Dürren

Aus Klimawandel
Abb. 1: Dürre in Tansania, Satellitenbild der NASA vom 9.1.2006

Was sind Dürren?

Aufgrund der langanhaltenden sozioökonomischen Folgen werden Dürren als die bei weitem folgenreichsten Naturkatastrophen eingeschätzt.

Bei Dürren werden in der Regel drei Arten unterschieden:

  1. Meteorologische Dürren sind durch unterdurchschnittliche Niederschläge bestimmt. Sie werden durch den Standardisierten Niederschlags-Index (SPI) gemessen, nicht selten aber auch zusätzlich nach dem Standardisierten Niederschlags-Evaporations-Index (SPEI), bei dem auch die Verdunstung berücksichtigt wird.
  2. Landwirtschaftliche und ökologische Dürren zeigen sich an Ernteschäden und Austrocknung von Pflanzen und sind mit geringer Bodenfeuchtigkeit verbunden. Neben dem Niederschlag ist hier zusätzlich die potentielle Verdunstung entscheidend, was sich in dem SPEI-Index ausdrückt.
  3. Hydrologische Dürren zeigen sich in verringerten Abflüssen und geringen Wasservorräten in Brunnen, Seen, Grundwasser und anderen Reservoiren. Hier wird ebenfalls der SPEI-Index angewandt.

Auch der besonders in den USA häufig benutzte Palmer Drought Severity Index (PDSI) berücksichtigt außer dem Niederschlag weitere Parameter wie Bodentemperatur, Verdunstung und Bodenfeuchte und klassifiziert sie auf einer Skal von -10 (trocken) bis +10 (feucht). Der negative Teil der Skala wird wie folgt klassifiziert:[1]

  • -4,0 und weniger: extreme Dürre
  • -3,0 bis -3,99: starke Dürre
  • -2,0 bis -2,99: mäßige Dürre
  • -0,5 bis -0,99: beginnende Dürre
  • 0,49 bis -0,49: normal

Der PDSI hat sich als besonders geeignet für niedere und mittlere Breiten erwiesen.

Dürrerisiken

Wenige Wetterextreme richten so große ökologische und ökonomische Schäden an wie Dürren, unter denen jedes Jahr Millionen von Menschen zu leiden haben. Wegen ihrer langen Dauer und ihrer großräumigen Ausdehnung zählen Dürren für manche Regionen sogar zu den folgenreichsten Naturkatastrophen. Sie können den Grundwasserspiegel senken, die Wasserressourcen verringern und die Wasserqualität verschlechtern, was zu Hungerkatastrophen und Krankheiten führen kann. Dürren begünstigen Waldbrände und bedrohen in der Landwirtschaft die Nahrungsmittelproduktion durch Ernteschäden und Ertragsrückgänge. Zu den weiteren Folgen gehören Konflikte um die knappen Ressourcen, die Auflösung von sozialen Strukturen und Migrationsbewegungen. Beispielsweise soll die Dürre in Indien im Jahr 2014 zu Schäden in Höhe von schätzungsweise 30 Milliarden US-Dollar geführt haben.[2] Allein in den USA entstehen durch Dürren jedes Jahr im Mittel Schäden von 6-8 Mrd. US $. In Afrika fielen in den 1980er Jahren vor allem durch die Sahel-Dürre mehr als eine halbe Million Menschen dürrebedingten Katastrophen zum Opfer.[1] Für Europa betrugen die Schäden durch Dürren über die letzten 30 Jahre mindestens 100 Billionen Euro, bei einer Verdopplung der ökonomischen Schäden seit Ende des 20. Jahrhunderts. Während die ökonomischen Schäden besonders hoch in Industrieländern sind, leiden Länder mit niedrigem Einkommen besonders unter den sozialen Schäden durch Dürren.[3]

Abb. 2: Globale Dürre-Ereignisse
Abb. 3: Globales Dürre-Risiko

Das Dürrerisiko setzt sich zusammen aus den Faktoren[3]

