Dürren in Kalifornien: Unterschied zwischen den Versionen

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[[Bild:Kalifornien Dürre2013 14.jpg|thumb|340px|Dürre im Südwesten der USA 2013/14]]
[[Bild:Kalifornien Annheim Lake Dürre2015.jpg|thumb|440px|Abb. 1: Der Trinkwasserstausee Anaheim Lake in Kalifornien während der Dürre 2015]]
[[Bild:PDSI Kalifornien1950-2016.jpg|thumb|440px|Abb. 2: Der Palmer Drought Severity Index (PDSI) für Kalifornien im Dezember von 1950 bis 2016]]
==Aktuelle Dürren==
Versteht man als extreme Dürre einen Zustand, bei dem die Bodenfeuchte in dem entsprechenden Jahr auf weniger als 10 % des langjährigen Durchschnitts (z.B. der Jahre 1951-1999) fällt,<ref name="Cayan 2010">Cayan, D.R., et al. (2010): Future dryness in the southwest US and the hydrology of the early 21st century drought, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 107, 21,271–21,276, doi:10.1073/pnas.0912391107</ref> dann gab es  im Südwesten der Vereinigten Staaten in den letzten 100 Jahren mindestens 17 solcher Jahre mit extremen Dürren, wovon neun bereits im neuen Jahrhundert lagen. Eine in den USA verbreitete Methode zur Klassifizierung von Dürren ist der [[Palmer drought severity index]] oder PDSI, bei dem Temperatur- und Niederschlags-Informationen benutzt werden, um den Dürregrad zu bestimmen. Der PDSI reicht von über 4 für "extrem feucht" bis unter -4 für "extrem trocken". Wie Abb. 2 für Kalifornien zeigt, waren die Dürrejahre 2014 und 2015 extrem trocken und übertrafen sämtliche trockenen Jahre seit Mitte des 20. Jahrhunderts deutlich.


====Aktuelle Dürren====
Die große Dürre 2012-2016 war eine der extremsten und längsten Dürren der letzten Jahrzehnte, wahrscheinlich sogar die stärkste Dürre im letzten Jahrtausend. Schon die erste Phase der Dürre von 2012 bis 2014 wurde als ein Ereignis bewertet, das nur alle 6 000 bis 10 000 Jahre vorkommt und allenfalls mit der mittelalterlichen Megadürre 979-981 vergleichbar ist. Unter Einbeziehung des folgenden Jahres 2015 ist die Dürre 2012-2015 (die sich zudem noch bis in das Jahr 2016 fortsetzte<ref name="Wang 2017">Wang, S.-Y., Yoon, J., Gillies, R. R. and Hsu, H.-H. (2017): The California Drought: Trends and Impacts, in: Climate Extremes: Patterns and Mechanisms (eds S.-Y. S. Wang, J.-H. Yoon, C. C. Funk and R. R. Gillies), doi: 10.1002/9781119068020.ch13</ref>) absolut einzigartig und lässt sich auf der Grundlage von Paläodaten keiner Wiederkehrperiode mehr zuordnen.<ref name="Robeson 2015">Robeson, S. M. (2015): Revisiting the recent California drought as an extreme value, Geophys. Res. Lett., 42, 6771–6779, doi:10.1002/2015GL064593</ref><ref name="Diffenbaugh 2015">Diffenbaugh, N.S., D.L. Swain, and D. Touma (2015): Anthropogenic warming has increased drought risk in California, PNAS Early Edition, www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1422385112</ref>
Versteht man als extreme Dürre einen Zustand, bei dem die Bodenfeuchte in dem entsprechenden Jahr auf weniger als 10 % des langjährigen Durchschnitts (z.B. der Jahre 1951-1999) fällt,<ref name="Cayan 2010">Cayan, D.R., et al. (2010): Future dryness in the southwest US and the hydrology of the early 21st century drought, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 107, 21,271–21,276, doi:10.1073/pnas.0912391107</ref> dann gab es  im Südwesten der Vereinigten Staaten in den letzten 100 Jahren mindestens 17 solcher Jahre mit extremen Dürren. Neun davon lagen bereits im 21. Jahrhundert: 2002, 2007, 2008, 2011, 2012, 2013, 2014, 2015 und 2016. Begleitet waren die Dürren durch sehr geringe [[Niederschlag|Niederschläge]].


