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Klimawandel: Niederschlag und die Grenze der Attributionsforschung!

Attributionsforschung ist zwar noch ein recht junger Wissenschaftszweig, versucht aber der anthropogenen Klimaerwärmung ein Gewicht zu geben. Bei Starkregenereignissen ist dies allerdings nicht immer so einfach und eindeutig.

Fluten Pakistan Attribution
Die Wahrscheinlichkeiten von Fluten, wie die kürzlich in Pakistan, werden sich unter Einfluss des anthropogenen Klimawandels weiter änden.


Seit 2015 gibt es die World Weather Attribution Initiative, die nahezu in Echtzeit Attributionsanalysen von Extremwettereignissen auf der ganzen Erde durchführt.

Mit diesen Analysen soll herausgefunden werden, inwieweit die anthropogene Klimaerwärmung einen Teil bei einem Extremereignis eine Rolle gespielt hat. Im Grunde findet die Attributionsforschung heraus, welche Wahrscheinlichkeit und Intensität ein Extremereignis im heutigen Klima hat und wie es sich in einem Klima ohne menschliches Zutun entwickelt hätte.

Wichtig ist hier zu unterstreichen, dass es um Wahrscheinlichkeiten geht, also die Veränderung der Häufigkeiten von Wetterereignissen. Die anthropogene Klimaerwärmung ist nicht einzige Ursache eines einzelnen Ereignisses, sondern durch die globale Erwärmung werden manche Extremwettereignisse wahrscheinlicher oder auch unwahrscheinlicher. Daneben spielt die natürliche Variabilität ebenfalls eine große Rolle. Daraus ergibt sich ebenfalls, dass obwohl ein Ereignis durch die globale Erwärmung als wahrscheinlicher befunden wurde, es gleichzeitig nicht heißen muss, dass es nun jedes Jahr wahrscheinlicher wird.

Manche Extremwetterereignisse können besser attribuiert werden als andere. Ereignisse mit langen Messreihen und die von Klimamodellen gut simuliert werden können, können gut attribuiert werden. Dazu zählen vor allem Ereignisse, die mit der Temperatur verknüpft sind, wie etwa Hitzewellen. Auf der anderen Seite stehen Extremwetterereignisse, die nicht gut attribuiert werden können, wie etwa Starkregenereignisse.

Kontrafaktische Erde

Zur Attributionsanalyse benötigt man zunächst einmal möglichst lange Datenzeitreihen. Je länger, desto besser. Damit kann ein erster Aufschlag gemacht werden, inwieweit sich die Wahrscheinlichkeit eines heutzutage aufgetretenen Extremereignisses geändert hat. Trat es also früher häufiger oder weniger auf als im heutigen Klima. Daher kann man erst nur eine Aussage über die Änderung der Auftrittswahrscheinlichkeit machen. Den Einfluss der anthropogenen Klimaerwärmung kann anschließend über Klimamodelle abgeschätzt werden.

Hierzu benötigt es eine kontrafaktische Erde, die es im eigentlichen Sinne nicht gibt und nur in den Klimamodellen existiert. Es werden Klimasimulationen durchgeführt, die eine Welt widerspiegelt, in der vom Menschen keine Treibhausgase emittiert wurden. Gleichzeitig werden Simulationen mit den Treibhausgasemissionen durchgeführt, wodurch sich Wahrscheinlichkeiten für ein Extremereignis in zwei verschiedenen Welten ergeben. Diese kann man vergleichen und eine Aussage darüber treffen, ob ein Ereignis durch die anthropogene Klimaerwärmung wahrscheinlicher geworden ist oder eben nicht.

Klimamodelle und Niederschlag


Aufgrund hoher natürlicher Variabilität ist es deutlich schwieriger eine Attributionsanalyse durchzuführen. Die Variabilität von Extremniederschlag ist so groß, dass es schwer ist, ein durch die Klimaerwärmung verursachtes Signal aus dem Rauschen der natürlichen Variabilität zu finden.

Dazu zählt auch die Verteilung von bodengebundenen Messungen. Konvektiver Niederschlag ist generell sehr heterogen verteilt. Vereinfacht gesagt: nicht jede Gewitterwolke trifft einen Regenmesser am Boden. Ereignisse „schlüpfen“ also durch das bodengebundene Messnetz und werden so nicht erfasst. Mittlerweile kann man zwar auf fernerkundliche Methoden wie Radardaten zurückgreifen. Aber diese besitzen meist noch keine lange Zeitreihe und/oder sind nicht überall auf der Welt verfügbar. Letzteres gilt auch für bodengebundene Messungen.

Der andere Faktor sind die Klimamodelle. Diese operieren größtenteils auf sehr grober, räumlicher Auflösung. Prozesse, die unterhalb dieser räumlichen Auflösung stattfinden, werden in Klimamodellen entweder gar nicht oder nur sehr schlecht abgebildet. Starkregenereignisse finden also oft auf kleineren Skalen statt, als sie überhaupt von Klimamodellen abgebildet werden können. Auch werden Aerosol-Wolken-Wechselwirkungen nicht immer oder nicht in jedem Klimamodell hinreichend abgebildet. Und Änderungen von Aerosolen führen ebenso zu Änderungen in Niederschlagsereignissen. All diese Faktoren erschweren am Ende eine quantitative Aussage.


Klimamodell Auflösung
Orographie in Klimamodellen. Die räumliche Auflösung von Klimamodellen ist teilweise noch ungeeignet, um alle Prozesse gut abbilden zu können. Je feiner die Modelle aufgelöst sind, desto besser werden Prozesse abgebildet. Quelle: https://www.ipcc.ch

Dennoch ist die Attributionsforschung ein wichtiger Forschungszweig. Einschätzungen über Starkregenereignisse können in Zukunft präziser werden, wenn zum Beispiel die räumliche Auflösung von Klimamodellen verbessert wird. Aussagen wie die über die Fluten von Pakistan oder die Ahrflut sind auch schon heute möglich, wenn auch noch mit Einschränkungen. So kann man zumindest eine qualitative, wenn auch noch keine robuste quantitataive, Aussage treffen.

Es ist bekannt, dass eine sich erwärmende Atmosphäre mehr Feuchtigkeit halten kann. Wärmere Meere führen zu einer erhöhten Verdunstung. Das alles spricht potenziell für stärkere Niederschlagsprozesse. Die Feinheiten, also der Teufel im Detail, müssen nur noch aufgedeckt werden.

So banal es klingen mag, die anthropogene Klimaerwärmung beeinflusst unser Wetter bereits alltäglich. Am Ende ist es nur noch eine Frage inwieweit Wetterereignisse wahrscheinlicher werden.