Tropennächte und Hitzetage: macht sich die globale Erwärmung bemerkbar?

Der trockenste und heisseste Monat überhaupt in der über 150-jährigen Messreihe wollte der Juli 2015 scheinbar dann doch nicht werden. Ein für die Jahreszeit sehr seltenes Sturmtief griff am 25. Juli ins Geschehen ein und stutzte den Rekordmonat am Ende noch soweit zurecht, dass er sich nun die Krone mit anderen Extremmonaten der letzten Jahre teilen muss. Die dann doch recht frische und windige letzte Juliwoche liess den grossen Wärmeüberschuss schmelzen, so dass der Juli 2015 mit durchschnittlich 22 Grad in Zürich in etwa gleich heiss war wie der Juli 1983 und sogar etwas kühler als der Juli 2006, der es auf 22,5 Grad brachte. Der vergangene Monat gehört jedoch nicht nur zu den wärmsten Julis sondern zu den wärmsten Monaten überhaupt in Zürich. Nur der Juni und August aus dem Hitzesommer 2003 und wie erwähnt der Juli 2006 waren noch einige Zehntelsgrad wärmer. Unter Berücksichtigung der vorherrschenden Trockenheit, in Zürich fielen im ganzen Monat nur 30-40 mm Regen, war der Juli 2015 noch extremer. Letztmals trockener war ein Sommermonat im August 1991, damals war es aber im Schnitt zwei Grad kühler. Ähnlich trocken, aber auch rund 4 Grad kühler war es im Juni 2006. Ein Abbild des diesjährigen Julis ist der Juli 1983, welcher ähnliche Temperaturverhältnisse und in etwa die gleichen bescheidenen Niederschlagsmengen hervorbrachte. Damals schien die Sonne mit 290 Stunden nicht ganz so oft wie im diesjährigen Juli, als 300 Sonnenstunden registriert wurden. Mit 303 Sonnenstunden war auch der Juli 2013 sehr sonnig. Vor zwei Jahren war es jedoch verglichen mit heuer rund anderthalb Grad kühler. Über 300 Sonnenstunden hatte letztmals auch der Juli 2006. Unerreicht bleibt weiterhin der Juli 1911 mit rund 370 Sonnenstunden. Zum Vergleich: Im trüben letztjährigen Juli gab es nur gerade 170 Stunden Besonnung.

Häufigere und längere Hitzewellen

Nach diesem Hitzemonat Juli rückt die Frage in den Vordergrund, ob sich Häufigkeit und Intensität von Hitzeperioden möglicherweise in Zukunft verändern werden. Mit der beobachteten und erwarteten globalen Erwärmung scheint eine These nahe zu liegen: Höhere Temperaturen = häufigere und intensivere Hitzeperioden.

Wie MeteoSchweiz schreibt, wird diese These durch Klimasimulationen unterstützt, jedoch scheint die Situation komplexer zu sein. So spielen neben einer durchschnittlichen Erwärmung auch deren Jahresgang sowie Faktoren wie Änderungen in der Persistenz (d.h. der Beständigkeit) von Hitzeperioden und unterschiedliche Entwicklungen von Minimal-, Mittel- und Maximaltemperaturen eine Rolle. Die MeteoSchweiz und das Institut für Atmosphäre und Klima der ETH Zürich zeigen in ihren jüngsten Berechnungen einen ersten quantitativen Blick in die Schweiz der Zukunft. Dabei verwendeten sie für die Analyse 14 regionale Klimasimulationen des europäischen Forschungsprojektes ENSEMBLES, die bereits zur Erstellung der CH2011 Klimaszenarien (ch2011) verwendet wurden. Alle Simulationen basieren auf einem Treibhausgas-Emissionsszenario des IPCC, dem ein rasches, ökonomisches Wachstum und ein Nebeneinander fossiler und erneuerbarer Energieträger zugrunde liegen.

