Hitzewellen

Aus Klimawandel
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Hitzewellen gehören mit Dürren, Starkniederschlägen, Tropischen Wirbelstürmen und Außertropischen Stürmen zu den Wetterextremen, die möglicherweise durch den Klimawandel verstärkt oder häufiger auftreten werden.

Unter einer Hitzewelle versteht man eine längere Periode mit ungewöhnlich hohen Temperaturen. Es gibt keine allgemein gültige Definition für eine Hitzewelle, da der Begriff vom üblichen Wetter der jeweiligen Region abhängig ist. Was in einem heißen Klima als normales Wetter erscheint, wird in einem kühleren Klima als Hitzewelle erlebt. Daher gelten absolute Kriterien immer nur für eine bestimmte Region. Für Deutschland wird von manchen Forschern eine Folge von mindestens fünf Tagen mit einem Tagesmaximum von im Mittel mindestens 30 oC als Hitzeepisode verstanden.[1] Vielfach wird daher auf relative Bestimmungen zurückgegriffen, z.B. auf die Höhe der Standardabweichung,[2] auf die Wiederkehrperiode[3] oder das Überschreiten bestimmter Perzentilwerte[4]. Hitzewellen können ernsthafte Auswirkungen auf die Landwirtschaft haben, Waldbrände hervorrufen und die Gesundheit von Menschen gefährden.

Hitzewelle in Australien am 27. Dezember 2013. Temperaturen als Abweichungen vom langjährigen Mittel.

1 Hitzewellen weltweit

In der jüngsten Zeit sind einige Hitzewellen mit zahlreichen Todesfällen im Zusammenhang mit der globalen Erwärmung diskutiert worden, vor allem die Hitzewelle 2003 in Europa. Der extrem heiße Sommer 2003 in Europa hat nach Einschätzung der World Health Organization (WHO) und anderen Untersuchungen in allen betroffenen Ländern zusammen etwa 70 000 zusätzliche Todesopfer zur Folge gehabt.[5][6] Nicht weniger schwer war die Hitzewelle 2010 im westlichen Russland. Hier lagen im Juli und August die Temperaturen in vielen Städten über eine längere Periode bei 40 °C und damit um 10 °C über dem Mittel der früheren Sommertemperaturen. Eine Folge waren großflächige Wald- und Torfbrände. Weitere Hitzewellen ereigneten sich in den letzten 10 Jahren in Griechenland 2007 und in Australien 2009.[7]

Auch die Vereinigten Staaten wurden in jüngster Zeit zunehmend von Hitzewellen heimgesucht. So forderte die Hitzewelle von 1995 in Chicago über 500 Todesopfer.[8] Hier zeigte sich ein wichtiges Merkmal der Klimaentwicklung der letzten Jahrzehnte als besonders proplematisch: Die täglichen Minimumtemperaturen steigen doppelt so stark wie die Maximumwerte, so dass sich der Unterschied zwischen Tages- und Nachttemperaturen zunehmend verringert. In Chicago waren entsprechend für die Todesfälle weniger die hohen Tageswerte verantwortlich als die Tatsache, dass es nachts nicht abkühlte. Selbst die nächtlichen Minimum-Werte lagen an einigen Tagen noch über 32 oC. Auch in den folgenden Jahren kam es in den USA immer wieder zu Sommern mit ungewöhnlich hohen Temperaturen. Besonders stark und andauernd waren die Hitzewellen in Texas 2011[9] und über große Teile der USA 2012.[10]

Auch Australien erlebte in letzter Zeit zahlreiche Hitzewellen: z.B. im Februar 2004, im April 2005, im November 2006, im Januar und November 2009. 2013 wurde das bisher heißeste Jahr in Australien, mit einer Hitzewelle sowohl am Anfang wie am Ende des Kalenderjahres, wobei letztere bis in den Januar 2014 hineinreichte. In Queensland wurde die Rekordtemperatur von 49,3 °C gemessen.[11]

