Tropische Wirbelstürme und globale Erwärmung

Aus Klimawandel

Tropische Zyklonen und Meeresoberflächentemperatur

Meeresoberflächentemperaturen in den Hurrikangebieten der angegebenen Ozeanbecken während der jeweiligen Hurrikansaison

In den meisten Regionen, in denen tropische Zyklonen vorkommen, haben sich die Meeresoberflächentemperaturen (im Folgenden auch SST - nach engl. Sea Surface Temperature) um mehrere zehntel Grad Celsius in den letzten Jahrzehnten erhöht. Das gilt besonders für das Entstehungsgebiet der nordatlantischen Hurrikane.[1] Hier gibt es einerseits deutliche Dekadenschwankungen, mit einer kühlen Phase von 1905 bis 1925, einer warmen von 1930 bis 1960, einer kühlen von 1970 bis 1990 und dem Beginn einer neuen warmen Phase seit Mitte der 1990er Jahre. Andererseits zeichnet sich aber auch ein Trend von 0,7 °C pro 100 Jahre ab, der höher als im zonalen Mittel ausfällt.[2]

Die Ursachen für die SST-Veränderungen im Atlantik sind nicht endgültig geklärt. Die Dekadenschwankungen werden mit der Atlantischen Multidekaden-Oszillation (AMO) in Zusammenhang gebracht, die hauptsächlich auf Schwankungen der Thermohalinen Zirkulation des Nordatlantiks zurückgeführt wird.[3] Worin die Ursachen für die langfristige Erwärmung liegen, ist umstritten. Einige Autoren leiten sie primär aus der zunehmenden Konzentration von Treibhausgasen ab.[4] Das von der WMO ernannte Hurrikan-Expertentam stellt dagegen in seinem aktuellen Bericht fest, dass die Änderung der atlantischen SST in den letzten 30 Jahren nicht primär durch anthropogene Treibhausgase beeinflusst ist.[1]

Zwischen der Erhöhung der SST im Atlantik und der Anzahl von Hurrikanen wurde von einigen Forschern eine enge Beziehung hergestellt und die angenommene Zunahme der Hurrikane als anthropogen interpretiert. Holland&Webster (2007)[2] unterscheiden für das 20. Jahrhundert eine stufenweise Zunahme von tropischen Zyklonen um etwa das Doppelte in drei Phasen. Nahezu parallel dazu habe sich die Meeresoberflächentemperatur um 0,7 °C im tropischen Ostatlantik, dem Entstehungsgebiete von Hurrikanen, erhöht. Die Veränderung der Hurrikan-Aktivität sehen sie zu mehr als 60 % durch den Anstieg der Meeresoberflächentemperatur bedingt, und deren Zunahme zu Zweidritteln durch die Zunahme der Konzentration von Treibhausgasen verursacht. Ähnlich argumentieren Mann&Emanuel (2006).[5]

Gegen diese Argumentation sind jedoch in den letzten Jahren gravierende Einwände vorgebracht worden. Sie stützen sich im Wesentlichen auf zwei Argumente:

  1. die gängige Statistik über die Anzahl der Hurrikane seit Ende des 19. Jh.s muss korrigiert werden,
  2. die Hurrikane sind nicht allein und eventuell nicht primär durch die SST bestimmt.

Probleme der Hurrikan-Zählung

Häufigkeit tropischer Wirbelstürme im Nordatlantik 1878-2006 pro Jahr über 5 Jahre gemittelt. Die Entwicklung nach den vorliegenden Daten (blau) ergibt einen linearen Trend von +3,84 Stürmen pro 100 Jahr. Die korrigierte Entwicklung (rot) unter Hinzufügung früher nicht erfasster Stürme (grün) ergibt einen Trend von +1,6 Stürmen pro 100 Jahre.

