Die institutionellen Mitglieder des DKKV
Unsere Seite zu Covid-19
Lernen Sie mehr über die Vision und Strategie des DKKV für die kommenden Jahre
Zur deutschen Fassung des Sendai-Rahmenwerkes für Katastrophenvorsorge
Zu den Ausgaben des DKKV Newsletters
Zu den Themenseiten des DKKV
Zur Sonderseite Flutkatastrophe Juli 2021

Klimawandel und Attributionsforschung

Klimawandel

Der Klimawandel und die damit einhergehende Klimakrise sind zentrale Themen der letzten Jahre. Die wesentlichen Auswirkungen des Klimawandels schreiten schneller voran als je zuvor. Doch wie genau funktioniert die globale Erwärmung? In der Erdatmosphäre befinden sich Gase, die kurzwellige Sonnenstrahlung größtenteils durchlassen, aber (langwellige) Wärmestrahlung absorbieren und damit das System aufheizen. Vor allem Wasserdampf und Kohlendioxid absorbieren teilweise die von der Erdoberfläche abgegebene Wärmestrahlung und verringern damit den Anteil der Wärmestrahlung, die in den Weltraum abgegeben wird. Dieser natürliche Treibhauseffekt bewirkt, dass die globale durchschnittliche Lufttemperatur in Bodennähe 15°C beträgt. Ohne Treibhausgase in der Atmosphäre läge die mittlere Temperatur bei -18°C. Verstärkt wird der Treibhauseffekt durch den menschengemachten Klimawandel, bei dem eine Ansammlung von Gasen in der Atmosphäre zu einer Erwärmung der unteren Luftschichten führt. Zu den vom Menschen mitverursachten treibhauswirksamen Gasen gehören Kohlenstoffdioxid (CO2), Methan (CH4) und Stickstoffmonoxid (N2O, Lachgas). CO2 wird hauptsächlich bei der Verbrennung von fossilen Energieträgern und durch großflächige Entwaldung angereicht. Methan und Lachgas entstehen größtenteils bei Land- und Viehwirtschaft (Umweltbundesamt).

An Abbildung 1 ist zu erkennen, dass die Kohlenstoffdioxid-Konzentration in den letzten Jahrtausenden nie einen Wert von circa 305 ppm (parts per million) überstiegen hat. Jedoch seit Beginn der direkten Messung 1958 in Hawaii ist sie kontinuierlich auf einen neuen Höchststand von 413 ppm im Jahr 2020 gestiegen (CORDIS).

Im Vergleich zum vorindustriellen Niveau, in dem hauptsächlich der natürliche Treibhauseffekt für Klimaveränderungen verantwortlich war, haben anthropogene Treibhausgase bereits jetzt eine Erhöhung der mittleren globalen Oberflächentemperatur um 1,0 °C verursacht. Dabei wird bei einer anhaltenden Erderwärmung ein Anstieg auf 1,5°C zwischen 2030 und 2052 erwartet. Dieser Anstieg zieht regionale klimatische Veränderungen mit sich. In vielen Regionen wird ein Anstieg von extremen Temperaturen zu verzeichnen sein: Extrem heiße Tage werden in den mittleren Breiten bei einer Erderwärmung von 1,5°C um bis zu etwa 3°C und extrem kalte Tage um bis zu circa 4,5°C wärmer. Bei einer Erderwärmung von 2,0°C werden extrem heiße Tage um bis zu 4,0°C und extrem kalte Tage um bis zu 6°C wärmer werden. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit für Dürren in manchen Regionen steigen. Zudem wird in einigen Regionen die Intensität und Menge an Starkniederschlägen steigen (IPCC).

Klimawandel in Deutschland

Die Ereignisse in Westdeutschland Mitte Juli 2021 haben den direkten Zusammenhang zwischen dem Klimawandel und dem Auftreten und der Intensität von Extremereignissen wie Starkregen aufgezeigt. Dies zeigt, dass der Klimawandel viele Lebensbereiche tangiert und auf der Grundlage von wissenschaftlichen Erkenntnissen geeignete Maßnahmen getroffen werden müssen, um die anthropogene Erderwärmung auf 1,5°C zu begrenzen. Zu den führenden Zentren für Klimaforschung zählt das Helmholtz Zentrum für Umweltforschung (UFZ). Mehr Informationen zum Klimawandel sind auf der Webseite des Klimanavigators, der United Nations Framwork Convention on Climate Change (UNFCCC) und des Deutschen Wetterdienstes (DWD) zu finden.

Attributionsforschung

Die Attributionsforschung untersucht den ursächlichen Einfluss des Klimawandels auf extreme Wetterereignisse, wie Dürren, Hitzewellen, Kälteeinbrüche und extreme Regenfälle. Dabei wird analysiert, ob und gegebenenfalls inwieweit der vom Menschen verursachte Klimawandel das Auftreten von extremen Wettereignissen bereits erhöht hat (DWD).

