FAQ

Wie ändert sich der Niederschlag?

Beobachtungen zeigen, dass sich Menge, Intensität, Häufigkeit und Art des Niederschlags ändern. Diese Eigenschaften des Niederschlags weisen gewöhnlich große natürliche Schwankungen auf, und werden beeinflusst von El Niño-Ereignissen sowie Veränderung atmosphärischer Zirkulationsmuster wie z.B. der Nordatlantischen Oszillation. An einigen Orten wurden hinsichtlich der Niederschlagsmenge von 1900 bis 2005 ausgeprägte, langfristige Entwicklungen beobachtet: Es war während dieses Zeitraums deutlich feuchter im östlichen Nord- und Südamerika, in Nordeuropa, sowie Nord- und Zentralasien, aber trockener in der Sahelzone, in Südafrika, in der Mittelmeerregion und in Südasien. In nördlichen Regionen fällt nun mehr Niederschlag in Form von Regen als in Form von Schnee. Umfassende Anstiege von Starkniederschlagsereignissen wurden beobachtet, sogar an Orten, wo die Gesamtniederschlagsmengen abgenommen haben. Diese Veränderungen hängen mit dem zunehmenden Wasserdampf in der Atmosphäre zusammen, der durch die Erwärmung der Weltmeere hergerufen wird, vor allem in niederen Breiten. In anderen Regionen kommen sowohl vermehrt Dürren als auch vermehrt Überschwemmungen vor.

Niederschlag ist der allgemeine Ausdruck für Regen, Schnee und andere Formen gefrorenen oder flüssigen Wassers, das aus Wolken stammt. Niederschlag fällt unregelmäßig, und die Art des jeweiligen Niederschlags hängt stark von Temperatur und Wettersituation ab. Letztere bestimmt die Zufuhr an Feuchtigkeit durch Wind und Oberflächenverdunstung und wie diese bei Stürmen in Wolken gesammelt wird. Niederschlag bildet sich, wenn Wasserdampf kondensiert, meist in aufsteigender Luft, die sich ausdehnt und dabei abkühlt. Die Aufwärtsbewegung wird dabei durch verschiedene Mechanismen verursacht, z.B. wenn Luft über ein Gebirge strömt, sich warme Luftmassen über kalte Luftmassen schieben (Warmfront), wenn kalte Luftmassen warme Luftmassen unterwandern (Kaltfront), wenn es zu Konvektion aufgrund lokal unterschiedlicher Oberflächenerwärmung kommt oder durch andere Wetter- und Wolkensysteme. Folglich beeinflussen Veränderungen dieser Komponenten den Niederschlag. Allgemeine Niederschlagstrends werden mithilfe des „Palmer Drought Severity Index PDSI“ dargestellt (Abbildung 1).

 

Abbildung 1: Die obere Graphik zeigt das wichtigste räumliche Muster des monatlichen „Palmer Drought Severity Index“ (PDSI) für 1900 bis 2002. Der PDSI ist ein üblicher Index für Dürren und misst das kumulative Defizit (bezogen auf die örtlichen Durchschnittsbedingungen) der Landoberflächen-Feuchtigkeit, indem er vorherige Niederschläge und Schätzungen von in der Atmosphäre vorhandener Feuchtigkeit (basierend auf atmosphärischen Temperaturen) in ein hydrologisches Berechnungssystem einbaut. Das untere Bild zeigt, wie sich das Vorzeichen und die Stärke dieses Musters seit 1900 verändert haben.
Rote und orangefarbene Bereiche sind trockener (feuchter) als der Durchschnitt, und blaue und grüne Bereiche sind feuchter (trockener) als der Durchschnitt, wenn die Werte im unteren Diagramm positiv (negativ) sind. Die schwarze Kurve zeigt dekadische Schwankungen. Die Zeitserie entspricht ungefähr dem Trend, und das Muster und die Schwankungen machen 67 % des linearen Trends des PDSI über der weltweiten Landfläche von 1900 bis 2002 aus. Sie zeigt daher eine zunehmende Trockenheit in Afrika, vor allem in der Sahelzone. Man beachte auch die feuchteren Gebiete, besonders im östlichen Nord- und Südamerika, sowie im nördlichen Eurasien.

