Nehmen Starkniederschläge zu? Ein Indizienprozess

21 giugno 2016, 6 Commenti
Temi: Clima

Kein Geständnis und keine Zeugen – aber wenn wir Indizien wie die Gesetze der Physik, Messdaten von MeteoSchweiz und Simulationen des Klimas kombinieren, erhalten wir ein klares Bild davon, ob und wie sich die Schweizer Starkniederschläge verändert haben und in Zukunft verändern könnten.

Seit Wochen regnet es immer wieder kräftig, zum Teil verbunden mit schweren Gewittern, Überschwemmungen und grossen Schäden. In diesen Tagen werden wir immer wieder gefragt: «Ist das normal oder werden Starkniederschläge wegen der Klimaänderung stärker und häufiger?»

Wir, die MeteoSchweiz, und Forscher der ETH Zürich haben diese Fragestellung wissenschaftlich untersucht. Die Studie betrachtet stärkere Tagesniederschläge, die etwa ein- bis dreimal pro Jahr auftreten, also seltene aber nicht extrem seltene Ereignisse. Der Einfachheit halber betrachten wir hier vorerst nur die Frage, ob die Niederschläge stärker oder schwächer wurden.

Immer intensivere Starkniederschläge?

Das Resultat der Studie vorweg: Ja, Starkniederschläge wurden in den letzten rund 120 Jahren tatsächlich intensiver. Aber so einfach die Antwort klingt, der Weg dazu ist nicht ganz so simpel. Nur das Zusammenbringen von mehreren Indizien erlaubt eine eindeutige Antwort. Schauen wir uns die Hauptindizien zusammen an.

Die Gesetze der Physik

Wenn es um Vorgänge in der Natur geht, erklären die Grundgesetze der Physik oft die wichtigsten Zusammenhänge recht gut. Wärmere Luft kann mehr Wasser aufnehmen als kältere. Die sogenannte Clausius-Clapeyron-Beziehung sagt uns genau, wieviel Wasser die Luft zusätzlich aufnehmen kann. Es sind etwa 7 % pro Grad Erwärmung.

Nun hat sich die Atmosphäre in den letzten 150 Jahren stark erwärmt, in der Schweiz um rund 2 °C. Es können heute also rund 14 % mehr Wasserdampf in der Luft gespeichert werden als noch vor 150 Jahren. Und da die Schweiz nah an grossen Wasserquellen wie dem Atlantischen Ozean oder dem Mittelmeer liegt, ist viel Wasser dafür vorhanden.

Messdaten der Luftfeuchte bestätigen, dass heute deutlich mehr Wasser in der Schweizer Luft vorhanden ist als früher. Somit dürfte die gleiche Wettersituation heute zu intensiveren Starkniederschlägen führen als früher. Schauen wir uns nun die Niederschlagsdaten an, ob das auch tatsächlich der Fall ist.

Auswertungen hochwertiger Messdaten

Wir betrachten rund 180 Schweizer Niederschlagsstationen im Zeitraum der Jahre 1901 bis 2014. An 91 % der Stationen nehmen die stärksten Tagesniederschläge eines Jahres zu (vgl. Abbildung oben). Allerdings sind diese Zunahmen nur an etwa einem Drittel der Stationen statistisch signifikant, also ziemlich sicher nicht zufällig.

Heisst das nun, dass wir und unsere Frage nach intensiveren Starkniederschlägen mit «Nein» beantworten? Nein, denn «keine Signifikanz» heisst nicht, dass kein Effekt vorliegt, er kann möglicherweise statistisch nur (noch) nicht nachgewiesen werden.

Wir graben tiefer und werden fündig: Interessanterweise beträgt die mittlere Zunahme über alle Stationen rund +12 % seit 1901 oder +7.7 % pro Grad Erwärmung. Sie liegt also sehr nah am Wert von 7 % pro Grad Erwärmung, den wir oben physikalisch abgeleitet haben. Das ist ein schönes Resultat, aber wir haben noch eine weiteres Indiz in der Hand, das unseren Befund bestätigen oder entkräften kann: die Klimamodelle.

