„Wissenschaftliches Interesse explodiert“

Extreme Witterung und Klima

In der Zeitschrift npj climate and atmospheric science (in der nature-Familie) erschien am 10.12.2018 unter dem Titel „Extreme weather and climate“ ein Editorial von Michael K. Tippett, Institut für Angewandte Physik und Angewandte Mathematik der Columbia University, New York. Darin wies er auf eine Reihe jüngst veröffentlichter Texte zum Thema Extremwetter und Klima hin. Solarify dokumentiert den unter Creative-Commons-Lizenz CC BY 4.0 publizierten Text.

Menschen und Ökosysteme kämpfen mit extremen Wetter- und Klimabedingungen. Die Artikel dieser Sammlung untersuchen eine Reihe von entweder in ihrer Seltenheit, Intensität oder beidem extremer Wetter- und Klimaphänomenen. Solche Forschungen zielen darauf ab, die Gesellschaften dabei zu unterstützen, die Herausforderungen der wichtigsten zukünftigen Wetter- und Klimaereignisse, seien es Wochen oder Jahrzehnte, besser zu antizipieren und zu bewältigen.

Das wissenschaftliche Interesse an Wetter- und Klimaextremen ist in den vergangenen Jahren explodiert. Extreme Ereignisse wie Hurrikane, Hitzewellen und Dürren hatten schon immer überproportionale Auswirkungen im Vergleich zu „alltäglichen“ Wetter. Heute haben die Wissenschaftler jedoch zunehmend mehr zu den zu erwartenden Veränderungen in der Häufigkeit und Intensität solcher Extreme zu sagen. Erstens wächst das Verständnis dafür, wie sich Wetter und Klimaextreme infolge der anthropogenen Erwärmung verändern können. Zweitens gibt es eine neue und aufkommende Fähigkeit, die Wahrscheinlichkeit extremer Wetterereignisse in den nächsten Wochen oder Monaten vorherzusagen – den subsaisonalen bis saisonalen (S2S) Zeitbereich. Das Interesse an S2S-Prognosen, insbesondere von Extremen, war der Anstoß für mehrere nationale und internationale Forschungsprogramme, wie sie von Mariotti und ihren Kollegen beschrieben wurden.¹ Mit Hilfe einer neuen Prognosedatenbank aus einem dieser Programme fanden Vitart und Robertson² überzeugende Beweise dafür, dass selbst mit aktuellen Methoden Hitzewellen und tropische Zyklonaktivitäten Wochen im Voraus vorhergesagt werden konnten.

Die S2S-Vorhersage von Extremen wirft auch neue Fragen auf, darunter, wie die Qualität solcher Prognosen am besten bewertet werden kann. Ford und Co-Autoren³ schlugen eine nahtlose Methode zur Beurteilung der Qualität von extremen Wärmevorhersagen von Tagen bis Wochen vor. Dieser Ansatz identifizierte Probleme mit den derzeit verfügbaren Prognosemodellen und mögliche Strategien zu deren Verbesserung.

Extreme Niederschläge an der Westküste Nordamerikas werden oft mit „atmospheric rivers“ (ARs) in Verbindung gebracht, die große Mengen an Feuchtigkeit transportieren. Mundhenk und Coautoren⁴ berichten über den Zusammenhang zwischen AR-Aktivität und der Madden-Julian Oscillation (MJO), die bekanntlich mehrere Wochen im Voraus vorhersehbar ist. Dieses Ergebnis liefert eine wissenschaftliche Grundlage und Methode für geschickte, subsaisonale Prognosen der AR-Aktivität und extremer Niederschläge. Ein wärmeres Klima kann jedoch zu einem erhöhten Feuchtigkeitstransport durch ARs führen. Lu und Coautoren5 untersuchten Klimaprojektionen und fanden heraus, dass längere und häufigere Landfall-ARs in Zukunft die hydrologischen Extreme über dem Nordosten des Pazifiks und im Westen der Vereinigten Staaten bis zum Ende des 21. Jahrhunderts erhöhen würden.

In anderen Teilen der Welt sind tropische Wirbelstürme für die extremsten Niederschlagsereignisse verantwortlich, und es wird erwartet, dass ein sich erwärmendes Klima die Niederschlagsraten erhöhen wird⁶. Kossin⁷ stellte fest, dass die Übersetzungsgeschwindigkeit der tropischen Wirbelstürme seit Mitte des 20.Jahrhunderts weltweit um 10% zurückgegangen ist und dass diese Verlangsamung wahrscheinlich zu einem Anstieg der Niederschlagssumme der tropischen Wirbelstürme geführt haben dürfte, wie beispielsweise die beispiellosen Niederschlagssummen, die mit dem Hurrikan Harvey über Texas 2017 verbunden waren.

Neben den Auswirkungen auf Regenfälle und tropische Wirbelstürme wirkt sich die Erwärmung der Ozeane auch auf die Ökosysteme aus. Frölicher und Kollegen⁸ untersuchten historische und simulierte marine Hitzewellen (MHWs) und fanden heraus, dass MHWs in den letzten Jahrzehnten bereits häufiger, intensiver und länger anhaltend geworden sind. Es wird erwartet, dass sich dieser Trend mit der weiteren globalen Erwärmung beschleunigt, was zu negativen und möglicherweise irreversiblen Auswirkungen auf Meeresorganismen und Ökosysteme führen wird.