Die aktuelle Dürre 2012-2016 war eine der extremsten und längsten Dürren der letzten Jahrzehnte, wahrscheinlich sogar die stärkste Dürre im letzten Jahrtausend. Schon die erste Phase der Dürre von 2012 bis 2014 wurde als ein Ereignis bewertet, das nur alle 6 000 bis 10 000 Jahre vorkommt und allenfalls mit der mittelalterlichen Megadürre 979-981 vergleichbar ist. Unter Einbeziehung des folgenden Jahres 2015 ist die Dürre 2012-2015 (die sich zudem noch bis in das Jahr 2016 fortsetzte<ref name="Wang 2017">Wang, S.-Y., Yoon, J., Gillies, R. R. and Hsu, H.-H. (2017): The California Drought: Trends and Impacts, in: Climate Extremes: Patterns and Mechanisms (eds S.-Y. S. Wang, J.-H. Yoon, C. C. Funk and R. R. Gillies), doi: 10.1002/9781119068020.ch13</ref>) absolut einzigartig und lässt sich auf der Grundlage von Paläodaten keiner Wiederkehrperiode mehr zuordnen.<ref name="Robeson 2015">Robeson, S. M. (2015): Revisiting the recent California drought as an extreme value, Geophys. Res. Lett., 42, 6771–6779, doi:10.1002/2015GL064593</ref>, <ref name="Diffenbaugh 2015">Diffenbaugh, N.S., D.L. Swain, and D. Touma (2015): Anthropogenic warming has increased drought risk in California, PNAS Early Edition, www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1422385112</ref> So war es zwischen Oktober bis Dezember 2013, zu Beginn des eher niederschlagsreichen Winters, extrem trocken. Vorausgegangen waren aber Niederschlagsdefizite über zwei Jahre. Die Folge waren u.a. zahlreiche Waldbrände.<ref>NASA Earth Observatory: [http://www.climate.gov/news-features/event-tracker/january-precipitation-deficits-keep-california-drought-outlook-grim January precipitation deficits keep California drought outlook grim]</ref> Ende Januar 2014 war dann nahezu ganz Kalifornien von einer extremen Dürre betroffen, die schon seit Monaten anhielt. Die davor liegenden 12 Monate waren die trockensten 12 Monate seit Beginn der Messungen 1885.  Von Februar 2013 bis Januar 2014 fiel nur ein Drittel der üblichen Niederschläge. In der Sierra Nevada lag im Winter 2013/14 kaum Schnee.<ref>NASA Earth Observatory: [http://earthobservatory.nasa.gov/IOTD/view.php?id=83124 Drought Stressing California’s Plantscape]</ref>
== Ursachen ==


====Ursachen====
Ein wesentlicher Antrieb für die Dürren in den Jahren 2012-2015/16 waren die ungewöhnlich geringen Niederschläge. So fielen in dem an sich niederschlagsreichen Winter von Dezember 2013 bis Februar 2014 nur 50 mm Niederschlag (gegenüber einem Mittelwert von 265 mm im 20. Jahrhundert), die den Winter 2013/14 zum regenärmsten Winter seit 1895 machten. Dadurch kam es zu einer Austrocknung der Vegetation und des Bodens. Hinzu kam eine anhaltende Erwärmung seit den 1970er Jahren. So lagen die Temperaturen in Kalifornien in den Jahren 2014 und 2015 im Sommer um ca. 2 °C über dem Mittel von 1970-2000.<ref name="NOAA NCDC">Daten nach  NOAA National Centers for Environmental Information: [https://www.ncdc.noaa.gov/cag/ Climate at a Glance]</ref>  Die hohen Temperaturen bewirkten eine stärkere Verdunstung und damit weitere Austrocknung und ließen in den höheren Lagen der Küstenkette und der Sierra Nevada den Schnee, der im Frühjahr und zum Sommeranfang als Wasserspeicher fungiert, zunehmend als Regen fallen.<ref name="Westerling 2016">Westerling, A.L. (2016): [http://dx.doi.org/10.1098/rstb.2015.0178 Increasing western US forest wildfire activity: sensitivity to changes in the timing of spring], Phil. Trans. R. Soc. B 371: 20150178</ref> Der Zusammenfall von Trockenheit und hohen Temperaturen, die die die Trockenheit verstärkten, führte in Kalifornien zu Dürren, die als „hot droughts“ („heißen Dürren“) bezeichnet werden, welche in jüngster Zeit immer häufiger vorgekommen sind.<ref name="Swaine 2015">Swain, D. L. (2015): A tale of two California droughts: Lessons amidst record warmth and dryness in a region of complex physical and human geography, Geophys. Res. Lett., 42, 9999–10,003, doi:10.1002/2015GL066628</ref>  
Die unmittelbare Ursache der Dürre war eine Hochdruckzelle über dem Golf von Alaska von November 2013 bis Januar 2014, die gepaart war mit einem ausgedehnten Tief nördlich der Großen Seen, das sehr kalte Luft in den Mittleren Westen und den Nordosten der USA lenkte. Es scheint, dass dieses Zirkulationsmuster von Meeresoberflächentemperaturen im Pazifik angetrieben wird, die einem El Niño um ein Jahr vorauseilen. Historisch gesehen hat sich diese Verknüpfung in den letzten Jahrzehnten verstärkt. Ursache könnte der Antrieb durch die Zunahme von Treibhausgasen in der Atmosphäre sein.<ref name="Wang 2014">Wang, S.-Y. , L. Hipps, R.R. Gillies, and J.-H. Yoon (2014): Probable causes of the abnormal ridge accompanying the 2013–2014 California drought: ENSO precursor and anthropogenic warming footprint, Geophysical Research Letters 41, doi: 10.1002/2014GL059748</ref> Der menschliche Einfluss durch steigende Treibhausgaskonzentration verstärkt die Dürren möglicherwise aber auch in der Dürreregion selbst, indem er die Temperatur und damit die Verdunstung erhöht. So ist die kalifornische Dürre 2012-2014, bei der es sich nach Baumringuntersuchngen offensichtlich um die stärkste Dürre in dem letzten Jahtausend gehandelt hat, nicht durch extrem niedrige Niederschläge verursacht worden. Die Niederschläge waren zwar sehr gering, aber in den letzten Jahrhunderten nicht beispiellos. Entscheidend waren die hohen Temperaturen vor Ort und die dadurch bedingte hohe Verdunstung.<ref name="Griffin 2014">Griffin, D., and K.J. Anchukaitis (2014): How unusual is the 2012-2014 California drought?, Geophysical Research Letters, doi: 10.1002/2014GL062433</ref><ref name="Diffenbaugh 2015" />
[[Bild:H-NO-Pazifik2013-14.jpg|thumb|440px|Abb. 3: Lage des Hochdruck-Rückens im Winter 2013/14 bei 200 hPa (X=Zentrum des Hochs)]]


