Erläuterung: Warum verursacht der Klimawandel rekordverdächtige extreme Hitze?

Das kleine Dorf Lytton im kanadischen British Columbia war einst ein Zwischenstopp für Wanderer und Touristen, die die malerische Bergkette und die Flüsse in der Nähe bestaunten.

Doch im Jahr 2021 zerstörte ein verheerender Waldbrand – angefacht durch eine beispiellose Hitzewelle, die weite Teile des pazifischen Nordwestens erfasste – fast alle Häuser und Gebäude und tötete zwei der 250 Einwohner.

Während der Katastrophe erreichten die Temperaturen in Lytton 49,6 Grad Celsius – die höchste jemals in Kanada gemessene Temperatur. Damit wurde der bisherige Rekord des Landes um 4,6 Grad Celsius übertroffen.

Klimaforscher, die die Hitzewelle untersuchten, waren von den rekordverdächtigen Temperaturen schockiert.

„Nach unserem Kenntnisstand [heatwave] ist im Grunde unmöglich“, sagte der verstorbene Pionier der Extremwetterforschung, Dr. Geert Jan van Oldenborgh, damals auf einer Pressekonferenz.

Seitdem hat die Erde weitere rekordverdächtige Extreme erlebt.

Im Jahr 2022 erreichten die Temperaturen in Großbritannien inmitten einer glühenden Sommerhitze 40,3 °C – 1,6 °C mehr als der bisherige Rekord. Ein Jahr später wurde der nationale Rekord in China um 1,9 °C übertroffen, als die Temperaturen 52,2 °C erreichten.

Gleichzeitig versuchen führende Klimaforscher herauszufinden, warum diese Ereignisse stattfinden, wie sie mit dem rapiden Anstieg der globalen Temperaturen zusammenhängen und was dies für die Zukunft der Erde bedeuten könnte.

Im Folgenden spricht Carbon Brief mit Experten und bewertet die neuesten wissenschaftlichen Erkenntnisse, um herauszufinden, warum der Klimawandel weltweit zu rekordverdächtiger extremer Hitze führt.

Was ist „rekordverdächtige“ extreme Hitze?

In Zeiten des vom Menschen verursachten raschen Klimawandels kommt es bei Hitzewellen so häufig zu neuen regionalen und nationalen Temperaturrekorden, dass es einem mitunter wie etwas Alltägliches vorkommt.

Dennoch kommt es immer wieder vor, dass Rekorde um ein Vielfaches gebrochen werden – was oftmals beispiellose Folgen hat und Besorgnis darüber auslöst, was dies für die Geschwindigkeit des Klimawandels bedeuten könnte.

Forscher sprechen von „rekordbrechender“ oder „rekordbrechender“ Hitze, erklärt Prof. Erich Fischer, Klimaextremforscher an der ETH Zürich und einer der Hauptautoren der jüngsten wegweisenden Bewertung des Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). Er sagt Carbon Brief:

„Ich würde es als eine Klasse von Rekordereignissen definieren, bei denen der Rekord den vorherigen um ein Vielfaches übertrifft.“

Wie hoch dieser Spielraum sei, hänge von der jeweiligen Veranstaltung ab, sagt er.

So würde etwa ein neuer nationaler Temperaturrekord, der nur wenige Zehntel Grad höher ist als der vorherige, nicht als rekordverdächtig gelten.

Dennoch waren die globalen Durchschnittstemperaturen im Jahr 2023 rekordverdächtig – auch wenn sie nur 0,14–0,17 °C über dem vorherigen Rekord aus dem Jahr 2016 lagen.

Dies liegt daran, dass die Bildung eines Durchschnittswerts über ein großes Gebiet und einen großen Zeitrahmen den Einfluss natürlicher Klimaschwankungen eher minimieren kann – wodurch kleinere Aufwärtstrends aussagekräftiger werden, erklärt Fischer:

„Man würde erwarten, dass die globale Temperatur ziemlich gleichmäßig ansteigt, mit einigen Schwankungen. Es ist nicht wie die Temperatur in unserem Hinterhof, die wie verrückt auf und ab geht.“

Um das Ausmaß rekordverdächtiger Ereignisse in unterschiedlichen Zeiträumen und in unterschiedlichen geografischen Gebieten zu quantifizieren, verwenden Wissenschaftler häufig die Standardabweichung. Diese gibt an, wie weit die Daten vom Mittelwert abweichen.

