Tropische Wirbelstürme und globale Erwärmung

Aus Klimawandel
Hurrikan Patricia vor der Westküste Mexikos, der bisher stärkste Tropische Wirbelsturm im 21. Jahrhundert mit einer Spitzengeschwindigkeit von 345 km/h und dem niedrigsten Luftdruck von 872 hPa.

Gefahren durch Tropische Wirbelstürme

Tropische Wirbelstürme (TW) gehören mit Hitzewellen, Dürren, Starkniederschlägen, und außertropischen Stürmen zu den Wetterextremen, die möglicherweise durch den Klimawandel verstärkt oder häufiger auftreten werden. Sie kommen in den tropischen Regionen aller drei Ozeane vor. Im Nordatlantik und östlichen Nordpazifik heißen sie Hurrikane, im westlichen Nordpazifik Taifune, im nördlichen Indischen Ozean Zyklone. Der Einfachheit halber wird der Begriff „Hurrikan“ häufig auch universal gebraucht. Im Focus der Aufmerksamkeit stehen in der westlichen Welt die atlantischen Hurrikane, wegen ihres Gefährdungspotentials in der westlichen Hemisphäre, aber auch weil sie am besten erforscht sind und über sie die längsten Datenreihen vorliegen.

Abb. 1: Schäden durch Tropische Wirbelstürme nach Kontinenten 1970 bis 2019

Tropische Wirbelstürme gehören zu den gefährlichsten Wettersystemen auf dem Globus, die, wenn sie auf Land treffen, zu katastrophalen Zerstörungen führen können. Sie treten zwar relativ selten auf, richten in den betroffenen Gebieten aber starke Verwüstungen an. Sie haben in den letzten 50 Jahren Schäden von 1,4 Billionen US$ verursacht und 800.000 Todesopfer gefordert.[1] Die von Tropischen Wirbelstürmen betroffene Bevölkerung hat sich zwischen 2002 und 2019 von 408 Millionen auf 792 Millionen pro Jahr erhöht.[2] An der Spitze der Todesopfer durch Tropische Wirbelstürme steht im 21. Jahrhundert mit über 138.000 Toten der Hurrikan Nargis (2008) in Myanmar, gefolgt von dem Medicane Daniel (2023, Libyen) mit 11498 und dem Supertaifun Haiyan (2013, Philippinen) mit 6352 Opfern.[3] Während von den ökonomischen Schäden eher wohlhabende Staaten betroffen sind, haben die meisten Toten durch Tropische Wirbelstürme vor allem ärmere Länder zu beklagen (Abb. 1).

Es ist daher von hohem gesellschaftlichem Interesse, der Frage nachzugehen, welchen Einfluss der globale Klimawandel auf diese Extremereignisse hat. Die Frage ist nicht einfach zu beantworten, da tropische Wirbelstürme auch von vielen natürlichen Prozessen im Klimasystem beeinflusst werden, so z.B. von großräumigen atmosphärischen Zirkulationen wie der Hadley-Zelle oder den Monsunwinden und von natürlichen Klimaschwankungen des ENSO-Systems oder der Atlantische Multidekaden Oszillation bzw. der Pazifischen Dekaden Oszillation (AMO bzw. PDO). Im Unterschied zu den natürlichen Schwankungen, die auf Zeitskalen von Jahren (z.B. ENSO) und Jahrzehnten (z.B. PDO) positive und negative Phasen aufweisen und sich in ihrer Wirkung über längere Zeiträume aufheben, kennt die globale Erwärmung bisher nur einen langfristigen Trend nach oben. Es ist daher zunächst grundlegend zu untersuchen, ob es bei den Tropischen Wirbelstürmen ebenfalls einen langfristigen Trend gibt, der als Folge des anthropogenen Klimawandels gedeutet werden könnte. Im Zentrum steht dabei die Frage nach der Zahl der TWs.

Über die Häufigkeit Tropischer Wirbelstürme

Abb. 2: Langfristige Trends globaler Tropischer Wirbelstürme pro Jahr für die vorindustrielle Periode (1850-1900) und das 20. Jahrhundert (1900-2012) nach Daten und Modellexperimenten. Blau: Jahreswerte, rot: 5-Jahresmittel, gestrichelt: Trends.

Im Mittel gibt es rund 80 Tropische Wirbelstürme jedes Jahr, mit starken jährlichen Schwankungen.[4] Die Häufigkeit der TWs in den einzelnen Ozeanbecken ist im Allgemeinen am höchsten im Spätsommer und frühen Herbst, wenn die Meeresoberflächentemperaturen am höchsten sind und die tropischen Regengürtel bzw. die Innertropische Konvergenzzone (ITC) am weitesten vom Äquator entfernt liegen. Eine Ausnahme ist der nördliche Indische Ozean, wo starke monsunbedingte Windscherung die Tropischen Wirbelstürme unterdrücken und es zu zwei Höhepunkten der TW-Aktivität im Frühjahr und Herbst kommt.[4]

Abb. 3: Veränderung der Häufigkeit von tropischen Wirbelstürmen zwischen 1980 und 2018 (Anzahl pro Jahr)

Langfristige Trends der TW-Häufigkeit festzustellen, ist allein schon angesichts der lückenhaften Daten, der verhältnismäßig kurzen erfassten Zeiträume und der Änderungen der Beobachtungsmethoden eine Herausforderung. Die Satelliten-Periode ist auf die letzten 40 Jahre beschränkt[5] und war erst seit den 1990er Jahren in der Lage, global flächendeckend verlässliche Daten zur Verfügung zu stellen.[6] Für den nördlichen Atlantik gibt es zwar Beobachtungsdaten seit dem Ende des 19. Jahrhunderts, die vor Mitte des 20. Jahrhunderts jedoch auf Schiffsbeobachtungen oder das Zählen der auf Land treffenden Stürme beschränkt waren. Danach kamen Flugzeugbeobachtungen hinzu und seit den 1960er Jahren zunehmend flächendeckende Satellitendaten. Die Rohdaten für den Atlantik zeigen zwar einen langfristigen Trend nach oben, geben jedoch nicht die reale Entwicklung wieder, da in den ersten Jahrzehnten vor allem schwächere Stürme und solche auf hoher See häufig nicht erfasst wurden.[7] Für die anderen Ozeanbecken ist die Datenlage im Allgemeinen noch unbefriedigender.

