederschlagsmenge in Zhengzhou.

Ob es nun heißt: „Die Hälfte des Jahresregens fällt in 3 Stunden“ oder „Der Jahresregen fällt an einem Tag“, dahinter spiegelt sich die erhöhte Variabilität der Niederschläge auf der Wetterskala wider, also die zeitliche Ungleichmäßigkeit der Niederschläge.

Warum sollten wir uns um die Niederschlagsvariabilität auf synoptischer Ebene kümmern? Denn sowohl kontinuierliche als auch konvektive Niederschläge stehen in direktem Zusammenhang mit Wettersystemen auf synoptischer Ebene. Gleichmäßiger Niederschlag über ein großes Gebiet und über einen langen Zeitraum entsteht durch eine Reihe von Wettersystemen oder durch die langfristige Stagnation eines Wettersystems. Daher ist das Wetterskalensystem das erste, worüber man sich bei der Analyse und Prognose von Niederschlägen Gedanken machen muss.

Offensichtlich gibt es bei der jährlichen Niederschlagsmenge von insgesamt 641 mm (Zhengzhou) einen gewaltigen Unterschied hinsichtlich der verheerenden Auswirkungen, wenn der Niederschlag gleichmäßig über 365 Tage fällt oder wenn er innerhalb weniger Stunden auf einmal niederprasselt. Beunruhigend ist, dass amerikanische Wissenschaftler mithilfe von Klimamodellen herausgefunden haben, dass bis zum Ende dieses Jahrhunderts (2085-2100) die Hälfte des globalen Niederschlagsanstiegs innerhalb von sechs Tagen zurückgehen wird, wenn wir in Zukunft ohne politische Intervention ein Szenario mit hohen Treibhausgasemissionen annehmen (RCP8.5, bei dem die gesamte Strahlungsantriebskraft im Jahr 2100 8,5 W/m² erreicht).

Zufälligerweise ergab eine andere Studie zu Starkregen in Europa, dass sich vor dem Hintergrund der globalen Erwärmung die Bewegungsgeschwindigkeit konvektiver Systeme, die starke Winde und Regenstürme mit sich bringen, verlangsamt. Dies bedeutet, dass die Stürme länger an einem bestimmten Ort bleiben und lokal starke Regenfälle und Überschwemmungskatastrophen verursachen. Die Hochwasserkatastrophe in Deutschland im Sommer 2021 ist ein typisches Beispiel.

Bildquelle: Veer Gallery

Im Zusammenhang mit der globalen Erwärmung bedeutet die Zunahme der Niederschlagsvariabilität auf der Wetterskala, dass das Wetter stärker schwanken wird. Wie wird sich also zusätzlich zu den Änderungen der Variabilität auf der Wetterskala auch die Niederschlagsvariabilität auf anderen Skalen verändern?

In einer in Science Advances veröffentlichten Studie zeigte der assoziierte Forscher Zhang Wenxia vom Institut für Atmosphärenphysik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften , dass mit der Klimaerwärmung die Feuchtgebiete der Welt (hauptsächlich die Tropen, die meisten Monsungebiete sowie die Regionen mittlerer und hoher Breiten) aufgrund der Zunahme der Gesamtniederschlagsmenge feuchter werden, während gleichzeitig die Niederschlagsvariabilität zunimmt.

Wir wissen, dass die Gesamtmenge an Wasserdampf, die die Atmosphäre bei gleichem Luftdruck aufnehmen kann, eng mit der Temperatur zusammenhängt. Eine wärmere Atmosphäre kann mehr Wasserdampf „halten“. Mit der globalen Erwärmung steigt die Temperatur allmählich an, die Atmosphäre wird immer feuchter und mehr Wasserdampf kann in Niederschlag umgewandelt werden. Daher wird die Gesamtniederschlagsmenge auf der Erde in Zukunft „reichlicher“ werden.

Gleichzeitig wird aber auch die zeitliche Verteilung der Niederschläge ungleichmäßiger. Mit zunehmender Erwärmung wird die Niederschlagsvariabilität auf mehreren Zeitskalen, vom Wetter bis hin zu interannuellen Perioden, zunehmen. Das bedeutet, dass die Niederschlagsschwankungen zwischen Trocken- und Regenperioden dramatischer ausfallen werden und die Erde künftig häufiger von Dürren und Überschwemmungen betroffen sein wird.

