Hochwasser und Klima

In unserem Institut laufen jetzt wieder die Anfragen ein, inwiefern Extremniederschläge mit dem Klimawandel zusammen hängen. Dazu haben wir vor einem Jahr in Nature Climate Change einen Übersichtsartikel publiziert. Der sagt natürlich nichts speziell über die aktuelle Situation in Deutschland – hat aber dafür den Vorteil, dass wir mehr als ein Jahr daran recherchiert und gearbeitet haben und er durch mehrere Runden peer review gegangen ist. Vielleicht sind unsere Folgerungen daher interessant, und wir stellen sie hier kurz vor.

Anlass unseres Papers war die große Zahl von nie dagewesenen Extremereignissen im letzten Jahrzehnt. Die Meteorologische Weltorganisation WMO schrieb dazu 2011:

The decade 2001–2010 was the warmest ever recorded. The decade was marked by numerous weather and climate extremes, unique in strength and impact.

Wir haben in unserem Paper eine Reihe von Ereignissen angeschaut, die in langen Wetter-Datenreihen neue Rekorde gesetzt haben und in der Fachliteratur beschrieben worden sind (siehe Karte). Eine aktualisierte Liste findet man im Weltbank-Bericht zum Klimawandel (Tabelle 1).

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Man kann allgemein mit drei Methoden Rückschlüsse über den Zusammenhang von Extremereignissen und Klimawandel gewinnen: durch statistische Analysen, durch Betrachtung physikalischer Prinzipien und mit Hilfe von Klimamodellen.

Bei Temperaturextremen liefert schon allein die Betrachtung der Statistik klare Aussagen, denn Temperaturen sind großräumig korreliert (ist es in Potsdam heiß, ist es auch in Berlin heiß) und es gibt viele präzise Messungen. So zeigen die Daten, dass die globale Erwärmung die Anzahl von Hitzerekorden in den Monatswerten weltweit bereits verfünffacht hat (siehe Paper und KlimaLounge Bericht).

Bei den Niederschlägen ist das deutlich schwieriger, denn die sind oft kleinskalig (wenn es in Potsdam gießt, kann es in Berlin trocken sein) und auch kurzzeitig hoch variabel und außerdem schwerer zu messen, daher sind die verfügbaren Datenreihen stark „verrauscht“. Eindeutige Signale im „Rauschen“ zu identifizieren, zumal wenn es um die Extreme geht, ist daher schwierig. Dennoch deuten die Daten aus den USA, Europa und Australien auf eine erhebliche Zunahme von Extremniederschlägen hin (für die Quellenangaben der entsprechenden Studien verweise ich auf unser Paper – siehe dort den Abschnitt „Rainfall extremes“).

Es gibt aber einen einfachen physikalischen Grund, in einem wärmeren Klima stärkere Extremniederschläge zu erwarten: wärmere Luft kann mehr Feuchtigkeit aufnehmen. Eine Folge der Clausius-Clapeyron-Gleichung – pro Grad Erwärmung kann 7% mehr Wasserdampf aufgenommen werden, bis die Luft gesättigt ist. Tatsächlich zeigen die Messdaten eine Zunahme des mittleren Wasserdampfgehalts der Atmosphäre um 4% seit den 1970ern – seither ist die globale Temperatur um 0,6 °C gestiegen. (Nun fragen sich unsere süddeutschen Leser vermutlich, wo denn die Wärme ist – aber die aktuellen Niederschläge entstehen, weil feuchtwarme Luft auf die in Bodennähe vorhandene Kaltluft aufgleitet und sich deshalb abregnet.)

Selbst wenn also das Wettergeschehen ansonsten unverändert bleibt und einfach nur alles wärmer wird, dann sind stärkere Extremniederschläge zu erwarten – immer dann, wenn sich gesättigte Luftmassen abregnen. Hinzu kommen aber noch Veränderungen in der Häufigkeit oder Persistenz bestimmter Wetterlagen, die noch Gegenstand aktueller Forschung sind. Und noch ein interessanter physikalischer Effekt: die Extremniederschläge nehmen schon nach Clausius-Clapeyron-Gleichung rascher zu als die Verdunstungsraten – d.h. dass ein wachsender Anteil der Jahresniederschläge in Form von Starkregen passiert und es zwischen diesen Starkregenereignissen dann weniger regnet, also auch die Trockenphasen länger werden (Giorgi et al. 2011).