Abb. 1: Klimaänderung und Extreme

2 Globale Erwärmung

Das globale wie das europäische Klima der letzten Jahrzehnte haben sich zunehmend zu wärmeren Bedingungen hin entwickelt. Global beträgt die Erhöhung der bodennahen Mitteltemperatur in den letzten 100 Jahren fast 0,8 Grad Celsius. Eine solche Erwärmung hat es in den letzten 1000 Jahren wahrscheinlich nicht gegeben. Seit dem Ende der 1970er Jahre hat sich das Tempo der Erwärmung noch einmal deutlich erhöht und liegt zu Beginn des 21. Jahrhunderts bei 2 oC pro 100 Jahre.[12] Von den fünf wärmsten Jahren seit 1860 liegen bereits vier im neuen Jahrhundert. Die europäischen Sommer zeigen seit 1977 sogar einen Erwärmungstrend um 0,7 oC pro Jahrzehnt, und 1994-2003 war das wärmste Sommerjahrzehnt seit 1500.[13] Die mittleren maximalen Sommertemperaturen in Europa stiegen zwischen 1880 und 2005 um 1,6 °C und damit deutlich stärker als die jährlichen Mitteltemperaturen.[14] Höhere Durchschnittstemperaturen machen aber auch häufigere und stärkere Extremereignisse wahrscheinlicher (s. Abb. 1).

3 Zunahme von Hitzewellen

Abb. 2: Änderung der Verbreitung von heißen (0,43 Standardabweichungen), sehr heißen (2 Standardabweichungen) und extrem heißen (3 Standardabweichungen) Sommern auf der Landoberfläche der Nordhalbkugel.

3.1 Trends

Allgemein haben in den letzten Jahrzehnten die Zahl der kalten Nächte und Tage deutlich ab- und die der warmen Nächte und Tage zugenommen. Nur weniger als 1 % der Landgebiete, z.B. das südliche Grönland und das südliche Südamerika, zeigt Abkühlungstendenzen. Ein ähnliches Bild ergibt sich bei den Extremwerten: Kältewellen haben im allgemeinen ab- und Hitzewellen zugenommen.[14] Vergleicht man die räumliche Verbreitung von extrem heißen Sommern in den letzten Jahren mit dem durch den Klimawandel nur wenig berührten Zeitraum 1951-1980, zeigen sich deutliche Unterschiede: 1951-1980 war weniger als 1 % der globalen Landfläche von extrem heißen Sommern betroffen. 2006-2011 waren es je nach Jahr 4-23 % der globalen Landfläche, auf denen extrem heiße Sommer auftraten. Das ist eine Steigerung um mehr als den Faktor 10. Dabei ist ein "extrem heißer Sommer" definiert als mindestens die dreifache Standardabweichung bezogen auf den Vergleichszeitraum 1951-1980.[2] Heiße Sommer, definiert als Standardabweichung von 0,43, die in früheren Jahren auf 30 % der globalen Landoberfläche vorkamen, sind heute auf 70 % der Fläche verbreitet.[9]

3.2 Erklärungen

Diese gravierenden Veränderungen können nicht ohne den globalen Klimawandel erklärt werden. So kann diese Entwicklung nur dann in Klimamodellrechnungen simuliert werden, wenn die anthropogenen Antriebe, d.h. die Zunahme der Konzentration von Treibhausgasen in der Atmosphäre, einbezogen werden. Nur aus natürlichen Schwankungen des Klimas kann die beobachtete Zunahme von Hitzewellen in Klimamodellen nicht nachgebildet werden. Das spricht deutlich dafür, dass das zunehmende Auftreten von heißen Perioden durch den menschlichen Klimawandel beeinflusst ist. Zwar hätte jedes extreme Ereignis theoretisch auch in der Vergangenheit geschehen können. Die Wahrscheinlichkeit z.B. einer Hitzewelle wie im Sommer 2003 in Europa ist durch den Klimawandel jedoch deutlich größer geworden.[14] James Hansen, Direktor des Goddard Institute for Space Studies (GISS) der NASA, geht sogar davon ausgehen, dass Hitzewellen wie 2003 in Frankreich, 2010 in Russland oder 2011 in Texas mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht ohne die globale Erwärmung geschehen wären. Unmittelbar seien die Hitzewellen zwar auf bestimmte Wetterlagen zurückzuführen. So beruhte die russische Hitzewelle 2010 auf eine blockierende Wetterlage und der extrem heiße Sommer in Texas von 2011 auf La-Nina-Verhältnissen. Solche Wetterlagen habe es aber auch früher schon gegeben, ohne dass es zu so hohen Temperaturabweichungen gekommen sei.[9]