Bei einer sogenannten „Normalverteilung“ der Daten liegen 68 % der Datenpunkte innerhalb einer Standardabweichung vom Mittelwert, 95 % innerhalb von zwei Standardabweichungen und 99,7 % innerhalb von drei Standardabweichungen.

Für eine bestimmte Hitzewelle berechnen Wissenschaftler, um wie viele Standardabweichungen dieses Ereignis vom durchschnittlichen Klima für diesen Ort abweicht. Ein rekordverdächtiges Extremereignis liegt um mehrere Standardabweichungen über dem Durchschnitt.

In den letzten Jahren kam es zu zahlreichen rekordverdächtigen Hitzeextremen.

Während Hitzewellen wurden in ganz Westeuropa, darunter in Frankreich und Großbritannien, sowie in China und Kanada landesweit rekordverdächtige Temperaturen gemessen.

Die Hitzewelle im pazifischen Nordwesten im Jahr 2021, bei der in Lytton Kanadas Temperaturrekord gebrochen wurde, gehört zu den größten jemals registrierten Rekord-Hitzewellen – obwohl es laut Untersuchungen einige Ereignisse gab, die im Hinblick auf die Standardabweichungen extremer waren.

In dieser Forschungsarbeit wurde festgestellt, dass die Hitzewelle im pazifischen Nordwesten die Temperaturrekorde um etwas mehr als vier Standardabweichungen brach, während die extremste jemals registrierte Hitzewelle im Jahr 1998 in Südostasien die Rekorde um etwas mehr als fünf Standardabweichungen brach.

Zu den weiteren rekordverdächtigen Hitzeereignissen der letzten Jahre zählt eine einjährige Meeres-Hitzewelle im Nordatlantik, die im März 2023 begann und bei der die Meeresoberflächentemperaturen um bis zu fünf Grad Celsius höher waren als normal.

Das Ereignis führte zu tödlichem Hitzestress an nahezu allen tropischen Riffen im Atlantik und trug zu einer sehr aktiven Hurrikansaison 2023 im Atlantik bei.

Es ist anzumerken, dass das Verständnis für derartige Extreme in den Ländern des globalen Nordens im Allgemeinen besser ist als in denen des globalen Südens.

Gründe hierfür sind unter anderem, dass Temperaturaufzeichnungen in den Ländern des globalen Nordens länger und vollständiger sind und dass es dort auch mehr Wetterstationen gibt. Frühere Carbon Brief-Analysen ergaben, dass Afrika von allen Kontinenten die geringste Dichte an Wetterstationen hat, gefolgt von Südamerika und Asien.

Dies bedeutet, dass die Wissenschaftler kein vollständiges Verständnis der geografischen Verteilung der rekordverdächtigen Hitze haben, sagt Dr. Robert Vautard, ein leitender Klimaforscher am Nationalen Zentrum für wissenschaftliche Forschung am Institut Pierre-Simon Laplace in Paris und Co-Vorsitzender der Arbeitsgruppe Klimawissenschaften des IPCC. Er sagt gegenüber Carbon Brief:

„Wir wissen nicht genau, wo rekordverdächtige Ereignisse eher zu erwarten sind als anderswo … Das ist ein Bereich, in dem ich in den kommenden Jahren Fortschritte erwarte.“

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Warum werden Hitzerekorde so deutlich gebrochen?

Nach der Hitzewelle 2021 im pazifischen Nordwesten fragten sich die Wissenschaftler verzweifelt, welche Temperaturen sie da eigentlich untersuchten.