Auch mit Hilfe von Klimamodellrechnungen versucht man die Niederschlagsveränderungen zu verstehen; aktuelle Studien legen auch mit dieser Methode eine Zunahme der Extreme durch den Anstieg der anthropogenen Treibhausgase nahe (Min et al. 2011).

Zum Abschluss zitiere ich das Fazit unseres Nature Climate Change Papers:

Many climate scientists (including ourselves) routinely answer media calls after extreme events with the phrase that a particular event cannot be directly attributed to global warming. This is often misunderstood by the public to mean that the event is not linked to global warming, even though that may be the case — we just can’t be certain. If a loaded dice rolls a six, we cannot say that this particular outcome was due to the manipulation — the question is ill-posed. What we can say is that the number of sixes rolled is greater with the loaded dice (perhaps even much greater). Likewise, the odds for certain types of weather extremes increase in a warming climate (perhaps very much so). Attribution is not a ‘yes or no’ issue as the media might prefer, it is an issue of probability. It is very likely that several of the unprecedented extremes of the past decade would not have occurred without anthropogenic global warming. Detailed analysis can provide specific numbers for certain types of extreme, as in the examples discussed above.

In 1988, Jim Hansen famously stated in a congressional hearing that “it is time to stop waffling so much and say that the evidence is pretty strong that the greenhouse effect is here”. We conclude that now, more than 20 years later, the evidence is strong that anthropogenic, unprecedented heat and rainfall extremes are here — and are causing intense human suffering.

 

(p.s. Teil 3 unserer Paläoklima-Reihe ist nicht vergessen – nur aus aktuellem Anlass etwas verschoben.)

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Stefan Rahmstorf ist Klimatologe und Abteilungsleiter am Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung und Professor für Physik der Ozeane an der Universität Potsdam. Seine Forschungsschwerpunkte liegen auf Klimaänderungen in der Erdgeschichte und der Rolle der Ozeane im Klimageschehen.

12 Kommentare Schreibe einen Kommentar

  1. Ist das wieder eine Vb Wetterlage?

    Lässt sich aus den Hochwasserereignissen der letzten Jahre ein gewisser Trend ableiten:
    Immer trifft es den Süd-Osten in den Alten und die östlichen Teile in den Neuen Bundesländern.
    Kommen die Alpen als verstärkendes Element noch hinzu und werden da feuchtwarme Luftmassen aus dem östlichen Mittelmeer angesaugt und verbinden sich mit Tiefdruckgebieten, die sich südlicher bewegen als normalerweise.
    Liegt man da falsch, wenn man feststellt, dass die Rheinhochwasser in den letzten nicht so häufig vorkamen?

  2. Zunahme von Extremniederschlägen in BRD?

    Der Klimaatlas der Helmholtz Gemeinschaft schreibt dazu:

    Deutschland: Mögliche Änderung des Niederschlags im Jahresmittel bis Ende des 21. Jahrhunderts (2071-2100) im Vergleich zu heute (1961-1990): Unklar

    http://www.regionaler-klimaatlas.de/…immung.html

    Deutschland: Mögliche Häufigkeitsänderung der Starkregentage im Jahr bis Ende des 21. Jahrhunderts (2071-2100) im Vergleich zu heute (1961-1990): Unklar

    http://www.regionaler-klimaatlas.de/…immung.html

    Deutschland: Mögliche Häufigkeitsänderung der Regentage im Jahr bis Ende des 21. Jahrhunderts (2071-2100) im Vergleich zu heute (1961-1990): Abnahme

    http://www.regionaler-klimaatlas.de/…immung.html

    [Antwort: Dies reflektiert die Schwierigkeit, mit Modellen regionale Niederschlagsveränderungen für die Zukunft vorherzusagen – die Modelle können das schlicht noch nicht zuverlässig. Wir argumentieren daher in unserem Paper auch nicht mit solchen regionalen Modellprognosen. Stefan Rahmstorf]

  3. Hochwasser und Klima

    Eindeutige Signale im „Rauschen“ zu identifizieren, zumal wenn es um die Extreme geht, ist daher schwierig….Nein, eindeutige Signale im Rauschen wurden bereits 2009 von Lambert Josef Harings von Aachen Merzbrück aus gemessen (unpublished NGZ,Wiljo Piel)

    Dennoch deuten die Daten aus den USA, Europa und Australien auf eine erhebliche Zunahme von Extremniederschlägen hin….Die extreme Niederschlagszunahme hat Herrn Harings zu einer physikalisch technischen Lösung inspiriert.

