Aussagen darüber, wie Extremwetter vom Klimawandel beeinflusst werden, stehen vor einem ganz praktischen Problem: Um verlässliche Ergebnisse zu liefern, betrachtet die Klimaforschung große Datenmengen und lange Zeitreihen. Extremwetterereignisse jedoch sind per Definition selten. Deshalb ist der Einfluss des Klimawandels schwer zu erkennen. Denn ein Blick auf Wetterstatistiken macht einen Trend zu häufigerem oder intensiverem Wetterextremen erst nach längerer Zeit erkennbar. Mit fortschreitender Erwärmung und besseren Daten gibt es jedoch mittlerweile viele eindeutige und durch voneinander unabhängige Quellen  bestätigte Belege dafür, dass die steigenden globalen Temperaturen Extremwetter beeinflussen.

Zu sagen, Extremwetterereignisse werden durch den Klimawandel grundsätzlich häufiger, wäre nicht richtig. Die Wahrheit ist: Es kommt darauf an. Manche Extremwetterereignisse werden häufiger, zum Beispiel Hitzewellen, andere seltener, etwa Kältewellen. Bei manchen ändert sich die Häufigkeit nicht oder nur kaum.

Wie Temperatur grundsätzlich das Wettergeschehen beeinflusst

Der grundlegende Fakt, dass Extremwetter durch die menschengemachten Klimaveränderungen beeinflusst werden, ist eine logische Folge der Atmosphärenphysik. Temperaturen sind schließlich eine zentrale Stellschraube im Wettergeschehen – ändern sie sich, ändert sich das Wetter inklusive seiner Extreme. Zum Beispiel sorgen Temperaturunterschiede für Bewegung der Luft: Wo ein Temperaturgefälle ist, entstehen Winde, wodurch wiederum Hoch- und Tiefdruckgebiete entstehen. Erhitzt sich die Atmosphäre, enthält sie mehr Energie – stärkere Stürme sind möglich.

Zudem beeinflussen warme Temperaturen die Verdunstung: Je wärmer die Atmosphäre ist, desto mehr Wasser kann sie in Form von Wasserdampf aufnehmen. Pro Grad (so die bekannte Claudius-Clapeyron-Gleichung) steigt die Wasserspeicherfähigkeit der Luft um sieben Prozent. Und mehr Wasser in der Atmosphäre bedeutet schlicht, dass mehr Regen (oder Schnee) fallen kann.

Auch die Ozeane werden durch den Klimawandel wärmer (Cheng et al. 2019; Cheng et al. 2021). Dies kann für veränderte Lufttemperaturen und -zirkulation darüber sorgen, was wiederum ein Treiber von Hoch- und Tiefdruckgebieten oder gar Wirbelstürmen ist. Nicht zuletzt kann aus wärmeren Ozeanen mehr Wasser verdunsten, was stärkere Niederschläge auch über dem Land zur Folge hat.

Es gibt also zahlreiche und gut erforschte physikalische Mechanismen, die einen Einfluss des Temperaturanstiegs auch auf Extremwetter erwarten lassen. Zunehmend zeigen sich diese Erwartungen aus der Physik auch in Beobachtungsdaten durch deutliche Veränderungen bei einzelnen Typen von Wetterextremen. In der Gesamtbetrachtung ergibt sich deshalb ein konsistentes Bild.

Ein Fall für die Attributionsforschung

Klimamodelle können für viele Typen von Extremwetter diese Kausalketten von steigenden Treibhausgasemissionen über eine höhere Erdmitteltemperatur zu lokalen und saisonalen Veränderungen in Extremwetterereignissen abbilden. Eine vergleichsweise junge Forschungsrichtung nutzt solche Klimamodelle für die Analyse einzelner Extremwetterereignisse. Sie nennt sich Attributionsforschung und hat das Ziel, herauszufinden, ob und wenn ja inwiefern der Klimawandel aktuelle Wetterextreme beeinflusst. Wäre eine Hitzewelle im vergangenen Sommer ohne den Einfluss der globalen Erwärmung anders ausgefallen? Und hatten Überschwemmungen in diesem Frühjahr überhaupt etwas damit zu tun? Zu derartigen Fragen gibt es mittlerweile eine große Zahl von Studien.

