Hintergrund
24.03.2017 | Klima

Veränderungen im Klimasystem und extreme Wetterereignisse

starker Regen in der Stadt, im Hintergrund: Fahrräder
Grundschule, Sekundarstufe

Extreme Wetterereignisse wie Stürme, extreme Hitze oder Starkniederschläge stellen ein Risiko für den Menschen dar. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erwarten eine Zunahme von Extremereignissen durch den Klimawandel. Doch wie hängen Klima und Wetter überhaupt zusammen, und welche möglichen Auswirkungen hat der Klimawandel? Wie kann sich die Gesellschaft an solche Risiken wie extreme Wetter anpassen?

Extreme Wetterereignisse können erhebliche Gefahren mit sich bringen. In Deutschland gehen Risiken vor allem von Stürmen aus, von extremer Hitze und Trockenheit sowie von Starkniederschlägen und den Überschwemmungen, die dadurch ausgelöst werden können.

Zum Beispiel forderte im Januar 2007 der Orkan "Kyrill" in Europa 47 Todesopfer. Bei Orkan "Christian" im Herbst 2013 waren es mindestens 16 Todesopfer. Auch Hitzewellen stellen eine Gefahr dar. So kam es bei der Hitzewelle im Sommer 2003 in Deutschland zu circa 7.000 zusätzlichen Todesfällen.

Starkniederschläge führten in der jüngsten Vergangenheit in Europa zu Hochwasser mit Überschwemmungen weiter Landstriche. Tausende Menschen wurden obdachlos, zudem gab es Todesfälle. Beispiele für Überschwemmungen sind das Oderhochwasser im Juli/August 1997, Überflutungen entlang der Elbe im August 2002, im März/April 2006 sowie im Mai/Juni 2013. An der Donau kam es in den Jahren 2002 und 2013 zu Überschwemmungen, die jeweils als "Jahrhundertflut" bezeichnet wurden.

In der jüngeren Vergangenheit werden extreme Wetterereignisse in der öffentlichen Diskussion zunehmend mit dem Klimawandel in Verbindung gebracht. Dabei geht es häufig um die Frage, ob der Klimawandel die Ursache für das jeweilige Ereignis ist. Angesichts des kurzen zeitlichen Abstandes zwischen einigen Katastrophen wie den Überschwemmungen an Elbe und Donau wird zudem eine auffällige Häufung wahrgenommen. Oft wird in Medien und Alltagsgesprächen auch diskutiert, ob das Wetter "verrücktspielt" und dies Folge des Klimawandels sei.

Wie hängen Wetter und Klima zusammen?

Tatsächlich beobachtet die Klimaforschung langfristige Veränderungen beim Klima. Dazu gehört, dass die Häufigkeit bestimmter extremer Wetterereignisse zunimmt. Einzelne, konkrete Wetterereignisse direkt auf den Klimawandel zurückzuführen, ist jedoch nicht möglich. Um die Zusammenhänge zu beschreiben und zu verstehen, ist es wichtig, die Begriffe klar voneinander abzugrenzen.

Sowohl Wetter, Witterung als auch Klima beziehen sich auf Vorgänge in der Atmosphäre. Ihre Erforschung ist Gegenstand der Meteorologie. Jedoch unterscheiden sich die Begriffe durch die Zeiträume, auf die sie sich beziehen.

Wetter ist der physikalische Zustand der Atmosphäre zu einem bestimmten Zeitpunkt oder in einem kurzen Zeitraum von Stunden bis hin zu wenigen Tagen an einem bestimmten Ort oder in einem Gebiet. Dieser Zustand wird durch meteorologische Größen beschrieben wie Lufttemperatur, Luftdruck, Windgeschwindigkeit und Windrichtung, Luftfeuchte, Bewölkung und Niederschlag.

Als Witterung bezeichnen die Meteorologen und Meteorologinnen den durchschnittlichen Charakter des Wetterablaufs über mehrere Tage bis zu mehreren Wochen an einem Ort oder in einem Gebiet.

Beim Klima geht es dagegen um wesentlich längere Zeiträume. Klima ist der mittlere Zustand der Atmosphäre an einem bestimmten Ort oder in einem bestimmten Gebiet über eine Zeitspanne von mindestens 30 Jahren. Auch Betrachtungen über Jahrhunderte und Jahrtausende sind bei der Erforschung des Klimas gebräuchlich. Das Klima wird durch statistische Eigenschaften der Atmosphäre charakterisiert, wie Mittelwerte, Häufigkeiten, Andauer und Extremwerte meteorologischer Größen (Temperatur, Niederschlag und weitere).

