Warum sind wir so sicher, dass extreme Wetterereignisse durch die globale Erwärmung verursacht werden?

Durch die globale Erwärmung verändern sich die Wahrscheinlichkeiten zufälliger Wetterprozesse.

Verfasst von Wei Ke (Institut für Atmosphärenphysik, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Extreme Wetterereignisse treten weltweit häufig auf

Die hohen Temperaturen im Juni 2023 werden in die Geschichte des extremen Klimas Pekings eingehen. Die Zahl der Tage mit hohen Temperaturen (Höchsttemperaturen von 35 °C oder mehr), die vom Beijing South Suburb Observatory in diesem Monat aufgezeichnet wurden, erreichte 15 Tage und übertraf damit die 12 Tage in den Jahren 2000, 2018 und 2020. Hitzewarnungen sind zur Norm geworden. Im Juni gab das Wetteramt von Peking eine blaue, sieben gelbe, drei orange und eine rote Hochtemperaturwarnung heraus. Am 22., 23. und 24. Juni überstieg die Höchsttemperatur drei Tage in Folge die 40°C-Marke. Die Temperatur am Beijing South Suburb Observatory erreichte 41,1 °C, 40,3 °C bzw. 40,0 °C und stellte damit einen neuen Rekord von 40 °C an drei aufeinanderfolgenden Tagen in der Geschichte der modernen Wetterbeobachtungen in Peking auf.

Hohe Temperaturen betreffen alle Länder gleichermaßen. Mitte bis Ende Juni kam es in vielen Bundesstaaten der USA zu Stromengpässen und sogar großflächigen Stromausfällen. So war beispielsweise die Stadt Jackson im Bundesstaat Mississippi fast 100 Stunden lang ohne Strom. (Wegen der wütenden Waldbrände in Kanada leiden weite Teile des Mittleren Westens und des Ostens der USA unter schwerer Luftverschmutzung.) An vielen Orten auf der Welt kam es gleichzeitig zu hohen Temperaturen. Am 21. Juni überstieg die Höchsttemperatur in Nuevo Laredo, Mexiko, drei Tage in Folge 45 °C und die Höchsttemperatur in Monclova überstieg drei Tage in Folge 46 °C; die Höchsttemperatur in Nokundi, Pakistan erreichte 49 °C; Die Höchsttemperatur in Zabol, Iran, erreichte 50,8 °C und war damit die höchste der Welt an diesem Tag.

Extrem hohe Temperaturen sind nur die Spitze des Eisbergs extremer Wetterkatastrophen auf der ganzen Welt. Zu dem „Katastrophenpaket“, das die globale Erwärmung mit sich bringt, gehören auch schwere Regenfälle, Überschwemmungen, Dürren, Waldbrände, stärkere Taifune, die Versauerung der Ozeane, ein Anstieg des Meeresspiegels und so weiter. Seit Juni haben schwere Regenfälle in Haiti mindestens 42 Todesopfer gefordert und etwa 19.000 Menschen vertrieben. In der ecuadorianischen Provinz Esmeraldas fielen innerhalb von 12 Stunden so viele Niederschläge wie sonst in einem Monat, was zu Überschwemmungen führte und Zehntausende Menschen betraf. Waldbrände breiteten sich in Kanada aus und bedeckten eine Fläche von mehr als 77.000 Quadratkilometern; Der Zyklon „Billjoy“ erreichte die indische Küste, tötete zwei Menschen und verletzte 23. Wladikawkas, die Hauptstadt der russischen Region Nordossetien-Alanien, hat aufgrund heftiger Regenfälle den Notstand ausgerufen.

Warum kommt es aufgrund der globalen Erwärmung zu extremen Wetterbedingungen?

