Hitzewellen

Aus Klimawandel
Abb. 1: Hitzewelle 2018: Änderung des Blattindex (Grünfärbung) infolge der Hitzewelle 2018 im nordwestlichen Mitteleuropa im Vergleich zu 2017, Satellitenaufnahmen vom 24. Juli 2018 (oben) und 19. Juli 2017 (unten).

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

Definitionen

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] Auch wenn man von regional unterschiedlichen Maximalwerten ausgeht und eine bestimmte Überschreitung von z.B. 5 °C als Schwellenwert für eine Hitzewelle festlegt, ist eine globale Vergleichbarkeit nur begrenzt gegeben, da die Schwankungen der Tagestemperaturen in den Tropen viel geringer sind als etwa in den mittleren Breiten. 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, die Wasserversorgung und die Gesundheit von Menschen gefährden. Bei solchen Wirkungen von Hitzewellen sind jedoch auch die Dauer der aufeinander folgenden heißen Tagen und die Luftfeuchtigkeit von entscheidender Bedeutung. Gerade für die menschliche Gesundheit sind lang anhaltende Hitzewelle gepaart mit hoher Schwüle wesentlich belastender als wenige und trockene heiße Tage. Neuere Indizes beziehen daher auch die Dauer einer Hitzewelle und die relative Luftfeuchtigkeit mit ein. So wurden Hitzewellenindizes entwickelt, nach denen bei einer Hitzewelle über einen Zeitraum von drei aufeinander folgenden Tagen ein bestimmter Grenzwert überschritten wird. Und für Regionen mit hoher Luftfeuchtigkeit wird oft die gefühlte Temperatur zugrunde gelegt, die aus Temperatur und relativer Luftfeuchtigkeit abgeleitet ist. So wird bei einer gemessenen Temperatur von 35 °C und einer relativen Feuchte von 50 % eine gefühlte Temperatur von 40 °C erreicht. Die Gefahr solcher „feuchten Hitzewellen“, bei denen der menschliche Körper sich kaum noch durch Schwitzen abkühlen kann, besteht für einige stark besiedelte Regionen wie Indien, den Osten der USA und das östliche China in hohem Maße. Auch gefühlte Spitzentemperaturen von 55 °C könnten hier bei einer Erhöhung der globalen Mitteltemperatur von 4 °C in der Zukunft möglich werden, mit zahlreichen Todesfällen vor allem bei Menschen über 65 Jahren.[5]

Abb. 2: Regionale Änderung der höchsten Jahrestemperatur in °C pro Dekade 1986 bis 2015

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.[6][7] Noch schwerwiedender war die Hitzewelle 2010 im westlichen Russland, die als die stärkste Hitzewelle der Gegenwart eingeschätzt wird.[8] 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.[9]

Auch die Vereinigten Staaten wurden in jüngster Zeit zunehmend von Hitzewellen heimgesucht. So forderte die Hitzewelle von 1995 in Chicago über 500 Todesopfer.[10] 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[11] und über große Teile der USA 2012.[12] Ebenso erlebte Australien 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.[13]

Abb. 3: Klimaänderung und Extreme

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.[14] 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.[15] Die mittleren maximalen Sommertemperaturen in Europa stiegen zwischen 1880 und 2005 um 1,6 °C und damit deutlich stärker als die jährlichen Mitteltemperaturen.[16] Höhere Durchschnittstemperaturen machen aber auch häufigere und stärkere Extremereignisse wahrscheinlicher (s. Abb. 3).

Zunahme von Hitzewellen

Abb. 4: Änderung der Verbreitung von heißen (0,43 Standardabweichungen), sehr heißen (2 Standardabweichungen) und extrem heißen (3 Standardabweichungen) Sommern auf der Landoberfläche der Nordhalbkugel.

Trends

Abb. 5: Anteil der heißen Tage und Nächte pro Jahr in armen (blau) und wohlhabenden (rot) Ländern. Gezeigt wird die Zunahme von solchen heißen Tagen und Nächten, die im Zeitraum 1961-1990 zu den 10 % heißesten Tagen bzw. Nächten pro Jahr gehört haben.