Die unterschiedlichen Simulationen zeigen ein konsistentes Bild: sowohl Häufigkeit als auch Intensität von sommerlichen Hitzeperioden werden deutlich zunehmen. Während einer zweiwöchigen Hitzeperiode lag die durchschnittliche Maximum-Temperatur in der Referenzperiode 1980-2009 in Zürich bei 27,5 Grad. Im vergangenen Juli erreichte sie Werte von 30 Grad, im Hitzesommer 2003 waren es mehr als 32 Grad. In den nächsten 20 Jahren steigt dieser Wert in Zürich schon auf 28-30, bis 2070 auf bis zu 32 und bis Ende Jahrhundert auf über 35 Grad. Doch wie häufig treten solche Hitzewellen auf? Hitzewellen mit sieben oder mehr Tagen mit einer Höchsttemperatur von über 30 Grad waren in der Referenzperiode 1980-2009 in Zürich sehr selten und kamen nur rund alle 10 Jahre vor. In den nächsten 20 Jahren könnten solche Hitzewellen schon in jedem vierten Jahr, Mitte Jahrhundert schon jedes zweite und Ende Jahrhundert einmal pro Jahr vorkommen. Wie MeteoSchweiz schreibt, ist trotz aller Modellunsicherheit die zukünftige Zunahme von Intensität und Häufigkeit von Hitzewellen ein robustes Signal, lediglich in der konkreten Ausprägung dieser Zunahme unterscheiden sich die Modelle voneinander.

Die einzelnen Stunden im Tag haben in den letzten 30 Jahren (1985-2014) in Zürich nicht gleichmässig auf die globale Erwärmung reagiert: Die Nachtstunden im Frühling, Sommer und Herbst haben sich deutlich stärker erwärmt, als die Tagesstunden. Rund zwei Drittel der generellen Erwärmung entfällt auf die Nacht.
Die einzelnen Stunden im Tag haben in den letzten 30 Jahren (1985-2014) in Zürich nicht gleichmässig auf die globale Erwärmung reagiert: Die Nachtstunden im Frühling, Sommer und Herbst haben sich deutlich stärker erwärmt, als die Tagesstunden. Rund zwei Drittel der generellen Erwärmung entfällt auf die Nacht.

Während wir schliefen

Ob die durchschnittlichen Höchsttemperaturen während einer zweiwöchigen Hitzewelle Ende Jahrhundert in Zürich Werte von 35 Grad erreichen, darf jedoch mit einer gewissen Skepsis hinterfragt werden. So haben sich in den letzten 30 Jahren Muster der generellen Erwärmung gezeigt, welche einem unaufhaltsamen Anstieg der Höchsttemperaturen widersprechen. Eine Auswertung stündlicher Temperaturdaten der NASA für das östliche Schweizer Mittelland in der Periode 1985-2014 zeigt, dass zwei Drittel der beobachteten Erwärmung auf die Nacht (20-8 Uhr) und nur ein Drittel auf die Tageszeit (8-20 Uhr) fällt. Die Erwärmungstrends in den Nachtstunden waren gegenüber den Tagesstunden zwischen 1985-2014 im Sommer mehr als doppelt so gross. Während sich die Stunden von 8-20 Uhr nur um 0,2 Grad pro Jahrzehnt erwärmten, sind die nächtlichen Stunden teilweise mehr als 0,4 Grad pro 10 Jahre wärmer geworden. Dieser Zusammenhang wurde auch bei der Hitzewelle im vergangenen Juli ersichtlich, als die Nachttemperaturen rekordverdächtig hoch blieben, während die Tageshöchstwerte am Nachmittag noch um 2-3 Grad von den absoluten Rekordwerten entfernt blieben. Ein ähnliches Bild zeigt sich übrigens im Frühling und Herbst. Im Herbst waren die Erwärmungstrends der letzten 30 Jahre in der Nacht sogar dreimal so gross wie jene am Tag. Insgesamt am stärksten erwärmten sich die Frühlingsstunden mit einer Rate von 0,3-0,5 Grad pro 10 Jahre. Eine leichte Abkühlung erfuhren hingegen die Wintermonate in der Periode 1985-2014. Über einen längeren Zeitraum betrachtet (50-150 Jahre), haben sich auch die Wintermonate in Zürich deutlich erwärmt, jedoch kam die Wintererwärmung in den letzten Jahrzehnten zum Stillstand.

