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24.06.2019

Kommende Hitzewelle und möglicher Zusammenhang zum Klimawandel und Jetstream

Anlass

Die Wettervorhersage für die aktuelle Woche sieht ausgesprochen heiße Tage auf weite Teile Europas zukommen. Mit zum Teil extremen Temperaturen. Nach der langen Hitze- und Trockenperiode im vergangenen Jahr und der sehr warmen Periode rund um Ostern in diesem Jahr stellt sich vielleicht auch diesmal wieder die Frage, inwiefern das Wetter der kommenden Tage bereits auf den Klimawandel zurückzuführen ist. Und, ob wieder eine längere Hitze- und Trockenperiode bevorstehen könnte, deren Länge im Jahr 2018 auch mit quasi-stationäre Rossby-Wellen des Jetstreams erklärt wurden. Denn die Jetstream-Vorhersage für die nächsten Tage [a] zeigt Muster, die aus dem vergangenen Jahr bekannt sind.

 

Übersicht

  • Prof. Dr. Andreas Fink, Professor für Meteorologie, Arbeitsgruppe Atmosphärische Dynamik, Department Troposphärenforschung, Institut für Meteorologie und Klimaforschung, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Karlsruhe
  • Dr. Christian Franzke, Wissenschaftlicher Mitarbeiter und Privatdozent am Forschungsbereich Dynamik und Variabilität des Klimasystems, Centrum für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit (CEN), Universität Hamburg
  • Prof. Dr. Mojib Latif, Leiter des Forschungsbereiches Ozeanzirkulation und Klimadynamik, Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel (GEOMAR), Kiel
  • Prof. Dr. Douglas Maraun, Leiter der Forschungsgruppe Regionales Klima, Wegener Center für Klima und Globalen Wandel, Universität Graz, Österreich
  • Prof. Tapio Schneider, PhD, Professor of Environmental Science and Engineering, NASA Jet Propulsion Laboratory Senior Research Scientist, California Institute of Technology, Pasadena, Vereinigte Staaten
  • Prof. Dr. Gabriele Hegerl, Professorin für Climate System Science, Forschungsgruppe Atmospheric Chemistry and Climate of the Anthropocene, School of Geosciences, University of Edinburgh, Vereinigtes Königreich

Statements

Prof. Dr. Andreas Fink

Professor für Meteorologie, Arbeitsgruppe Atmosphärische Dynamik, Department Troposphärenforschung, Institut für Meteorologie und Klimaforschung, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Karlsruhe

Auf die Frage, welche Erkenntnisse möglicherweise noch fehlen, um aktuelle Hitewellen sicherer anteilig dem Klimawandel zuschreiben zu können:
„Hierzu sind sogenannte Attributions-Studien nötig. Im Prinzip wird ein regionales Klimamodell eintausend Mal für einen Sommer der vorindustriellen Zeit – also vor dem Jahr 1850 – und für aktuellen Sommer laufen gelassen. Es wird dann berechnet, wie wahrscheinlich in beiden Klimaten eine aktuell beobachtete Hitzewelle ist – bezogen auf die Amplitude, das betroffenes Gebiet, Länge der Hitzewelle.“

„Bei der Hitzewelle in Nordeuropa 2018 kommt man dann zu Aussagen wie ‚Die Hitzewelle ist im Jetztklima doppelt so wahrscheinlich wie in vorindustrieller Zeit – damit ist eine Zuschreibung zum Klimawandel gegeben.“

„Der Deutsche Wetterdienst (DWD) und die EU Copernicus Gesellschaft wollen bald solche Attributions-Studien in Quasi-Echtzeit anbieten. Der DWD wollte schon 2019 beginnen. Für Hitzewellen in Europa schätze ich abgeleiteten Aussagen wie oben für 2018 als recht belastbar ein.“