  • Dürre-Ereignis,
  • Dürre-Exponiertheit und
  • Dürre-Verletzlichkeit

Das Dürre-Ereignis bezieht sich auf die Häufigkeit, die Intensität und die räumliche Ausdehnung von Dürren. Dabei liegt ein durch langanhaltende Niederschlagsdefizite bedingtes meteorologisches Dürre-Ereignis den landwirtschaftlichen, ökologischen, hydrologischen und sozioökonomisch Dürren zugrunde. Dürreereignisse treten vor allem in semiariden Gebieten auf wie in Nordostbrasilien, West- und Ostafrika, Mittelasien, Australien, im Westen der USA oder der Iberischen Halbinsel. Sie sind selten in tropischen Regionen wie in Zentralafrika, Im Amazonasgebiet oder in Südostasien.[3] Bei der Exponiertheit kommt es auf die Bevölkerungsdichte an, auf die landwirtschaftlichen Merkmale und die Wasserversorgung. So sind eine auf Regenfeldanbau beruhende Landwirtschaft wesentlich exponierter als Bewässerungsanbau und eine auf Oberflächengewässer beruhende Wasserversorgung stärker durch Dürren gefährdet als eine Wasserversorgung durch Grundwasser.[3] Die Exponiertheit gegenüber Dürren ist in dünn besiedelten Regionen wie Tundra und Tropenwälder geringer und für besiedelte Gebiete und Regionen mit intensiver Ackerbau- und Viehzucht wie Süd- und Zentralasien sowie im Südosten Südamerikas höher (Abb. 4).[2]

Abb. 4: Globale Dürre-Exponiertheit
Abb. 5: Globale Verletzlichkeit durch Dürren

Die Verletzlichkeit hängt vom Wohlstand einer Gesellschaft, dem Gesundheitswesen, der ökonomischen Ungleichheit und dem Regierungssystem ab, um einige wichtige Faktoren zu nennen. Zu den verletzlichsten Regionen gehören z.B. Mittelamerika, Zentral- und Südasien und nahezu ganz Afrika südlich der Sahara mit Ausnahme Südafrikas. Die wohlhabenden Regionen der Welt wie Westeuropa, Nordamerika sowie Australien und Neuseeland sind dagegen weniger verletzlich (Abb. 5).[3]

Das Dürrerisiko ist also nicht allein durch Häufigkeit und Stärke von Dürreereignissen bestimmt. Exponiertheit und Verletzlichkeit sind ebenso entscheidende Faktoren. So sind z.B. die USA, Europa und Südasien Regionen, die ähnlich stark durch Dürreereignisse betroffen sind (Abb. 2). Das Dürrerisiko ist in den USA und Europa jedoch deutlich geringer als in Südasien (Abb. 3).[3]

Dürren der Vergangenheit

In den letzten 1000 Jahren hat es in vielen Teilen der Erde wie in Nordamerika, Mexiko, Asien, Afrika und Australien immer wieder große Dürren gegeben, die sich teilweise zu lang anhaltenden (20-40 Jahre) „Megadürren“ ausgeweitet haben. Gut nachgewiesen sind solche Megadürren für das westliche Nordamerika im Mittelalter. Paläoklimatische Untersuchungen, die sich auf Baumringe, Sedimente, Fossilien und andere Proxydaten stützen, haben gezeigt, dass diese Dürren in den letzten 2000 Jahren nichts Ungewöhnliches waren. In den vergangenen 400 Jahren hat es mit einer gewissen Regelmäßigkeit in jedem Jahrhundert ein bis zwei mehrjährige große Dürren im Mittleren Westen der USA gegeben. Diese wurden in ihrer Intensität, Dauer und räumlichen Ausdehnung noch deutlich übertroffen von zwei "Megadürren" in der zweiten Hälfte des 16. und im letzten Viertel des 13. Jahrhunderts, die einige Jahrzehnte anhielten.[4] Die mittelalterliche Megadürre hielt sogar mit einigen Unterbrechungen zwischen 900 und 1300 im Westen der heutigen USA und in den Great Plains über mehrere Jahrhunderte an, wobei der Höhepunkt um die Mitte des 12. Jahrhunderts lag.[5] Einerseits könnten die höheren Temperaturen der Mittelalterlichen Warmzeit diese Dürre angestoßen haben.[6] Andererseits gab es wahrscheinlich im tropischen Pazifik La-Nina-artige Verhältnisse, die auch im 20. Jahrhundert als Ursache Dürren angenommen werden.[1]

Auch für Ost-China zeigen historische Daten das Vorkommen von großen Dürren in den letzten Jahrhunderten, vor allem in den Zeiträumen 1500-1730 und nach 1900. Die Gründe waren hier wahrscheinlich eine Abschwächung des Sommermonsuns und eine ungewöhnliche Verschiebung der westlichen pazifischen Subtropenhochs nach Westen und Norden. Für die Abschwächung des Sommermonsuns könnten El-Nino-artige Erwärmungen verantwortlich gewesen sein.[1]

Dürren der letzten Jahrzehnte

Abb. 6: Anteil von Dürregebieten an der globalen Landfläche. Die Abb. zeigt farbig unterschiedlich starke Dürren entsprechend ihrer Dauer: blau = schwache Dürre (3 Monate -Dauer), orange = starke Dürre (6 Monate), rot = extreme Dürre (12 Monate).