Die Ergebnisse der Forschung werden genutzt, um wichtige Zielgruppen, der Politik, der Wissenschaft und der Gesellschaft mit den wissenschaftlichen Erkenntnissen zu informieren. Da oft nach dem Zusammenhang zwischen Klimawandel und dem Auftreten von Extremereignissen gefragt wird, möchte die Attributionsforschung diese Frage evidenzbasiert beantworten. Darüber hinaus will die Forschung über die Risikoreduzierung für zukünftige Ereignisse informieren und das Bewusstsein der Bevölkerung über die steigenden Risiken von Extremereignissen und die damit einhergehende Relevanz der Reduzierung von Treibhausgasemissionen erhöhen (Gert Jan van Oldenburg).

Für diese Untersuchung werden umfangreiche Datensätze benötigt, die jedoch größtenteils die notwendigen Zeitreihen nicht abdecken. Um die fehlenden Daten synthetisch zu ersetzen, greift man auf Klimamodellsimulationen zurück. Mehrere Simulationen mit den gleichen klimatischen Bedingungen werden verwendet, um die natürliche Variabilität von Extremereignissen abschätzen zu können. Um den Einfluss des Klimawandels zu analysieren, werden diese Klimasimulationen (DWD) mehrmals durchgeführt. Dabei werden die Simulationen einmal unter der Verwendung aller bekannten Einflüsse und einmal ohne Berücksichtigung des menschengemachten Klimawandels durchgeführt. Dadurch lässt sich ein Modell einer hypothetischen Welt schaffen, das darstellt wie sich die globalen klimatischen Bedingungen ohne den Einfluss des Menschen entwickelt hätten. Durch den direkten Vergleich beider Klimamodelle lassen sich Unterschiede in der Häufigkeit und Intensität von extremen Naturereignissen dem menschengemachten Klimawandel zuschreiben.

Nach einer durchgeführten Analyse der Unterschiede beider Klimamodelle können Eintrittswahrscheinlichkeiten für extreme Naturereignisse ermittelt werden. Dabei wird veranschaulicht, wie hoch die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten eines Extremereignisses in einer bestimmten Region ist. Demnach tritt eine Hitzewelle wie im Jahr 2018 in Deutschland etwa alle 10 Jahre auf. Ohne den Einfluss des anthropogenen Klimawandels würde ein solches Ereignis nur alle 50 bis 100 Jahre vorkommen (WorldWeatherAttribution). Ähnliches gilt für die Hitzewelle im Juli 2019 in Frankreich. Unter Einbezug des anthropogenen Klimawandels tritt dieses Ereignis alle 50 bis 150 Jahre auf. Ohne den Einfluss des Menschen läge die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten eines solchen Ereignisses bei mehr als 1000 Jahren (DWD).

Mit Beteiligung des Deutschen Wetterdienstes untersuchte eine Gruppe von Wissenschaftlern, unter der Leitung des UK Met Office, die Hitzewelle in der ersten Jahreshälfte 2020 in Sibirien. Die Hitzewelle hatte eine Durchschnittstemperatur von über 5,0°C mehr als der Mittelwert aus den Jahren 1981-2010 verursacht. Die Analyse ergab, dass eine solche Hitzewelle in Sibirien ohne den anthropogenen Klimawandel seltener als alle 80.000 Jahre vorkommt. Die Attributionsstudie fand heraus, dass sich durch den anthropogenen Klimawandel die Wahrscheinlichkeit für ein solches Ereignis um einen Faktor von mindestens 600 erhöht hat und demnach einmal alle 130 Jahre zu erwarten ist (DWD).

Obwohl die Klimamodelle und die darauf basierenden Studien viele Ergebnisse und neue Erkenntnisse liefern, stößt die Attributionsforschung teilweise noch an ihre Grenzen. Es gibt viele Aspekte von Extremereignissen, bei denen wissenschaftliche Erkenntnisse teilweise unzureichend vorliegen, um die Wahrscheinlichkeit von Extremereignissen und deren Veränderungen zuverlässig abschätzen zu können. Während die Attributionsforschung bei klimatologischen Ereignissen, wie Hitzewellen, den Einfluss des anthropogenen Klimawandels relativ gut abschätzen kann, ist bei kleineren Einzelereignissen, wie beispielweise Tornados, Sturzfluten oder Hagelstürme die Zuordnung zum Klimawandel schwieriger (Friederike Otto). Weitere Herausforderungen der Attributionsforschung sind die regionalen Unterschiede in der Qualität der Klimamodelle. Liegen in Ländern umfangreiche und qualitativ hochwertige Daten über ihre Klima- und Wetterbedingungen vor, bildet dies eine gute Grundlage für die Durchführung von Attributionsstudien. Ist dies nicht der Fall, wird die Attributionsforschung erschwert. Dies betrifft meistens Länder des Globalen Südens, in denen jedoch höhere sozioökonomische Schäden entstehen können (Friederike Otto).

Erstellt: September 2021