Auf die Frage, welche Rolle der in diesem Zusammenhang häufig diskutierte Jetstream in der aktuellen Situation spielen könnte:
„Im Moment sehen die Wettervorhersagmodelle die Hitzewelle wenigstens bis zum übernächsten Wochenende. Allerdings ist das Ende solcher blockierenden Wetterlagen oft von den Wettervorhersagmodellen nicht gut vorhersagbar – genau dazu forschen wir in dem DFG Transregio Projekt [1]. Insofern lässt sich nicht verlässlich absehen, ob es zu einer lang anhaltenden Trocken- und Hitzeperiode kommen könnte. Es kann aber definitiv nicht ausgeschlossen werden. Bei der Hitzewelle in Russland 2010 unterschätzen die Vorhersagemodelle die Länge der Hitzewelle.“

Auf die Frage, inwiefern es als gesichert gilt, dass quasi-stationäre Zustände der Rossby-Wellen des Jetstreams eine wichtige Rolle bei lang anhaltenden Extremwetterlagen spielen:
„Kollegen vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung PIK verfechten die Theorie der Rossby-Wellen-Resonanz zur Erklärung zirkumpolarer, hochamplitudiger, stationärer Rossby-Wellen. Diese Theorie ist nicht unumstritten, denn dies ist eine zirkumglobale Theorie und erklärt hohe Amplituden von Rossby-Wellen einmal um einen Breitenkreis herum – zum Beispiel 60 Grad nördlicher Breite.

„In einer Studie [2] haben wir gezeigt, dass Hitzewellen in der Nordhemisphäre und in Europa besser mit regional hochamplitudigen Rossby-Wellen erklärt werden können. Blockierende Wetterlagen oder abgeschnittene Höhentiefs – sogenannte Cut-offs – wie jetzt vor Westeuropa könnten dabei mit einem ‚schwächeren’ Rossby-Wellen-Leiter zusammen hängen, aus welchem eher 'Energie' – in Form von Cut-Offs – in südlichere Breiten gelangen kann und durch den es dann zu mehr stationären meridionalen Nord-Süd-Wetterlagen kommt.“

„Diese alternative Theorie hängt aber ebenfalls mit sich verändernden, regionalen Strahlströmen zusammen – allerdings mehr auf regionaler Skala, wie Nordatlantik – diese Voraussetzung ist ähnlich wie bei der Resonanztheorie. Fazit: Eine geschlossene und akzeptierte Theorie zu den Ursachen von mehr stationären Wetterlagen in einer sich erwärmenden Welt gibt es derzeit nicht. Zu den beiden genannten Theorien gibt es noch weitere, nicht auf der Rossby-Wellen-Theorie basierende Erklärungsansätze. Viele Indizien sprechen aber dafür, dass sich infolge der Erwärmung die Strahlströme und damit die Wellen in der oberen Troposphäre verändern werden und zu mehr stationären Wetterlagen führen: Das kann Hitze, Sommerfluten, aber auch Winterkälte bedeuten.“

Dr. Christian Franzke

Wissenschaftlicher Mitarbeiter und Privatdozent am Forschungsbereich Dynamik und Variabilität des Klimasystems, Centrum für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit (CEN), Universität Hamburg

„Es gab schon immer Hitzewellen. Von daher kann man die jetzt anstehende Hitze-Episode nicht dem Klimawandel zuschreiben. Hitzewellen sind ein natürliches Wetterphänomen. Aber der Klimawandel sorgt dafür, dass die Hitzewellen viel intensiver und heißer werden – einfach dadurch, dass die Temperatur generell angestiegen ist. In Deutschland haben wir einen Temperaturanstieg von ungefähr 1,5 Grad der Jahresmitteltemperatur seit 1881. Eine Intensivierung von Hitzewellen ist konsistent mit unserem Verständnis des Klimawandels.“

„Der Jetstream spielt eine wichtige Rolle in der Entstehung von Hitzewellen und auch für die anstehende Hitze-Episode. Wetterprognosen für den Juli sagen einen normalen Juli voraus. Von daher sollte die Hitzewelle nicht lang anhaltend sein.“