Seit Beginn der Satellitenbeobachtung um 1970 zeigen die Daten eine deutliche Zunahme der tropischen Sturmereignisse im tropischen Nordatlantik. Global und in den anderen Ozeanbecken ist ein solcher Trend allerdings nicht auszumachen. Im östlichen und westlichen Nordpazifik ist zwar eine deutliche Zunahme zwischen dem Ende der 1970er und dem Beginn der 1990er Jahre zu verzeichnen, seitdem aber eine Abnahme auf das Niveau der 1970er Jahre. Und auch das globale Mittel zeigt keinen Trend.[6]

Über die Anzahl tropischer Stürme und Hurrikane im Atlantik seit 1878 liegen Daten der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) vor (die sog. HURDAT-Daten). Sie zeigen einerseits starke Schwankungen von Jahr zu Jahr, andererseits deutliche Dekadenschwankungen. So war die Zeit zwischen 1910 und 1930 ausgesprochen ruhig, während seit Mitte der 1990er Jahre die Hurrikanaktivität ungewöhnlich zugenommen hat. Es lässt sich über den gesamten Zeitraum 1878-2006 aber auch ein deutlicher Trend erkennen, der auf +3,84 Stürme pro 100 Jahre geschätzt wurde. Beginnt man die Betrachtung bei 1900 ergibt sich sogar ein Trend von +6 Stürmen pro 100 Jahre.[7]

Ein erheblicher Teil der Zunahme der Sturmhäufigkeit ist jedoch künstlich bedingt durch eine Veränderungen in den Beobachtungsmethoden. Vor 1944 wurden die Stürme durch Schiffe oder durch das Zählen der auf Land treffenden Stürme erfasst. Dabei gab es z.T. große Unterschiede bei den Schiffsrouten. So wurden vor der Eröffnung des Panama-Kanals 1914 der Golf von Mexiko und die Karibik nur wenig befahren. Außerdem haben beide Weltkriege zu großen Lücken bei der Beobachtung geführt. Nach dem 2. Weltkrieg wurden die Schiffsdaten über dem Nordatlantik durch Beobachtungen von Flugzeugen ergänzt. Erst seit 1965 gibt es eine flächendeckende Beobachtung durch Satelliten, die bis in die Gegenwart stetig verbessert wurde. Vor dem Satellitenzeitalter wurde also ein erheblicher Teil der tropischen Wirbelstürme im Nordatlantik nicht erfasst, der nach 1965 in die Zählung aber durchaus einging.[7] Das betrifft besonders schwächere Stürme mit weniger als zwei Tagen Dauer.

Häufigkeit von mittel- und langlebigen Hurrikanen pro Jahr 1878-2008

In den letzten Jahren ist daher von verschiedenen Autoren der Versuch unternommen worden, die Anzahl nicht erfasster tropischer Zyklonen zu bestimmen. Nach Mann et al. (2007) würden mehr als ein Sturm pro Jahr den beobachteten statistischen Beziehungen zwischen dem zugrundeliegenden Klima und der Anzahl tropischer Zyklonen widersprechen.[8] Landsea (2007) nimmt dagegen 3,2 fehlende Stürme pro Jahr an.[9] Von Vecchi & Knutson (2008) wurden die „fehlenden“ Stürme mit 3-4 pro Jahr um 1880 und für die beiden Weltkriege sowie mit 0,25 pro Jahr in den 1950er und 1960er Jahren angesetzt. Daraus ergibt sich über den gesamten Zeitraum von 1878-2006 ein deutlich geringerer Trend von nur +1,6 Stürmen pro 100 Jahre, der statistisch nicht signifikant ist.[7] Landsea (2007) kommt dagegen auf einen deutlich stärkeren Trend von +2,89 pro 100 Jahre, da er seine Analyse auf den Zeitraum 1900-2006 bezieht. In einer neueren Untersuchung lassen Landsea et al. (2010) die Zeitreihe allerdings auch mit dem Jahr 1878 beginnen, rechnen die kurzlebigen Stürme heraus und die „fehlenden“ mittel- bis langlebigen Stürme hinzu. Das Ergebnis ist: Es gibt bei den mittel- bis langlebigen Hurrikanen keinen Trend, sondern nur Dekadenschwankungen.[7]

Noch weniger als im Atlantik konnte für den nördlichen Westpazifik ein Trend der Häufigkeit tropischer Zyklonen festgestellt werden. Eine Untersuchung der auf Land treffenden Taifune während der Zeit von 1954 bis 2004 an den Küsten von Vietnam, den Philippinen, China, Korea und Japan ergab zwar starke jährliche und ebenso ausgeprägte Schwankungen über Jahrzehnte, aber keinen erkennbaren Trend. Ein Einfluss der globalen Erwärmung auf die Aktivität von Taifunen kann nach Chan&Chu (2009) ausgeschlossen werden.[10]

Das Hurrikan-Team der WMO schließt daraus, dass es letztlich ungewiss bleibt, ob die vergangenen Veränderungen in der Häufigkeit tropischer Zyklonen die Schwankungen überstiegen haben, die aus natürlichen Ursachen zu erwarten wären.[1]

Starke und schwache Hurrikane

Die globale Anzahl der schwachen und mittleren (Kategorie 1-3) und der starken Hurrikane (Kategorie 4 und 5) von 1970/4 bis 200/04 jeweils über vier Jahre gemittelt.