Damals vermuteten Forscher des World Weather Attribution Service – eines Konsortiums von Wissenschaftlern, die den Einfluss des Klimawandels auf Extremwetterereignisse untersuchen –, dass dies ein Anzeichen dafür sein könnte, dass die Erde „eine nichtlineare Schwelle überschritten“ habe – bei der selbst kleine globale Temperaturanstiege zu einem viel größeren Anstieg extremer Hitze führten als von Wissenschaftlern erwartet.

„Es ist ein außergewöhnliches Ereignis“, sagte van Oldenborgh, Mitbegründer der WWA, auf einer Pressekonferenz. Er fügte hinzu, es sei „überraschend und erschütternd“ gewesen, herauszufinden, dass „unser theoretisches Bild davon, wie sich Hitzewellen in einem wärmeren Klima verhalten würden“, so dramatisch „erschüttert“ worden sei.

Seitdem haben sich mehrere Studien mit den möglichen Ursachen für die Extreme der Hitzewelle im Nordwesten der USA und für das Auftreten der rekordverdächtigen Hitze im weiteren Sinne befasst.

Es besteht zunehmend Konsens darüber, dass diese Extreme – obwohl sie erschütternd und gefährlich sind – im Rahmen dessen liegen, was die Welt angesichts der weiterhin rapide steigenden globalen Temperaturen erwarten kann.

Vautard leitete kürzlich eine Studie in Environmental Research Letters, die sich mit der Frage beschäftigte, ob Hitzeextreme stärker zunehmen als von Wissenschaftlern erwartet, und erklärt gegenüber Carbon Brief:

„Die Studie zeigt, dass dies tatsächlich das ist, was wir vom Klimawandel erwarten. Es gibt nichts anderes, was wir nicht verstehen. Es ist schrecklich, aber wir verstehen es.“

Der Grund, warum Rekorde manchmal mit großem Abstand gebrochen werden – und nicht durch schrittweise Anstiege – lässt sich anhand des rasanten Anstiegs der globalen Temperaturen verstehen, erklärt Fischer, der auch Arbeiten zu diesem Phänomen veröffentlicht hat. Er sagt:

„Die Erwärmungsrate spielt eine wichtige Rolle. Wenn es sich beispielsweise um ein Ereignis handelt, das alle 50 Jahre vorkommt – wenn es einmal passiert und dann wiederkehrt [on average] 50 Jahre später hat sich das Klima in der Zwischenzeit sehr, sehr schnell erwärmt, sodass der Unterschied im Ausmaß dieser beiden Ereignisse viel größer sein wird.“

Mit anderen Worten: Hin und wieder kommt es zum Zusammenspiel verschiedener Klimafaktoren – sowohl natürlicher als auch vom Menschen verursachter –, die zu extremen Hitzeereignissen führen.

Wissenschaftler verwenden Wiederkehrperioden, um solche Ereignisse zu beschreiben. Eine größere Wiederkehrperiode weist auf ein extremeres Ereignis hin, dessen Auftreten zu einem bestimmten Zeitpunkt weniger wahrscheinlich ist.

Dies war während der Hitzewelle im Nordwestpazifik der Fall, als sich ein „blockierendes“ Wettermuster – ein Hochdruckgebiet in der Atmosphäre – über der Region festsetzte und eine Kuppel ungewöhnlich hoher Temperaturen erzeugte. Gleichzeitig wurden die Temperaturen durch die Auswirkungen trockener Böden noch weiter verschärft.

Jedes Mal, wenn sich ein derartiges Ereignis ereignet, geschieht dies vor dem Hintergrund des vom Menschen verursachten Klimawandels, der Hitzewellen intensiver und häufiger macht.

Da die globalen Temperaturen weiter steigen, wird ihr Einfluss auf extreme Hitzeereignisse immer größer.

Wenn also ein sehr seltenes Hitzeereignis mit einem immer stärker werdenden Temperaturanstieg zusammentrifft, kann dies ein rekordverdächtiges Ereignis auslösen, sagt Dr. Clair Barnes, Klimastatistikerin am Imperial College London, die Mitautorin der jüngsten Studie der Environmental Research Letters war. Sie sagt Carbon Brief:

„Die Hitzeextreme, die wir erleben, sind nicht unerwartet.“

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Wie könnte die rekordverdächtige extreme Hitze in Zukunft zunehmen?