====Projektionen====
Schnee spielt eine wichtige Rolle in der Hydrologie in der Sierra Nevada mit Auswirkungen auch auf das Kalifornische Längstal. 70 % des Abflusses aus der Sierra Nevada entstammen der Schneeschmelze. In den Jahren 1985-2015 lag die mittlere Schneetiefe gemessen in Wasseräquivalente bei 38 cm. Im Winter 2014/15 fielen dagegen nur 6 cm Schnee, und zwar hauptsächlich in höheren Lagen, während er darunter weitgehend als Regen fiel. <ref name="Margulis 2016">Margulis, S. A., G. Cortés, M. Girotto, L. S. Huning, D. Li, and M. Durand (2016): Characterizing the extreme 2015 snowpack deficit in the Sierra Nevada (USA) and the implications for drought recovery, Geophys. Res. Lett., 43, 6341–6349, doi:10.1002/2016GL068520.</ref> Bei 81 % der Messstationen in allen Pazifikstaaten der USA zusammen genommen war die Schneemenge im Jahr 2015 die geringste, die je gemessen wurde; an 111 Stationen fiel überhaupt kein Schnee. Es gab in der Sierra Nevada sogar Stationen in 2800 m Höhe, die keinen Schnee hatten.<ref name="Mote 2016">Mote, P. W., D. E. Rupp, S. Li, D. J. Sharp, F. Otto, P. F. Uhe, M. Xiao, D. P. Lettenmaier, H. Cullen, and M. R. Allen (2016): Perspectives on the causes of exceptionally low 2015 snowpack in the western United States, Geophys. Res. Lett., 43, 10,980–10,988, doi:10.1002/2016GL069965</ref>
Kalifornien war in seiner Geschichte häufig von Dürren betroffen, bis hin zu den Megadürren des Mittelalters. Daher sind die aktuellen Dürren keineswegs ohne Beispiel in den letzten 1000 Jahren. Dennoch können die hydrologischen Veränderungen, d.h. Veränderungen in dem Verhältnis von Niederschlag und Verdunstung, in den letzten 50 Jahren nicht gänzlich durch natürliche Schwankungen erklärt werden, sondern zeigen die Spuren des anthropogenen Klimawandels.<ref name="Cayan 2010" /> Das machen nicht zuletzt Projektionen von Klimamodellen deutlich. Nach Diffenbaugh (2015) wird sich die Häufigkeit des Zusammentreffens von extrem warmen und extrem trockenen Bedingungen in den folgenden Jahrzehnten gegenüber früheren Jahrhunderten mehr als verdoppeln.<ref name="Diffenbaugh 2015" /> Eine Auswertung der Ergebnisse von 17 aktuellen Klimamodellen kommt zu dem Ergebnis, dass sowohl bei dem hohen Szenario RCP8.5 wie bei dem gemäßigten Szenario RCP4.5 in der 2. Hälfte des 21. Jahrhunderts die Bodentrockenheit im Südwesten der USA die Verhältnisse der mittelalterlichen Megadürren im Zeitraum 1100-1200 deutlich übertreffen wird. Die Modelle zeigen, dass es sich dabei in erster Linie um eine Reaktion auf die Erwärmung durch mehr Treibhausgase in der Atmosphäre handeln wird, weniger um Veränderungen in der Dynamik von Atmosphäre und Ozean. Der Hauptantrieb der Austrocknung des Bodens ist die verstärkte potentielle Verdunstung durch gestiegene Temperaturen.<ref>Cook, B.I., T.R. Ault, J.E. Smerdon (2015): [http://advances.sciencemag.org/content/1/1/e1400082.full.pdf Unprecedented 21st century drought risk in the American Southwest and Central Plains]. Science Advances 1, e1400082</ref>
 