Dabei ist es wichtig zu betonen, dass der Klimawandel nie die einzige Ursache eines Extremereignisses ist; in unserem chaotischen Wettersystem haben alle Wetterereignisse immer mehrere Ursachen. Attributionsstudien identifizieren stattdessen, ob der Klimawandel eine dieser Ursachen ist – und wenn ja, wie sehr Häufigkeit und Intensität eines Extremwetters durch den menschengemachten Klimawandel verändert worden sind. Dazu lassen Forschende ihre Klimamodellemögliches Wetter in zwei Szenarien berechnen: Einerseits für eine (hypothetische) Atmosphäre, die nicht vom Menschen verändert wurde, und andererseits für eine (die tatsächliche) mit erhöhtem Treibhausgasgehalt.

Mehr als 300 solcher Attributionsstudien hat das Online-Portal CarbonBrief.org in einer interaktiven Weltkarte zusammengetragen:

Die Übersicht macht deutlich, dass sich bei zahlreichen Einzelereignissen bereits der Einfluss des menschengemachten Klimawandels nachweisen lässt. Gelegentlich aber kommen Studien auch zu dem Ergebnis, dass der Klimawandel ein bestimmtes Ereignis nicht oder kaum beeinflusst oder weniger wahrscheinlich oder weniger schwerwiegend gemacht hat.

Schauen wir nun also genauer auf den Stand des Wissens zu einzelnen Typen von Extremwettern:

Hitze wird wahrscheinlicher

Am klarsten sind die bislang vorliegenden Forschungsbefunde zu Hitzeextremen. Die globale Durchschnittstemperatur lag nach Angaben der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) im Jahr 2020 bereits rund 1,2 Grad Celsius über dem vorindustriellen Niveau; und steigt die Durchschnittstemperatur, dann bedeutet das, dass die besonders hohen Temperaturen ebenfalls nach oben rutschen. Soll heißen: Ein sommerlicher Hitzerekord fällt in einer Atmosphäre mit Klimawandel höher aus als in einer Atmosphäre ohne globale Erwärmung. Die Zunahme von Hitzerekorden (bei gleichzeitiger Abnahme von besonders kalten Temperaturen) zeigt sich bereits seit einigen Jahrzehnten in den Wetterdaten. Weltweit ist die Anzahl der warmen Tage und Nächte gestiegen, und die Zahl der kalten Tage und Nächte ist gesunken. Am stärksten haben Hitzeextreme in der Mitte und dem Osten Nordamerikas zugenommen, in Mittel- und Südeuropa, am Mittelmeer, in West- und Zentralasien sowie im südlichen Afrika (IPCC SR1.5, Kap. 3, S. 189f.).

Auch die erwähnte Übersicht von CarbonBrief.org zeigt, dass die Attributionsstudien zu Hitzewellen ein unmissverständliches Bild ergeben: In mehr als 90 Prozent der Fälle kamen sie zu dem Schluss, dass der Klimawandel die jeweilige Hitzewelle wahrscheinlicher und schwerwiegender gemacht hat; dies gilt zum Beispiel für Europa 2003 (Stott et al. 2004; Christidis et al. 2014) und 2018 (Leach et al. 2020), Russland 2010 (Otto et al. 2012), den Südwesten der USA 2013 (Shiogama et al. 2014), das Jangtse-Delta in China 2017 (Zhou et al. 2019) sowie weltweit (Peterson et al. 2012; Peterson et al. 2013; Herring et al. 2014; Herring et al. 2015; Herring et al. 2016; Herring et al. 2018; Herring et al. 2019; Herring et al. 2020). Hingegen lieferte keine einzige der erfassten Studien Hinweise darauf, dass die globale Erwärmung eine Hitzewelle weniger wahrscheinlich oder weniger schwerwiegend gemacht haben könnte. In einigen Fällen wären die erlebten Hitzewellen ohne den menschengemachten Klimawandel sogar praktisch unmöglich gewesen, etwa jene in Japan 2018 (Imada et al. 2019; weitere Beispiele in Herring et al. 2019; Herring et al. 2020; Herring et al. 2021), dasselbe gilt für die sich abzeichnende Möglichkeit gleichzeitiger Hitzeextreme über Regionen und Kontinente hinweg (Vogel et al. 2019).