Auf die Frage, inwiefern es als gesichert gilt, dass quasi-stationäre Zustände der Rossby-Wellen des Jetstreams eine wichtige Rolle bei lang anhaltenden Extremwetterlagen spielen:
„Hitzewellen werden durch quasi-stationäre Hochdruckgebiete und Rossby-Wellen erzeugt. In meiner eigenen aktuellen Forschung finde ich Anzeichen, dass sich die atmosphärische Zirkulation verlangsamt hat. Dadurch könnten vermehrt quasi-stationäre Zustände des Jetstreams entstehen, die lang anhaltende Extremwetterlagen erzeugen. Diese Verlangsamung der Zirkulation ist konsistent mit der Tatsache, dass der globale Klimawandel zu einer stärkeren Erwärmung der polaren Gebiete sorgt. Die tropischen Regionen erwärmen sich weniger stark. Dadurch wird der Nord-Süd-Termperatur-Gradient kleiner. Dieser Nord-Süd-Termperatur-Gradient treibt unser Wettergeschehen an und ist eine mögliche Ursache der Verlangsamung.“

„Für die Intensität von Hitzewellen ist auch der Feuchtegehalt des Bodens von großer Bedeutung; sehr trockene Böden führen zu viel stärkeren Hitzewellen. Die Intensität von Hitzewellen im Sommer kann dadurch schon durch die Niederschlagsmenge, die im vorangegangenen Frühling oder sogar Winter gefallen sind, teilweise bestimmt werden.“

Prof. Dr. Mojib Latif

Leiter des Forschungsbereiches Ozeanzirkulation und Klimadynamik, Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel (GEOMAR), Kiel

„Einzelne Ereignisse kann man nur schwer dem anthropogenen Klimawandel zuordnen. Man kann aber die Häufung der Ereignisse der Erderwärmung zuschreiben. Deutschlandweit nehmen die Sommertage mit Temperaturen von 25 Grad Celsius und darüber und auch die heißen Tage mit Temperaturen von 30 Grad Celsius und darüber deutlich zu. Das Jahr 2018 hat in dieser Hinsicht viele Rekorde gebrochen [3][4][5].“

Prof. Dr. Douglas Maraun

Leiter der Forschungsgruppe Regionales Klima, Wegener Center für Klima und Globalen Wandel, Universität Graz, Österreich

„Die aktuelle Hitzeperiode würde es auch ohne den Klimawandel geben, sie wäre nur (etwas) kälter. Ich schätze, die Temperaturen wären zwischen ein und zwei Grad niedriger – das hängt davon ab, wie sehr die Austrocknung des Bodens durch die höheren Temperaturen im konkreten Fall eine Rolle spielt.“

„Zur Frage, ob blockierende Wetterlagen, wie in diesem Fall, durch den Klimawandel häufiger geworden sind, lässt sich noch nichts sagen: Zum einen spielen hier natürliche Klimaschwankungen eine große Rolle. Sie würden einen menschlichen Einfluss lange Zeit verdecken. Zum anderen sind die Unsicherheiten in Klimamodellsimulationen hier noch sehr groß.“

Auf die Frage, welche Rolle der in diesem Zusammenhang häufig diskutierte Jetstream in der aktuellen Situation spielen könnte:
„Der Jetstream spielt natürlich eine Rolle, er bestimmt die vorhergesagte Blocking-Wetterlage. Laut UK Met-Office soll der kommende Sommer – also die Monate Juli bis September in Mitteleuropa relativ normal sein [6]. Allerdings sind solche saisonalen Vorhersagen eh noch sehr experimentell und treffen Aussagen eben nur für saisonale Mittel.“

Auf die Frage, inwiefern es als gesichert gilt, dass quasi-stationäre Zustände der Rossby-Wellen des Jetstreams eine wichtige Rolle bei lang anhaltenden Extremwetterlagen spielen:
„Die Frage führt in die Irre. Das ist in etwa so, als würde man fragen, inwieweit fehlendes Wasser ein Grund für Trockenheit wäre. Quasi-stationäre Zustände des Jetstreams sorgen dafür, dass sich Wetterlagen nicht weiter bewegen. Sie sind also gleich bedeutend mit lang anhaltenden Wetterlagen, seien es nun Hitzewellen, Dürren oder andauernde Niederschläge.“