Der geringe Schneefall und die hohen Temperaturen sind sehr wahrscheinlich auf den anthropogenen Klimawandel zurückzuführen.<ref name="Abatzoglou 2016">Abatzoglou, J.T.,  and  A.P. Williams (2016): Impact of anthropogenic climate change on wildfire across western US forests, PNAS 113, 111770-11775, www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1607171113</ref> Schwieriger sind die Gründe für den geringen Niederschlag zu bestimmen, da hier verschiedene Einflussfaktoren zusammenkommen. Unmittelbare Ursache waren besondere Bedingungen der atmosphärischen Zirkulation mit einem massiven Hochdruckrücken im Golf von Alaska und einem starken Tiefdruckgebilde über dem Nordosten Nordamerikas (Abb. 3). Das Hoch blockierte die Sturmtiefs, die normalerweise im Winter vom Pazifik Richtung Kalifornien ziehen und die winterlichen Niederschläge bringen. Dieses atmosphärische Muster hat sich nach Untersuchungen auch schon in den 18 trockensten kalifornischen Wintern seit den 1950er Jahren gezeigt.<ref name="Lin 2017">Lin, Y.-H., L.E. Hipps, S.-Y.S. Wang, and J.-H. Yoon (2017): Empirical and modeling analyses of the circulation influences on California precipitation deficits, Atmos. Sci. Let. 18: 19–28, DOI: 10.1002/asl.719</ref> Als Ursachen für diese ungewöhnliche Situation werden sowohl natürliche Schwankungen wie z.B. das ENSO-Phänomen als auch Folgen der globalen Erwärmung wie die Ausdehnung der Hadley-Zelle oder das Abschmelzens des arktischen Meereises diskutiert.<ref name="Swain 2015">Swain, D. L. (2015): A tale of two California droughts: Lessons amidst record warmth and dryness in a region of complex physical and human geography, Geophys. Res. Lett., 42, 9999–10,003, doi:10.1002/2015GL066628</ref><ref name="Yoon 2015">Yoon, J.-H. et al. (2015): Increasing water cycle extremes in California and relation to ENSO cycle under global warming. Nat. Commun. 6:8657 doi: 10.1038/ncomms9657</ref> Nach Wang et al. (2014)<ref name="Wang 2014">Wang, S.-Y. , L. Hipps, R.R. Gillies, and J.-H. Yoon (2014): Probable causes of the abnormal ridge accompanying the 2013–2014 California drought: ENSO precursor and anthropogenic warming footprint, Geophysical Research Letters 41, doi: 10.1002/2014GL059748</ref> wird dieses Zirkulationsmuster von Meeresoberflächentemperaturen im Pazifik angetrieben, die einem El Niño um ein Jahr vorauseilen. Historisch gesehen habe sich die Verknüpfung zwischen ENSO und dem Hochdruck-System im Golf von Alaska und damit den Dürren im Südwesten der USA in den letzten Jahrzehnten verstärkt.<ref name="Yoon 2015" /> Ursache könnte der Antrieb durch die Zunahme von Treibhausgasen in der Atmosphäre sein.
 
Andere Autoren heben den Einfluss des Abschmelzens des Arktischen Meereises durch den Klimawandel hervor: Dadurch würde sich der Polarjet abschwächen, was wiederum die Entstehung von weit nach Norden bzw. Süden verschobenen quasistationären Hoch- und Tiefdruckzellen zur Folge habe, wie sie für die kalifornische Dürreperiode 2012-2016 typisch waren. Mit der Verringerung der Meereisausdehnung wäre also ein weiterer Einflussfaktor auf die jüngsten Dürren in Kalifornien durch den Klimawandel bedingt.<ref name="Wang 2017" />
 
==Projektionen==
[[Bild:California dry events 2070.jpg|thumb|440px|Abb. 4: Extreme Dürreereignisse in Kalifornien bis in die 2070er Jahre in Ereignisse pro Jahrzehnt ]]
Kalifornien war in seiner Geschichte häufig von Dürren betroffen, bis hin zu den Megadürren des Mittelalters. Dennoch können die hydrologischen Veränderungen, d.h. Veränderungen in dem Verhältnis von Niederschlag und Verdunstung, in den letzten 50 Jahren nicht gänzlich durch natürliche Schwankungen erklärt werden, sondern zeigen die Spuren des anthropogenen Klimawandels.<ref name="Cayan 2010" /> Das machen nicht zuletzt Projektionen von Klimamodellen deutlich. Nach Diffenbaugh (2015) wird sich die Häufigkeit des Zusammentreffens von extrem warmen und extrem trockenen Bedingungen in den folgenden Jahrzehnten gegenüber früheren Jahrhunderten mehr als verdoppeln.<ref name="Diffenbaugh 2015" /> Eine Auswertung der Ergebnisse von 17 aktuellen Klimamodellen kommt zu dem Ergebnis, dass sowohl bei dem hohen Szenario RCP8.5 wie bei dem gemäßigten Szenario RCP4.5 in der 2. Hälfte des 21. Jahrhunderts die Bodentrockenheit im Südwesten der USA die Verhältnisse der mittelalterlichen Megadürren im Zeitraum 1100-1200 deutlich übertreffen wird. Die Modelle zeigen, dass es sich dabei in erster Linie um eine Reaktion auf die Erwärmung durch mehr Treibhausgase in der Atmosphäre handeln wird, weniger um Veränderungen in der Dynamik von Atmosphäre und Ozean. Der Hauptantrieb der Austrocknung des Bodens ist die verstärkte potentielle Verdunstung durch gestiegene Temperaturen.<ref>Cook, B.I., T.R. Ault, J.E. Smerdon (2015): [http://advances.sciencemag.org/content/1/1/e1400082.full.pdf Unprecedented 21st century drought risk in the American Southwest and Central Plains]. Science Advances 1, e1400082</ref>