Das bedeutet zum Beispiel, dass aus drei aufeinanderfolgenden heißen Sommern nicht auf eine Erwärmung des Klimas geschlossen werden kann. Auch bedeutet eine Reihe von kühlen Jahren in einem Jahrzehnt nicht unbedingt, dass sich das Klima abkühlt. Jedoch könnte das der Fall sein, wenn sich die Abkühlung über mehrere Jahrzehnte hinweg fortsetzt.

Wie wirkt sich die Klimaerwärmung auf das Wetter aus?

Umgekehrt können auch Klimadaten nicht als Wetter und Witterung interpretiert werden. Diese Daten werden meist nicht nur über lange Zeiträume, sondern auch sehr großräumig gemittelt, häufig über die ganze Erde.

Im Zusammenhang mit dem Klimawandel wird oft auch von "globaler Erwärmung", "Klimaerwärmung" oder umgangssprachlich von "Erderwärmung" gesprochen. Dabei geht es darum, dass sich die Erdatmosphäre in den bodennahen Luftschichten erwärmt: Die globale Mitteltemperatur in Bodennähe stieg im Zeitraum von 1880 bis 2012 um 0,85 Grad Celsius. In der jüngsten Vergangenheit häufen sich die Rekordwerte bei den globalen Temperaturwerten: 15 der 16 wärmsten Jahre seit Beginn der Datenaufzeichnung sind im Zeitraum von 2001 bis 2016 beobachtet worden.

Abbildung: Zeitliche Entwicklung der globalen Jahresmitteltemperatur seit 1880 

Dargestellt ist der Unterschied zum Mittelwert im Referenzzeitraum 1951 bis 1980 (schwarze Kurve: jährliche Abweichung, rote Kurve: 5-jährig gleitendes Mittel). Quelle: NASA

Das heißt jedoch zum Beispiel nicht, dass es überall auf der Erde im gleichen Maße wärmer geworden ist. Die Folgen der ansteigenden globalen Mitteltemperatur können regional und je nach Jahreszeit sehr unterschiedlich sein.

In Deutschland zum Beispiel ist das Klima generell sehr variabel. Denn Deutschland liegt im Übergangsbereich zwischen dem maritimen Klima Westeuropas und dem kontinentalen Klima Osteuropas. Je nachdem, wie die Luftmassen zwischen den Regionen zirkulieren, können die Jahreszeiten in einzelnen Jahren sehr unterschiedlich ausfallen. Hinzu kommt, dass es in Deutschland viele Mittelgebirge gibt, die verschiedene Landschaften einschließen. Wegen dieser Topographie ist das Klima stark regional strukturiert.

Die Wirkung einer langfristigen Erwärmung der unteren Luftschichten der Atmosphäre auf das Wettergeschehen beruht unter anderem darauf, dass der Wasserkreislauf in der Atmosphäre beeinflusst wird – der Kreislauf aus Verdunstung, Wolkenbildung und Niederschlag. 

Eine wärmere Atmosphäre kann mehr Wasserdampf aufnehmen als eine kältere. Die Wissenschaft geht davon aus, dass die Klimaerwärmung zu einem intensiveren Wasserkreislauf führt. Denn in der wärmeren unteren Atmosphäre steht mehr Wasserdampf für Niederschläge zur Verfügung.

Beobachtete Klimaveränderungen und extremes Wetter

Während sich die Wetterdaten von Tag zu Tag und von Jahr zu Jahr unterscheiden, wurden auch in Deutschland langfristige Veränderungen festgestellt. So ist es in Deutschland in den vergangenen 135 Jahren im Durchschnitt etwa 1,4 Grad Celsius wärmer geworden. Auch die Menge des Niederschlags hat zugenommen, vor allem im Winter und im Frühjahr.

Auch bei extremen Wetterereignissen wurden Veränderungen beobachtet. So hat die Zahl der kalten Tage und Nächte abgenommen und die der warmen Tage und Nächte seit Mitte des vergangenen Jahrhunderts zugenommen. Die Zahl der Tage mit Höchsttemperaturen von mindestens 30 Grad Celsius hat seit 1951 von im Mittel etwa drei Tagen pro Jahr auf derzeit im Mittel etwa acht Tage pro Jahr zugenommen. Zudem traten in Europa, Asien und Australien häufiger Hitzewellen auf. Die Starkregenereignisse in Nordamerika und Europa sind häufiger und intensiver geworden.

Abbildung: Jährliche Anzahl der heißen Tage mit einer Höchsttemperatur von mindestens 30 Grad Celsius 

Quelle: Umweltbundesamt: Monitoring-Bericht 2015 zur deutschen Anpassungsstrategie an den Klimawandel, S. 18

Was gilt als Extremwetterereignis?