Warum sind wir so sicher, dass extreme Wetterereignisse und die globale Erwärmung untrennbar miteinander verbunden sind? Dies liegt daran, dass in der Klimaforschung in den letzten Jahrzehnten relativ ausgereifte Methoden zur Erkennung und Zuordnung extremer Wetterereignisse entwickelt wurden. Die Idee ist nicht kompliziert. Wenn Sie einen gewöhnlichen Würfel werfen, beträgt die Wahrscheinlichkeit, den Höchstwert 6 zu erhalten, eins zu sechs. Wenn Sie einmal eine 6 würfeln, können Sie dies auf Glück zurückführen. Wenn Sie die 6 jedoch viele Male würfeln, ist die Wahrscheinlichkeit, dass eine 6 fällt, viel größer als eins zu sechs. Zu diesem Zeitpunkt kann man es nicht mehr dem Glück zuschreiben. Es ist sehr wahrscheinlich, dass der Würfel selbst manipuliert wurde. Dasselbe gilt für extreme Wetterbedingungen. Dabei werden Simulationen mit und ohne globale Erwärmung durchgeführt: Wenn in der Simulation mit globaler Erwärmung die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten eines bestimmten Extremwetters stark ansteigt, ist dies nicht auf zufällige (nichtlineare) Wetterprozesse zurückzuführen, sondern darauf, dass sich durch die zunehmende globale Erwärmung die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten solcher Extremwetter verändert hat.

Im Jahr 2004 veröffentlichten Peter Stott und andere Mitarbeiter des Hadley Centre des britischen Met Office einen Artikel in Nature[1], in dem sie die Ursachen der extrem hohen Temperaturen in Europa im Jahr 2003 analysierten. Die extreme Hitzewelle forderte in Europa mehr als 70.000 Todesopfer. Ihre Analyse zeigt, dass sich aufgrund der globalen Erwärmung die Wahrscheinlichkeit extrem hoher Temperaturen wie im Jahr 2003 verdoppelt hat. Daher haben sich die „Würfel“ für extrem heiße Wetterbedingungen durch die globale Erwärmung verändert. Wenn solche extrem hohen Temperaturen wiederholt auftreten, kann man nicht mehr davon ausgehen, dass es sich um rein zufällige Wetterprozesse handelt.

Das International Weather Attribution Team (WWA) hat in den vergangenen Jahren Attributionsanalysen zu globalen extremen Dürren, hohen Temperaturen, starken Regenfällen, Kältewellen und Stürmen durchgeführt und festgestellt, dass die globale Erwärmung hinter fast allen extremen Wetterereignissen auf der Welt steckt. Im August 2022 beispielsweise überstieg die Höchsttemperatur in London 40 °C; Ende Juni 2021 erreichte die Höchsttemperatur in Lytton, Kanada 49,6 °C. Analysen zeigen, dass ein solches Ereignis ohne die globale Erwärmung unwahrscheinlich wäre [2, 3]. Im März 2022 brachen extrem hohe Temperaturen in Indien und Pakistan in Südasien den 122 Jahre alten historischen Rekord. Simulationsanalysen zeigen, dass der Klimawandel die Wahrscheinlichkeit solcher Ereignisse um das 30-fache erhöht hat[4]. Wenn wir zur Beschreibung des Wetterprozesses immer noch die Analogie des „Würfelns“ verwenden, hat sich der Aspekt der extrem hohen Temperaturen durch die globale Erwärmung grundlegend verändert.

Laut der Zuordnungsanalyse des schweren Regensturms „720“ in Zhengzhou, Henan im Jahr 2021, die vom Institut für Atmosphärenphysik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften durchgeführt wurde, haben sich die Wahrscheinlichkeit schwerer Regenstürme in Henan aufgrund der Klimaerwärmung und -nässe verdoppelt und die Niederschlagsintensität um etwa 7,5 % zugenommen. Unterschätzen Sie diese 7,5 % nicht. Es ist möglicherweise der übermäßige Niederschlag, der die schlimmsten Katastrophen verursacht. Bis zum Ende dieses Jahrhunderts wird die Niederschlagsintensität, wenn man von einem mittleren Emissionsszenario ausgeht, im Vergleich zur letzten Periode um weitere 21,9 % zunehmen und die Wahrscheinlichkeit wird sich vervierfachen. Auch extreme Regenfälle wie der Regensturm von Zhengzhou sind ein „Würfel“, der durch die globale Erwärmung tiefgreifend verändert wurde.