Globale Zirkulationsmodelle sagen eine langfristige Abnahme der Wasserverfügbarkeit im Südwesten der USA bis zum Ende des 21. Jahrhunderts vor allem im Frühling voraus. Untersuchungen mit hochauflösenden Regionalmodellen unterstützen das Ergebnis. Im Winter werden die Niederschläge im Südwesten der USA dagegen eher zunehmen. Hintergrund sind Veränderungen der globalen Zirkulationsmuster. Im Winter wird sich nach  Modellsimulationen das Alëuten-Tief verstärken, was zu stärkeren Tiefdruckbahnen von Südwesten Richtung kalifornische Küste führt. Im Frühjahr dagegen wird sich in Zukunft das subtropische Hoch als Folge einer Ausdehnung der Hadley-Zelle verstärken und Richtung Westküste der USA ausweiten. Solche Hochdrucklagen führen zu einer Abnahme der Niederschläge und Zunahme der Verdunstung und damit zu mehr Trockenheit im Südwesten der USA.<ref name="Gao 2014">Gao, Y., L. R. Leung, J. Lu, Y. Liu, M. Huang, and Y. Qian (2014): Robust spring drying in the southwestern U.S. and seasonal migration of wet/dry patterns in a warmer climate, Geophys. Res. Lett., 41, doi:10.1002/2014GL059562</ref>
Globale Zirkulationsmodelle sagen eine langfristige Abnahme der Wasserverfügbarkeit im Südwesten der USA bis zum Ende des 21. Jahrhunderts vor allem im Frühling voraus. Untersuchungen mit hochauflösenden Regionalmodellen unterstützen das Ergebnis. Im Winter werden die Niederschläge im Südwesten der USA dagegen eher zunehmen. Hintergrund sind Veränderungen der globalen Zirkulationsmuster. Im Winter wird sich nach  Modellsimulationen das Alëuten-Tief verstärken, was zu stärkeren Tiefdruckbahnen von Südwesten Richtung kalifornische Küste führt. Im Frühjahr dagegen wird sich in Zukunft das subtropische Hoch als Folge einer Ausdehnung der Hadley-Zelle verstärken und Richtung Westküste der USA ausweiten. Solche Hochdrucklagen führen zu einer Abnahme der Niederschläge und Zunahme der Verdunstung und damit zu mehr Trockenheit im Südwesten der USA.<ref name="Gao 2014">Gao, Y., L. R. Leung, J. Lu, Y. Liu, M. Huang, and Y. Qian (2014): Robust spring drying in the southwestern U.S. and seasonal migration of wet/dry patterns in a warmer climate, Geophys. Res. Lett., 41, doi:10.1002/2014GL059562</ref>
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Klimadaten zum Thema selbst auswerten? Hier können Sie aus [http://bildungsserver.hamburg.de/00-nordamerika/ '''Regionaldaten zum Klimawandel in Nordamerika'''] eigene Karten erzeugen:<br>
Klimadaten zum Thema selbst auswerten? Hier können Sie aus [https://bildungsserver.hamburg.de/themenschwerpunkte/klimawandel-und-klimafolgen/daten-zum-klimawandel/daten-zu-klimaprojektionen/nordamerika '''Regionaldaten zum Klimawandel in Nordamerika'''] eigene Karten erzeugen.
[http://bildungsserver.hamburg.de/00-nordamerika/4285348/nordamerika-niederschlag/ Niederschlag],<br>
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Hier finden Sie eine: [http://bildungsserver.hamburg.de/daten-zum-klimawandel/4119542/arbeitsanweisungen-panoply/ '''Anleitung zur Visualisierung der Daten'''].
 