Bei der Definition von Extremwetterereignissen werden statistische Betrachtungen zugrunde gelegt. Der Deutsche Wetterdienst definiert Extremwetterereignisse als sehr seltene Ereignisse, die stark von den mittleren Bedingungen abweichen.

Insofern gibt es sehr unterschiedliche Extremereignisse. Dazu zählt zum Beispiel eine besonders hohe Windgeschwindigkeit einer Orkanböe. Auch ein länger andauerndes Ereignis kann extrem sein, zum Beispiel eine lange Trockenheit. Die Wertung als „extrem“ kann auch vom Zeitpunkt abhängen. So kommen Temperaturen von 25 Grad Celsius im Hochsommer häufig vor. In einem Wintermonat wäre dies ein Extremereignis.

Manchmal werden Extremereignisse auch an ihren Auswirkungen gemessen, zum Beispiel an der Höhe des wirtschaftlichen Schadens.

Eine anschauliche Möglichkeit zur Analyse meteorologischer Extreme ist die Betrachtung von sogenannten klimatischen Kenntagen. Dabei werden Tage ausgewertet, an denen bestimmte Grenzwerte überschritten werden. Zum Beispiel die bereits erwähnten heißen Tage, an denen die Temperatur mindestens 30 Grad Celsius beträgt.

Was passiert in Zukunft?

Mit dem Ausstoß von Treibhausgasen durch den Menschen und deren Anreicherung in der Atmosphäre werden vielfältige Veränderungen im Klimasystem beobachtet, die sich künftig weiter fortsetzen.

Um diese Änderungen zu untersuchen, werden in der Klimaforschung Berechnungen mithilfe von Klimamodellen durchgeführt. Das sind physikalische Beschreibungen der Prozesse in der Atmosphäre, die auf dem gegenwärtigen Kenntnisstand der Physik des Klimasystems beruhen. Sie basieren auf physikalischen Gesetzen wie der Erhaltung von Masse, Energie und Impuls.

Bei den Ergebnissen der Modellberechnungen handelt es sich um sogenannte Projektionen. Sie geben jeweils wieder, was passiert, wenn bestimmte Annahmen zutreffen und bestimmte Szenarien – zum Beispiel für den künftigen Ausstoß von Treibhausgasen – eintreten. Oft werden verschiedene Varianten betrachtet, um zu analysieren, was die minimalen und was die maximalen Veränderungen sein könnten ("Was wäre, wenn ..."). (Es handelt sich bei den Projektionen nicht um detaillierte Vorhersagen beziehungsweise Prognosen wie bei einem Wetterbericht.)

Auch der Weltklimarat IPCC beschreibt verschiedene Szenarien für die kommenden Jahrzehnte und Jahrhunderte. Wie stark sich das Klima künftig verändert, hängt unter anderem davon ab, wie viele Treibhausgase in Zukunft ausgestoßen werden. Je mehr, desto schwerwiegender die Veränderungen.

Welche Klimaveränderungen sind zu erwarten?

Es ist "praktisch sicher", dass die mittlere Temperatur in Deutschland weiter ansteigt, so der Nationale Klimareport 2016, der vom Deutschen Wetterdienst erstellt wurde. Über die konkrete Höhe des Anstiegs herrscht weniger Sicherheit. Er wird bis 2050 "wahrscheinlich" zwischen 1 und 1,3 Grad Celsius liegen. Die Bandbreite der Ergebnisse verschiedener Klimaprojektionen liegt zwischen 0,7 und 2,1 Grad Celsius.

Die Modellrechnungen zeigen, dass die globale Mitteltemperatur weiter steigt, auch wenn die Treibhausgasemissionen zurückgehen. Je nach Entwicklung der Emissionen fällt der Anstieg mehr oder weniger stark aus. Bei einer sehr ambitionierten Klimaschutzpolitik ergeben die Simulationen, dass der mittlere Temperaturanstieg gegen Ende des 21. Jahrhunderts gegenüber der vorindustriellen Zeit 0,9 bis 2,3 Grad Celsius betragen würde.

Mit dem weiteren Anstieg der globalen Mitteltemperatur werden sich auch Extremereignisse weiter verändern. Als gesichert gilt, dass über den meisten Landgebieten häufiger heiße und seltener kalte Temperaturen auftreten werden. Hitzewellen werden sehr wahrscheinlich häufiger werden und länger anhalten.