Die meisten Modellberechnungen kommen zu dem Ergebnis, dass bei einer Erwärmung durch anthropogene Treibhausgase im 21. Jahrhundert die Anzahl aller tropischen Zyklonen zwar ab-, die starken Hurrikane der Kategorie 4 und 5 jedoch stärker und häufiger werden (s.u.). Verschiedene Autoren haben untersucht, ob ein solcher Trend auch schon in der jüngsten Vergangenheit zu beobachten und ob er der bisherigen globalen Erwärmung zuzuordnen ist. So haben Webster et al. (2005) in der Zahl und dem Anteil starker Hurrikane der Kategorie 4 und 5 in allen Ozeanbecken eine deutliche Steigerung festgestellt. Während die Anzahl der Hurrikane der Kategorien 1-3 in der Zeit der Satellitenbeobachtung 1970-2004 pro Jahr sich kaum verändert habe, zeige die der Kategorien 4 und 5 nahezu eine Verdopplung von ca. 50 auf 90 Hurrikane pro Jahr. Auch der Anteil der starken Hurrikane an der Gesamtzahl aller Hurrikane ist von ca. 20 auf rund 35 % gestiegen.[6]

Diese Ergebnisse wurden durch weitere Untersuchungen bestätigt.[11] Aufgrund von Satellitendaten 1981-2006 wurden z.B. von Elsner et al. (2008)[12] die höchsten Windstärken, die tropische Zyklonen während ihrer Lebenszeit erreichen, untersucht. In allen Ozeanbecken wurde ein Aufwärtstrend festgestellt, insbesondere bei den stärksten Zyklonen und vor allem im Nordatlantik. Kein Trend ergab sich dagegen bei den schwächeren Windstärken. Die starken tropischen Zyklonen sind also noch stärker geworden.

Index der Meeresoberflächentemperatur (blau) im tropischen Nordatlantik (6°-18° N, 20°-60° W) und des Energieumsatzes (rot) bei nordatlantischer Hurrikanen 1930-2004

Eine Methode, den gesamten Energieumsatz eines Hurrikans zu berücksichtigen, ist der Power Dissipitation Index (PDI) des US-Hurrikan-Forschers Kerry Emanuel, der die Dauer aller tropischen Zyklonen während einer Saison und die maximale Windstärke während dieser Dauer berücksichtigt.[13] Seit den 1970er Jahren hat nach Emanuel (2007) der PDI im tropischen Nordatlantik um fast 100 % zugenommen, im westlichen Nordpazifik um 35 %. Unmittelbare Gründe sind nach Emanuel sowohl eine verlängerte Sturmdauer pro Jahr wie höhere Windgeschwindigkeiten.

Aber auch bei der weitgehend auf Satellitenbeobachtung beruhenden Abschätzungen einer zunehmenden Hurrikan-Intensität sind Zweifel angebracht. In den 1970er und 1980er Jahren gab es nur wenige Satelliten mit einer geringen Bildauflösung, die Tropische Zyklonen vor allem im Nordatlantik erfassten. Seit den 1990er Jahren wurde die Anzahl der Satelliten erhöht und die Bildauflösung verbessert. Die Intensität der Zyklonen wurde daher vor 1990 häufig deutlich unterschätzt. So wurde etwa der Bangladesch-Zyklon von 1970, der wahrscheinlich schlimmste Tropische Zyklon der jüngeren Menschheitsgeschichte mit 300000 bis 500000 Toten, offiziell nie klassifiziert. Nachträgliche Untersuchungen früherer Satellitendaten lassen vermuten, dass zwischen 1978 und 1990 etwa 70 Zyklonen der Kategorie 4 und 5 nicht als solche erkannt wurden.[14] Hinzu kommt, dass die Zeitperioden zu kurz für Aussagen über einen längerfristigen Trend sind.