Hier finden Sie eine: [https://bildungsserver.hamburg.de/themenschwerpunkte/klimawandel-und-klimafolgen/daten-zum-klimawandel/daten-zu-klimaprojektionen/arbeitsanweisungen-panoply-263990 '''Anleitung zur Visualisierung der Daten'''].
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==Schülerarbeiten zum Thema==
==Schülerarbeiten zum Thema==
'''Schülerarbeiten zum Thema des Artikels''' aus dem [http://klimaprojekt.de Schulprojekt Klimawandel]:
'''Schülerarbeiten zum Thema des Artikels''' aus dem [https://bildungsserver.hamburg.de/themenschwerpunkte/klimawandel-und-klimafolgen/schulprojekt-klimawandel/ergebnisse-des-schulprojekts Schulprojekt Klimawandel]:
* [http://bildungsserver.hamburg.de/contentblob/7817176/dc6a4c67ef25ef3a54b4c56b559023e3/data/2015-wasserknappheit-in-kalifornien.pdf Wasserknappheit in Kalifornien] Inwiefern beeinflusst der Klimawandel die Dürre in Kalifornien und welche Folgen resultieren daraus? (Cesar Klein Schule, Ratekau)
* [https://bildungsserver.hamburg.de/resource/blob/265460/467afe988de4728a199dfecccefe0d4a/2015-wasserknappheit-in-kalifornien-data.pdf Wasserknappheit in Kalifornien] Inwiefern beeinflusst der Klimawandel die Dürre in Kalifornien und welche Folgen resultieren daraus? (Cesar Klein Schule, Ratekau)
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==Bildergalerie zum Thema==
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Regionales Beispiel von=Dürren
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Aktuelle Version vom 12. Oktober 2023, 15:32 Uhr

Abb. 1: Der Trinkwasserstausee Anaheim Lake in Kalifornien während der Dürre 2015
Abb. 2: Der Palmer Drought Severity Index (PDSI) für Kalifornien im Dezember von 1950 bis 2016

Aktuelle Dürren

Versteht man als extreme Dürre einen Zustand, bei dem die Bodenfeuchte in dem entsprechenden Jahr auf weniger als 10 % des langjährigen Durchschnitts (z.B. der Jahre 1951-1999) fällt,[1] dann gab es im Südwesten der Vereinigten Staaten in den letzten 100 Jahren mindestens 17 solcher Jahre mit extremen Dürren, wovon neun bereits im neuen Jahrhundert lagen. Eine in den USA verbreitete Methode zur Klassifizierung von Dürren ist der Palmer drought severity index oder PDSI, bei dem Temperatur- und Niederschlags-Informationen benutzt werden, um den Dürregrad zu bestimmen. Der PDSI reicht von über 4 für "extrem feucht" bis unter -4 für "extrem trocken". Wie Abb. 2 für Kalifornien zeigt, waren die Dürrejahre 2014 und 2015 extrem trocken und übertrafen sämtliche trockenen Jahre seit Mitte des 20. Jahrhunderts deutlich.

Die große Dürre 2012-2016 war eine der extremsten und längsten Dürren der letzten Jahrzehnte, wahrscheinlich sogar die stärkste Dürre im letzten Jahrtausend. Schon die erste Phase der Dürre von 2012 bis 2014 wurde als ein Ereignis bewertet, das nur alle 6 000 bis 10 000 Jahre vorkommt und allenfalls mit der mittelalterlichen Megadürre 979-981 vergleichbar ist. Unter Einbeziehung des folgenden Jahres 2015 ist die Dürre 2012-2015 (die sich zudem noch bis in das Jahr 2016 fortsetzte[2]) absolut einzigartig und lässt sich auf der Grundlage von Paläodaten keiner Wiederkehrperiode mehr zuordnen.[3][4]

Ursachen

Ein wesentlicher Antrieb für die Dürren in den Jahren 2012-2015/16 waren die ungewöhnlich geringen Niederschläge. So fielen in dem an sich niederschlagsreichen Winter von Dezember 2013 bis Februar 2014 nur 50 mm Niederschlag (gegenüber einem Mittelwert von 265 mm im 20. Jahrhundert), die den Winter 2013/14 zum regenärmsten Winter seit 1895 machten. Dadurch kam es zu einer Austrocknung der Vegetation und des Bodens. Hinzu kam eine anhaltende Erwärmung seit den 1970er Jahren. So lagen die Temperaturen in Kalifornien in den Jahren 2014 und 2015 im Sommer um ca. 2 °C über dem Mittel von 1970-2000.[5] Die hohen Temperaturen bewirkten eine stärkere Verdunstung und damit weitere Austrocknung und ließen in den höheren Lagen der Küstenkette und der Sierra Nevada den Schnee, der im Frühjahr und zum Sommeranfang als Wasserspeicher fungiert, zunehmend als Regen fallen.[6] Der Zusammenfall von Trockenheit und hohen Temperaturen, die die die Trockenheit verstärkten, führte in Kalifornien zu Dürren, die als „hot droughts“ („heißen Dürren“) bezeichnet werden, welche in jüngster Zeit immer häufiger vorgekommen sind.[7]

Abb. 3: Lage des Hochdruck-Rückens im Winter 2013/14 bei 200 hPa (X=Zentrum des Hochs)

Schnee spielt eine wichtige Rolle in der Hydrologie in der Sierra Nevada mit Auswirkungen auch auf das Kalifornische Längstal. 70 % des Abflusses aus der Sierra Nevada entstammen der Schneeschmelze. In den Jahren 1985-2015 lag die mittlere Schneetiefe gemessen in Wasseräquivalente bei 38 cm. Im Winter 2014/15 fielen dagegen nur 6 cm Schnee, und zwar hauptsächlich in höheren Lagen, während er darunter weitgehend als Regen fiel. [8] Bei 81 % der Messstationen in allen Pazifikstaaten der USA zusammen genommen war die Schneemenge im Jahr 2015 die geringste, die je gemessen wurde; an 111 Stationen fiel überhaupt kein Schnee. Es gab in der Sierra Nevada sogar Stationen in 2800 m Höhe, die keinen Schnee hatten.[9]