Der Grund für das häufige Auftreten verschiedener extremer Wetterlagen liegt darin, dass bei steigender globaler Temperatur mehr Wärme in das Klimasystem gelangt und insbesondere die Atmosphäre mehr Wasserdampf aufnehmen kann. Wenn es regnet, kann es aufgrund der höheren Wasserdampfmenge leicht zu Starkregen und Überschwemmungen kommen. In trockenen Gebieten kann die Luft schwerer gesättigt werden, sodass die Dürre schlimmer wird. Dies ist der „Nass wird nasser, Trocken wird trockener“-Effekt, der durch die globale Erwärmung hervorgerufen wird[5]. Darüber hinaus wird bei der Kondensation von Wasserdampf mehr latente Wärme freigesetzt, was den Sturm stärker macht und zu heftigeren konvektiven Wetterereignissen wie Böenlinien, Fallböen, Hagel und Tornados führt. Laut dem Bericht „Human Costs from Disasters 2000–2019“ des Büros der Vereinten Nationen für Katastrophenvorbeugung und -reduzierung hat sich in den letzten 20 Jahren die Zahl extremer Hitzeereignisse um 232 %, die Zahl der Überschwemmungen um 134 %, die Zahl der Stürme um 97 %, die Zahl der Waldbrände um 46 % und die Zahl der Dürren um 29 % erhöht – wir sind in eine neue Phase häufiger Katastrophen eingetreten.

Mit dem Einzug des Sommers auf der Nordhalbkugel werden extrem hohe Temperaturen zur Norm. Die Weltorganisation für Meteorologie ruft die Länder dazu auf, frühzeitig Warnungen herauszugeben und Maßnahmen zu ergreifen. Regierungen und Verwaltungsbehörden auf allen Ebenen müssen nicht nur Wetterwarnungen und -vorhersagen herausgeben, sondern auch den Rechten und Interessen gefährdeter Gruppen sowie von Arbeitern im Freien und bei hohen Temperaturen mehr Aufmerksamkeit schenken. Sie müssen öffentliche Hitzeschutzzentren einrichten, insbesondere bei orangefarbenen und roten Hochtemperaturwarnungen, und öffentliche Aktivitätszentren, Regierungsbehörden, Bibliotheken usw. öffnen, damit Arbeiter im Freien die heißesten Mittagsstunden meiden können. Um das Risiko eines Hitzschlags zu verringern, ist es für die Öffentlichkeit wichtig, auf verschiedene Prognose- und Warninformationen zu achten und die neuesten Prognosen und Warnungen rechtzeitig zu aktualisieren.

Verweise

[1] Stott, PA, Stone, DA, Allen, MR 2004. Menschlicher Beitrag zur europäischen Hitzewelle 2003. Nature, 432, 610-614.

[2] Philip, SY, Kew, SF, van Oldenborgh, GJ, Anslow, FS, Seneviratne, SI, Vautard, R., Coumou, D., Ebi, KL, Arrighi, J., Singh, R., van Aalst, M., Pereira Marghidan, C., Wehner, M., Yang, W., Li, S., Schumacher, DL, Hauser, M., Bonnet, R., Luu, LN, Lehner, F., Gillett, N., Tradowsky, JS, Vecchi, GA, Rodell, C., Stull, RB, Howard, R., Otto, FEL 2022. Schnelle Attributionsanalyse der außergewöhnlichen Hitzewelle an der Pazifikküste der USA und Kanadas im Juni 2021. Earth Syst. Dynam., 13(4), 1689-1713.

[3] Zachariah, M., Vautard, R., Schumacher, DL, Vahlberg, M., Heinrich, D., Raju, E., Thalheimer, L., Arrighi, J., Singh, R., Li, S., Sun, J., Vecchi, G., Yang, W., Seneviratne, SI, Tett, SFB, Harrington, LJ, Wolski, P., Lott, FC, McCarthy, M., Tradowsky, JS, Otto, FEL 2022. Ohne den vom Menschen verursachten Klimawandel wären Temperaturen von 40℃ in Großbritannien äußerst unwahrscheinlich gewesen.

[4] https://www.worldweatherattribution.org/climate-change-made-devastating-early-heat-in-india-and-pakistan-30-times-more-likely/

[5] Held, IM, Soden, BJ 2006. Robuste Reaktionen des Wasserkreislaufs auf die globale Erwärmung. Journal of Climate, 19(21), 5686–5699.

Dieser Artikel wird vom Science Popularization China Starry Sky Project unterstützt

Produziert von: Chinesische Vereinigung für Wissenschaft und Technologie, Abteilung für Wissenschaftspopularisierung

Hersteller: China Science and Technology Press Co., Ltd., Beijing Zhongke Xinghe Culture Media Co., Ltd.

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