Bis zum Ende dieses Jahrhunderts werden Starkniederschläge über den meisten Landgebieten der mittleren Breiten und über feuchten tropischen Regionen sehr wahrscheinlich intensiver und häufiger auftreten.

Die Niederschlagsänderungen werden regional und jahreszeitlich unterschiedlich sein. Zwischen trockenen und feuchten Gebieten sowie zwischen trockenen und feuchten Jahreszeiten werden sich die Unterschiede noch verstärken. Regional kann es aber Ausnahmen geben.

Tabelle: Extreme Niederschlagsmengen in Deutschland

MengeOrtDauerDatum
126 mmFüssen (Ostallgäu)8 Min.25.05.1920
245 mmMünster2 Std.28.07.2014
312 mmZinnwald-Georgenfeld1 Tag12.08.2002
779 mmAschau-Stein1 Monat Juli 1954

(Zum Vergleich: In Deutschland fallen im Durchschnitt 789 mm Niederschlag pro Jahr. Das entspricht 789 Litern pro Quadratmeter.)

Gebiete, die von Monsunen betroffen sind, werden sich bis zum Ende dieses Jahrhunderts wahrscheinlich ausweiten. Die Monsunniederschläge werden wegen des höheren Feuchtegehaltes der Atmosphäre zunehmen. In vielen Regionen wird darüber hinaus die Dauer der Monsunsaison wahrscheinlich zunehmen.

Wie kann sich die Gesellschaft an die Risiken anpassen?

Die Klimaveränderungen haben eine Vielzahl von Auswirkungen auf verschiedene Bereiche der Gesellschaft. Betroffen sind unter anderem die Energieversorgung, die Landwirtschaft und die Gesundheitsvorsorge. Zum Beispiel mussten aufgrund der Hitzewelle im Sommer 2003 über 30 europäische Kernkraftwerke ihre Stromproduktion drosseln, weil aufgrund der Trockenheit nicht genügend Kühlwasser zur Verfügung stand.

Hitze kann zudem die menschliche Gesundheit stark belasten. In der Landwirtschaft führen Trockenstress oder Stürme, Starkregen und Hagel zu großen Qualitätsschwankungen und Ertragseinbußen.

Wie groß die möglichen Folgen der Veränderungen und zukünftigen Extremereignisse sind, hängt von der "Verwundbarkeit" der Gesellschaft ab. Der Fachbegriff lautet "Vulnerabilität". Sogenannte Vulnerabilitätsanalysen dienen dazu, das Schadenspotenzial von Klimaveränderungen einzuschätzen. Sie dienen als Grundlage für Anpassungsmaßnahmen. Das Umweltbundesamt hat eine Übersichtskarte mit den Klimafolgen für verschiedene Regionen in Deutschland erstellt.

Demnach machen sich die Folgen des Klimawandels unter anderem besonders in den Städten bemerkbar. Wegen der hohen Bevölkerungsdichte und der Bebauung können hier besonders viele Menschen sowie wichtige Infrastrukturen von bestimmten Extremwetterereignissen betroffen sein. Dazu zählen Überschwemmungen oder Hitzewellen.

Zur Anpassung in Risikovorsorge zählen daher zum Beispiel die Einrichtung von Hitzewarnsystemen und Hochwasservorsorge. (Mehr Informationen im Hintergrundtext "Siedlungen im Klimawandel".)

Anpassungsmaßnahmen können auch den Alltag und individuelle Verhaltensweisen betreffen. Da zum Beispiel ältere und kranke Menschen durch Hitze besonders gefährdet sind, sollten sich sowohl die Betroffenen als auch Pflegeeinrichtungen auf längere Hitzeperioden einstellen. In vielen Fällen müssen sich aber auch junge und gesunde Menschen anpassen. So kann es wie in heißeren Ländern auch in Deutschland zukünftig häufiger ratsam sein, sich mittags im Schatten oder in kühlen Räumen aufzuhalten und Anstrengungen zu vermeiden.

Weiterführende Links

Deutscher Wetterdienst: Nationaler Klimareport 2016
http://www.dwd.de/DE/leistungen/nationalerklimareport/download_report_2016.html?nn=344870

Umweltbundesamt: Fünfter Sachstandsbericht des Weltklimarats
https://www.umweltbundesamt.de/themen/klima-energie/klimawandel/weltklimarat/fuenfter-sachstandsbericht-des-weltklimarats

Umweltbundesamt: Monitoring-Bericht 2015 zu Klimawirkungen und Anpassung
https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/monitoringbericht-2015

Umweltbundesamt: Chronik weltweiter Temperaturen, Niederschläge und Extremereignisse seit 2010
https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/chronik-weltweiter-temperaturen-niederschlaege 

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