Trends

Abb. 7: Änderung des Palmer Drought Severity Index 1900-2002 als Standardabweichung. Der PDSI ist ein Index für die Bestimmung der Bodenfeuchte.

Der Anteil von Dürregebieten an der globalen Landfläche hat seit den 1980er Jahren deutlich zugenommen. Wichtigster Grund sind abnehmende Niederschläge. Abb. 6 zeigt farbig unterschiedlich starke Dürren entsprechend ihrer Dauer: blau = schwache Dürre (3 Monate -Dauer), orange = starke Dürre (6 Monate), rot = extreme Dürre (12 Monate). Schwache Dürren wirken sich vor allem meteorologisch durch fehlende Niederschläge aus, starke Dürren zeigen sich auch in geringer Bodenfeuchte und landwirtschaftlichen Schäden, extreme Dürren haben soziale Folgen und gefährden das Grundwasser. Links wird der Anteil der jeweiligen Dürregebiete an der globalen Landfläche in % angezeigt. Dieser Anteil nimmt bei allen Dürrekategorien zwischen 1980 und 2020 zu, insbesondere bei den extremen Dürren. Die gesamten von Dürren unterschiedlicher Stärke betroffenen Gebiete hatten in den 1980er Jahren einen Anteil an der globalen Landfläche von knapp 20 %, in den 2010er Jahren waren sie auf knapp 30% bzw. um 50% angewachsen. Im Jahresverlauf waren vor allem die Sommermonate bis in den Herbst hinein von mehr Dürren betroffen. Außerdem erstreckten sich in bestimmten Regionen wie im Amazonasgebiet, Nord- und Zentralafrika, Mittleren Osten und Asien die Dürren über eine längere Zeit.[7]

Auch wenn die Niederschläge der grundlegende Faktor für die Entstehung von Dürren sind, spielen angesichts des Klimawandels Temperatur und Verdunstung eine zunehmend wichtigere Rolle. Steigende Temperaturen bedeuten mehr Verdunstung und damit weniger Wasserverfügbarkeit und ein größeres Risiko von Dürren. Untersuchungen, die Temperaturen und Verdunstung miteinbeziehen, ergeben daher ein realistischeres Bild der Dürreentwicklung in den letzten Jahrzehnten als nur bei Berücksichtigung der Niederschläge. So zeigt sich, dass es seit den 1950er Jahren weltweit 52 Megadürren gegeben hat, die vergleichbar mit der Dürre 2003 in Mitteleuropa waren. Bis in die 1980er Jahren hat die Anzahl solcher Megadürren pro Jahrzehnt kaum zugenommen. Danach aber stieg die Zahl der Megadürren weltweit von fünf in den 1980er Jahren, auf acht in den 1990ern, dreizehn in den 2000ern und zehn in 2010-2016. Während in den drei Jahrzehnten 1951-1980 sechzehn solcher Dürren vorkamen, waren es in den dreieinhalb Jahrzehnten 1981-2016 mit 36 mehr als doppelt so viele. Afrika südlich der Sahara, der Mittelmeerraum und der Nordosten Chinas waren die Regionen mit der größten Zunahme. Global hat die Anzahl der Dürren um 9,7% zugenommen, die von Dürren betroffene Fläche um 21,8%. Hauptantriebskraft für die Änderung ist die Temperaturzunahme, durch die die Verdunstung und damit auch die Trockenheit steigt. In den Regionen, die deutliche Abnahmen der Dürrehäufigkeit zeigen wie Nord- und Nordosteuropa sowie Teile Nord- und Südamerikas, haben zunehmende Niederschläge die Wirkung der höheren Verdunstung mehr als ausgeglichen.[8]

Ursachen

Die Ursache von Dürren sind in vielen Fällen sehr komplex und können ihren Ursprung sowohl in natürlichen Prozessen, in der globalen Erwärmung sowie in direkten menschlichen Einwirkungen haben, wobei für die verschiedenen Arten von Dürren jeweils unterschiedliche Ursachen in Frage kommen können. Der jüngste IPCC-Bericht betrachtet daher auch den Einfluss des vom Menschen verursachten Klimawandels auf die Dürreentwicklung als nur begrenzt sicher.[9]