Der Grund dafür, dass sich die Nächte deutlich stärker erwärmen als die Tage, liegt möglicherweise im steigenden Wasserdampfgehalt in der Atmosphäre. Je wärmer die Atmosphäre wird, desto mehr Wasserdampf kann die Luft aufnehmen – die Luftfeuchtigkeit steigt somit an. Dies bedeutet, dass sich rascher Wolken bilden können, welche die Ausstrahlung in den Nächten verhindern, gleichzeitig aber auch die Einstrahlung am Tag mindern. So wird die Nacht gegenüber dem Tag proportional immer wärmer. Ein wesentlicher Teil der Erwärmung findet in der Schweiz somit in der Nacht statt. Bleibt dieses Muster auch in Zukunft bestehen, dürfte die Anzahl der Tropennächte deutlich schneller ansteigen als die Anzahl der Hitzetage.

Tropennächte und Hitzetage: macht sich die globale Erwärmung bemerkbar?

Klimawandel in der aktuellen Eiszeit

Die Geschichte der Klimaveränderungen ist schon so alt wie die Geschichte der Erde selbst. Seit rund viereinhalb Milliarden Jahren schwankt das Klima zwischen Warm- und Eiszeiten hin und her. Konstant waren die Parameter in der Atmosphäre noch nie. Bedeutet das nun, dass die gegenwärtig viel umschriebene und heiss diskutierte globale Erwärmung nur ein politwissenschaftliches Konstrukt ist, oder dass an den aktuellen Klimaveränderungen nichts Aussergewöhnliches dran ist?

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Veränderung der saisonalen Durchschnittstemperaturen (DJF=Winter, MAM=Frühling, usw.) in der Nordschweiz bis 2020-2049 (blau), 2045-2074 (rot), 2070-2099 (grün) mit Unsicherheiten (Balken) verglichen mit der Referenz 1980-2009. Die grauen Balken zeigen die bisherige natürliche Variabilität. (CH2011, MeteoSwiss, ETH)

Klima ≠ Wetter
Wetter und Klima, zwei Begriffe, die immer wieder zusammen verwendet werden. Doch zwischen den beiden Ausdrücken liegen Welten. „Klima ist das, was man erwartet, Wetter ist das, was man bekommt.” Das Klima umfasst sowohl das „Durchschnittswetter” wie auch einzelne Extremereignisse. Das Wort „Klima” stammt aus dem Griechischen und lässt sich vom Wort klinein ableiten, was „neigen” bedeutet. Dabei ist die Neigung der Erdachse relativ zur Bahnebene der Erde um die Sonne gemeint. Diese Ekliptikschiefe ist dafür verantwortlich, dass im Nordsommer die Nordhalbkugel und während des Südsommers die untere Erdhalbkugel stärkere Sonneneinstrahlung erfährt. Die Sonneneinstrahlung ist also der Motor für das irdische Klima. Dieses setzt sich aus einer einfachen Energiebilanz zusammen: Die auf der Erde ankommenden Sonnenstrahlen abzüglich der Ausstrahlung und der reflektierten Strahlen, welche von der Erde ins All zurückgeschickt werden.

Klima = Energiebilanz
Wird mehr Wärme absorbiert, also von der Erde gespeichert, als ausgestrahlt, erwärmt sich das Erdklima und umgekehrt. Klimaschwankungen entstehen, wenn diese Energiebilanz verändert wird. Die Variabilität des Klimas ist ein herausragendes Charakteristikum. Kein Jahr ist wie das andere. Dabei verändert sich das Klima auf natürliche Weise. Es gibt drei Hauptgründe dafür: Erstens, Veränderungen der ankommenden Sonnenstrahlung durch die Orbitalverschiebungen (Umlaufbahn der Erde, Schiefe der Erdachse etc.) oder durch die Sonnenaktivität selber. Zweitens, Veränderungen der Reflektion der Wärmestrahlung der Erde. Eine helle Erde mit Schnee, Eis und vielen Wolken reflektiert allgemein mehr Sonnenlicht zurück ins All, als eine dunkle, eisfrei Erde. Drittens, Veränderungen der Zusammensetzung der Gase in der Atmosphäre, also Veränderungen des Treibhauseffekts. Je mehr Treibhausgase wie Kohlendioxid und Methan sich in der Atmosphäre befinden, desto mehr reflektierende Wärmestrahlung der Erde wird in der Atmosphäre zurückgehalten, desto wärmer wird es.