Klimaextreme haben Auswirkungen sowohl im Boden als auch in den Ozeanen. Basto und Co-Autoren⁹ untersuchten die natürliche Bodensaatgutbank, in der ruhendes Saatgut unter Tage gelagert wird. Längere Dürreperioden hatten nachteilige Auswirkungen auf die oberirdischen Graslandarten, aber einige Arten verschwanden nach mehreren Jahren Dürre vollständig aus der unterirdischen Saatgutbank.

Tornados sind in den Vereinigten Staaten keine Seltenheit, mehr als 1000 werden jedes Jahr gemeldet, aber sie können zu Todesfällen und schweren Schäden führen. Trapp und Hoogewind¹⁰ finden eine neue und unerwartet robuste statistische Beziehung zwischen Tornadoaktivität und arktischer Meereisausdehnung (sea ice extent – SIE) während des borealen Sommers, wobei die Abnahme der SIE mit der Abnahme der Tornadoaktivität korreliert ist. Diese Ergebnisse sind unerwartet und stehen im Gegensatz zu Studien, die einen Anstieg des extremen Wetters mit einem Rückgang der SIE in Verbindung bringen¹¹. Während die Zahl der in den Vereinigten Staaten gemeldeten Tornados relativ konstant war, stellen Gensini und Brooks¹² fest, dass sich die Orte, an denen diese Tornados auftreten, ändern, was wichtige Auswirkungen auf das Risikomanagement hat.

Wetter und Klimaextreme stellen sowohl wissenschaftliche als auch gesellschaftliche Herausforderungen dar. Ein Großteil der jüngsten Fortschritte lässt sich auf Verbesserungen bei der Modellierung und Simulation zurückführen. Extreme wie starke Regenfälle hängen von physikalischen Prozessen ab, die auf kurzen Zeitskalen und kleinen räumlichen Skalen ablaufen. Die erhöhte Rechenleistung hat eine höhere Zeit- und Raumauflösung ermöglicht, die realistischere Darstellungen von Extremen für numerische Wettervorhersagen und Klimaprognosen liefert. Dennoch bestehen nach wie vor Unsicherheiten, insbesondere auf regionaler Ebene, darüber, wie ein sich ändernder Klimawandel die Häufigkeit und Intensität von Extremen verändern wird, und es bedarf weiterer Anstrengungen, um das breite Spektrum an Zeit- und Raumskalen, die an Wetter und Klimaextremen beteiligt sind, besser zu verstehen.

Anmerkungen

¹ Mariotti, A., Ruti, P. M. & Rixen, M. Progress in subseasonal to seasonal prediction through a joint weather and climate community effort. npj Clim. Atmos. Sci. 1, 4 (2018).
² F. & Robertson, A. W. The sub-seasonal to seasonal prediction project (S2S) and the prediction of extreme events. npj Clim. Atmos. Sci. 1 ,3 (2018).
³ Ford, T. W., Dirmeyer, P. A. & Benson, D. O. Evaluation of heat wave forecasts seamlessly across subseasonal timescales. npj Clim. Atmos. Sci. 1, 20 (2018).
⁴ Mundhenk, B. D., Barnes, E. A., Maloney, E. D. & Baggett, C. F. Skillful empirical subseasonal prediction of landfalling atmospheric river activity using the Madden–Julian oscillation and quasi-biennial oscillation. npj Clim. Atmos. Sci. 1, 7 (2017).
⁵ Lu, J. et al. Enhanced hydrological extremes in the western United States under global warming through the lens of water vapor wave activity. npj Clim. Atmos. Sci. 1, 7 (2018).
⁶ Knutson, T. R. et al. Global projections of intense tropical cyclone activity for the late twenty-first century from dynamical downscaling of CMIP5/RCP4.5 scenarios.  J. Clim. 28, 7203–7224 (2015).
⁷ Kossin, J. P. A global slowdown of tropical-cyclone translation speed. Nature 558, 104–107 (2018).
⁸ Frölicher, T. L., Fischer, E. M. & Gruber, N. Marine heatwaves under global warming. Nature 560, 360–364 (2018).
⁹ Basto, S. et al. Severe effects of long-term drought on calcareous grassland seed banks. npj Clim. Atmos. Sci. 1, 1 (2018).
¹⁰ Trapp, R. J. & Hoogewind, K. A. Exploring a possible connection between U.S. tornado activity and Arctic sea ice. npj Clim. Atmos. Sci. 1, 14 (2018).
¹¹ Tang, Q., Zhang, X. & Francis, J. A. Extreme summer weather in northern mid-latitudes linked to a vanishing cryosphere. Nat. Clim. Chang. 4, 45–50 (2014).
¹² Gensini, V. A. & Brooks, H. E. Spatial trends in United States tornado frequency. npj Clim. Atmos. Sci. 1, 38 (2018).

->Quelle:

• nature.com/s41612-018-0057-1
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