„Die spannende Frage ist, was die Dauer solcher Zustände bestimmt. Das Gedächtnis der Atmosphäre ist zu gering, als dass ein Zustand wie im vergangenen Sommer rein zufällig auftreten könnte. Hier muss es verschiedene Einflüsse von Komponenten des Klimasystems mit einem längeren Gedächtnis geben: Meereis- und Schneeverteilungen, Muster der Meeresoberflächentemperatur oder Rückkopplungen mit der Bodenfeuchte – wenn sich trockene Wetterlagen selbst stabilisieren. Für die vorhergesagte Hitzewelle – also für eine Woche – reicht aber das Gedächtnis der Atmosphäre allein vollkommen aus.“

„Zusätzlich sollte man erwähnen, dass solche Hitzewellen in Zukunft entsprechend heißer werden. Sollten wir jetzt die 40-Grad-Celsius-Marke knacken, würden wir in 100 Jahren vielleicht die 45- oder die 46-Grad-Celsius-Marke knacken.“

„Und: Wenn Bodenfeuchte-Rückkopplungen wirklich relevant sind, könnte ich mir gut vorstellen, dass dadurch Hitzewellen von diesem Typ in Zukunft länger werden – jenseits des trivialen Effekts, dass man bei höheren Temperaturen häufiger über 30 Grad kommt.“

Prof. Tapio Schneider, PhD

Professor of Environmental Science and Engineering, NASA Jet Propulsion Laboratory Senior Research Scientist, California Institute of Technology, Pasadena, Vereinigte Staaten

„Das Klima erwärmt sich global und Kontinente erwärmen sich schneller als Ozeane. Die Mitteltemperatur in Europa ist inzwischen etwa 1,8 Grad höher als in den 1970er Jahren. Damit werden auch Hitzewellen wärmer. Oder anders gesagt: Eine Temperaturschwelle wie zum Beispiel 40 Grad Celsius wird häufiger überschritten, weil sich der natürliche Bereich der Temperaturschwankungen Richtung warm verschoben hat. Dass solche Temperaturschwellen jetzt häufiger überschritten werden, lässt sich – wie die allgemeine globale Erwärmung – dem Klimawandel zuschreiben. Allerdings spielen nicht nur Treibhausgase eine Rolle: Luftverschmutzung (Smog) reflektiert Sonnenlicht und hat deshalb – als die Verschmutzung stärker war als heute – Europa etwas abgekühlt. Die sauberere Luft heute trägt ironischerweise zur Erwärmung seit den 1970ern bei.“

Auf die Frage, welche Rolle der in diesem Zusammenhang häufig diskutierte Jetstream in der aktuellen Situation spielen könnte:
„Hitzewellen in Europa entstehen üblicherweise, wenn atmosphärische Wellen, die den Jetstream deformieren, warme Luft aus dem Süden nach Europa bringen. In sogenannten Blocks können diese Wellenmuster über Tage bestehen. Das war seit jeher so. Was sich primär geändert hat ist, dass die seit jeher warme Luft jetzt noch wärmer geworden ist. Es ist möglich, dass sich auch die Charakteristiken atmosphärischer Wellen mit dem Klimawandel ändern. Aber es ist nicht klar, dass das bei der Hitzewelle in dieser Woche eine Rolle spielt. Das vorhergesagte Jetstream-Muster diese Woche ist typisch für solche Hitzewellen, seit jeher.“