Wegen der nur wenige Jahrzehnte abdeckenden verlässlichen historischen Daten fehlt es nach Chand et al. (2022)[8] an klaren Beweisen für einen beobachteten langfristigen Trend der globalen Anzahl Tropischer Wirbelstürme. Reanalysedaten, die sich auf Beobachtungs- und Modelldaten stützen und den Zeitraum von der Mitte des 19. Jahrhunderts bis 2012 erfassen, würden jedoch einen deutlichen globalen Abwärtstrend von 1900 bis 2012 um ca. -13% zeigen (Abb. 2). Ein solcher Trend zeige sich jeweils auch für die Nord- und Südhemisphäre.

Während der letzten Jahrzehnte (1990-2021) hat die globale Zahl der benannten Wirbelstürme nach Beobachtungsdaten dagegen leicht zugenommen; falls nur die Tropischen Wirbelstürme mit Hurrikan-Stärke (ab 119 km/h Windgeschwindigkeit) berücksichtigt werden, dagegen abgenommen (Klotzbach et al. 2022)[9]. Das ist vor allem ein Ergebnis des starken Rückgangs im westlichen Nordpazifik, wo global die meisten Wirbelstürme vorkommen. Der Nordatlantik zeigt dagegen eine starke Zunahme Tropischer Wirbelstürme seit 1980 (Abb. 3). Allerdings ist die Zunahme der atlantischen Hurrikane nicht die Fortsetzung eines längerfristigen Trends, sondern folgt auf eine starke Abnahme der Hurrikan-Aktivität in den 1960ern bis 1980er Jahren (Abb. 4).[10] Die übrigen Ozeanbecken weisen für die letzten Jahrzehnte keine eindeutigen Zu- oder Abnahmen auf.[6]

Abb. 4: Langfristige Trends Tropischer Wirbelstürme pro Jahr im westlichen Nordpazifik und Nordatlantik für die vorindustrielle Periode (1850-1900) und das 20. Jahrhundert (1900-2012) nach Daten und Modellexperimenten. Blau: Jahreswerte, rot: 5-Jahresmittel, gestrichelt: Trends. Leicht verändert.

Nehmen die starken Tropischen Wirbelstürme zu?

Abb. 5: Die globale Anzahl der Tropischen Wirbelstürme der Kategorie 4-5 (links) und der Anteil an allen Tropischen Wirbelstürmen ab Kategorie 1 (rechts)
Tab. 1: Hurrikan-Kategorien nach der Saffir-Simpson-Skala, ergänzt durch eine neue Kategorie 6

Klimamodelle, die die Entwicklung Tropischer Wirbelstürme durch den Klimawandel simulieren, zeigen mehrheitlich eine Abnahme der Gesamtzahl und Zunahme der starken Wirbelstürme. Dieser Trend lässt sich auch in Beobachtungen feststellen, die sich in der Regel auf die letzten ca. vier Jahrzehnte beschränken.[5] Neuere Untersuchungen bestätigen nach Camargo et al. (2023)[6] eine Zunahme der TWs der Kategorie 4-5. Insbesondere ist der Anteil der sehr starken Stürme an allen Stürmen ab Hurrikan-Stärke deutlich angestiegen, wofür ein Grund auch in der Abnahme der Gesamtzahl der Stürme der Kategorien 1-5 gesehen wird. Klotzbach et al. (2022)[9] zeigen, dass die globale Anzahl der sehr starken TWs der Kategorien 4 und 5 nur sehr geringfügig zunimmt, ihr Anteil an allen Tropischen Wirbelstürmen ab Kategorie 1 aber eine signifikante Zunahme aufweist (Abb. 5). Wehner & Kossin (2024)[11] haben zudem vor allem im Nordpazifik mit den westpazifischen Taifunen Haiyan (2013), Meranti (2016), Goni (2020), Surigae (2021) und dem ostpazifischen Hurrikan Patricia (2015) eine Zunahme von besonders starken Tropischen Wirbelstürmen festgestellt, die alle erst seit den 2010er Jahren aufgetreten sind. Sie schlagen dafür die Einführung einer Kategorie 6 als Erweiterung der Saffir-Simpson-Skala ab einer Windgeschwindigkeit von 310 km/h vor (Tab. 1).

