Selbst die Kälteeinbrüche sind wärmer: Fortschritte in der “Attributionsforschung”

26.Juli 2012

Der letzte Winter war in Europa während einiger Wochen ungewöhnlich kalt, ebenso Juni und Juli. Wo bleibt da Klimawandel fragt sich manch einer. Andererseits liest man täglich in den Zeitungen Berichte über Extremwetterereignisse: extreme Dürre in USA, die stärksten Ãœberschwemmungen in Peking seit 60 Jahren, Schlammlawine verwüstet Dorf in Österreich, Dürre in Sahelzone, Waldbrände in ganz Südeuropa….Eine umfasende Darstellung  findet sich im Klimabericht 2011, der von der NOAA zusammengestellt wird.

Sind das Zeichen des Klimawandels? In den Berichten wird reflexartig angefügt “ein solches einzelnes Ereignis kann nicht auf den Klimawandel zurückgeführt werden”.

Der wissenschaftlich rigorose Nachweis von Einflüssen des Klimawandels in den genannten Wetterereignissen ist das Ziel der sog. Attributionsforschung (Attribution=Zuordnung). Soeben ist ein Bericht einer internationalen Arbeitsgruppe unter Führung des Metoffice und der NOAA erschienen, in dem der Stand der Methodik beschrieben wird und Attributions-Analysen einiger Extremwetterereignisse des Jahres 2011 vorgestellt werden:  Explaining extreme events of 2011 from a climate perspective. Im Gegensatz zu der genannten Reflexbehauptung wird für einzelne Extremwetterlagen die Wahrscheinlichkeit für eine Beteiligung des Klimawandels an der Ausbildung des Extrems untersucht.

Statistische Attribution

Die naheliegende Attributionsmethode ist es, die Wahrscheinlichkeit von (Extrem)Wetterereignissen mit Klimamodellen zu berechnen und die Wahrscheinlichkeitswerte mit langjährigen Messwerten zu vergleichen. Aufgrund der Klimaerwärmung verschiebt sich die Wahrscheinlichkeitsverteilung zu höheren Temperaturen. Dadurch werden speziell die Extremereignisse im “Schwanz” der Verteilung stark erhöht (folgendes Bild aus In dem IPCC Spezialbericht SREX über Extremwetter ).

Die Schwierigkeit dabei ist, dass Wetter- und Klima-Extreme auch ohne Klimawandel als Folge der natürlichen Variabilität auftreten. Zu einer erhöhten natürlichen Variabilität tragen vor allem auch grossräumige länger anhaltende Veränderungen der Atmosphären- und Meeres-Zirkulation wie El Niño oder dekadische oder multi-dekadische Veränderungen im Nordatlantik bei.

Der statistische Attributionsnachweis ist deshalb auf langjährige Messreihen angewiesen, die über die genannten natürlichen Schwankungen mitteln. Für  lokale Ereignisse sind diese jedoch vielfach nicht in genügender Anzahl und Qualität vorhanden. Dennoch sind mit dieser Methode eine Reihe wichtiger Nachweise des anthropogenen Einflusses auf das Wetter gelungen, wie in dem zitierten IPCC Bericht dargelegt wird:

  • “Es ist sehr wahrscheinlich, dass insgesamt die Anzahl kalter Tage und Nächte abgenommen hat und die Anzahl warmer Tage und Nächte weltweit zugenommen hat und zwar auf allen Landflächen, für die genügend Daten vorhanden sind.”
  • “Global kann für viele Regionen mit genügend Messdaten mit mittlerer Wahrscheinlichkeit festgestellt werden, dass die Länge und Anzahl von warmen oder heissen Phasen seit der Mitte des 20. Jahrhunderts zugenommen hat.”
  • “Es ist wahrscheinlich, dass die Zahl von schweren Niederschlägen in mehr Regionen zugenommen haben als umgekehrt, wobei es starke regionale und subregionale Unterschiede gibt.”

In einer Arbeit von Stott- einem Pionier der Attributionsforschung -  et al wird als ein Beispiel die Atributionsanalyse für den extrem warmen Sommer 2003 in Europa gezeigt. Im folgenden Bild aus dieser Arbeit sind die Wahrscheinlichkeitsverteilungen für solche Wärmeperioden über deren Anzahl pro tausend Jahre berechnet, in grün ohne menschlichen Einfluss und in rot mit menschlichem Einfluss. Aus der roten Verteilung lässt sich der Risikoanteil durch anthropogenen Einfluss eines Extremereignisses berechnen. Für die Hitzeperiode 2003 in Europa ergibt sich eine mindestens verdoppelte Wahrscheinlichkeit aufgrund des Klimawandels.

 

Regime-basierte Attribution

Einen anderen Ansatz, das anthropogene Signal von den natürlichen Schwankungen zu unterscheiden ist die sog. Regime-basierte Attribution. Dabei werden “ähnliche” Wetterlagen miteinander verglichen. Für jeden Tag werden 10 Tage der Vergangenheit ausgewählt, welche die beste Korrelation in bezug auf die atmosphärischen Strömungen aufweisen. Dadurch werden Vergleiche angestellt zwischen ähnlichen Zuständen der grossräumigen und länger anhaltenden Wettereinflüsse wie der Nordatlantischen Oszillation.

Diese Methode wurde von Cattiaux auf das Wetter in Westeuropa angewandt, siehe folgendes Bild. Die grossen Schwankungen sind hauptsächlich natürlichen Urpsrungs, verursacht durch die Dynamik im Nordatlantik. Die Kurve durch die schwarzen Punkte zeigt die beobachteten Temperaturen (gemittelt über Westeuropa). Die Kurve durch die grauen Punkte zeigt die mit obiger Methode ermittelten vergleichbaren Wetterereignisse der Periode 1971 bis 2000. Die Phasen, in denen die beobachtete Temperatur über derjenigen der Vergleichskurve liegen, sind rot markiert. Seit 2000 ist eine zunehmende Erwärmung zu beobachten. Dies gilt auch für die zeitlich höher aufgelösten Werte innerhalb eines Jahres.

Für alle Jahreszeiten 2011 waren die beobachteten Temperaturen höher als die “Analog-Temperaturen”. Der kalte und schneereiche Winter 2010/2011 wurde durch eine Extremlage der Nordatlantischen Oszillation verursacht. Dabei war das Wetter auch in dieser Phase wärmer als bei vergleichbaren Wetterlagen früherer Perioden – ein deutlicher Hinweis auf den Einfluss der Klimaerwärmung.

Autor: Klaus Ragaller

 

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