So ist es auch wenig überraschend, dass der IPCC bei fortschreitendem Klimawandel fest mit einer weiteren Zunahme von Hitzeextremen rechnet:

„Mit großer Sicherheit wird im Laufe des 21. Jahrhunderts die Häufigkeit, Stärke und Dauer von Hitzewellen zunehmen. Werden weiterhin große Mengen an Treibhausgasen ausgestoßen, könnten Europa [und viele andere Regionen weltweit] Ende des Jahrhunderts alle ein bis zwei Jahre von besonders langen Hitzewellen (mehr als 60 Tage am Stück) getroffen werden.“ (IPCC SRCCL, Kapitel 2, Seite 145)

Extreme Niederschläge nehmen zu, in der Folge auch Fluten

So eindeutig wie zu Temperaturextremen ist die Datenlage bei Niederschlägen nicht, was auch daran liegt, dass die Wirkung des Klimawandels auf Häufigkeit von Hitzeextremen erheblich größer ist als bei allen  allen anderen Extremen. In anderen Worten: Die Stärke der Veränderung ist bei Niederschlägen deutlich geringer; daher benötigt man längere Datenreihen, um die Veränderung sicher nachzuweisen.

Bis 2015 waren bereits rund 18 Prozent der täglichen Niederschlagsextreme, gemittelt über die gesamte Landmasse, direkt auf den Klimawandel zurückzuführen (Fischer/Knutti 2015). Auch in vielen Regionen, einschließlich Nordamerika, Asien und Europa, sind deutliche Trends in häufigeren und intensiveren Niederschlägen zu beobachten (Paik et al. 2020; Dong et al. 2021; Sun et al. 2021). Zunehmend können diese Veränderungen dem Klimawandel zugeordnet werden, beispielsweise in Europa (Pall et al. 2011; Schaller et al. 2016; Otto et al. 2018a), dem Mittelmeerraum (Vautard et al. 2015), den USA (Herring et al. 2014; Szeto et al. 2015; Eden et al. 2016; van Oldenborgh et al. 2017), Neuseeland (Rosier et al. 2015) und China (Burke et al. 2016; Sun/Miao 2018; Yuan et al. 2018b; Zhou et al. 2018). Im Gegensatz zur Hitze sind diese Veränderungen je nach Region und Jahreszeit jedoch sehr unterschiedlich. Beispielsweise nehmen extreme Niederschläge in Nordeuropa im Winter zu, während sie im südlichen Teil des Kontinents im Sommer abnehmen.

Heftige Niederschläge führen bisweilen zu verheerenden Fluten – wenn nämlich innerhalb kurzer Zeit so viel Wasser vom Himmel fällt, dass es kaum in den Boden sickern kann, und Bäche, Flüsse und Seen überlaufen. Es gebe, so der IPCC 2019 in seinem Spezialreport zu Klimawandel und Landnutzung, „mit großer Sicherheit einen Zusammenhang von steigenden Globaltemperaturen und zunehmenden Flutrisiken in der Zukunft“ (IPCC SRCCL 2019, Kapitel 2, S. 147). Überschwemmungen werden – da ist die Forschung sich sicher – im Zuge des Klimawandels auf allen Kontinenten zunehmen (IPCC SR1.5 2018, Kapitel 3, S. 203).