 

Eine Folge der zunehmenden globalen Erwärmung aufgrund des verstärkten anthropogenen Treibhauseffekts ist die zunehmende Verdunstung, vorausgesetzt es ist ausreichend Oberflächenfeuchte vorhanden. Dies ist über den Meeren und anderen feuchten Oberflächen stets der Fall. Oberflächenfeuchte wirkt wie eine „Klimaanlage“, da die für die Verdunstung benötigte Wärme die Luft befeuchtet, und sie nicht erwärmt. Eine beobachtete Folge davon ist, dass die Sommer dazu neigen, entweder warm und trocken oder kühl und nass zu sein. In Gebieten im östlichen Nord- und Südamerika, wo es feuchter geworden ist (Abbildung 1), sind die Temperaturen deshalb weniger angestiegen als anderswo. Über den nördlichen Kontinenten wird im Winter jedoch mehr Niederschlag mit höheren Temperaturen in Verbindung gebracht, weil die Kapazität der Atmosphäre zur Wasserspeicherung bei wärmeren Bedingungen steigt. In den Regionen, wo die Niederschlagsmengen zugenommen haben, haben ansteigende Temperaturen allerdings auch zu verstärkter Trockenheit geführt, was die Niederschlagsänderungen in Abbildung 1 weniger klar ersichtlich macht.

Wenn sich das Klima verändert, dann ändern verschiedene direkte Einflüsse die Menge, Intensität, Häufigkeit und die Art von Niederschlägen. Die globale Erwärmung beschleunigt die Austrocknung der Landoberfläche und erhöht das potentielle Auftreten und die Schwere von Dürren, was weltweit an vielen Orten beobachtet wurde (Abbildung 1). Gemäß eines bekannten physikalischen Gesetzes (Clausius-Clapeyron-Beziehung) würde eine Temperaturerhöhung von 1 °C zu ca. 7 % mehr Wasserdampf in der Atmosphäre führen. Beobachtungen von Trends der relativen Luftfeuchtigkeit sind unsicher, legen aber nahe, dass sie insgesamt an der Oberfläche und in der gesamten Troposphäre gleich geblieben ist, und dass steigende Temperaturen deshalb zu mehr Wasserdampf geführt haben. Aufgrund von Veränderungen der Meeresoberflächentemperatur während des 20. Jahrhunderts schätzt man, dass der Anteil von Wasserdampf in der Atmosphäre über den Ozeanen um etwa 5 % zugenommen hat. Da Niederschlag vor allem aus Wettersystemen kommt, die mit in der Atmosphäre gespeichertem Wasserdampf versorgt werden, haben sich generell die Niederschlagsintensität sowie das Risiko von Starkregen- und Starkschneeereignissen erhöht.

Die theoretischen Grundlagen, Klimamodellsimulationen und empirische Ergebnisse bestätigen alle, dass ein wärmeres Klima, mit dem dadurch verbundenen erhöhten Wasserdampfgehalt der Atmosphäre, zu häufigeren und intensiveren Niederschlagsereignissen führt. Dies tritt sogar dann auf, wenn die gesamte jährliche Niederschlagsmenge sich leicht reduziert. Sollte sich die Gesamtniederschlagsmenge in Zukunft noch erhöhen, ist mit noch stärkeren Niederschlagsereignissen zu rechnen. Das wärmere Klima erhöht deshalb das Risiko von Trockenheit – dort wo es nicht regnet - aber auch von Überschwemmungen – dort wo es regnet-, aber zu unterschiedlichen Zeiten und/oder an unterschiedlichen Orten. In Europa war der Sommer 2002 z. B. mit weitverbreiteten Überschwemmungen verbunden, gefolgt von 2003 mit einer Rekord brechenden Hitzewelle und Trockenheit. Die Verteilung und der zeitliche Ablauf von Überschwemmungen und Trockenheit werden durch den Zyklus von El Niño-Ereignissen hochgradig beeinflusst, besonders in den Tropen und weiten Teilen der Länder an der Pazifikküste in den mittleren Breiten (siehe Abbildung 2).