Der geringe Schneefall und die hohen Temperaturen sind sehr wahrscheinlich auf den anthropogenen Klimawandel zurückzuführen.[10] Schwieriger sind die Gründe für den geringen Niederschlag zu bestimmen, da hier verschiedene Einflussfaktoren zusammenkommen. Unmittelbare Ursache waren besondere Bedingungen der atmosphärischen Zirkulation mit einem massiven Hochdruckrücken im Golf von Alaska und einem starken Tiefdruckgebilde über dem Nordosten Nordamerikas (Abb. 3). Das Hoch blockierte die Sturmtiefs, die normalerweise im Winter vom Pazifik Richtung Kalifornien ziehen und die winterlichen Niederschläge bringen. Dieses atmosphärische Muster hat sich nach Untersuchungen auch schon in den 18 trockensten kalifornischen Wintern seit den 1950er Jahren gezeigt.[11] Als Ursachen für diese ungewöhnliche Situation werden sowohl natürliche Schwankungen wie z.B. das ENSO-Phänomen als auch Folgen der globalen Erwärmung wie die Ausdehnung der Hadley-Zelle oder das Abschmelzens des arktischen Meereises diskutiert.[12][13] Nach Wang et al. (2014)[14] wird dieses Zirkulationsmuster von Meeresoberflächentemperaturen im Pazifik angetrieben, die einem El Niño um ein Jahr vorauseilen. Historisch gesehen habe sich die Verknüpfung zwischen ENSO und dem Hochdruck-System im Golf von Alaska und damit den Dürren im Südwesten der USA in den letzten Jahrzehnten verstärkt.[13] Ursache könnte der Antrieb durch die Zunahme von Treibhausgasen in der Atmosphäre sein.

Andere Autoren heben den Einfluss des Abschmelzens des Arktischen Meereises durch den Klimawandel hervor: Dadurch würde sich der Polarjet abschwächen, was wiederum die Entstehung von weit nach Norden bzw. Süden verschobenen quasistationären Hoch- und Tiefdruckzellen zur Folge habe, wie sie für die kalifornische Dürreperiode 2012-2016 typisch waren. Mit der Verringerung der Meereisausdehnung wäre also ein weiterer Einflussfaktor auf die jüngsten Dürren in Kalifornien durch den Klimawandel bedingt.[2]

Projektionen

Abb. 4: Extreme Dürreereignisse in Kalifornien bis in die 2070er Jahre in Ereignisse pro Jahrzehnt

Kalifornien war in seiner Geschichte häufig von Dürren betroffen, bis hin zu den Megadürren des Mittelalters. Dennoch können die hydrologischen Veränderungen, d.h. Veränderungen in dem Verhältnis von Niederschlag und Verdunstung, in den letzten 50 Jahren nicht gänzlich durch natürliche Schwankungen erklärt werden, sondern zeigen die Spuren des anthropogenen Klimawandels.[1] Das machen nicht zuletzt Projektionen von Klimamodellen deutlich. Nach Diffenbaugh (2015) wird sich die Häufigkeit des Zusammentreffens von extrem warmen und extrem trockenen Bedingungen in den folgenden Jahrzehnten gegenüber früheren Jahrhunderten mehr als verdoppeln.[4] Eine Auswertung der Ergebnisse von 17 aktuellen Klimamodellen kommt zu dem Ergebnis, dass sowohl bei dem hohen Szenario RCP8.5 wie bei dem gemäßigten Szenario RCP4.5 in der 2. Hälfte des 21. Jahrhunderts die Bodentrockenheit im Südwesten der USA die Verhältnisse der mittelalterlichen Megadürren im Zeitraum 1100-1200 deutlich übertreffen wird. Die Modelle zeigen, dass es sich dabei in erster Linie um eine Reaktion auf die Erwärmung durch mehr Treibhausgase in der Atmosphäre handeln wird, weniger um Veränderungen in der Dynamik von Atmosphäre und Ozean. Der Hauptantrieb der Austrocknung des Bodens ist die verstärkte potentielle Verdunstung durch gestiegene Temperaturen.[15]

Globale Zirkulationsmodelle sagen eine langfristige Abnahme der Wasserverfügbarkeit im Südwesten der USA bis zum Ende des 21. Jahrhunderts vor allem im Frühling voraus. Untersuchungen mit hochauflösenden Regionalmodellen unterstützen das Ergebnis. Im Winter werden die Niederschläge im Südwesten der USA dagegen eher zunehmen. Hintergrund sind Veränderungen der globalen Zirkulationsmuster. Im Winter wird sich nach Modellsimulationen das Alëuten-Tief verstärken, was zu stärkeren Tiefdruckbahnen von Südwesten Richtung kalifornische Küste führt. Im Frühjahr dagegen wird sich in Zukunft das subtropische Hoch als Folge einer Ausdehnung der Hadley-Zelle verstärken und Richtung Westküste der USA ausweiten. Solche Hochdrucklagen führen zu einer Abnahme der Niederschläge und Zunahme der Verdunstung und damit zu mehr Trockenheit im Südwesten der USA.[16]