    Es gibt aber einen einfachen physikalischen Grund, in einem wärmeren Klima stärkere Extremniederschläge zu erwarten: wärmere Luft kann mehr Feuchtigkeit aufnehmen….Den höheren Energieinhalt der Luft nutzen junge Segelflieger heute, die problemlos 800km-Streckenflüge am Tag durchführen können.

  4. gefährliche Vb -Wetterlagen ?

    1342, 1997, 1999, 2002, Alpenhochwasser 2005, und jetzt eben Juni 2013…
    Das Potential für Hochwässer bleibt noch Wochen nach „scheinbarer“ Normalisierung der Flußpegel bestehen. Die gesättigten Böden trocknen so schnell nicht ab und die Pufferwirkung für erneute Starkniederschläge ist nicht oder kaum gegeben.
    Eine weitere Vb-Lage Ende Juli und die jetzt betroffenen Gebiete werden erneut geflutet.

  5. Nie dagewesene Extremereignisse?

    Sehr geehrter Herr Rahmstorf,

    die Liste der *nie dagewesenen Ereignisse* in Ihrem Paper liest sich beeindruckend. z. B.: „… The
    Elbe River at Dresden reached its highest level since records began
    in 1275 (ref. 42), causing severe flooding.“

    Hierzu aber ein paar Anmerkungen: Der Pegelstand der Elbe war wohl 2002 der höchste, aber nach Abflussmenge war es *nur* das fünfthöchste Hochwasser seit 1501. Ist es da korrekt, das unter „nie dagewesen“ einzuordnen?
    Auffällig ist in Bezug auf die Elbe, dass die Hochwasserstände über 700cm in Dresden sich eher im 19. Jh. häuften als jetzt. Wie passt das zur hier geäusserten Vermutung?

    Sie schreiben weiter: „… Hinzu kommen aber noch Veränderungen in der Häufigkeit oder Persistenz bestimmter Wetterlagen, die noch Gegenstand aktueller Forschung sind.“
    Unstrittig ist, dass häufig die gefürchteten Vb- Wetterlagen diese Fluten auslösen. Die kommen nicht *hinzu*, die sind doch eher die Voraussetzung!

    Die Flut in Pakistan ist ein weiteres Extrembeispiel. Dort sollte man sich allerdings vor Augen führen, dass die Bevölkerung von 1935 bis jetzt auf diesem Gebiet von geschätzt 50 mio auf 270 Mio vergrößert hat mit allen negativen Auswirkungen: Erosion fördernte Überweidung, Bebauung in Überschwemmungsgebieten, Waldrodung im Norden des Landes, Rodung der Galeriewälder des Indus (es sollen nur noch 4% existieren)…

    Was ist hier der Anteil der *globalen Erwärmung* und was der andere (natürlich auch *antropogene*) Anteil? Das ist gar nicht sicher festzustellen.

    Ich habe den Eindruck, dass hier (umgekehrt zu der beschriebenen Deutung:“…This is often misunderstood by the public to mean that the event is not linked to global warming…“) bestimmte Ereignisse dahingehend stilisiert werden, dass sie besser zur Theorie passen, ob nun mein Elbe- beispiel, Dürre im mittleren Westen oder Hochwasser in Brisbane…
    Man tut fast so, als ob das tatsächlich neu wäre.

    Ansonsten wünsche ich allen Flutbetroffenen alles Gute und viel Kraft.

    [Antwort: Das Kriterium für Extremereignisse in der Liste war, dass ein meteorologisches Extrem auftrat, das einen neuen Rekord gesetzt hat. Sowohl bei der Elbeflut 2002 als auch bei der in Pakistan 2010 stand als Ursache ein neuer Niederschlagsrekord. Das war unser Kriterium, denn Sie haben völlig Recht, ginge man nach Abflussmengen würden eine Reihe anderer menschlicher Einflüsse auf den Flusslauf mit hereinspielen.

    Im übrigen ist unsere Liste auch nur illustrativ, es sind Beispiele und keine Belege für eine Veränderung. Dass die globale Erwärmung wahrscheinlich zu vermehrten Starkniederschlägen führt, folgern wir ja nicht aus der Elbeflut sondern auf Grundlage der drei oben genannten Methoden. Stefan Rahmstorf]

  6. Bin gerade zufällige auf Ihre Seite gestoßen, weil ich mich allgemein über das Hochwasser informieren wollte, und fand vor allem den Homepage-Link (regionaler-klimaatlas) sehr interessant, weil ich detaillierte Informationen zu meiner Region bekomme.