Das Ursachenproblem

Die Probleme bei den Daten, insbesondere die Schwierigkeit, längerfristige Trends festzustellen, machen es nahezu unmöglich, den beobachteten Veränderungen bestimmte Ursachen zuzuordnen. Die noch vor einigen Jahren propagierte direkte Kopplung der Hurrikanaktivität mit der Mereresoberflächentemperatur und der Rückschluss auf anthropogene Einflüsse sind einem differenzierteren Bild gewichen.

Zum einen gibt es zwischen der Anzahl tropischer Zyklonen und der Mereresoberflächentemperatur offensichtlich keine einfache Beziehung. So lässt sich die Entwicklung beider Faktoren seit Beginn der Satellitenbeobachtung zwar im Nordatlantik zur Deckung bringen. Im NW-Pazifik kann man jedoch von Mitte der 1970er Jahre bis ca. 1990 eine starke Zunahme der Zahl Tropischer Zyklonen von 10 auf etwa 20 pro Jahr feststellen, dann aber eine starke Abnahme auf ca. 12 um das Jahr 2000, obwohl die Mereresoberflächentemperatur stetig angestiegen ist.

Auch im Atlantik scheint eine direkte Beziehung möglicherweise nur scheinbar zu existieren. Offensichtlich ist es weniger die atlantische Mereresoberflächentemperatur direkt, die die Hurrikan-Aktivität beeinflusst, als deren Relation zur übrigen tropischen SST und der Einfluss dieser Differenz auf die atmosphärische Dynamik. Die tropische SST im Atlantik ist in den letzten 30 Jahren deutlich stärker angestiegen als in den anderen Ozeanen. Nach Berechnungen von Klimamodellen ist dieser Unterschied jedoch nicht durch Treibhausgase zu erklären. Eine Folge ist, dass sich die Innertropische Konvergenzzone nach Norden verschiebt. Daraus folgen wiederum: eine reduzierte vertikale Windscherung sowie eine Reduktion der Stabilität des dynamischen Profils der Troposphäre. Diese Faktoren begünstigen die Entstehung von tropischen Stürmen und sind möglicherweise verantwortlich für die Korrelation von Hurrikan-Häufigkeit und Mereresoberflächentemperatur im Atlantik.

Immerhin steht nach einer jüngeren Untersuchung die Zunahme der hohen Windstärken in Übereinstimmung mit der Zunahme der SST.[12] Pro 1 °C Anstieg der SST wurde eine Zunahme um 1,9 m/sec bei den 20 % höchsten Windstärken und um 6,5 m/sec bei den 10 % höchsten Windstärken festgestellt. Die stärksten Zyklonen werden also stärker mit höheren SST. Diese Parallele ist konsistent mit theoretischen Überlegungen, dass ein wärmerer Ozean mehr Energie für die Entwicklung tropischer Zyklonen bereitstellt. Sie erlaubt jedoch noch keine kausale Zuschreibung, da der Einfluss anderer Faktoren wie die vertikalen Temperaturverhältnisse der Troposphäre, die vertikale Windscherung, der Einfluss von El-Niño-Verhältnissen usw. nicht berücksichtigt sind. Auch die Zunahme des PDI kann laut Hurrikan-Team der WMO durch höhere SST nur z.T. erklärt werden. Aufgrund der kurzen Periode der Satellitendaten sei es letztlich nicht möglich, anthropogene Veränderungen von natürlichen Dekadenschwankungen zu trennen.

Projektionen

Hurrikane der Kategorie 4 und 5 – Gegenwart: gestrichelt; Zukunft: durchgezogen

Modell-Projektionen über die Entwicklung der Aktivität von tropischen Zyklonen in einer wärmeren Welt hatten lange Zeit eine zu grobe räumliche Auflösung, um wesentliche Eigenschaften von tropischen Zyklonen adäquat zu simulieren. In jüngster Zeit sind jedoch Modelle mit einer Auflösung bis hinunter auf 9 km entwickelte worden, die mehrheitlich zu dem Ergebnis kommen, dass die hohen Windgeschwindigkeiten ebenso wie die an tropische Zyklonen gekoppelten Niederschläge zunehmen werden und – mit weniger hoher Wahrscheinlichkeit – dass die Anzahl der schwachen tropischen Zyklonen sinken und die der starken steigen wird.[15] So ergibt eine aktuelle Modelluntersuchung über die künftige Entwicklung eine Zunahme der Anzahl atlantischer Hurrikane der Kategorien 4 und 5 bis zum Ende des 21. Jahrhunderts um fast das Doppelte und bei den Stürmen der Kategorie 5 sogar um das Dreifache. Ebenso wird hiernach der Niederschlag in einem Radius von 100 km um das Hurrikan-Zentrum um 20 % zunehmen.[16]