Aus der folgenden Abbildung können wir ersehen, dass es bei den Niederschlägen in Zukunft vier mögliche Veränderungen geben wird: Die meisten Gebiete der Erde (darunter zwei Drittel der Landfläche) werden feuchter und die Niederschlagsvariabilität wird zunehmen (blauer Bereich); Gleichzeitig werden andere Gebiete von Austrocknung und erhöhter Niederschlagsvariabilität (grüner Bereich), Nässe und verringerter Niederschlagsvariabilität (roter Bereich) sowie Austrocknung und verringerter Niederschlagsvariabilität (brauner Bereich) betroffen sein.

Veränderungen der globalen Niederschläge vor dem Hintergrund der Klimaerwärmung. In den meisten Regionen dominiert die Farbe Blau, was bedeutet, dass die Gesamtniederschlagsmenge zunimmt und die Niederschlagsvariabilität zunimmt (chinesische Übersetzung aus Zitat 1)

Die Studie wies auch darauf hin, dass sich die globale Niederschlagsvariabilität mit jedem Anstieg der globalen Temperatur um 1 °C um etwa 5 % erhöht, was etwa der doppelten Rate der durchschnittlichen Niederschlagsänderung entspricht.

Warum haben Niederschläge so große „Stimmungsschwankungen“?

Wir wissen, dass Niederschlag entsteht, wenn aufsteigende Luft Wasserdampf in große Höhen transportiert und der Wasserdampf sich aufgrund des Temperaturabfalls zu Regentropfen verflüssigt. Die Luftbewegung (Luftzirkulation) und der Wasserdampfgehalt der Atmosphäre sind die beiden Hauptfaktoren, die die Niederschlagsänderungen bestimmen.

Die Studie wies darauf hin, dass vor dem Hintergrund der zukünftigen globalen Erwärmung der atmosphärische Wasserdampfgehalt zunehmen wird und mehr Wasserdampf das Auftreten extremer Niederschläge begünstigen wird, sodass die Niederschlagsvariabilität zunehmen wird. gleichzeitig wird die Wechselwirkung zwischen Wasserdampf und Zirkulation auch die Niederschlagsvariabilität erhöhen. Beispielsweise wird durch mehr Wasserdampf bei der Kondensation mehr latente Wärme freigesetzt, und diese Energie verstärkt die Aufwärtsbewegung weiter. Durch diesen positiven Rückkopplungsmechanismus wird die Niederschlagsvariabilität weiter zunehmen.

Wenn wir nur die Veränderungen des Wasserdampfs berücksichtigen, wird die Niederschlagsvariabilität in Zukunft weltweit gleichmäßiger zunehmen. Aufgrund der Abschwächung der Variabilität der Luftzirkulation vor dem Hintergrund der Erwärmung und unter dem kombinierten Einfluss von Wasserdampf und Zirkulation wird es bei den globalen Niederschlägen jedoch letztendlich zu vier Arten von Veränderungen kommen, wie in der Abbildung oben dargestellt.

Verschiedene Kombinationen von Änderungen der Niederschlagsmengen und -variabilität werden in unterschiedlichen Regionen zu unterschiedlichen hydrologischen, landwirtschaftlichen und ökologischen Auswirkungen führen. In Gebieten beispielsweise, in denen sowohl die Gesamtmenge als auch die Variabilität der Niederschläge zunehmen, regnet es zwar im Allgemeinen reichlich, es kommt jedoch häufiger zu extremen Niederschlägen und Überschwemmungen, was eine größere Herausforderung für das Wasserschutzsystem darstellt.

Menschen, die in Gebieten leben, in denen die Gesamtniederschlagsmenge abnimmt, die Niederschlagsvariabilität jedoch zunimmt, sind möglicherweise sowohl mit Süßwasserknappheit als auch häufigeren extremen Überschwemmungen und Dürren konfrontiert. Eine Zunahme der Gesamtniederschlagsmenge und eine Abnahme der Variabilität ist möglicherweise die Art von Veränderung, die wir am liebsten sehen würden. Dies bedeutet, dass es in Zukunft nicht nur reichlich Regen geben wird, sondern dass die Erde auch auf „stille und subtile“ Weise mit Nährstoffen versorgt wird. Leider gibt es auf der Welt kaum Regionen, die von dieser Art von Wandel betroffen sind.

