Frage 9.1: Lassen sich einzelne Extremereignisse durch den Treibhauseffekt erklären?

Änderungen der Klimaextreme sind im Zuge der Klimaerwärmung als Reaktion auf ansteigende Treibhausgase in der Atmosphäre, bedingt durch menschliche Aktivitäten wie die Nutzung von fossilen Energieträgern, zu erwarten. Allerdings ist die Festlegung, ob ein bestimmtes, einzelnes Extremereignis auf eine bestimmte Ursache, wie den Anstieg von Treibhausgasen, zurückzuführen ist, aus zwei Gründen schwierig, wenn nicht gar unmöglich: 1) Extremereignisse werden in der Regel durch eine Kombination von Faktoren verursacht und 2) ein breites Spektrum von Extremereignissen ist auch in einem unveränderten Klima eine normale Erscheinung. Gleichwohl legt die Analyse der beobachteten Erwärmung im Laufe des letzten Jahrhunderts nahe, dass die Wahrscheinlichkeit einiger Extremereignisse, wie Hitzewellen, aufgrund der Klimaerwärmung zugenommen hat, und dass die Wahrscheinlichkeit anderer, wie Frost oder extrem kalter Nächte, abgenommen hat. So schätzt eine aktuelle Studie beispielsweise, dass sich aufgrund menschlicher Einflüsse das Risiko für einen sehr heißen europäischen Sommer wie 2003 mehr als verdoppelt hat.

Von einem Extremwetterereignis betroffene Menschen stellen oftmals die Frage, ob menschliche Einflüsse auf das Klima zu einem gewissen Grad dafür verantwortlich sein könnten. Viele Extremereignisse der letzten Jahre wurden von einigen Berichterstattern mit dem Anstieg der Treibhausgase in Verbindung gebracht. Dazu gehören die anhaltende Dürre in Australien, der extrem heiße Sommer 2003 in Europa (siehe Abbildung 1), die heftigen Hurrikansaisons in den Jahren 2004 und 2005 im Nordatlantik und die extremen Regenfälle in Mumbai (Indien) im Juli 2005. Könnte ein menschlicher Einfluss wie erhöhte Treibhausgas-Konzentrationen in der Atmosphäre solche Ereignisse „verursacht“ haben?

Extremereignisse resultieren in der Regel aus einer Kombination von Faktoren. Zum Beispiel trugen mehrere Faktoren zu dem extrem heißen europäischen Sommer 2003 bei. Hierzu zählte u. a. ein anhaltendes Hochdrucksystem, das mit sehr klarem Himmel und trockenen Böden verbunden war, wodurch mehr Sonnenenergie zum Aufheizen des Landes zur Verfügung stand, weil weniger Energie verbraucht wurde, um Feuchtigkeit aus dem Boden zu verdunsten.. Ähnlich setzt die Bildung eines Hurrikans warme Meeresoberflächentemperaturen und bestimmte atmosphärische Zirkulationsbedingungen voraus. Da einige Faktoren stark durch menschliche Aktivitäten beeinflusst sein können, wie die Temperaturen der Meeresoberfläche, aber andere wiederum nicht, ist es nicht einfach, den menschlichen Einfluss auf ein einzelnes bestimmtes Extremereignis nachzuweisen.

Dennoch könnte es möglich sein, mit Hilfe von Klimamodellen festzustellen, ob menschliche Einflüsse die Wahrscheinlichkeit für bestimmte Arten von Extremereignissen verändert haben. Zum Beispiel: Im Fall der europäischen Hitzewelle 2003 wurde eine Klimamodell- Simulation durchgeführt, der nur historische Veränderungen natürlicher klimabeeinflussender Faktoren, wie Vulkanaktivität und Veränderungen der Sonnenaktivität, beinhaltete. Im nächsten Schritt wurde eine zweite Simulation durchgeführt, dieses Mal sowohl mit menschlichen als auch natürlichen Faktoren. Die zweite Simulation ergab eine Entwicklung des europäischen Klimas, die viel eher der tatsächlich beobachteten Klimaentwicklung entsprach. Basierend auf diesen Experimenten schätzte man, dass menschliche Einflüsse im Laufe des 20. Jahrhunderts das Risiko eines so heißen Sommers in Europa wie 2003 mehr als verdoppelt haben, und dass ohne menschlichen Einfluss das Risiko eines solch heißen Sommers bei einem Mal in vielen hundert Jahren liegen würde. Noch detailliertere Modellsimulationen sind notwendig, um die Veränderung des Risikos für bestimmte Ereignisse mit erheblichen Auswirkungen – wie das Auftreten einer Serie sehr warmer Nächte in urbanen Gebieten wie Paris – einzuschätzen.

Die Bedeutung eines solchen wahrscheinlichkeitsbasierten Ansatzes – „Verändert der menschliche Einfluss die Wahrscheinlichkeit eines Ereignisses?“ – liegt darin, dass er dazu verwendet werden kann, den Einfluss externer Faktoren, wie den Anstieg der Treibhausgase, auf die Häufigkeit von bestimmten Arten von Ereignissen, wie Hitzewellen oder Frost, abzuschätzen. Dennoch sind sorgfältige statistische Analysen erforderlich, da sich die Wahrscheinlichkeit einzelner Extreme, wie ein Spätfrost im Frühjahr, genauso aufgrund von Änderungen der Klimavariabilität wie aufgrund von Veränderungen der durchschnittlichen klimatischen Bedingungen ändern könnte. Solche Analysen stützen sich auf klimamodellbasierte Abschätzungen der Klimavariabilität und somit sollten die verwendeten Klimamodelle diese Schwankungen angemessen abbilden.

Der gleiche wahrscheinlichkeitsbasierte Ansatz kann für die Untersuchung von Häufigkeitsänderungen bei Starkregen und Überschwemmungen verwendet werden. Klimamodelle sagen voraus, dass menschliche Einflüsse einen Anstieg vieler Arten von Extremereignissen, extreme Regenfälle eingeschlossen, verursachen werden. Es gibt bereits Hinweise darauf, dass in den letzten Jahrzehnten extreme Regenereignisse in einigen Regionen zugenommen haben, was zu vermehrten Überschwemmungen führte.

Frage 9.1, Abbildung 1. Die Sommertemperaturen betrugen in der Schweiz zwischen 1864 und 2003 durchschnittlich etwa 17 °C, wie durch die grüne Kurve dargestellt. Während des extrem heißen Sommers im Jahre 2003 überschritten die durchschnittlichen Temperaturen 22 °C, wie durch den roten Balken dargestellt (für jedes Jahr in dem 137-jährigen Aufzeichnungszeitraum steht eine vertikale Linie). Die dazugehörige Normalverteilung ist in Grün dargestellt. Die Jahre 1909, 1947 und 2003 sind besonders gekennzeichnet, weil sie extreme Jahre im Datensatz darstellen. Die Werte in der unteren linken Ecke geben die Standardabweichung (σ) und die 2003-Anomalie normiert durch die 1864 bis 2000-Standardabweichung (T‘/σ) an. Aus Schär et al. (2004).