Die Gründe für diese Entwicklung sind nicht endgültig geklärt. Eine wichtige Ursache für die Abnahme der Gesamtzahl tropischer Zyklonen in einer wärmeren Welt wird darin gesehen, dass die globale Erwärmung die vertikale Windscherung begünstigt (Wand & Lee 2008). Vertikale Windscherung unterbricht die Formation vor allem der schwächeren Stürme, während die starken Stürme sich ihre eigene Umwelt schaffen und den Einflüssen von Windscherungen eher widerstehen. Eine höhere Meeresoberflächentemperatur führt dagegen nicht zu einer höheren Anzahl tropischer Zyklonen. Zusammen mit dem Anstieg des Wasserdampfgehalts in der Atmosphäre stellt sie allerdings mehr Energie zur Verfügung und begünstigt damit die Intensität der Zyklonen.[17]

Einzelnachweise

  1. ↑ 1,0 1,1 1,2 Knutson, T.R. et al. (2010): Tropical cyclones and climate change, Nature Geoscience 3, 157-163
  2. ↑ 2,0 2,1 Holland, G. J. & Webster, P. J. (2007): Heightened tropical cyclone activity in the North Atlantic: natural variability or climate trend? Phil. Trans. R. Soc. A 365, 2695–2716
  3. ↑ IPCC, Climate Change 2007, Working Group I: The Science of Climate Change, 3.6.6
  4. ↑ Mann, M. E., and K. A. Emanuel, 2006: Atlantic hurricane trends linked to climate change. Eos, Trans. Amer. Geophys. Union, 87, doi:10.1029/2006EO240001; Gillett, N. P., Stott, P. A. & Santer, B. D. (2008): Attribution of cyclogenesis region sea surface temperature change to anthropogenic influence. Geophys. Res. Lett. 35, L09707 (2008)
  5. ↑ Mann, M. E., and K. A. Emanuel, 2006: Atlantic hurricane trends linked to climate change. Eos, Trans. Amer. Geophys. Union, 87, doi:10.1029/2006EO240001
  6. ↑ 6,0 6,1 Webster, P. J., et al. (2005): Changes in tropical cyclone number, duration, and intensity in a warming environment. Science 309, 1844–1846
  7. ↑ 7,0 7,1 7,2 7,3 Vecchi, G. A. & Knutson, T. R. (2008): On estimates of historical North Atlantic tropical cyclone activity. Journal of Climate 21, 3580–3600
  8. ↑ Mann, M. E., et al. (2007): Evidence for a modest undercount bias in early historical Atlantic tropical cyclone counts. Geophys. Res. Lett. 34, L22707 (2007)
  9. ↑ Landsea, C. W. (2007): Counting Atlantic tropical cyclones back to 1900, Eos Trans. AGU, 88(18), 197, 202
  10. ↑ Chan, J. C. L. & Xu, M. (2009): Interannual and interdecadal variations of landfalling tropical cyclones in East Asia. Part I: Time series analysis. Int. J. Climatol. 29, 1285–1293
  11. ↑ Vgl. Knutson, T.R., et al. (2010): Tropical cyclones and climate change, Nature Geoscience 3, 157-163
  12. ↑ 12,0 12,1 Elsner, J. B., et al. (2008): The increasing intensity of the strongest tropical cyclones. Nature 455, 92–95
  13. ↑ Emanuel, K. (2007): Environmental factors affecting tropical cyclone power dissipation. J. Clim. 20, 5497–5509
  14. ↑ Landsea, C. W., et al (2006): Can we detect trends in extreme tropical cyclones? Science 313, 452–454
  15. ↑ IPCC, Climate Change 2007, Working Group I: The Science of Climate Change, 10.3.6.3
  16. ↑ Bender, M. A., et al. (2010): Modeled impact of anthropogenic warming of the frequency of intense Atlantic hurricanes. Science 327, 454–458
  17. ↑ Bengtsson, L., et al. (2007): How may tropical cyclones change in a warmer climate, Tellus 59A, 539–561

Weblinks

Literatur

  • Kasang, D. (2011): Tropische Wirbelstürme, in: Lozán, J.L., u.a. (Hrsg): Warnsignal Klima: Die Meere - Änderungen & Risiken, Hamburg 2011, 144-148


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