    Was halten Sie eigentlich von solchen Klimatabellen die über die letzten Jahrzehnte ausgewertet wurden.
    http://www.reisezeiten.org/…chland/muenchen.html
    Sollte man den Urlaubern nicht Klimatabellen bereitstellen, die nur die letzten 10 Jahre beinhalten, da sich ja auf der ganzen Welt das Klima in diesem Zeitraum stark geändert hat.

  7. extreme Wetterlage

    auch weil hier ein paar Leser von Vb Lagen schrieben.
    Diese Wetterlage war keine Vb Lage, wie man unschwer aus den Archiven entnehmen könnte. Ein „abgetropftes“ Tief über Mitteleuropa, welches recht lange seinen Einfluss ausgeübt hatte. Die teils extremen Niederschläge entlang der Nordalpen und auch nördlich davon haben drei entscheidende Ursachen. Zum einen wurde großräumig feuchte, milde Luft aus dem Süden „angesaugt“, was die Labilität der Atmosphäre zusätzlich steigerte und somit auch die Regenraten. Dann war die Anströmung lange Zeit ziemlich genau aus Nord, was die sg. Stauniederschläge weiter verstärkt und zuletzt eben die leichte „Blocking“ Lage und damit der tagelange Niederschlag mit Werten zum Teil über 300mm über tausende km².

    Das „Glück“ war noch, dass es über ca. 1800m die meiste Zeit geschneit hat, das Wasser also gebunden wurde und (noch) nicht zum Abluss beigetragen hat.
    All diese Faktoren sind wesentlich gewichtiger, als wenige % Anstieg im „mittleren Wasserdampfgehalt“ der Atmosphäre.

  8. Eine Frage

    „wärmere Luft kann mehr Feuchtigkeit aufnehmen. Eine Folge der Clausius-Clapeyron-Gleichung – pro Grad Erwär­mung kann 7% mehr Wasserdampf aufge­nom­men werden, bis die Luft gesättigt ist. „
    Meine Frage, kann ich aus dieser Aussage das folgende schließen?
    Wenn bei einem Grad Erwärmung die Luft 7% mehr Feuchte aufnehmen kann, dann können 10.2° wärmere Luft die doppelte Menge Wasser aufnehmen. Das heißt aber auch, dass bei einer Abkühlung 15°C auf 14°C nur halb so viel Wasser kondensiert wie bei einer Abkühlung von 25°C auf 24°C, sofern in beiden Fällen die gleiche Relative Feuchte vorliegt.
    Ist das korrekt?

  9. veränderte atmosphärische Zirkulation

    Ursache des Frühlings der Extreme (erst Eiseskälte, nun Hochwasser und Extremhitze)ist meiner Meinung nach die nachhaltig veränderte atmospärische Zirkulation auf der Nordhalbkugel, auf Grund der extremen Erwärmung der Arktis um mehr als fünf Grad in vielen Regionen. Damit hat sich ja der Temperatur – und Druckunterschied zwischen polarer Kaltluft und äquatorialer Warmluft, der in der planetarischen Frontalzone abgebaut und ausgeglichen wird enorm vermindert. Deshalb seit Jahren nur noch schwache Westwinddrift (siehe WMO 2010), sowie oft negative Arktische Oszillation (Kaltlufeinbrüche aus Norden). Eine Nordatlantische Oszillation (Verhältnis Azorenhoch zu Islandtief) scheint es nur noch eingeschränkt zu geben, logisch, wenn es kein Islandtief mehr gibt (DWD, Klimastatusreport 2010). Der klassische West-Ost-Wetterverlauf, mit einer mehr oder weniger starken Westströmung ,ist jetzt eher die Ausnahme. Dagegen gibt es eine ständige Nordströmung, Tiefs und Heissluft aus Süd. tall.j@web.de
    Mein Artikel „Vom Wetter zum „Un“Wetter“
    kann bei mir angefordert werden und erscheint in der Juliausgabe der Zeitschrift „Umwelt aktuell“.
    Herr Prof. Rahmstorf, ich hatte Ihnen den Text schon vor einiger Zeit zugeschickt. Vielleicht gibt es ja die Möglichkeit, ihn vollständig in der Climalounge zur Diskussion zu stellen.
    Über eine Antwort würde ich mich in jedem Fall freuen.

  10. „Vom Wetter zum „Un“Wetter“

    WOllte hier eigentlich mal den vollständigen Text (10000 Zeichen) zur Diskussion stellen, krieg es aber leider nicht importiert.

  11. Pingback: SPIEGEL ONLINE: Die Klimawandel Verharmloser – ClimateState

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