Vor 4.5 Milliarden Jahren entstand das Sonnensystem und somit der bewohnbare Globus. In den ersten rund 3 Milliarden Jahren gab es zwei lange Warmzeiten, in denen die Temperaturen viel höher waren als heute und ein Eiszeitalter mit kalten Verhältnissen. Während der letzten Milliarde Jahre vor heute, hat sich das Erdklima immer wieder markant verändert. Es gab weitere fünf Warmzeiten mit deutlich wärmeren Verhältnissen als heute und sechs zusätzliche Eiszeitalter. Ein solches Eiszeitalter dauert meist rund 50 bis 65 Millionen Jahre und trat im letzten Jahrmilliarde rund alle 150 Millionen Jahre auf. In jedem Eiszeitalter gibt es Eiszeitepochen, die rund 2.4 Millionen Jahre dauern. Diese Eiszeitepochen sind durch Warmphasen mit rund 2 bis 3 Grad höheren Temperaturen als heute und durch Kaltphasen geprägt, in denen es rund 4 bis 6 Grad kälter ist als in jüngster Zeit. Diese kälteren Phasen in den Eiszeitepochen nennt man auch Eiszeitzyklen, welche rund 100’000 bis 125’000 Jahre anhalten. In jedem einzelnen Eiszeitzyklus findet man aber auch interglaziale Warmzeiten, welche rund 10’000 Jahre dauern. Selbst in diesen interglazialen Warmzeiten sind kältere und wärmere Phasen ersichtlich. Solange Eis an den Polen der Erde vorhanden ist, befindet sich der blaue Planet in einer Eiszeit. Heutzutage, im Jahr 2012, befindet sich der blaue Planet gemäss Klimatheorie in einer interglazialen Warmzeit des Eiszeitzyklus, der vor rund 125’000 Jahr begann. Dieser Eiszeitzyklus gehört zur 2,4 Millionen Jahre alten, sechsten Eiszeitepoche des siebten Eiszeitalters der Erdgeschichte, welches bereits 65 Millionen Jahre alt ist. Die aktuelle interglaziale Warmzeit heisst Holozän und setzte rund 11’000 vor Christus ein. Seit damals blieb das Klima relativ konstant, was die Entwicklung und Ausbreitung des Homo Sapiens begünstigte.

Rasanter Temperaturanstieg
Es gab schon immer Klimaschwankungen und es wird auch immer solche geben. Doch ist die menschliche Spezies überhaupt auf Klimaschwankungen vorbereitet? Nach mehr als zehntausend Jahren stabilen Klimas müssen sich der Mensch, die Tier- und Pflanzenwelt nun behaupten. Auch wenn sich die globale Temperatur in den nächsten Jahren aufgrund der Klimaänderung um vielleicht vier Grad nach oben bewegt, werden die Temperaturen einer ausgeprägten Warmzeit, wie vor rund 50 Millionen Jahren im Eozän, wohl nicht erreicht. Trotzdem ist die globale Erwärmung problematisch,  denn in der Vergangenheit erhöhte sich die Temperatur beispielsweise während 20’000 Jahren um neun Grad, was einem Anstieg von weniger als einem Zehntelgrad pro 100 Jahre entspricht. Zurzeit weisst der Anstieg der globalen Temperaturen aber einen Trend von knapp einem Grad pro Jahrhundert auf. In der Schweiz erwärmte sich das Klima sogar um 1,5 Grad in 100 Jahren. Die aktuelle globale Erwärmung ist geprägt von einem sehr rasanten und ca. dreissigmal Mal stärkeren Anstieg, als das sonst aus der Klimageschichte zu erwarten wäre. Ausgelöst wurde dieser Temperaturanstieg durch das Verbrennen fossiler Brennstoffe und den dadurch deutlich höheren CO 2-Gehalt in der Atmosphäre. Primär ist nicht die Temperaturhöhe sondern die Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs das Erstaunliche am menschgemachten Klimawandel. In den nächsten 50 bis 100 Jahren werden globale Temperaturen erreicht, die höher sind als in den letzten paar Millionen Jahren und die somit noch kein Homo Sapiens erlebte. Ob die Menschheit damit zurecht kommt, ist in der Erdgeschichte nur eine Nebensache.