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.[16] 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.[11]

Bezeichnend ist, dass gerade die ärmsten Länder von einigen der schlimmsten Folgen des Klimawandels betroffen sind, obwohl sie kaum zur Emission von Treibhausgasen beigetragen haben. So befinden sich die Temperaturen in diesen zumeist äquatornah gelegenen Ländern bereits heute an der oberen Grenze des menschlichen Wohlbefindens. Die geringen Schwankungen der Temperatur in den Tropen haben zur Folge, dass bereits durch kleine Änderungen bisherige Temperaturextreme überschritten werden. Heiße Tage, die im Zeitraum 1961-1990 zu den 10 % heißesten Tagen pro Jahr gehört haben, nehmen in den armen Ländern auf 22 % zu (bzw. von 37 auf 80 Tage pro Jahr), in den wohlhabenden Staaten dagegen nur von 10 % auf 15 % (von 37 auf 55 Tage pro Jahr). Noch etwas stärker nimmt der Anteil von heißen Nächten pro Jahr in den armen Ländern zu, nämlich von 10 % auf 26 %. Das ist insofern besonders problematisch, weil die Sterblichkeit bei Hitzewellen stark davon abhängt, ob sich der menschliche Körper während der Nacht durch Abkühlung erholen kann.[17]

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.[16] 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.[11]

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.[18][19] 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.[18]

Abb. 6: Anteil heißer Sommermonate mit Temperaturen von mehr als drei Standardabweichungen 2071-2099 nach dem RCP8.5-Szenario
Abb. 7: Wahrscheinlichkeit des Auftretens einer gefühlten Temperatur von 40 °C (oben) und 55 °C (unten) bei einer globalen Erwärmung von 4 °C.

Zukünftige Entwicklung

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.[9] Als Kriterium 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.[20] Bei einer globalen Erwärmung von 4 °C liegt die Wahrscheinlichkeit einer Hitzewelle, die das russische Extremereignis von 2010 übertrifft, für Mitteleuropa, Indien und große Teile Afrikas bei jährlich 10 %. Für die östlichen USA, das nördliche Lateinamerika und China bei 50 % und damit bei einer Hitzewelle dieser Größenordnung alle zwei Jahre. Diese Regionen müssen bei einer Zunahme der globalen Mitteltemperatur um 4 °C mit maximalen gefühlten Höchsttemperaturen von 55 °C rechnen, woran sehr stark die Feuchtigkeit beteiligt ist. Das entspricht einer Überschreitung der Kühlgrenztemperatur von 35 °C, die in bisherigen Messungen nicht vorgekommen ist.[8]

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. ↑ Sillmann, J. & S. Russo (2018): Globale Erwärmung und Hitzewellen. In: Lozán, J. L., S.-W. Breckle, H. Grassl & D. Kasang & R. Weisse. Warnsignal Klima: Extremereignisse. pp. 69-75. Online: www.klima-warnsignale.uni-hamburg.de. doi:10.2312/warnsignal.klima.extremereignisse.10.
  6. ↑ Robine, J.M., et al. (2007): Report on excess mortalitiy in Europe during summer 2003 (EU Community Action Programme for Public Health)
  7. ↑ Robine, J.-M., et al. (2008): Death toll exceeded 70,000 in Europe during the summer of 2003, C. R. Biologies 331, 171–178
  8. ↑ 8,0 8,1 Russo, S., J. Sillmann, A. Sterl (2017): Humid heat waves at different warming levels, Scientific Reports 7, 7477, 10.1038/s41598-017-07536-7, https://doi.org/10.1038/s41598-017-07536-7
  9. ↑ 9,0 9,1 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
  10. ↑ 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
  11. ↑ 11,0 11,1 11,2 Hansen, J., M. Sato, and R. Rued (2012): Perception of climate change, PNAS Early Edition,
  12. ↑ NASA Science: The Summer of 2012 - Too Hot to Handle?
  13. ↑ NASA Earth Observatory (2014): Heat Wave Stifles Australia
  14. ↑ Salinger, M.J. (2005): Increasing Climate Variability And Change, Climatic Change 70 (Nr. 1-2), 1-3
  15. ↑ 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
  16. ↑ 16,0 16,1 16,2 IPCC (2012): Managing the Risks of Extreme Events and Disasters to Advance Climate Change Adaptation – online: http://ipcc-wg2.gov/SREX/
  17. ↑ Herold, N., L. Alexander, D. Green and M. Donat (2017): Greater increases in temperature extremes in low versus high income countries, Environ. Res. Lett. 12
  18. ↑ 18,0 18,1 Overland, J.E. (2013): Long-range linkage, Nature Climate Change, doi:10.1038/nclimate2079
  19. ↑ 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
  20. ↑ Stott, P.A., D.A. Stone, and M.R. Allen (2004): Human contribution to the European heatwave of 2003, Nature 432, 610-614

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

Weblinks


Klimadaten zum Thema

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Südamerika: Temperatur, Sommertage, heiße Tage oder Tropennächte, und zahlreiche Datensätze für
Europa: Temperatur, Sommertage, heiße Tage oder Tropennächte, und
Nord-Deutschland: Temperatur, Sommertage, heiße Tage oder Tropennächte.


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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)

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