Globale Trends müssen nicht mit den Entwicklungen in den einzelnen Ozeanbecken übereinstimmen, die sich in den Umweltbedingungen für Tropische Wirbelstürme häufig deutlich unterscheiden. So bietet der tropische Pazifik allein durch seine Dimensionen deutlich günstigere Voraussetzungen für die Entwicklung starker Wirbelstürme als der Atlantik, wo die Stürme schneller auf Land stoßen. Auch die durch TWs betroffenen Küstenregionen unterscheiden sich nach Küstenformen, Bevölkerungsdichte, sozialem Wohlstand und Verletzlichkeit von Gesellschaften, Infrastrukturanlagen und Ökosystemen. Das ist besonders relevant für das Auftreten starker TWs mit ihren teils immensen Folgen für Menschen und Ökosysteme. So haben etwa an den Küsten der USA starke Hurrikane der Kategorien 3-5 ca. 80% der Zerstörungen durch Hurrikane verursacht, obwohl sie von den auf Land der USA treffenden TWs nur einen Anteil von 34% besitzen.[10] Außerdem wirken sich atmosphärische und ozeanische Zirkulationen sowie externe Einflüsse wie z.B. durch anthropogene Aerosole (s.u.) regional unterschiedlich auf Entstehung und Entwicklung von Tropischen Wirbelstürmn aus.

Im Nordatlantik haben nach Satellitenbeobachtungen über die letzten ca. vier Jahrzehnte die starken Hurrikane eindeutig zugenommen ([10], Abb. NOAA 2024). Die Daten der letzten 100 Jahre machen jedoch deutlich, dass es sich dabei wie bei der Gesamtzahl eher um eine Normalisierung der Hurrikan-Aktivität nach dem ausgeprägten Minimum der 1960er bis 1980er Jahre handelt als um einen langfristigen Trend. Ähnlich sehen das nach (Camargo et al. 2023)[6] auch andere Studien. Im westlichen Nordpazifik entsteht nicht nur ein Drittel der globalen Tropischen Wirbelstürme insgesamt, sondern auch 60% der stärksten TWs der Kategorie 5[12]. Nach Lee et al. (2020)[13] hat sich hier die Anzahl der Stürme der Kategorien 4 bis 5 seit Mitte der 1980er Jahre deutlich erhöht. Ebenso haben die starken TWs ab Kategorie 3 im nördlichen Indischen Ozean zugenommen.[14] Im südlichen Indischen Ozean haben die starken TWs möglicherweise leicht zugenommen,[9] im südlichen Pazifik abgenommen[6].

Schnelle Intensivierung und weitere Parameter

Abb. 6: Regionale Verbreitung von Tropischen Wirbelstürmen mit mehrfacher schneller Intensivierung

Schnelle Intensivierung

Neben der Anzahl Tropischer Wirbelstürme und besonders der Zunahme der TWs sind für die Gefährdung von Menschen und Ökosystemen auch andere Parameter Tropischer Wirbelstürme von Bedeutung. So ist in jüngster Zeit beobachtet worden, dass bei einigen Wirbelstürmen die Windgeschwindigkeit zunehmend schneller angestiegen ist. Diese schnelle Intensivierung von TWs, die als Anstieg der Windgeschwindigkeit von mindestens 30 Knoten in 24 h definiert ist, erschwert erheblich die Vorhersage und damit eine angemessene Warnung der Bevölkerung. Ein aktuelles Beispiel ist der ostpazifische Hurrikan Otis, der im Oktober 2023 den mexikanischen Ballungsraum Acapulco stark verwüstet hat, was im Wesentlichen darauf zurückzuführen war, dass er sich in nur 12 Stunden von einem Tropensturm in einen Hurrikan der Kategorie 5 entwickelt hat.[15] Schnelle Intensivierungen, die sich mehrfach bei demselben Wirbelsturm ereignen, haben in den letzten vier Jahrzehnten mit 83% besonders stark zugenommen. Regional weist der westliche Nordpazifik mit 42% nahezu die Hälfte aller mehrfachen schnellen Intensivierungen auf, der Nordatlantik lediglich 15% (Abb. 6).[16] Die auf Land treffenden TWs an den Küsten Ostasiens zeigen zudem eine deutliche Zunahme von schnellen Intensivierungen.[17] Aber auch im Atlantik wurde eine Verdreifachung der Umwandlung von schwachen Tropischen Wirbelstürmen in starke Hurrikane ab Kategorie 3 in 2002-2020 im Vergleich zu 1971-1990 festgestellt. Als Beispiele werden die Hurrikane Irma (2027), Ida (2021), Ian (2022) u.a. angeführt.[18]

Langsamere Fortbewegung und stärkere Niederschläge

Abb. 7: Überflutungen durch Hurrikan Harvey am 27.8.2017 an der texanischen Küste

Eine weitere bedrohliche Entwicklung ist die Verlangsamung der Geschwindigkeit, mit der sich die TW-Systeme über das Meer bewegen. Während die Geschwindigkeit der um den Kern kreisenden Winde bis zu 300 km/h und mehr erreichen kann, beträgt die Fortbewegungsgeschwindigkeit eines TW nur um die 30 km/h. Deren Abnahme wurde mit Ausnahme des nördlichen Indischen Ozeans in allen Ozeanbecken beobachtet. Im Nordatlantik hat sie sich über die letzten ca. 100 Jahre um 17% reduziert.[5] Mit der verringerten Fortbewegung nimmt teilweise die Intensität Tropischer Wirbelstürme zu. Eine weitere Folge ist ein längerer Verbleib der Wirbelstürme in Küstennähe, wodurch es zu erhöhten Niederschlägen und Überschwemmungen kommen kann, welche durch den steigenden Meeresspiegel noch verstärkt werden können. Ähnlich wirken sich die ebenfalls beobachteten zunehmenden Richtungsänderungen der Zugbahnen und eine verzögerte Abschwächung der TW-Intensität nach Querung der Küstenlinie aus. Ein Beispiel für den Atlantik ist in dieser Hinsicht der Hurrikan Harvey, der im August 2017 durch gewaltige Regenfälle katastrophale Überschwemmungen in der texanischen Küstenstadt Houston und Umgebung verursachte (Abb. 7).[6]