Klimawandel in der aktuellen Eiszeit

Werden Hitzesommer zur Norm? Es liegt in unseren Händen!

CH2011: Die neuen Szenarien zur Klimaänderung in der Schweiz wurden an der ETH Zürich präsentiert. Über das zukünftige Klima in der Schweiz gibt es jetzt mehr Klarheit – auch darüber, wie stark sich der globale Klimaschutz auf den Temperaturanstieg bei uns auswirkt. Bis Mitte des Jahrhunderts werden die Temperaturen aber ohnehin ansteigen. 

Temperaturveränderung in der Region Zürich pro Jahreszeit. Rotes Szenario: Fossile und erneuerbare Energien in einer florierenden Weltwirtschaft. Abnehmender jährlicher CO2-Ausstoss um 2050. Blaues Szenario: Strenger Klimaschutz mit Stabilisierung des CO2-Levels bis Ende Jahrhundert. Abnahme des jährlichen CO2-Austosses um 2020.
Temperaturveränderung in der Region Zürich pro Jahreszeit. Rotes Szenario: Fossile und erneuerbare Energien in einer florierenden Weltwirtschaft. Abnehmender jährlicher CO2-Ausstoss um 2050. Blaues Szenario: Strenger Klimaschutz mit Stabilisierung des CO2-Levels bis Ende Jahrhundert. Abnahme des jährlichen CO2-Austosses um 2020.

Auditorium Maximum. ETH Zürich. Mittwoch, 28. September 2011. 15.00 Uhr. Christoph Schär (ETH-Professor am Institut für Atmosphäre und Klima) eröffnet den Event „The New Swiss Climate Change Scenarios CH2011“ – wahrscheinlich eine der wichtigsten Schweizer Klimaveranstaltungen der letzten Jahre. Am Anfang heisst es in Englisch: „The climate of Switzerland is changing. The Swiss Climate Change Scenarios CH2011 provide a new assesment of how climate may change over the 21st century in Switzerland“. The authors of the report will present the most important results, provide information on the methodological background and answer questions.” Ja, der Anlass über die neuen Szenarien zur Klimaänderung in der Schweiz CH2011 findet auf Englisch statt – der Einfachheit halber. Der Röschti- und Polentagraben der Sprachen wird mit einer vierten Landessprache überbrückt. Für CH2011 haben unter der Federführung der ETH Zürich und der MeteoSchweiz verschiedene wissenschaftliche Institute der Schweiz zusammengearbeitet und die systematische und symbiotische Zusammenarbeit der Schweizer Klimaforschung erneut unterstrichen. Die Resultate sind präziser und differenzierter als im vorhergegangenen Schweizer Klimabericht CH2007.