Simulationen mit Klimamodellen

Klimamodellen simulieren, basierend auf Naturgesetzen, das hochkomplexe Klimasystem und werden eingesetzt, um die Klimaänderung zu untersuchen. Tatsächlich zeigen 25 verschiedene globale Klimamodelle über der Schweiz zumeist Zunahmen der Niederschlagsintensität für die Vergangenheit, wenn auch etwas weniger stark als in den Messungen. Diese leichte Unterschätzung wurde für andere Regionen der Welt schon in mehreren Studien aufgezeigt.

Wichtig für uns ist, dass die Zunahmen ‒ wie in den Messungen ‒ noch nicht in allen Modellen signifikant sind, aber in den allermeisten Fällen hin zu intensiveren Starkniederschlägen gehen. Auch für die Zukunft zeigen die Klimasimulationen die Tendenz hin zu intensiveren Starkniederschlägen.

Durch stichhaltige Indizien überführt

Die Indizien lassen für die Frage «Werden Starkniederschläge stärker?» nur ein «Ja» zu und zwar sowohl für die Vergangenheit wie auch für die Zukunft. Diese Aussage wurde nur durch das Zusammenführen von mehreren stichhaltigen Indizien (Physik, Messungen, Klimamodelle) möglich. Die Statistik der Messwerte alleine hätte eine solche Aussage nicht erlaubt.

Literatur

Scherrer, S.C., E.M. Fischer, R. Posselt, M.A. Liniger, M. Croci-Maspoli, and R. Knutti, 2016: Emerging trends in heavy precipitation and hot temperature extremes in Switzerland, J. Geophys. Res. Atmos., 121, doi:10.1002/2015JD024634.

Weiterführende Informationen zur Klimatologie starker Niederschläge

Starke Niederschläge betreffen die verschiedenen Regionen der Schweiz ungleichmässig und variieren je nach Jahreszeit. Mehr Informationen zu der räumlichen Verteilung starker Niederschläge in der Schweiz und deren saisonalem Auftreten finden Sie hier.

Commenti (6)

  1. Hansjürg, 23.06.2016, 13:43

    Wow, endlich nimmt mal jemand Bezug auf die Physik - oder ist es mir vorher einfach nicht aufgefallen? Ich liebe Physik, es war immer mein Lieblingsfach, deshalb habe ich das auch studiert, mit Spezialisierung auf Energie- und Klimatechnik. Nun aber Leute, warum nehmt Ihr Bezug auf Clausius-Clapeyron und nicht auch auf Mollier? Letzterer stellte in seinem Diagramm sehr gut alle Zusammenhänge dar und deshalb ist dort sofort auch für Laien ersichtlich, dass die Wasseraufnahme erwärmter Luft nicht proportional (Gerade) verläuft, sondern auf einer Kurve, d.h. warme Luft nimmt überproportional mehr Wasser auf. Demzufolge ist - auch mathematisch betrachtet - Eure Aussage: 1 Grad -> + 7% ; 2 Grad -> + 14% nicht richtig. Zumindest müsste es heissen: +1 Grad entspricht 107% ; +2 Grad entspricht 1.07 x 107%. Weiter wäre durchaus etwas mehr Mut angebracht. Nach Mollier nimmt nicht nur die Wassermenge (Regen) zu, sondern auch die Druckdifferenz (Wind) beim Verdunstungs- bzw. Kondensationsprozess. Schliesslich wäre auch ein Hinweis auf die Temperatur möglich. Diese reagiert selbstverständlich auch heftiger bei grösserer Kondensation bzw. Verdampfung. Aufgrund unserer Geographie (Jura, Alpen) muss generell auch mit häufigeren und nicht nur stärkeren Niederschlägen gerechnet werden. Im Prinzip könnte es gar soweit kommen, dass es in den Bergen (im Sommer) - wie im Quellgebiet des Amazonas - täglich regnet. Das wäre für mich definitiv der Zeitpunkt um auszuwandern.