Veränderte Zugbahnen

Die vor allem im westlichen Nordpazifik beobachtete polwärtige Verschiebung der Zugbahnen Tropischer Wirbelstürme gefährdet Küstenregionen, die bisher nicht oder nur wenig von TWs betroffen waren. So hat sich die maximale Intensität während des Lebenszyklus von Wirbelstürmen auf der Nordhalbkugel um ca. 50 km/Jahrzehnt und auf der Südhalbkugel um ca. 60 km/Jahrzehnt Richtung Pol verschoben. Eine Folge ist, dass im NW-Pazifik an den Küsten Japans, Koreas und Chinas in den letzten 40 Jahren zunehmend mehr tropische Wirbelstürme auf Land gestoßen sind und an den Küsten Vietnams, Taiwans und der Philippinen weniger.[6][19] Die Verschiebung der Zugbahnen Richtung Pol könnte nach Lin et al. (2023)[12] allerdings auch den Vorteil haben, dass sich die erwartete Intensivierung der Taifune möglicherweise abschwächen wird, da die Wirbelstürme über weniger warme Ozeangebiete ziehen.

Ursachen

Natürliche Schwankungen

Entstehung, Entwicklung und Zugbahnen von TWs sind sowohl von natürlichen wie von anthropogenen, vom Menschen verursachten, Faktoren abhängig. Bei den natürlichen Einflussfaktoren spielen jährliche Schwankungen wie die El-Niño- und La-Niña-Phasen (ENSO) sowie Schwankungen auf Zeitskalen von Jahrzehnten wie die Pazifische Dekaden Oszillation (PDO), der Indian Ocean Dipole (IOD) und die Atlantische Meridionale Umwälzzirkulation (engl. Atlantic Meridional Overturning Circulation, AMOC bzw. AMO) eine Rolle. Bei den anthropogenen Ursachen wird einerseits der Effekt von Aerosolen, andererseits die Wirkung von Treibhausgasen diskutiert. Das breite Spektrum natürlicher Variabilität macht es schwierig, den anthropogenen Einfluss auf TCs zu bestimmen, und Projektionen für die Zukunft unsicher.

Die ausgeprägten jährlichen Schwankungen der Häufigkeit und Intensität Tropischer Wirbelstürme in den einzelnen Ozeanbecken werden wesentlich auf ENSO zurückgeführt. Auf die pazifischen und atlantischen TWs wirken die El-Niño- und La-Niña-Phasen des ENSO-Phänomens gegensätzlich. Die Entwicklung von Taifunen wird im Pazifik durch La-Niña-Bedingungen unterdrückt und im Atlantik begünstigt. Dadurch lassen sich die Abnahme von TCs im Pazifik und die Zunahme im Atlantik in den letzten Jahrzehnten erklären, da diese Periode stärker durch La-Niña-Verhältnisse als durch El-Niño-Bedingungen geprägt war. El Niño wirkt umgekehrt: pazifische TCs werden begünstigt, atlantische dagegen gehemmt.[9] Das verbindende Glied ist vor allem die vertikale Windscherung, ein Wechsel der Windrichtung mit der Höhe, der die Entwicklung vor allem schwacher Wirbelstürme erheblich schwächen kann und beispielsweise über dem Atlantik während eines El Niño besonders stark ausgeprägt ist. Im nördlichen Indischen Ozean wirkt sich ENSO ähnlich wie im Atlantik aus. Die TW-Aktivität ist bei El-Niño-Ereignissen geschwächt, während einer La Niña dagegen verstärkt. Allerdings spielt hier zusätzliche die Monsunzirkulation eine Rolle, die in der Kernzeit den ENSO-Einfluss weitgehend unterdrückt.[20] Da die pazifischen Trends für die globale TW-Statistik eine wesentlich größere Rolle spielen als die atlantischen oder die anderer Ozeanbecken, wirkt sich deren Änderungen auch auf die globale Statistik aus. Die deutliche Abnahme der globalen TWs ab Hurrikan-Stärke ist vor allem eine Folge der Entwicklung im westlichen Nordpazifik, wo in den letzten Jahrzehnten vorherrschende La-Niña-Phasen weniger Tropische Wirbelstürme haben entstehen lassen.[9]

Natürliche Schwankungen spielen auch bei längerfristigen Änderungen der TW-Aktivität über Jahrzehnte eine Rolle. So werden von einigen Studien für dekadische Änderung bestimmter TW-Parameter natürliche Klimaschwankungen als (Mit-)Verursacher angeführt. Z.B. wurde die Abschwächung der Fortbewegungsgeschwindigkeit von Taifunen im westlichen Nordpazifik auch natürlichen Einflüssen zugeschrieben.[6] Und nach Ly et al. (2022) beruht die Verschiebung der Zugbahnen von Taifunen im westlichen Nordpazifik wesentlich auf Schwankungen der Pazifische Dekaden Oszillation (PDO), wobei anthropogene Ursachen kaum eine Rolle spielten.[21] Und für den Nordatlantik wird als Antriebsfaktor für die Aktivität starker Hurrikane in Modell-Studien die Atlantische meridionale Umwälzzirkulation (AMOC) diskutiert.[22]

Anthropogene Ursachen

Anthropogene Aerosole

Der jüngste IPCC-Bericht AR6 WGI (2021)[5] betont, dass zahlreiche Änderungen der TW-Aktivität durch natürliche Ursachen allein nicht erklärt werden können. Auch neuere Studien folgen weitgehend dieser Position.[6] So wird die gegensätzliche Entwicklung der TW-Häufigkeit im Nordatlantik und westlichen Nordpazifik seit den 1980er Jahren teilweise durch den unterschiedlichen Effekt anthropogener Aerosole begründet.[6] Murakami (2022)[23] erklärt etwa die atlantische Zunahme der Hurrikan-Aktivität seit den 1980er Jahren weitgehend durch die Abnahme der Aerosolbelastung infolge der Luftreinhaltepolitik in Europa und den USA. Weil durch weniger Aerosole mehr Sonneneinstrahlung die Meeresoberfläche erreicht, erhöhen sich die Wassertemperaturen und die Konvektion und damit auch die Aktivität tropischer Wirbelstürme. Die Erwärmung durch die Aerosolabnahme würde außerdem die vertikale Windscherung abschwächen und so die Entstehung und Entwicklung von Hurrikanen begünstigen.