Auf die Frage, inwiefern es als gesichert gilt, dass quasi-stationäre Zustände der Rossby-Wellen des Jetstreams eine wichtige Rolle bei lang anhaltenden Extremwetterlagen spielen:
„Rossby-Wellen und insbesondere die als Blocks bekannten quasi-stationären Zustände von Rossby-Wellen spielen seit jeher eine wichtige Rolle bei Extremwetterlagen. Es ist weniger klar, ob sich diese Dynamiken ändern. Die Frage ist, ob und wie sich Temperaturschwankungen um den stetig ansteigenden Mittelwert ändern. Würden die Schwankungen größer werden, würde das zusätzlich zu häufigeren Hitzewellen beitragen. Klar ist, dass diese Temperaturschwankungen nicht allgemein größer werden, sondern sich eher verkleinern, aus robusten physikalischen Gründen [7]. Aber das lässt die Möglichkeit offen, dass in besonderen Situationen der Klimawandel zu außergewöhnlichen Dynamiken von Rossby-Wellen führt – das ist noch ungeklärt und wird untersucht.“

Prof. Dr. Gabriele Hegerl

Professorin für Climate System Science, Forschungsgruppe, Atmospheric Chemistry and Climate of the Anthropocene, School of Geosciences, University of Edinburgh

„Extremereignisse werden so gut wie immer von ungewöhnlichen Wetterlagen verursacht. Eine bessere Frage ist die, inwieweit bei ähnlicher Wetterlage die Temperaturen nun höher sind als früher, oder ob es wahrscheinlicher ist als zum Beispiel vor 60 Jahren, besonders hohe Temperaturen – zum Beispiel über 35 oder 38 Grad Celsius zu erreichen. Studien, die die letztere Frage für Hitzewellen angesehen haben – zum Beispiel für die Hitzewelle im Jahr 2003 – finden meistens, dass so hohe Temperaturen nun wahrscheinlicher sind.“

„Schwieriger ist die Frage, ob sich die Wetterlagen selbst geändert haben. Wetterlagen sind sehr variabel, und ich bin nicht überzeugt, dass wir da zurzeit eine Änderung sehen.“

Angaben zu möglichen Interessenkonflikten

Prof. Dr. Andreas Fink: „Ich bin Co-Projektleiter in zwei Projekten zu Hitzewellen. Einmal geht es um Wetter-Vorhersagbarkeit von Hitzewellen (2015-2023, DFG Transregio [1]). Das andere BMBF-Projekt ist bewilligt, beginnt am 01.10.2019. Hier geht es darum, ob zukünftige Hitzewellen von den Klimamodellen unter- oder eventuell auch überschätzt werden, indem die Modelle die relevanten Prozesse, die zu extremen Temperaturen am Boden führen, nicht wiedergeben. Einen Interessenkonflikt sehe ich nicht.“

Dr. Christian Franke: „Ich habe keine Interessenkonflikte."

Prof. Dr. Douglas Maraun: „keine Interessenkonflikte"

Prof. Tapio Schneider: „Interessenkonflikte habe ich keine."

Prof. Dr. Gabriele Hegerl: „keine"

Alle anderen: Keine Angaben erhalten.

Literaturstellen, die von den Experten zitiert wurden

[1] Webseite des Forschungsprojektes Waves to Weather , Teilprojekt C4 

[2] Fragkoulidis G et al. (2018): Linking Northern Hemisphere temperature extremes to Rossby wave packets. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, Q.J.R.Meteorol.Soc. 144: 553–566. doi:10.1002/qj.3228. 

[3] DWD (2018): Anzahl der Sommertage pro Jahr seit 1961. 

[4] Umweltbundesamt (2018): Heiße Tage 2018. 

[5] Umweltbundesamt (2018): Anzahl der Tage 2018 mit einem Lufttemperatur-Maximum über 30 Grad Celsius

[6] Webseite des UK Met Office: Global long-range model probability maps

[7] Schneider T et al. (2015): Physics of Changes in Synoptic Midlatitude Temperature Variability. Journal of Climate; Vol 28, 2312-2331. doi:10.1175/JCLI-D-14-00632.1. 

Weitere Recherchequellen

[a] Webseite von Netweather, Firma für Wettervorhersage: Jetstream Forecast