    1. MeteoSvizzera, 24.06.2016, 17:40

      Im Artikel haben wir bewusst nur Änderungen der Niederschlagsintensität angesprochen. Um diesen Aspekt zu illustrieren ist Clausius-Clapeyron die üblicherweise in der Atmosphärenphysik verwendete Beziehung. Unsere Aussagen sind, wie sie formuliert sind, gültig. Zum Punkt häufigere Niederschläge: Tatsächlich finden wir in Messdaten und Modellen auch Hinweise auf eine Zunahme der Häufigkeit starker Niederschläge.

  2. christian, 22.06.2016, 14:17

    Hallo,
    danke für eure Indizienarbeit Meteoschweiz.
    Interessant und gut zu wissen.
    Dass an einem Drittel der Messstationen Starkiederschläge zunehmen, heisst nicht, dass es keine Trockenphasen mehr gibt/schliesst trockene, heisse Sommer nicht aus.
    Es kann sogar sein, dass trotz mehr Starkniederschlägen die Gesammtregenmenge zurückgeht, wenn es seltener regnet.
    Für mich ist logisch: Wenn die Luft wärmer ist, kann sie mehr wasser aufnehmen, und auch mehr ausregnen. Dieses Jahr ist das mehrere Monate lang der Fall, letztes Jahr nur im Mai und Ende Winter.
    LG, geniessen wir die Sonne.

  3. Dominik E., 21.06.2016, 15:31

    Hat man nicht letztes Jahr herausgefunden, dass es immer trockener wird in der Schweiz, nachdem es im Juli, August die ganze Zeit heiss und trocken war und der Rest des Jahres auch weit unterdurchschnittliche Niederschlagsmengen gegeben hat.
    Am allerlustigsten sind aber die Leute die immer jammern wegen der Klimaerwärmung und den schmelzenden Gletschern und am Nordpol schmilzt das Eis auch immer mehr, aber im Sommer die ganze Zeit 30+ Grad haben wollen, als wäre es in der Schweiz normal gewesen dass es so viele Hitzetage gegeben hat. Und wehe man freut sich nicht über den 32. Hitzetag wie letztes Jahr. Die haben wohl zuhause alle eine eierlegende Wollsau.

    1. Bernhard Anderegg, 21.06.2016, 18:42

      Freut mich zu lesen, dass sich auch andere (vernünftigere?) Menschen einer Kritik aussetzen müssen, wenn dem 32. Hitzetag in Folge nicht vorbehaltlos zugestimmt werden kann. Bei dieser Diskussion wird dann jeweils schnell klar - wie anderswo natürlich auch - dass vor allem zwei Tatsachen vorherrschen: Eigennutz und Froschperspektive! Wir können uns glücklich schätzen, dass kein einzelner Mensch an den "Schalthebeln" sitzt. Aber was ist, wenn sich die Menschheit in diese Position bringt mit ihrem Tun und Lassen? Soll das wirklich gut enden?

    2. MeteoSvizzera, 22.06.2016, 14:30

      Auf Basis von Einzeljahren können keine Aussagen über langfristige Tendenzen gemacht werden. Es müssen immer langjährige Messreihen untersucht werden, um sinnvolle Aussagen über Tendenzen des Klimas machen zu können.

      In unserem Beitrag ist die Rede von langfristigen Tendenzen der Starkniederschläge. Es werden darin keine Aussagen über die saisonalen Niederschlagsmengen gemacht. Diese können sich ganz anders verhalten. Tatsächlich sehen wir im Moment noch keine deutlichen Änderungen der sommerlichen Niederschlagsmengen. Klimaprojektionen für die Zukunft sehen aber für die zweite Hälfte des 21. Jahrhunderts deutliche Abnahmen der sommerlichen Niederschlagsmengen. Die Starkniederschläge werden also in Zukunft eher intensiver, während die zusammengezählten Niederschlagsmengen über den Sommer langfristig abnehmen dürften.