Zukünftiges Schweizer Klima
Die neuen Szenarien zur Klimaänderung in der Schweiz wurden für drei verschiedene Regionen (Nordostschweiz, Westschweiz, Südschweiz) und für drei Zeitperioden (2035, 2060, 2085) gerechnet, wobei es sich beim Wert 2035 um ein 30-jähriges Mittel der Jahre 2020 bis 2049 handelt, bei 2060 um den Mittelwert der Jahre 2045 bis 2074 und bei 2085 um die Periode 2070 bis 2099. Im Laufe des 21. Jahrhunderts wird das Klima in der Schweiz signifikant vom heutigen und vergangenen Zustand abweichen. Die Mitteltemperaturen werden in allen Regionen und allen Jahreszeiten ansteigen. Die Winter dürften in der Nordostschweiz bis 2035 verglichen mit der Periode 1980 bis 2009 um 0,4 bis 2,1 Grad wärmer werden (rote Balken). Ein Durchschnittswinter wäre also bereits in rund 20 Jahren im Schnitt 2,4 Grad warm. Zum Vergleich: seit 1864 waren in der Schweiz lediglich zehn Winter mindestens so warm! Im Frühling sieht die Lage ähnlich aus. In den letzten rund 30 Jahren hat sich der Frühling um mehr als 1 Grad erwärmt. Bis 2035 kann mit einer zusätzlichen Erwärmung von 1 Grad gerechnet werden. Die Frühlinge sind in Zürich dann durchschnittlich 10 Grad mild, so warm waren in den letzten 150 Jahren lediglich acht! Im Sommer, wie auch im Winter, wird bis 2035 die stärkste Erwärmung berechnet, obschon sich der Sommer auch in den letzten 30 Jahren am stärksten aufgeheizt hat. Bis 2035 dürften die Sommer im Mittel 18,9 Grad warm sein. Wärmer waren seit Messbeginn lediglich vier Sommer, darunter natürlich der Hitzesommer 2003. Der Herbst hat sich in der Nordostschweiz bisher nur geringfügig erwärmt. So waren die Herbstmonate 1980 bis 2009 lediglich 0,4 Grad wärmer als jene der Jahre 1961 bis 1990. Bis ins Jahr 2035 dürften die Herbstmonate aber um 1,3 Grad wärmer werden verglichen mit der erstgenannten Periode. Erst drei Herbste waren zwischen 1864 und 2011 wärmer, als das, was uns 2035 erwartet! Bereits in der Periode 2020 bis 2049 wird das „neue Klima“ also deutlich vom bisher bekannten abweichen. Respektive: Die bisherigen Extrem-Jahreszeiten sind schon in 20 Jahren Norm! Es gibt da eine Ausnahme: der Hitzesommer 2003. Die genannten Erwärmungswerte wachsen in ihrer Amplitude, wenn wir weiter entfernte Perioden wie 2045 bis 2074 oder 2070 bis 2099 betrachten. Bis Ende Jahrhundert könnten die Sommer sogar 5,6 Grad wärmer werden. Erst dann wären Hitzesommer à la 2003 (4 Grad zu warm) Norm oder sogar zu kühl!
Gegen Ende des Jahrhunderts dürften die Sommerniederschläge in der ganzen Schweiz abnehmen (im Extremfall um 30 Prozent in der Nordschweiz und um 40 Prozent in der Südschweiz), wobei diese Abnahme nur in der Südschweiz durch ansteigende Niederschläge im Winter kompensiert wird. Auf der Alpennordseite gibt es weder im Winter, Frühling noch Herbst eindeutige Signale über Niederschlagsveränderungen. Die Niederschläge könnten leicht zunehmen oder auch leicht abnehmen.

Wir können etwas tun!
Gegen Ende des 21. Jahrhunderts wird das Schweizer Klima massgeblich durch den zukünftigen Verlauf des globalen Ausstosses von Treibhausgasen beeinflusst. Sogar mit einer Verminderung der globalen Treibhausgasemissionen um 50 Prozent bis 2050 in Bezug auf 1990 projizieren die Modelle eine weitere Erwärmung für die Schweiz von 1,4 Grad gegen Ende des Jahrhunderts (blaue Balken), dies entspricht dem bekannten 2-Grad-Ziel. Ohne Verminderung des globalen Treibhausgasausstosses wäre die Erwärmung zwei bis drei Mal so gross. Solche Folgerungen sind nur möglich, weil die CH2011-Berechnungen mit drei verschiedenen Emissionsszenarien gerechnet wurden. Es zeigt sich aber, dass die Klimaänderungen bis Ende des Jahrhunderts durch grosse Anstrengungen in den nächsten Jahrzehnten stark gedämpft werden könnten (Vergleich rote und blaue Balken). So ist es möglich, die Erwärmung der Wintermonate auf 1,3 Grad zu beschränken, wobei sie kurzfristig um 2060 1,4 Grad betragen würde. Die Sommermonate würden sich nur um 1,6 Grad erwärmen. Hitzesommer wie 2003 wären dann nicht die Norm! Auch die Niederschlagsveränderungen wären deutlich kleiner. Die oben bezifferten Veränderungen bis 2035 lassen sich aber nicht mehr verhindern, für das ist es heute bereits zu spät. Bei erheblichen Emissionsreduktionen der Treibhausgase könnte die Erwärmung ihr Maximum auf einem „verträglichen Niveau“ aber bereits Mitte des Jahrhunderts erreichen. Worauf warten wir noch?

CH2011

Werden Hitzesommer zur Norm? Es liegt in unseren Händen!