Extreme Sommerhitze durch den Klimawandel: Wie entsteht sie, und können wir sie vermeiden?

In zwei neuen Publikationen untersuchten Forschende des Max-Planck-Instituts für Meteorologie (MPI-M) die aktuelle und zukünftige Entwicklung extremer Hitzeereignisse. Sie identifizierten wichtige Risikoherde für verschiedene Formen extremer Hitze unter verschiedenen globalen Erwärmungsniveaus und untersuchten die Ursachen für die immer intensiveren Hitzeextreme in Europa getrennt voneinander.

Globale mittlere Oberflächentemperatur (GMST) simuliert mit dem Max Planck Institute Grand Ensemble. Adaptiert von: Suarez-Gutierrez et al, Hotspots of extreme heat under global warming. Clim. Dyn., 2020, doi:10.1007/s00382-020-05263-w. CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/)

Das Auftreten extremer Hitzeereignisse wird durch die globale Erwärmung wahrscheinlicher, und die Hitzeereignisse werden auch extremer werden. Sie führen zu erhöhter hitzebedingter Sterblichkeit und Krankheit. Außerdem können sie ökologische und sozioökonomische Auswirkungen haben, wie verminderte Arbeitsproduktivität, erhöhtes Risiko von Waldbränden, verminderte landwirtschaftliche Effizienz, Lebensraumverlust, Ökosystemschäden und Ernteausfälle, sowie einige Regionen teilweise unbewohnbar machen. Mit der Zeit, und innerhalb bestimmter Grenzen, sind die Gesellschaft, Wirtschaft, Ökosysteme und sogar unsere Körper in der Lage, sich an einen wärmeren mittleren Klimazustand anzupassen. Abweichungen mit geringer Wahrscheinlichkeit von diesen mittleren Klimabedingungen in Form von Extremereignissen fordern jedoch die Anpassungsfähigkeit der Menschheit heraus, möglicherweise bis an ihre Grenzen.

Dr. L. Suarez-Gutierrez, Dr. W. Müller, Dr. C. Li und Prof. J. Marotzke untersuchten in zwei neuen Publikationen, was extreme Hitzeereignisse antreibt, wie sich dies in einer wärmeren Welt verändert und um wie viel Grad der Anstieg der globalen Erwärmung gegenüber den vorindustriellen Bedingungen begrenzt werden muss, um das Risiko extremer Hitze in ihren verschiedenen Formen zu begrenzen. Hierfür nutzten sie das 100-teilige Max-Planck-Institut Grand Ensemble (MPI-GE), das ein großes Ensemble eines einzelnen umfassenden Klimamodells ist. Das MPI-GE besteht aus Sätzen von 100 Simulationen für den Bezugszeitraum von etwa 1850 bis zur Gegenwart und für drei mögliche Zukunftsszenarien mit unterschiedlichem Grad der globalen Erwärmung. Diese einzigartige Versuchsanordnung ermöglicht es, dass Jahrhundert-Extreme im Durchschnitt jedes simulierte Jahr auftreten. Dies liefert umfangreiche Beispiele von Extremen mit geringer Wahrscheinlichkeit und großen Auswirkungen. Daher ist das MPI-GE das beste verfügbare Werkzeug, um zu untersuchen, wie sich Extremereignisse verändern, welche Extreme durch eine Begrenzung der globalen Erwärmung vermieden werden können und welche Extreme für den jeweiligen Erwärmungsgrad im Bereich des Möglichen liegen.

Europäische Sommerextreme
Die globale Erwärmung wird die Sommerhitze in Europa häufiger auftreten und extremer werden lassen. Das liegt nicht nur an den weltweit steigenden Temperaturen, sondern auch daran, dass sich die Mechanismen, die extreme Hitze antreiben, verändern. In der ersten Studie1 haben die Autor*innen bestimmt, wie sehr die beiden Hauptantriebsmechanismen europäischer Extrem-Hitzeereignisse ­– antizyklonale Bedingungen in der Atmosphäre und trockene Bodenbedingungen – zu diesen Veränderungen beitragen. Gegenwärtig verursachen zwar trockene Böden noch höhere Temperaturen, aber antizyklonale Bedingungen sind der entscheidende Faktor für extreme Hitze. In einer wärmeren Welt trifft dies jedoch nicht zu. In einer wärmeren Zukunft kann es allein aufgrund trockener Böden zu Hitzeextremen kommen, sogar auch dann, wenn die Atmosphäre dem entgegenwirkt. Die Studie von Suarez-Gutierrez et al. ist nicht nur die erste, in der beide Antriebsbeiträge gleichzeitig untersucht wurden, sondern auch die erste, in der umfangreiche Beispiele von Extremereignissen ausgewertet wurden, die sich in den Simulationen unter einer Vielzahl von Hintergrundbedingungen entwickelten. Diese Kombination ist entscheidend für die Unterscheidung zwischen den Bedingungen, die für die Entwicklung extremer Hitze notwendig sind, und jenen, die möglicherweise nebensächlich sind. Die Ergebnisse von Suarez-Gutierrez et al. heben einen neuen Typ von dürrebedingten Hitzeextremen bei neutralen Atmosphärenbedingungen hervor. Sie bestätigen zudem, dass die Zunahme der europäischen Hitzeextreme und die damit verbundene Variabilitätszunahme durch den lokalen thermodynamischen Effekt der Feuchtigkeitsbegrenzung bestimmt werden.
 