In letzter Zeit sind blockierende Wetterlagen, die zu den Hitzewellen auf der Nordhalbkugel geführt haben, in Verbindung mit dem Abschmelzen des arktischen Meereises gebracht worden.[15][16] Durch positive Rückkopplungseffekte habe das Abschmelzen sowohl des Meereises als auch der Schneebedeckung auf den Kontinenten in den nördlichen hohen Breiten zu einer starken Erwärmung geführt, der sogenannten 'arktischen Verstärkung'. Dadurch wurde nach dieser Auffassung der Unterschied zwischen den Luftdruckverhältnissen in den hohen und mittleren Breien verringert. Der durch diesen Unterschied in der Höhe angetriebene Jetstream wurde in Folge dessen abgeschwächt. Er bewegt sich langsamer als in früheren Zeiten von West nach Ost und vollzieht stärkere Pendelbewegungen, die zu verstärkten meridionalen bzw. Nord-Süd-gerichteten Luftströmungen führen. Dadurch strömen einerseits Warmluftmassen stärker nach Norden ein, andererseits Kaltluftmassen nach Süden. Die einen können zu Hitzewellen führen, die anderen zu extrem kalten Wintern. Da der Jetstream sich langsamer bewegt, bleiben die dadurch bedingten Wetterlagen längere Zeit stationär und begünstigen die Entwicklung von Extremwetterereignissen. Die bisherige Datenlage reicht jedoch nicht aus, um diese schon als bewiesen gelten zu lassen.[15]

4 Zukünftige Entwicklung

Abb. 3: Anteil heißer Sommermonate mit Temperaturen von mehr als drei Standardabweichungen 2071-2099 nach dem RCP8.5-Szenario
Abb. 4: Sommertemperaturen nach Beobachtungen und Modellrechnungen

Sehr wahrscheinlich wird sich das Klima in den nächsten Jahrzehnten weiter erwärmen, und damit werden europäische Sommer wie 2003 häufiger vorkommen. Die globale Mitteltemperatur wird bis zum Jahre 2100 je nach Szenario um 1,4 bis 5,8 oC ansteigen. Eine aktuelle Untersuchung mit einem Ensemble von Klimamodellen in dem sog. CMIP5-Projekt, das auch dem neuen Bericht des IPCC zugrundeliegt, kommt zu dem Schluss, dass immer größere Gebiete der globalen Landoberfläche von Hitzewellen betroffen sein werden.[7] Als Proxy für Hitzewellen werden in dieser Studie Monatsmitteltemperaturen mit mehr als drei Standardabweichungen angenommen. Solche Extreme kommen in den N-Sommer-Monaten gegenwärtig auf 5 % der globalen Landoberfläche, Temperaturen mit 1 bis 2 Standardabweichungen auf 40 bzw. 15 % der globalen Landoberfläche vor.

Betroffen sind hauptsächlich die Tropen, der Mittelmeerraum und der mittlere Osten. Modellsimulationen und Beobachtungen stimmen darin weitgehend überein. Nach Modell-Berechnungen werden Sommer-Temperaturen mit drei Standardabweichungen 2020 auf 10 % und 2040 auf etwa 20 % der globalen Landflächen vorkommen. Neu hinzu kommen werden Temperaturen mit fünf Standardabweichungen auf 3 % der globalen Landflächen. Ab Mitte des 21. Jahrhunderts wird die Häufigkeit von Hitzewellen zunehmend von den Szenarien abhängig. Gegen Ende des Jahrhunderts werden Temperaturen mit 3 und 5 Standardabweichungen auf 85 % bzw. 60 % der globalen Landgebiete vorkommen. Standardabweichungen sind relative Werte. Sie sind in den Tropen deswegen besonders hoch, weil die tropischen Temperaturen normalerweise nur geringe Schwankungen aufweisen. Drei Standardabweichungen müssen in den Tropen keine hohen absoluten Werte bedeuten.

Regionale Klimamodellrechnungen prognostizieren, dass sich die europäischen Sommertemperaturen bis zum Ende des 21. Jahrhunderts um 3-5 oC erhöhen werden. Das mediterrane Klima mit seinen sehr trockenen Sommermonaten wird dabei höchstwahrscheinlich bis nach Mitteleuropa vordringen. Außerdem werden auch die jährlichen Klimaschwankungen zunehmen. Die Veränderung des mittleren Klimas und seiner Variabilität wird zur Folge haben, dass jeder zweite Sommer so heiß oder sogar heißer als der von 2003 sein wird. Andere Modellergebnisse kommen zu dem Schluss, dass bereits in den 2040er Jahren jeder zweite Sommer wärmer als der des Jahres 2003 sein könnte und dass gegen Ende des Jahrhunderts der Sommer 2003 sogar als kühler Sommer eingestuft werden müsste.[17]