In Ost- und Südasien hat dagegen die Aerosolbelastung durch die anlaufende Industrialisierung seit den 1980er Jahren stark zugenommen. Als Folge wurde die Sonneneinstrahlung abgeschwächt und die Meeresoberflächentemperaturen abgekühlt sowie die Konvektion und die Aktivität tropischer Wirbelstürme verringert. Die in Abb. 3 auffällige Abnahme der TW-Aktivität auch auf der Südhalbkugel führt Murakami[23] auf die Fernwirkungen der Hurrikan-Änderungen über dem Atlantik zurück. Die Aerosol-Reduktion in Europa und Nordamerika habe zu einer unterschiedlichen Erwärmung von Nord- und Südhalbkugel und einer Änderung der tropischen Zirkulation geführt, durch die weniger TWs auf der Südhalbkugel entstanden. Trotz des starken Aerosol-Einflusses schließt Murakami (2022)[23] die Wirkung anderer Faktoren wie multidekadischer Klimaschwankungen, Vulkanausbrüche und Treibhausgase nicht aus.

Klimawandel

Langfristige Zunahmen der TW-Aktivität werden von mehreren Studien auf die Zunahme der Meeresoberflächentemperatur zurückgeführt, die wiederum zumeist als Folge des anthropogenen Klimawandels gesehen wird, wenn auch natürliche Einflüsse nicht ausgeschlossen werden. So hat die anthropogen bedingte Zunahme der Meeresoberflächentemperatur im Nordatlantik nach Pfleiderer et al. (2022)[24] die Wahrscheinlichkeit von extremen TW-Jahreszeiten im Zeitraum 1982-2020 verdoppelt. Ähnliche Ergebnisse liegen für einzelne besonders starke TW-Saisons vor, so für die Hurrikan-Saison 2017 und 2020 im Atlantik,[25] sowie für einzelne besonders starke Tropische Wirbelstürme wie Harvey (2017) und Hagibis (2019).[6] Nach Manikanta et al. (2023)[16] beruht die schnelle und insbesondere mehrfache Intensivierung Tropischer Wirbelstürme wesentlich auf der Erhöhung der Meeresoberflächentemperaturen, die wiederum eine Folge des Klimawandels sei. Auf der Basis von Modellsimulationen wird auch der schnellen Intensivierung von Hurrikanen in den letzten vier Jahrzehnten im Nordatlantik ein anthropogener Einfluss zugeschrieben.[26] Die deutliche Erhöhung der TW-Intensität und Intensivierungsrate im nordwestlichen Pazifik wurde von Li et al. (2023)[27] vor allem der Erhöhung der Ozeantemperaturen bis zum Niveau der 26°C-Isotherme in 80-120 m Tiefe zugeschrieben, die nach Modellsimulation deutlich mehr durch die globale Erwärmung als etwa durch die Pazifische Dekaden-Oszillation verursacht wurde. Ähnlich wurde in der verlangsamten Fortbewegung von TW-Systemen ein anthropogener Einfluss festgestellt. Bezeichnenderweise hat es in historischen Modellsimulationen keine Änderung zu einer verlangsamten Fortbewegung gegeben, während die zukünftige globale Erwärmung nach Modellsimulationen eine starke Abschwächung der Fortbewegungsgeschwindigkeit zur Folge haben wird.[6]

Schon der IPCC-Bericht AR6[5] stellte zwar nur eine begrenzte Evidenz für anthropogene Einflüsse auf die Intensivierung von TWs fest, aber eine hohe Wahrscheinlichkeit für den Beitrag des Klimawandels an den extremen Niederschlägen durch Tropische Wirbeltürme. Die starken Niederschläge durch den atlantischen Hurrikan Harvey z.B. wurden nach einigen Studien durch den Klimawandel drei- bis zehnmal wahrscheinlicher.[6] Auch nach anderen Untersuchungen (Patricola&Wehner 2018)[28] sind die extremen Niederschläge starker Hurrikane wie z.B. Katrina, Irma und Maria durch den Klimawandel verstärkt worden, ohne dass ein Einfluss auf die Intensität der Hurrikane selbst gefunden wurde. Modellsimulationen zeigen, dass die zunehmenden Starkniederschläge durch Taifune an den ostasiatischen Küsten von China bis Japan zum einen im Zusammenhang mit der abnehmenden Taifun-Fortbewegung stehen und zum anderen nicht durch natürliche Antriebe allein erklärt werden können und daher auch eine anthropogene Komponente besitzen.[29]

Auch die Ausweitung der TW-Zugbahnen in höhere Breiten wird teilweise durch die globale Erwärmung erklärt. Cao et al. (2024)[30] sehen einen wesentlichen Grund in der Abschwächung der Hadley-Zirkulation als Reaktion auf die globale Erwärmung. In den Tropen wird durch mehr Treibhausgase besonders die obere Troposphäre erwärmt (vgl. den Artikel über die Arktische Verstärkung). Das verringert den Temperaturgegensatz zwischen den bodennahen und den oberen Luftschichten, stabilisiert die Atmosphäre und dämpft die Konvektion, wodurch die Entstehung von Tropischen Wirbelstürmen in den niederen Breiten unterdrückt wird. Da andererseits auch der absteigende Ast der Hadley-Zelle schwächer wird, wird die Entstehung von TWs in etwas höhere Breiten verschoben.