Extreme Temperaturen unter extremen atmosphärischen oder extrem trockenen Bedingungen. Prozentsatz der monatlichen Anomalien der europäischen Sommermittelwerte der Durchschnittstemperatur, die extrem sind im Hinblick auf das sich ändernde mittlere Klima unter gleichzeitig günstigen atmosphärischen Bedingungen (obere Reihe) und unter gleichzeitig günstigen trockenen Bedingungen (untere Reihe) während des zwanzigsten Jahrhunderts (1900-1999; linke Spalte), während des einundzwanzigsten Jahrhunderts (2000-2099; mittlere Spalte), und Differenz dieser Häufigkeit im einundzwanzigsten und zwanzigsten Jahrhundert (rechte Spalte). Adaptiert von: Suarez-Gutierrez et al., Dynamical and thermodynamical drivers of variability in European summer heat extremes. Clim. Dyn., 2020, doi:10.1007/s00382-020-05233-2. (CC BY 4.0)

Extreme Hitze-Hotspots durch die globale Erwärmung
In der zweiten Studie2 bewerteten die Autoren, wie sich verschiedene Formen von Hotspots extremer sommerlicher Hitze bei einer globalen Erwärmung von bis zu 4°C verändern. Ihr Ziel war es, zu bestimmen, welcher Grad der globalen Erwärmung es noch erlaubt, das Risiko dieser Hotspots abzuwenden. Hierbei berücksichtigten sie die gut definierte und nicht reduzierbare Bandbreite von Extremen, die unter jedem der jeweiligen Erwärmungsgrade möglich ist. Suarez-Gutierrez et al. stellten fest, dass bei einer globalen Erwärmung von unter 2°C die extremsten absoluten Sommerhöchsttemperaturen in den meisten Teilen der Welt unter 50°C bleiben. Ausnahmen waren einige Höchsttemperatur-Hotspots auf der Arabischen Halbinsel, in Nordindien und Pakistan. Bei einer Erwärmung von mehr als 2°C wird diese Schwelle jedoch auf allen Kontinenten überschritten, mit prognostizierten Temperaturen von über 60°C in Brennpunkten im Irak, in Pakistan oder Saudi-Arabien. Weiterhin stellten sie fest, dass sehr extreme Ereignisse, die unter vorindustriellen Bedingungen durchschnittlich ein Mal alle 100 Jahre auftreten, bei 2°C globaler Erwärmung häufiger als ein Mal alle 10 Jahre auftreten. Bei einer Erwärmung von 4°C treten diese Jahrhundertereignisse in den meisten Teilen der Welt alle zwei Jahre bis mehr als ein Mal pro Sommer auf.

Ihre Ergebnisse zeigen zudem, dass bisher seltene extrem heiße und feuchte Bedingungen und Bedingungen mit mangelnder nächtlicher Abkühlung – zwei der Aspekte, die den Hitzestress am stärksten verschlimmern – in großen tropischen und nicht-tropischen Regionen der Erde alltäglich werden. Diese verschiedenen Hitzestress-Hotspots verdeutlichen die verschiedenen potenziellen Risiken, und die damit verbundenen Anpassungsmaßnahmen, die für die Vermeidung extremer Hitze in verschiedenen Regionen unerlässlich sind.

Originalveröffentlichungen:
[1] Suarez-Gutierrez, L., Müller, W. A., Li, C., & Marotzke, J. (2020). Dynamical and thermodynamical drivers of variability in European summer heat extremes. Climate Dynamics. doi:10.1007/s00382-020-05233-2.

[2] Suarez-Gutierrez, L., Müller, W. A., Li, C., & Marotzke, J. (2020). Hotspots of extreme heat under global warming. Climate Dynamics. doi:10.1007/s00382-020-05263-w.

Weitere Informationen:
Über das Max Planck Institute Grand Ensemble (MPI-GE)

Kontakt:

Dr. Laura Suarez
Max-Planck-Institut für Meteorologie
E-Mail: laura.suarez@we dont want spammpimet.mpg.de

Dr. Wolfgang Müller
Max-Planck-Institut für Meteorologie
E-Mail: wolfgang.mueller@we dont want spammpimet.mpg.de

Dr. Chao Li
Max-Planck-Institut für Meteorologie
E-Mail: chao.li@we dont want spammpimet.mpg.de

Prof. Dr. Jochem Marotzke
Max-Planck-Institut für Meteorologie
E-Mail: jochem.marotzke@we dont want spammpimet.mpg.de