Einzelnachweise

  1. ↑ 1,0 1,1 Cayan, D.R., et al. (2010): Future dryness in the southwest US and the hydrology of the early 21st century drought, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 107, 21,271–21,276, doi:10.1073/pnas.0912391107
  2. ↑ 2,0 2,1 Wang, S.-Y., Yoon, J., Gillies, R. R. and Hsu, H.-H. (2017): The California Drought: Trends and Impacts, in: Climate Extremes: Patterns and Mechanisms (eds S.-Y. S. Wang, J.-H. Yoon, C. C. Funk and R. R. Gillies), doi: 10.1002/9781119068020.ch13
  3. ↑ Robeson, S. M. (2015): Revisiting the recent California drought as an extreme value, Geophys. Res. Lett., 42, 6771–6779, doi:10.1002/2015GL064593
  4. ↑ 4,0 4,1 Diffenbaugh, N.S., D.L. Swain, and D. Touma (2015): Anthropogenic warming has increased drought risk in California, PNAS Early Edition, www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1422385112
  5. ↑ Daten nach NOAA National Centers for Environmental Information: Climate at a Glance
  6. ↑ Westerling, A.L. (2016): Increasing western US forest wildfire activity: sensitivity to changes in the timing of spring, Phil. Trans. R. Soc. B 371: 20150178
  7. ↑ Swain, D. L. (2015): A tale of two California droughts: Lessons amidst record warmth and dryness in a region of complex physical and human geography, Geophys. Res. Lett., 42, 9999–10,003, doi:10.1002/2015GL066628
  8. ↑ Margulis, S. A., G. Cortés, M. Girotto, L. S. Huning, D. Li, and M. Durand (2016): Characterizing the extreme 2015 snowpack deficit in the Sierra Nevada (USA) and the implications for drought recovery, Geophys. Res. Lett., 43, 6341–6349, doi:10.1002/2016GL068520.
  9. ↑ Mote, P. W., D. E. Rupp, S. Li, D. J. Sharp, F. Otto, P. F. Uhe, M. Xiao, D. P. Lettenmaier, H. Cullen, and M. R. Allen (2016): Perspectives on the causes of exceptionally low 2015 snowpack in the western United States, Geophys. Res. Lett., 43, 10,980–10,988, doi:10.1002/2016GL069965
  10. ↑ Abatzoglou, J.T., and A.P. Williams (2016): Impact of anthropogenic climate change on wildfire across western US forests, PNAS 113, 111770-11775, www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1607171113
  11. ↑ Lin, Y.-H., L.E. Hipps, S.-Y.S. Wang, and J.-H. Yoon (2017): Empirical and modeling analyses of the circulation influences on California precipitation deficits, Atmos. Sci. Let. 18: 19–28, DOI: 10.1002/asl.719
  12. ↑ Swain, D. L. (2015): A tale of two California droughts: Lessons amidst record warmth and dryness in a region of complex physical and human geography, Geophys. Res. Lett., 42, 9999–10,003, doi:10.1002/2015GL066628
  13. ↑ 13,0 13,1 Yoon, J.-H. et al. (2015): Increasing water cycle extremes in California and relation to ENSO cycle under global warming. Nat. Commun. 6:8657 doi: 10.1038/ncomms9657
  14. ↑ Wang, S.-Y. , L. Hipps, R.R. Gillies, and J.-H. Yoon (2014): Probable causes of the abnormal ridge accompanying the 2013–2014 California drought: ENSO precursor and anthropogenic warming footprint, Geophysical Research Letters 41, doi: 10.1002/2014GL059748
  15. ↑ Cook, B.I., T.R. Ault, J.E. Smerdon (2015): Unprecedented 21st century drought risk in the American Southwest and Central Plains. Science Advances 1, e1400082
  16. ↑ Gao, Y., L. R. Leung, J. Lu, Y. Liu, M. Huang, and Y. Qian (2014): Robust spring drying in the southwestern U.S. and seasonal migration of wet/dry patterns in a warmer climate, Geophys. Res. Lett., 41, doi:10.1002/2014GL059562


Klimadaten zum Thema

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Hier finden Sie eine: Anleitung zur Visualisierung der Daten.

Schülerarbeiten zum Thema

Schülerarbeiten zum Thema des Artikels aus dem Schulprojekt Klimawandel:

  • Wasserknappheit in Kalifornien Inwiefern beeinflusst der Klimawandel die Dürre in Kalifornien und welche Folgen resultieren daraus? (Cesar Klein Schule, Ratekau)

Bildergalerie zum Thema


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