Projektionen

Abb. 8: Hurrikane verschiedener Kategorien heute und in einem künftigen Klima

Projektionen der zukünftigen Änderungen wichtiger TW-Parameter infolge des Klimawandels sind von hoher gesellschaftlicher Bedeutung. Sie können vor Augen führen, welche Gefahren durch mehr und stärkere tropische Wirbelstürme in den nächsten Jahrzehnten vor allem in den dicht bevölkerten tropischen Küstengebieten drohen und wie dringend Klimaschutz und Klimaanpassung schon jetzt sind. Die am stärksten diskutierten Themen zukünftiger TW-Projektionen sind die Häufigkeit und die Stärke tropischer Wirbelstürme. Projektionen sind auf Simulationen von Klimamodellen angewiesen, die in der jüngsten Modellgeneration CMIP6 eine immer höhere Auflösung von weniger als 1° oder sogar 0,25° aufweisen.[31]

Die meisten Studien projizieren eine Abnahme der globalen Häufigkeit tropischer Wirbelstürme, z.B. um ca. 13% bei einer globalen Erwärmung um 2 °C. Es gibt aber auch einige neuere Studien, die eine zunehmende Zahl von TWs zeigen.[6] Bei den einzelnen Ozeanbecken sind die Unterschiede der Modellsimulationen größer als bei den globalen Simulationen, wobei aber auch hier die Abnahme der Häufigkeit von tropischen Wirbelstürmen dominiert. Für den Nordpazifik wird mit einer abnehmenden Häufigkeit im südwestlichen Teil, einer leichten Zunahme in höheren Breiten und einer starken Zunahme im zentralen und östlichen Teil gerechnet. Im Nordatlantik wird es nach den meisten Untersuchungen bei einem hohen Szenario eine Abnahme der Hurrikan-Häufigkeit geben.[6] Die beobachtete Zunahme starker Wirbelstürme wird sich in Zukunft fortsetzen, nach dem mittleren Szenario SSP2-4.5 bis Ende des 21. Jahrhunderts um 9,5% (Pérez-Alarcón et al. 2023).[32] Die Fortbewegungsgeschwindigkeit der Wirbelsturm-Systeme wird wie schon in jüngster Zeit weiter abnehmen und damit verbunden die Niederschläge durch TWs zunehmen. Globale Projektionen zeigen nach Knutson et al. (2020)[33] eine Zunahme der durch TWs verursachten Regenmengen um 14% bei einer globalen Erwärmung um 2 °C. Auch die polwärtige Verschiebung der Zugbahnen tropischer Wirbelstürme im NW-Pazifik wird sich fortsetzen.[6]

Hurrikane in Europa?

Tropische Wirbelstürme mit ihrer typischen zylinderförmigen Struktur gibt es im Europa der mittleren und höheren Breiten nicht und wird es auch als Folge der globalen Erwärmung nicht geben. Stürme in Hurrikan-Stärke (> 32,6 m/sec) können aber auch an den Küsten von Westeuropa vorkommen. Gegenwärtig treten sie primär im Winter auf und sind durch Luftdruckgegensätze in den mittleren Breiten bedingt, die wiederum von dem N-S-Temperaturgradienten der Atmosphäre abhängen. In einem wärmeren Klima wird der meridionale Temperaturgradient allerdings abnehmen, weil sich die höheren Breiten stärker erwärmen als die niederen. Dieser Effekt wird jedoch weitgehend ausgeglichen durch eine Anhebung der Tropopause und eine zunehmende Freisetzung latenter Wärme, die tendenziell die Intensität von Stürmen verstärken. Andererseits führt die globale Erwärmung zu einem Anstieg der Meeresoberflächentemperatur (auch als SST abgekürzt nach engl. Sea Surface Temperature), wodurch das Entstehungsgebiet tropischer Hurrikane ausgeweitet wird. Die aktuelle Forschung weist auf eine polwärtige und östliche Ausweitung des Entstehungsgebiets. Damit werden zukünftige Hurrikane zunehmend einen Einfluss auf die Bedingungen extremer westeuropäischer Stürme nehmen können.[34]

Nach Berechnungen mit einem hochaufgelösten Modell (ca. 25x25 km) wird es bis zum Ende des 21. Jahrhunderts vor allem im Golf von Biscaya und in der Nordsee eine Zunahme starker Stürme (Beaufort 11-12, >28,4 m/sec) geben. Dabei wird sich die Jahreszeit mit starker Sturmtätigkeit vom Winter auf den Herbst verschieben. Die Anzahl von Stürmen in Hurrikan-Stärke (> 32,6 m/sec) wird sich in der Nordsee und im Golf von Biscaya im frühen Herbst (August-Oktober) zusammengenommen von 2 auf 13 erhöhen. Dabei werden nahezu alle diese Stürme aus tropischen Hurrikane oder tropischen Stürme stammen. Im Gegensatz dazu haben die wenigen Stürme der Gegenwart mit Hurrikan-Stärke einen außertropischen Ursprung.[34]

