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?

Hitzewellen: die markantesten in der Geschichte Zürichs

„Für eine mindestens zweiwöchige Periode ist in Europa mit deutlich überdurchschnittlichen Temperaturen und zunehmender Trockenheit zu rechnen.“ Das hielt Ende Juni die Weltmeteorologie-Organisation (WMO) in einem speziellen Klimaüberwachungs-Bulletin fest. Nun sind wir mitten drin in der Hitzewelle. Die betroffene Region erstreckt sich von Portugal bis Polen und von England bis Kroatien. Das Hitzezentrum lag zunächst über Nordspanien und Frankreich und bewegte sich dann langsam Richtung Nordosten.

 

Hitze über Europa und der Schweiz

Ende Juni ist über West- und Mitteleuropa ein sehr kräftiges Hochdruckgebiet wetterwirksam geworden. So wurden in Andalusien bereits am 29. Juni Höchsttemperaturen von 43 Grad gemessen. Am 30. Juni erreichte die heisse Luft auch Frankreich. So wurden in Cazaux, südwestlich von Bordeaux 40.2 Grad registriert, wie MeteoSchweiz schreibt. Am 1. Juli begann die Hitzeperiode dann auch in der Schweiz, als in Genf und im Wallis knapp 35 Grad, in Zürich 32 Grad gemessen wurden. Selbst im 1304 Meter hoch gelegenen Scuol wurde mit 30.5 Grad ein Hitzetag erreicht, wie MeteoSchweiz schreibt. Die Höchstwerte werden im Übrigen im Hochsommer jeweils zwischen 16:00 und 18:00 Uhr gemessen. In den folgenden Tagen strömte immer heissere, allmählich auch feuchtere Luft, welche ihren Ursprung in der Westsahara hat, in Richtung Schweiz.

 

Langanhaltende Hitze

Auffallend an der ausserordentlichen Hitzewelle ist vor allem auch die Dauer der Hitzebelastung. Höchsttemperaturen von 33 bis 36 Grad – gebietsweise sind sogar höhere Werte möglich – über mehr als fünf Tage sind doch eher selten. Eine abschliessende Analyse zur Hitzewelle und die Einordnung in die langjährige Klimatologie ist erst nach Ende der Hitzewelle möglich. Spannend ist jedoch ein Blick in die Vergangenheit auf der Suche nach der grössten Hitzewelle in der Geschichte von Zürich.

 

Hitzeperioden mit mehr als fünf zusammenhängender Hitzetage sind selten. Markant waren die Hitzeperioden 1911, 1947 und 2003. Wo wird sich 2015 einreihen?
Hitzeperioden mit mehr als fünf zusammenhängender Hitzetage sind selten. Markant waren die Hitzeperioden 1911, 1947 und 2003. Wo wird sich 2015 einreihen?

Die letzte zweiwöchige Hitzeperiode, welche in den Tieflagen der ganzen Schweiz eine durchschnittliche Tageshöchsttemperatur von 30 Grad oder mehr brachte, war jene vom Rekord-Juli 2006. Auf dem Zürichberg lag das höchste 14-Tagesmittel damals bei knapp 31 Grad. Seit 1901 waren nur vier 14-Tagesmittel der Höchsttemperatur heisser. Die Hitzewellen von Ende Juli bis Anfang August im Jahr 1911 und 1947, jene vom Juli 1983 und nochmals ein ganzes Stück heisser war die 2-wöchige Hitzeperiode im August 2003 mit durchschnittlichen Tageshöchsttemperaturen von 33 Grad in Zürich. Der Rekordwert aus dem Jahr 2003 gilt fast als unantastbar, es wäre erstaunlich, wenn dieser Wert bereits mit der aktuellen Hitzewelle, 13 Jahre später fallen würde.

Im Hitzesommer 2003 gab es mehrere Hitzewellen. Am markantesten waren jene im Juni und dann vor allem jene Anfang August. Maximal reihten sich in Zürich 11 Tage mit einer Höchsttemperatur von mehr als 30 Grad (sogenannte Hitzetage) aneinander. Dies entspricht aber erstaunlicherweise nicht ganz dem langjährigen Rekord. Zwischen Ende Juli und Anfang August 1947 war es nämlich an 12 aufeinanderfolgenden Tagen brütend heiss. Während der erwähnten Hitzeperiode 1911 waren es 10 Hitzetage in Folge. Im Rekord-Juli 2006 waren es immerhin 8 Tage. Solch lange Hitzeperioden wurden seither nicht mehr beobachtet. Eine Hitzewelle kommt selten allein, sodass in den Hitzesommer 1947 und 2003 im ganzen Sommer insgesamt 26 respektive 27 Hitzetage mit mehr als 30 Grad gemessenwurden.

 

Knapp 38 Grad in Zürich

Hitzewellen bleiben vor allem aufgrund ihrer Dauer in Erinnerung, aber auch wegen ihrer maximalen Höchsttemperatur. Die höchste je in Zürich gemessene Temperatur seit 1901 stammt mit 36,4 Grad wahrscheinlich auch aus dem Hitzesommer 2003. In der nicht homogenisierten Temperaturhistorie sind aber auch höhere Werte für Zürich ersichtlich. Jedoch lag damals die Referenzwetterstation von Zürich zuerst mitten in der Innenstadt bei der Urania-Sternwarte und später auf dem Gelände der ETH Zürich, bevor sie an den heutigen Standort in Zürich-Fluntern verlegt wurde. Die tatsächlich gemessenen Werte sind deshalb nicht vergleichbar und müssen nachträglich um die Stationsverschiebungen korrigiert werden. Ohne diese Korrektur aber, gemessen mitten in der Stadt Zürich, beträgt die höchste je gemessene Temperatur in Zürich 37,7 Grad und stammt aus dem Juli 1947.

 

Wie kann man „Hitze“ messen?

Das Empfinden von Hitze hängt nicht nur von der Temperatur ab, sondern auch von der in der Luft enthaltenen Feuchtigkeit. Hohe Temperaturen sind bei tiefer relativer Luftfeuchtigkeit viel besser zu ertragen. Dies lässt sich sehr schön am Beispiel einer finnischen Sauna veranschaulichen, in welcher die Lufttemperatur von etwa 90 Grad nur ertragbar ist, weil die Feuchtigkeit sehr gering ist. Um also „Hitze“ zu messen verwendet die MeteoSchweiz einen Heat Index, in welchem die Temperatur sowie die Luftfeuchtigkeit zu einer Ziffer verrechnet werden. Wird an mindesten 3 Tagen in Folge ein Heat Index grösser als 90 erwartet, gibt MeteoSchweiz eine Warnung der Stufe 3 für Hitze aus. Ein Heat Index grösser als 90 kommt bei 29 Grad und 70 Prozent Luftfeuchte oder aber bei 33 Grad und 35 Prozent Feuchte zustande. Für eine Warnung Stufe 4 muss über mindestens 5 Tage ein Heat Index grösser als 93 erwartet werden, so wie in der aktuellen Hitzewelle.

Hitzewellen: die markantesten in der Geschichte Zürichs