Dürren werden in vielen Regionen häufiger ...

Weil sich (wie oben beschrieben) durch den Klimawandel die atmosphärische Zirkulation und damit Windmuster verändern, gibt es in einigen Regionen der Welt weniger Niederschläge. Steigende Temperaturen sorgen zudem dafür, dass mehr Wasser verdunstet und Böden schneller austrocknen. Es kommt vermehrt zu Dürren. Sie sind sehr komplexe Ereignisse und oft mit großen Schäden verbunden. Es gibt viele verschiedene Arten von Dürren mit unterschiedlichen Auswirkungen und Definitionen, allgemeine Aussagen zu sind daher mit vergleichsweise großen Unsicherheiten behaftet. In einigen Regionen jedoch sind die Trends deutlich.

Weltweit wird das Auftreten von Dürren seit mindestens 1900 durch verschiedene menschliche Einflüsse beeinflusst, zum Beispiel Veränderungen bei der Landnutzung (Marvel et al. 2019). In jüngerer Zeit wurde der Fingerabdruck des menschengemachten Klimawandels bei zunehmender Dürre in mehreren dürregefährdeten Regionen der Welt beobachtet, darunter Kalifornien, der pazifische Nordwesten, das westliche Nordamerika und das Mittelmeer (Cook et al. 2018; Gudmundsson/Seneviratne 2016). Mit Ausnahme der Mittelmeerregion, die bereits deutlich weniger Niederschläge verzeichnet, ist dies hauptsächlich auf die erhöhten Temperaturen zurückzuführen, die die Verdunstung und die Schneeschmelze vorantreiben (Cook et al. 2018).

Auch andere Regionen, die vor allem im Winter ihre Niederschläge bekommen, trocknen aufgrund des Klimawandels aus und sind anfälliger für Dürren, etwa Zentralchile, die äußerste Südwestspitze des südlichen Afrikas und Südwestaustralien (Seager et al. 2019; Spinoni et al. 2019). Andere große Dürreereignisse der letzten Zeit, die durch den Klimawandel verstärkt wurden, sind Südafrika 2015-17 (Otto et al. 2018b; Yuan et al. 2018a), Europa 2016/17 (García-Herrera et al. 2019), Indonesien 2015 (King et al. 2016), Neuseeland (Harrington et al., 2014), Kanada (Szeto et al., 2016) und der Fruchtbare Halbmond 2007-2010 (Kelley et al. 2015). Der IPCC-Sonderbericht zu Klimawandel und Landnutzung aus dem Jahr 2019 fasst etliche weitere Untersuchungen zum Thema zusammen – sie bestätigen den Trend zu mehr Dürren in etlichen Weltgegenden (IPCC SRCCL 2019, Kapitel 2, Seite 146).

... und damit zusammenhängend auch Wald- und Buschbrände

Bei trockenen und heißen Bedingungen – dem sogenannten „Feuerwetter“ – ist das Risiko von Waldbränden stark erhöht (Dowdy et al. 2009; Van Wagner 1987). In vielen Gegenden der Welt ist das Waldbrandrisiko in den vergangenen Jahren  bereits erheblich gestiegen, darunter sind der Westen der USA, Alaska und Kanada (Jaraud/Steiner 2012; Dennison et al. 2014; Balch et al. 2018; Goss et al. 2020), die Mittelmeer-Region (Abatzoglou et al. 2019; Barbero et al. 2020; Touma et al. 2021), Amazonien (Abatzoglou et al. 2019; Alencar et al. 2011; Alencar et al. 2015; Touma et al. 2021), Südostasien (Touma et al. 2021) und Australien (Dowdy 2018; Dowdy/Pepler 2018; Harris/Lucas 2019).