5 Einzelnachweise

  1. Tinz, B., E. Freydank und P. Hupfer (2008): Hitzeepisoden in Deutschland im 20. und 21. Jahrhundert, in: J. Lozán u.a.: Warnsignal Klima. Gesundheitsrisiken. Gefahren für Pflanzen, Tiere und Menschen, Hamburg, S. 141-148
  2. 2,0 2,1 Standardabweichung ist hier ein Maß für die typischen Schwankungen der saisonalen Temperatur in einem bestimmten Gebiet über eine Reihe von Jahren. Eine dreifache Standardabweichung heute bedeutet, dass die sehr hohen Temperaturen heute um das Dreifache höher liegen als im Vergleichszeitraum 1951-1980.
  3. Die Wiederkehrperiode gibt an, in welcher Zeitspanne sich ein bestimmtes extremes Ereignis wiederholt, z.B. einmal alle 100 Jahre
  4. So könne Hitzewellen dadurch definiert werden, dass die maximalen Tagestemperaturen das 95. Perzentil eines Jahrzehnts überschreiten, d.h. sie gehören zu den 5 % höchsten Temperaturen des Jahrzehnts
  5. Robine, J.M., et al. (2007): Report on excess mortalitiy in Europe during summer 2003 (EU Community Action Programme for Public Health)
  6. Robine, J.-M., et al. (2008): Death toll exceeded 70,000 in Europe during the summer of 2003, C. R. Biologies 331, 171–178
  7. 7,0 7,1 Coumou, D., and A. Robinson (2013): Historic and future increase in the global land area affected by monthly heat extremes, Environ. Res. Lett. 8, doi:10.1088/1748-9326/8/3/034018
  8. Karl, T. R. and R. W. Knight (1997): The 1995 Chicago Heat Wave: How Likely Is a Recurrence?, Bulletin of the American Meteorological Society, Vol. 78, No. 6, June 1997, 1107-1119
  9. 9,0 9,1 9,2 Hansen, J., M. Sato, and R. Rued (2012): Perception of climate change, PNAS Early Edition,
  10. NASA Science: The Summer of 2012 - Too Hot to Handle?
  11. NASA Earth Observatory (2014): Heat Wave Stifles Australia
  12. Salinger, M.J. (2005): Increasing Climate Variability And Change, Climatic Change 70 (Nr. 1-2), 1-3
  13. Luterbacher, J., Dietrich, D., Xoplaki, E., Grosjean, M. & Wanner, H. (2004): European Seasonal and Annual Temperature Variability, Trends, and Extremes Since 1500, Science 303, 1499-1503
  14. 14,0 14,1 14,2 IPCC (2012): Managing the Risks of Extreme Events and Disasters to Advance Climate Change Adaptation – online: http://ipcc-wg2.gov/SREX/
  15. 15,0 15,1 Overland, J.E. (2013): Long-range linkage, Nature Climate Change, doi:10.1038/nclimate2079
  16. Tang, Q., X. Zhang and J.A. Francis (2013): Extreme summer weather in northern mid-latitudes linked to a vanishing cryosphere, Nature Climate Change, DOI: 10.1038/NCLIMATE2065
  17. Stott, P.A., D.A. Stone, and M.R. Allen (2004): Human contribution to the European heatwave of 2003, Nature 432, 610-614

6 Literatur

  • Tinz, B., E. Freydank und P. Hupfer (2008): Hitzeepisoden in Deutschland im 20. und 21. Jahrhundert, in: J. Lozán u.a.: Warnsignal Klima. Gesundheitsrisiken. Gefahren für Pflanzen, Tiere und Menschen, Hamburg, S. 141-148

7 Weblinks



8 Klimadaten zum Thema

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Hier finden Sie eine: Anleitung zur Visualisierung der Daten.


9 Schülerarbeiten zum Thema

Schülerarbeiten zum Thema des Artikels aus dem Schulprojekt Klimawandel:

  • Mehr Wetterextreme durch den Klimawandel? Werden die Intensität und Häufigkeit von Hitzewellen zunehmen und lässt sich diese Zunahme auf den globalen Klimawandel zurückführen? (Gymnasium Grootmoor, Hamburg)


10 Lizenzhinweis

Dieser Artikel ist ein Originalartikel des Klima-Wiki und steht unter der Creative Commons Lizenz Namensnennung-Weitergabe unter gleichen Bedingungen 3.0 Deutschland. Informationen zum Lizenzstatus eingebundener Mediendateien (etwa Bilder oder Videos) können in einigen Fällen durch Anklicken dieser Mediendateien abgerufen werden und sind andernfalls über Dieter Kasang zu erfragen. CC-by-sa.png
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