Im Jahr 2021 leitete Fischer eine in Nature Climate Change veröffentlichte Studie, die untersuchte, wie rekordverdächtige Hitzeereignisse in Zukunft zunehmen könnten.

Als solche Ereignisse gelten in der Forschung einwöchige Hitzeextreme, die bisherige Rekorde um zwei, drei oder vier Standardabweichungen übertreffen.

Zu den Ereignissen, die in die Kategorie der zwei Standardabweichungen fallen, zählen die Hitzewelle in Europa im Jahr 2003, bei der 30.000 Menschen ums Leben kamen, und die Hitzewelle in Russland im Jahr 2010, bei der in Moskau mindestens 5.000 Menschen ums Leben kamen.

Die Forscher untersuchten die Wahrscheinlichkeit des Eintretens solcher Ereignisse unter verschiedenen Zukunftsszenarien.

Dazu gehörten ein Zukunftsszenario mit extrem hohen Treibhausgasemissionen (bekannt als „RCP8.5“) und ein Szenario, in dem der globale Temperaturanstieg bis 2100 auf unter 2 °C begrenzt wird (bekannt als „RCP2.6“). (Die Begrenzung der globalen Erwärmung auf „deutlich unter 2 °C“ ist Teil des langfristigen Ziels, das sich die Länder im Rahmen des Pariser Abkommens gesetzt haben.)

Die Untersuchung ergab, dass bei sehr hohen Treibhausgasemissionen einwöchige Hitzeereignisse, die die Rekorde um drei oder mehr Standardabweichungen überschreiten, im Zeitraum von 2021 bis 2050 zwischen zwei- und siebenmal wahrscheinlicher sein werden, und im Zeitraum von 2051 bis 2080 drei- bis 21-mal wahrscheinlicher als in den vergangenen drei Jahrzehnten.

Umgekehrt wird die Häufigkeit rekordverdächtiger Hitzeereignisse rapide abnehmen, wenn es der Welt gelingen sollte, die globale Erwärmung auf zwei Grad zu begrenzen, was eine Stabilisierung des Klimas durch das Erreichen von Netto-Null-Treibhausgasemissionen bedeuten würde, sagt Fischer:

„Wenn es uns gelingt, das Klima zu stabilisieren, werden die Rekordereignisse abnehmen. Es wird zwar immer noch besorgniserregende Hitzewellen geben, aber der Rekordeffekt wird abnehmen.“

Der Grund hierfür liegt darin, dass sich die Geschwindigkeit des globalen Temperaturanstiegs – der Hauptgrund für die rekordverdächtigen Extremwerte – nicht mehr erhöhen würde.

Selbst eine Verlangsamung der Erderwärmung durch eine drastische Reduzierung der weltweiten Emissionen würde die Wahrscheinlichkeit des Eintretens solcher Ereignisse verringern, fügt er hinzu:

„Dies ist einer der wenigen frühen Vorteile [of mitigating climate change]. Ich denke, das ist wichtig, denn normalerweise sagen wir, dass wir erst dann Vorteile sehen werden, wenn wir das Klima tatsächlich stabilisieren, aber hier ist einer, den wir schon sehen werden, bevor wir das erreichen.“

Dies ist ein klares Beispiel dafür, dass „die Milderung der Folgen eine große Hilfe bei der Anpassung sein kann“, fügt Vautard hinzu:

„Sehr oft passen wir uns an das an, was wir gerade gesehen haben – oder was wir im Laufe unseres Lebens gesehen haben. Aber rekordverdächtige Ereignisse sind undenkbar.

„Wenn wir aufhören, die Erwärmung [the planet]wird die Wahrscheinlichkeit rekordverdächtiger Ereignisse sehr schnell wieder auf Null sinken. Das wird bei der Anpassung sehr hilfreich sein.“

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