Abbildung 2: Globale Einflüsse von El Niño. Dargestellt sind Niederschlagsveränderungen während El Niño im (a) Sommer (b) Winter.
(Quelle: geändert nach NOAA).

 

In Gebieten, wo die Verschmutzung durch Aerosole den Boden vor direktem Sonnenlicht abschirmt, verringert eine abgeschwächte Verdampfung die Gesamtfeuchtigkeitszufuhr an die Atmosphäre. Auch wenn das Potential für stärkere Niederschläge sich aus den gesteigerten Wasserdampfmengen ergibt, könnte die Dauer und Häufigkeit von Ereignissen gedrosselt werden, da es länger dauert, die Atmosphäre wieder mit Wasserdampf anzureichern.

Örtliche und regionale Veränderungen der Niederschlagseigenschaften hängen ebenfalls stark von atmosphärischen Zirkulationsmustern ab, die von El Niño, der Nordatlantischen Oszillation (NAO) und anderen Schwankungsmustern bestimmt werden. Einige der beobachteten Zirkulationsänderungen werden mit dem Klimawandel in Verbindung gebracht. Eine Verschiebung der Sturmbahnen macht einige Regionen nasser und einige - oft in der direkten Nähe - trockener und führt damit komplexe Wandlungsmuster herbei. Im europäischen Sektor führte beispielsweise eine eher positive NAO in den 1990ern zu feuchteren Bedingungen in Nordeuropa und trockeneren Bedingungen über den Mittelmeer- und nordafrikanischen Regionen (Abbildung 1). Die verlängerte Dürreperiode in der Sahelzone (siehe Abbildung 1), die von den späten 1960ern bis in die späten 1980er ausgeprägt war, dauert weiter an, wenn auch nicht mehr ganz so intensiv, wie sie einst war. Sie ist durch Veränderungen der atmosphärischen Zirkulation mit Veränderungen in tropischen Meeresoberflächentemperaturmustern im Pazifik, im Indischen und Atlantischen Ozean verbunden. Dürren haben sich in weiten Teilen Afrikas ausgebreitet und sind in den Tropen und Subtropen häufiger geworden.

Wenn die Temperaturen steigen, steigt auch die Wahrscheinlichkeit, dass Niederschlag als Regen fällt, statt als Schnee. Dies gilt vor allem im Herbst und im Frühjahr, also am Anfang und Ende der Schneesaison und in Gebieten, wo die Temperaturen dem Gefrierpunkt nahe sind. Solche Veränderungen werden an vielen Orten beobachtet, besonders über Land in mittleren und hohen Breiten der Nordhemisphäre, wo sie zu mehr Regen, aber zu geringeren Schneebedeckungen führen. Als Folge verringern sich die Wasservorräte im Sommer, wenn sie am nötigsten gebraucht werden. Dennoch bedeutet die oft örtlich begrenzte und unregelmäßige Natur des Niederschlags, dass die beobachteten Veränderungsmuster komplex sind. Langzeitmessungen heben hervor, dass Niederschlagsmuster von Jahr zu Jahr leicht variieren, und selbst ausgedehnte, mehrere Jahre andauernde Dürren werden meist von einem Jahr mit heftigen Regenfällen unterbrochen, z. B. wenn El Niño-Einflüsse spürbar werden. Als Beispiel kann der nasse Winter 2004/05 im Südwesten der USA genannt werden, der auf eine sechs Jahre andauernde Trockenheit mit ungewöhnlich geringer Schneebedeckung folgte.

Quelle: IPCC 2007, S. 261, Box 3.1

Quelle (falls nicht anders gekennzeichnet):
IPCC, 2007: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M. Tignor and H.L. Miller (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, S. 262-263, FAQ 3.2.

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