Es ist erwähnenswert, dass das Niederschlagsänderungsmuster in den meisten Teilen Chinas „feuchter und volatiler“ ist, was bedeutet, dass die Niederschlagsextreme zunehmen werden und unsere breite Aufmerksamkeit auf sich ziehen müssen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es der Erde in Zukunft nicht an Niederschlägen mangeln wird, aber mehr Wasserdampf in der Atmosphäre zu größeren „Stimmungsschwankungen“ führen wird, die unweigerlich zu dramatischeren Trocken-Feuchtigkeits-Kontrasten und Überschwemmungskatastrophen führen werden, was mit der Tatsache übereinstimmt, dass sowohl Dürren als auch Überschwemmungen in den letzten zwei Jahrzehnten häufig aufgetreten sind. Vor dem Hintergrund der zunehmenden Erwärmung werden sich Änderungen der Niederschlagsvariabilität auf die Klimaresilienz der Gesellschaft und der Ökosysteme auswirken und auch die Bemühungen zur Reaktion auf den Klimawandel vor neue Herausforderungen stellen.

Die Zukunft ist da, es ist nicht zu spät, sich zu ändern

Im Sechsten Sachstandsbericht des IPCC, dem Bericht der Arbeitsgruppe I „Klimawandel 2021: Die physikalische Wissenschaftliche Grundlage“, der 2021 veröffentlicht wurde, wird darauf hingewiesen , dass der durch menschliche Aktivitäten verursachte Klimawandel in allen Regionen der Welt zu extremen Wetter- und Klimabedingungen führt und dass die anhaltende globale Erwärmung den globalen Wasserkreislauf, einschließlich seiner Variabilität, die globalen Monsunniederschläge und die Schwere von Trocken- und Regenfällen, weiter intensivieren wird.

Das Ausmaß der jüngsten Veränderungen im gesamten Klimasystem und der aktuelle Zustand vieler Aspekte des Klimasystems sind in den vergangenen Jahrhunderten und Jahrtausenden beispiellos und werden in den nächsten Jahrhunderten und Jahrtausenden unumkehrbar sein.

Im Film „Die wandernde Erde“ heißt es: „Anfangs kümmerte sich niemand um diese Katastrophe. Es war nur ein Waldbrand, eine Dürre, das Aussterben einer Art, das Verschwinden einer Stadt, bis diese Katastrophe uns alle unmittelbar betraf …“ Ob es uns interessiert oder nicht, die Zukunft ist da, die Erde hat eine Warnung ausgesprochen, und es geschehen Veränderungen –

Reduzieren Sie die Verwendung von Einweggeschirr, recyceln Sie Büropapier, nutzen Sie Plastikprodukte wie Einkaufstüten bestmöglich, reisen Sie kohlenstoffarm … Diese Themen scheinen altmodisch zu sein, aber wenn jeder von uns die Veränderungen auf der Erde erkennt und anfängt, selbst Veränderungen vorzunehmen, werden die scheinbar unbedeutenden Anstrengungen aller vereint und zur Kraft von Milliarden von Menschen. „Der beste Zeitpunkt, einen Baum zu pflanzen, war vor zehn Jahren. Der zweitbeste Zeitpunkt ist jetzt.“ Es ist nie zu spät, die Tatsachen zu respektieren und Änderungen vorzunehmen.

Verweise

[1]Zhang Wenxia, ​​​​Kalli Furtado, Peili Wu, Tianjun Zhou*, Robin Chadwick, Charline Marzin, John Rostron, David Sexton. 2021. Zunehmende Niederschlagsvariabilität auf täglichen bis mehrjährigen Zeitskalen in einer wärmeren Welt. Fortschritte der Wissenschaft. DOI: 10.1126/sciadv.abf8021.

[2]Pendergrass, AG, & Knutti, R. (2018). Die ungleichmäßige Natur der täglichen Niederschläge und ihre Veränderung. Geophysical Research Letters, 45, 11.980– 11.988. https://doi.org/10.1029/2018GL080298

[3]Kahraman, A., Kendon, EJ, Chan, S. & Fowler, HJ (2021). Im Zuge des Klimawandels breiten sich quasistationäre, heftige Regenfälle in ganz Europa aus. Geophysikalische Forschungsbriefe, e2020GL092361.

Planung und Produktion

Quelle: Science Academy (ID: kexuedayuan)

Autor: Zhang Wenxia Institut für Atmosphärenphysik, Chinesische Akademie der Wissenschaften

Zhao Yin Chinesisches Institut für Meteorologie

Herausgeber: He Tong

Korrekturgelesen von Xu Lai und Lin Lin