Für die Entstehung von Dürren spielen verschiedene Prozesse eine Rolle. Der wichtigste Faktor ist das Fehlen von Niederschlägen,[9] das hauptsächlich durch die atmosphärische Dynamik, d.h. den Transport von trockenen bzw. das Ausbleiben von feuchten Luftmassen, bestimmt wird. Dafür sind oft bestimmte Wettersituationen wie blockierende Wetterlagen oder stabile Hochdruckgebiete die Ursache. Zweitens ist die Wasserdampfsättigung der Luft ein wichtiger Faktor, der wiederum stark von der Temperatur abhängig ist. Je höher die Temperatur der Luft ist, desto mehr Wasserdampf kann sie durch Verdunstung aufnehmen. Dafür ist allerdings das Vorhandensein von Wasser nötig. Während über dem Ozean stets genügend Wasser für die Verdunstung zur Verfügung steht, kann es über dem Land dazu kommen, dass die Luft mehr Wasserdampf aufnehmen kann, als in Pflanzen, Gewässern oder im Boden vorhanden ist. Die Folge ist eine zunehmende Austrocknung der Vegetation und des Bodens oder auch von Seen und Flüssen. Wenn kein Wasser mehr verdunsten kann, bleibt auch der Abkühlungseffekt durch die Verdunstung aus. Die Folge ist eine weitere Erwärmung der Luft, deren Verdunstungsbedarf noch mehr steigt und zu weiterer Austrocknung führt. Auf diese Weise tragen die Erhöhung der Treibhausgaskonzentration und die durch sie bedingte Temperaturzunahme zur Entstehung und Intensivierung von Dürren bei.

Der anthropogene Einfluss auf die Temperatur beschränkt sich jedoch nicht auf die Zunahme von Treibhausgasen. Auch anthropogene Aerosole haben seit Mitte des 20. Jahrhunderts einen zeitlich unterschiedlichen Effekt auf die Temperatur gehabt. Bis zu den 1970er und 1980er Jahren hat die Aerosolkonzentration zugenommen, mit der Folge einer Abkühlung in bestimmten Regionen der Nordhalbkugel, danach hat die Konzentration wieder abgenommen, wodurch die Erwärmung durch Treibhausgase verstärkt zur Geltung kam. In bestimmten Regionen hat die Aerosolabkühlung in der ersten Phase den tropischen Monsun abgeschwächt und dadurch z.B. die bekannte extreme Dürre in der Sahelzone verursacht, sich aber auch in Mittelamerika und Süd- und Ostasien ausgewirkt. Die Treibhausgase haben dagegen das Auftreten von Dürren z.B. im Mittelmeerraum, Mittelamerika, Amazonasgebiet und Südafrika begünstigt, bedingt vor allem durch den Einfluss auf die potentielle Verdunstung.[10]

Der letzte Effekt zeigte sich auch im Sommer 2022, als es zu einer Reihe von Hitzewellen und Dürren auf der Nordhalbkugel rund um den Globus von Nordamerika über Europa bis Ostasien kam. Eine Untersuchung vor allem der Bodentrockenheit in diesem Raum mit Schwerpunkt in Mittel- und Westeuropa durch die World Weather Attribution Initiative[11] kam zu dem Ergebnis, dass die hohen, durch den menschengemachten Klimawandel bedingten Temperaturen der Hauptgrund für die Dürrebedingungen waren. Die stark verringerte Feuchtigkeit in der oberen Bodenschicht ist danach in Mittel- und Westeuropa durch den Klimawandel 5-6 Mal und in der tieferen Wurzelzone 3-4 Mal wahrscheinlicher geworden. Vorausgegangen war dem trockenen Sommer eine Serie von Hitzewellen, in deren Folge eine starke Verdunstung zu extrem trockenen Böden geführt hat. Unterstützt wurden die heißen und trockenen Bedingungen durch eine nahezu stationäre Hochdrucklage, die warme Luft aus der Sahara nach Nordafrika lenkte.[12]

Projektionen

Abb. 8: Dürrehäufigkeit in Ereignisse pro Jahr 2015 bis 2100.
Abb. 9: Intensität von Dürreereignissen 2015 bis 2100.