Eine Reihe von Attributionsstudien ordnet diese Zunahme des Waldbrandrisikos dem Klimawandel zu. In British Columbia (Kanada) zum Beispiel führte 2017 ein extrem heißer und trockener Sommer zu beispiellosen Waldbränden. Die verbrannte Fläche wurde durch den anthropogenen Klimawandel um das 7- bis 11-fache vergrößert, und das Ereignis wurde insgesamtum das 2- bis 4-fache wahrscheinlicher (Kirchmeier-Young et al. 2019). In Schweden wurden 2018 umfangreiche Waldbrände um zehn Prozent wahrscheinlicher (Krikken et al. 2019). Der Klimawandel erhöehte ebenfalls um mindestens 30 Prozent die Wahrscheinlichkeit der australischen Buschfeuer von 2019/20 (van Oldenborgh et al. 2020).

Der IPCC fasste den Forschungsstand in seinem Spezialreport zu Klimawandel und Landnutzung aus dem Jahr 2019 mit diesen Worten zusammen:

„Es gibt zunehmende Belege, dass sich verändernde Wetterextreme der Treiber hinter der Zunahme von Wald- und Buschbränden sind, die es in letzter Zeit in einigen Regionen gab … Zwischen 1979 und 2013 hat sich die Waldbrandsaison weltweit bereits um 18,7 Prozent verlängert … In der zweiten Hälfte dieses Zeitraums waren die Veränderungen sogar noch stärker. … Für 2050 wird eine Zunahme der globalen Brandhäufigkeiten um 27 Prozent (gegenüber dem Jahr 2000) erwartet, meteorologische Veränderungen spielen dabei die Hauptrolle …“ (IPCC SRCCL 2019, Kapitel 2, Box 3, S. 149f)

Wirbelstürme werden stärker und bringen mehr verheerenden Regen

Die Befunde der Klimaforschung zu Stürmen und insbesondere tropischen Wirbelstürmen, waren lange Zeit sehr unklar – was in der Öffentlichkeit teils für Verwirrung sorgte. In den vergangenen Jahren aber hat sich das Wissen deutlich verdichtet: Bei tropischen Wirbelstürmen stieg mit zunehmender globaler Temperatur zwar nicht die Gesamtzahl, wohl aber sind die stärksten Tropenstürme häufiger geworden: Der Anteil von Hurrikans der stärksten Kategorien 3, 4 und 5 an der Gesamtzahl stieg von 1979 bis 2017 um ein Viertel, von 32 Prozent auf 40 Prozent (Kossin et al. 2020). Tropische Wirbelstürme verlagern sich in den meisten Regionen auch ständig polwärts und damit in Gebiete die bisher wenig von ihnen betroffen waren (Kossin et al. 2016).

Wandern diese intensiven Wirbelstürme vom Ozean auf Land, können sie besonders viel Schaden anrichten. Gerade Küstengebiete sind in vielen Ländern besonders dicht bewohnt. Einige von ihnen könnten durch einen weiteren Umstand hart getroffen werden: Die Bewegungen der Wirbelstürme. Es zeichnet sich ab, dass Wirbelstürme sich tendenziell langsamer bewegen als früher – zwischen 1949 und 2016 beispielsweise war eine Verlangsamung um zehn Prozent zu verzeichnen. Wirbelstürme haben also mehr Zeit, um Städte, Landschaften und Dörfer mit Sturmfluten zu verwüsten, bevor sie weiterziehen. (Kossin 2018; Yamaguchi/Maeda 2020). Für die Zukunft erwartet die US-Atmosphären- und Ozeanbehörde (NOAA) jedenfalls ausdrücklich eine steigende Gefahr durch tropische Wirbelstürme.

Fazit

Auch wenn die Belege für verschiedene Typen von Extremwettern sehr unterschiedlich sind und wir noch keinen vollständigen Überblick über die Auswirkungen des Klimawandels haben, zeigen die obigen Beispiele deutlich, wie sehr der Klimawandel bereits heute unser Wetter und auch Extremereignisse beeinflusst.

Linda Fischer/klimafakten.de, Juni 2021