Gegenwärtig liegt das Hauptentstehungsgebiet für Hurrikane im westlichen tropischen Atlantik, wo die Meeresoberflächentemperaturen über der Grenze von 27 °C liegen. Die tropischen Stürme, die in Zukunft nach Westeuropa ziehen und dort Hurrikan-Stärke erreichen werden, werden primär aus dem östlichen Teil des Nordatlantiks (östl. von 50 °W) stammen, weil hier die SST ebenfalls über 27 °C steigen wird. Das Entstehungsgebiet der Hurrikane wird um etwa 10° nach Osten ausgeweitet werden. Üblicherweise ziehen die Sturmbahnen der atlantischen Hurrikane in nordwestliche Richtung. Bei einer Ausweitung der Gebiete mit einer SST von über 27 °C nach Norden und Osten, erhöht sich die Möglichkeit, dass die Hurrikan-Sturmbahnen bis in die mittleren Breiten reichen und dann von den dort vorherrschenden Westwinden in nordöstliche Richtung getrieben werden. Bevor die Hurrikane allerdings die Küstenregionen Westeuropas erreichen, wandeln sie sich in außertropische Stürme um. Tropische Stürme besitzen einen warmen Kern und eine axiale symmetrische Struktur. Bei ihrem Weg nach Norden nimmt nicht nur ihre Windstärke auf 10 ab, sie verlieren auch diese typischen Merkmale. Die Temperatur im Innern sinkt, die horizontale Ausdehnung nimmt zu und wird asymmetrisch wie bei typischen Stürmen der mittleren Breiten. Im Endstadium kann die Sturmstärke allerdings wieder bis auf 12 zunehmen, bedingt durch den Einfluss von Luftdruckgegensätzen und die Freisetzung von latenter Wärme, und kann in Zukunft öfter Hurrikan-Stärke erreichen.[34]

Einzelnachweise

  1. ↑ WMO (2024): Tropical Cyclones
  2. ↑ Jing, R., S. Heft-Neal, D.R. Chavas et al. (2024): Global population profile of tropical cyclone exposure from 2002 to 2019. Nature 626, 549–554
  3. ↑ Wikipedia (2024): List of the deadliest tropical cyclones
  4. ↑ 4,0 4,1 Sobel, A.H., A.A. Wing, S.J. Camargo et al. (2021): Tropical Cyclone Frequency. Earth’s Future, 9, e2021EF002275
  5. ↑ 5,0 5,1 5,2 5,3 5,4 IPCC AR6 WGI (2021): Weather and Climate Extreme Events in a Changing Climate, 11.7.1
  6. ↑ 6,00 6,01 6,02 6,03 6,04 6,05 6,06 6,07 6,08 6,09 6,10 6,11 6,12 6,13 6,14 6,15 Camargo, S.J., H. Murakami, N. Bloemendaal et al. (2023): An Update on the Influence of Natural Climate Variability and Anthropogenic Climate Change on Tropical Cyclones, Tropical Cyclone Research and Review
  7. ↑ Walsh, K.J., J. McBride, P.J. Klotzbach et al. (2016): Tropical cyclones and climate change. Wiley Interdisciplinary Reviews: Climate Change, 7(1), DOI:10.1002/wcc.371
  8. ↑ Chand, S.S., K.J.E. Walsh, S.J. Camargo et al. (2022): Declining tropical cyclone frequency under global warming. Nat. Clim. Chang. 12, 655–661
  9. ↑ 9,0 9,1 9,2 9,3 9,4 Klotzbach, P. J., K.M. Wood, C.J. Schreck III et al. (2022): Trends in global tropical cyclone activity: 1990–2021. Geophys. Res. Lett., 49, e2021GL095774
  10. ↑ 10,0 10,1 10,2 Vecchi, G.A., C. Landsea, W. Zhang et al. (2021): Changes in Atlantic major hurricane frequency since the late-19th century. Nat Commun 12, 4054 (2021)
  11. ↑ Wehner, M.F., J.P. Kossin (2024): The growing inadequacy of an open-ended Saffir-Simpson hurricane-wind scale 1 in a warming world. Proc. Nat. Acad. Sci. U.S.A. 121, e2308901121
  12. ↑ 12,0 12,1 Lin, II., Camargo, S.J., Lien, CC. et al. (2023): Poleward migration as global warming’s possible self-regulator to restrain future western North Pacific Tropical Cyclone’s intensification. npj Clim Atmos Sci 6, 34, https://doi.org/10.1038/s41612-023-00329-y
  13. ↑ Lee, T.-C., Knutson, T.R., Nakaegawa, T., Ying, M., Cha, E.J. (2020): Third assessment on impacts of climate change on tropical cyclones in the Typhoon Committee Region – Part I: observed changes, detection, and attribution. Trop. Cycl. Res. Rev. 9, 1–22. https://doi.org/10.1016/j.tcrr.2020.03.001
  14. ↑ Swapna, P., P. Sreeraj, N. Sandeep et al. (2022): Increasing frequency of extremely severe cyclonic Storms in the North Indian Ocean by anthropogenic warming and southwest monsoon weakening. Geophys. Res. Lett. 49, e2021GL094650. https://doi.org/10.1029/2021GL094650
  15. ↑ Wikipedia (o.J.): 2023 Pacific hurricane season
  16. ↑ 16,0 16,1 Manikanta, N.D., S. Joseph & C.V. Naidu (2023): Recent global increase in multiple rapid intensification of tropical cyclones. Sci Rep 13, 15949
  17. ↑ Liu, K. S., and J. C. L. Chan (2022): Growing threat of rapidly-intensifying tropical cyclones in East Asia. Adv. Atmospheric Sci., 39, 222–234
  18. ↑ Garner, A.J. (2023): Observed increases in North Atlantic tropical cyclone peak intensification rates. Sci Rep 13, 16299
  19. ↑ Chen, T., S. Chen, M. Zhou, C. Tu, A. Zhang, Y. Chen, and W. Li (2022): Northward shift in landfall locations of tropical cyclones over the Western North Pacific during the last four decades. Adv. Atmospheric Sci., 39, 304–319
  20. ↑ Kabir, R., E.A. Ritchie, C. Stark (2022): Tropical Cyclone Exposure in the North Indian Ocean. Atmosphere 2022, 13, 1421. https://doi.org/10.3390/atmos13091421
  21. ↑ Lv, S., Y. Sun, Z. Zhong and Y. Shen (2022): Possible reasons for the migration of tropical cyclone track over the western north pacific: Interdecadal pacific oscillation modulation. Front. Earth Sci. 10:994876. doi: 10.3389/feart.2022.994876
  22. ↑ NOAA GFDL (2024): Global Warming and Hurricanes. An Overview of Current Research Results, https://www.gfdl.noaa.gov/global-warming-and-hurricanes/
  23. ↑ 23,0 23,1 23,2 Murakami, H. (2022): Substantial global influence of anthropogenic aerosols on tropical cyclones over the past 40 years. Sci. Adv., 8, eabn9493
  24. ↑ Pfleiderer, P., S. Nath, C.-F. Schleussner et al. (2022): Extreme Atlantic hurricane seasons made twice as likely by ocean warming. Weather Clim. Dyn. 3, 471–482
  25. ↑ Reed, K.A., Wehner, M.F., Zarzycki, C.M., (2022): Attribution of 2020 hurricane season extreme rainfall to human-induced climate change. Nat. Commun. 13, 1905
  26. ↑ Bhatia, K., A. Baker, W. Yang, et al. (2022): A potential explanation for the global increase in tropical cyclone rapid intensification. Nat. Commun 13, 6626
  27. ↑ Li, Y., Y. Tang, X. Li et al. (2023): Recent increase in the potential threat of western North Pacific tropical cyclones. npj Clim Atmos Sci 6, 53
  28. ↑ Patricola, C.M., M.F. Wehner (2018): Anthropogenic influences on majortropical cyclone events. Nature 563, 339–346
  29. ↑ Utsumi, N., & H. Kim (2022): Observed influence of anthropogenic climate change on tropical cyclone heavy rainfall. Nat. Clim. Change 12, 436–440
  30. ↑ Cao, X., M. Watanabe, R. Wu et al. (2024): The projected poleward shift of tropical cyclogenesis at a global scale under climate change in MRI-AGCM3.2H. Geophysical Research Letters, 51, e2023GL107189. https://doi.org/10.1029/2023GL107189
  31. ↑ Fu, Z.-H., R. Zhan, J. Zhao et al. (2023): Future projections of multiple tropical cyclone events in the Northern Hemisphere in the CMIP6-HighResMIP models. Geophysical Research Letters, 50, e2023GL103064
  32. ↑ Pérez-Alarcón, A., J.C. Fernández-Alvarez, P. Coll-Hidalgo (2023): Global Increase of the Intensity of Tropical Cyclones under Global Warming Based on their Maximum Potential Intensity and CMIP6 Models. Environ. Process. 10, 36
  33. ↑ Knutson, T., S.J. Camargo, J.C.L. Chan et al. (2020): Tropical cyclones and climate change assessment: Part II: projected response to anthropogenic warming. Bull. Am. Meteorol. Soc. 101, E303–E322
  34. ↑ 34,0 34,1 34,2 Haarsma, R.J., et al. (2013): More hurricanes to hit western Europe due to global warming, Geophysical Research Letters 40, doi:10.1002/grl.50360