Jüngste Klimamodelluntersuchungen haben ergeben, dass Anzahl, Dauer, Ausdehnung und Intensität von Dürren im Laufe des 21. Jahrhunderts weiter zunehmen werden.[13] Die geringste Änderung im Zeitraum 2015-2100 weist demnach die Dürrehäufigkeit auf (Abb. 8). Sie wird bis zur Mitte des Jahrhunderts im globalen Durchschnitt nur geringfügig zunehmen und stagniert dann. Dabei unterscheiden sich auch die Szenarien nur verhältnismäßig wenig voneinander. Bei dem niedrigen Szenario SSP1-2.6 zeigt sich nach 2050 sogar eine leicht abnehmende Tendenz. Letzteres ist auch bei der Dürredauer (Abb. 10) und der Intensität (Abb. 9) von Dürren der Fall. Die höheren Szenarien zeigen jedoch eine deutliche Zunahme der mittleren Dauer von Dürren um ein (SSP2-4.5) bis zwei Monate (SSP5-8.5) bis zum Jahrhundertende. Ähnlich nimmt auch die Stärke der Dürren, gemessen an dem SPEI-Index, deutlich und im Laufe der Zeit mit zunehmenden Unterschieden zwischen den Szenarien zu (Abb. 9). Regional verlängert sich die Dürredauer z.T. bis zu 100% bei dem mittleren Szenario SSP2-4.5 (Abb. 11), vor allem im Südwesten Nordamerikas, im Norden Südamerikas, im Mittelmeerraum, im südlichen Afrika, in Südwest-Asien und in Australien. Nur über kleineren Gebieten in den höheren Breiten der Nordhalbkugel nimmt die Dauer von Dürren ab: in Alaska, im Nordwesten Kanadas, in Süd-Grönland und im Nordosten Sibiriens.

Abb. 10: Dauer von Dürreereignissen in Monaten 2015 bis 2100.
Abb. 11: Regionale Änderung der Dauer von Dürreereignissen bis 2081-2100 relativ zu 1991-2014 in %.

Einzelnachweise

  1. ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 Dai, A.(2011): Drought under global warming: a review, WIRES Climate Change 2, 45-66
  2. ↑ 2,0 2,1 IPCC AR6 WGII (2022): Impacts, Adaptation and Vulnerability, Chapter 4: Water, 4.2.
  3. ↑ 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 Carrão, H., G. Naumann and P. Barbosa (2016): Mapping global patterns of drought risk: an empirical framework based on sub-national estimates of hazard, exposure and vulnerability. Glob. Environ. Chang., 39, 108–124, doi:10.1016/j.gloenvcha.2016.04.012.
  4. ↑ Woodhouse, C.A. and J.T. Overpeck (1998): 2000 Years of Drought Variability in the Central United States, Bulletin of the American Meteorological Society, Vol. 79, No. 12, December 1998, 2693-2714
  5. ↑ Cook, E.R., et al. (2007): North American drought: Reconstructions, causes, and consequences, Earth-Science Reviews 81, 93–134
  6. ↑ Woodhouse, C.A, et al. (2010): A 1,200-year perspective of 21st century drought in southwestern North America. Proc Natl Acad Sci USA 107:21283–21288
  7. ↑ Ndehedehe, C.E., G.F. Vagner, E. Oluwafemi et al. (2023): Global assessment of drought characteristics in the Anthropocene, Resources, Environment and Sustainability 12
  8. ↑ Spinoni, J., P. Barbosa, A. De Jager, N. McCormick et al. (2019): A new global database 42 of meteorological drought events from 1951 to 2016. J. Hydrol. Reg. Stud. 22, 100593. 43 doi:10.1016/J.EJRH.2019.100593.
  9. ↑ 9,0 9,1 IPCC AR6, WGI (2021): The Physical Science Basis, Chapter 11: Weather and Climate Extreme Events in a Changing Climate., 11.6
  10. ↑ Chiang, F., O. Mazdiyasni & O. AghaKouchak (2021): Evidence of anthropogenic impacts on global drought frequency, duration, and intensity. Nat Commun 12, 2754 (2021)
  11. ↑ World Weather Attribution Initiative
  12. ↑ Schumacher, D.L., M. Zachariah, F. Otto et al. (2022): High temperatures exacerbated by climate change made 2022 Northern Hemisphere droughts more likely
  13. ↑ Wang, G., Zhang, Q., et al. (2023): Projecting global drought risk under various SSP-RCP scenarios. Earth's Future, 11, e2022EF003420

Weblinks

  • Dürre Artikel über verschiedene Dürredefinitionen (Climate Service Center)
  • Dürre, Index Artikel über verschiedene Dürre-Indices (Climate Service Center)


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