Weblinks


Bildergalerie zum Thema


Klimadaten zum Thema

Klimadaten zum Thema selbst auswerten? Hier können Sie aus globalen Daten eigene Karten zur künftigen Klimaentwicklung erzeugen.





Hier finden Sie eine Anleitung zur Visualisierung der Daten.

Schülerarbeiten zum Thema

Schülerarbeiten zum Thema des Artikels aus dem Schulprojekt Klimawandel:

  • Tropische Wirbelstürme Welche Auswirkung hat die globale Erwärmung auf die Aktivität tropischer Wirbelstürme? (Gymnasium Grootmoor, Hamburg)
  • Tropische Wirbelstürme Besteht eine Zunahme der Häufigkeit und/oder Stärke von tropischen Wirbelstürmen? (Gymnasium Lohbrügge, Hamburg)
  • Hurrikane im Klimawandel Wie beeinflusst der Klimawandel die Hurrikane im Nordatlantik? (Gymnasium Lohbrügge, Hamburg)
  • Hurrikane Über den Zusammenhang zwischen dem Klimawandel und der Ausbreitung bzw. Häufigkeit von Hurrikanen (Anne-Frank-Schule, Bargteheide)
  • Wetterextreme: Hurrikans Wie ändert sich Anzahl und Stärke von Hurrikans? (Johanneum zu Lübeck, Lübeck)
  • Die Gefährdung New Yorks Die Gefährdung New Yorks durch den Meeresspiegelanstieg und Hurrikane (Stadtteilschule Eidelstedt, Hamburg)

Literatur

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


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 den meisten Fällen durch Anklicken dieser Mediendateien abgerufen werden und sind andernfalls über Dieter Kasang zu erfragen.

Abgerufen von „https://wiki.bildungsserver.de/klimawandel/index.php?title=Tropische_Wirbelstürme_und_globale_Erwärmung&oldid=31792“