Sommergewitter und heftige Niederschläge in der Klimazukunft

Die Sommer sollen in der Schweiz und in Europa in Zukunft trockener werden. Zugleich sollen sich Extrem-Niederschl?ge h?ufen und intensivieren. Das lassen zumindest Klimamodelle vermuten. Sie weisen darauf hin, dass Starkniederschl?ge im Alpenraum zunehmen. Eine anhaltende Debatte dreht sich darum, wie stark kurzzeitige sommerliche Starkniederschl?ge einschliesslich gewittriger Niederschl?ge zunehmen k?nnten, die nur wenige Stunden andauern. F¨¹r diese gab es bis anhin kaum quantitative Szenarien, da herk?mmliche Klimamodelle mit Gitterabst?nden von 25 bis 200 Kilometern die entscheidenden kleinr?umigen Gewitter nicht ausreichend darstellen k?nnen.

Ein Forscherteam vom Institut f¨¹r Atmosph?re und Klima der ETH Z¨¹rich hat nun mit ungew?hnlich hochaufl?senden Klima-Simulationen solch quantitative Szenarien erstellt. Die Simulationen auf den Supercomputern des CSCS (Nationales Hochleistungsrechenzentrum der Schweiz) ben?tigten insgesamt allerdings auch rund eineinhalb Jahre Rechenzeit. Da jedoch gerade kurzzeitige Starkniederschl?ge und Gewitter ein besonders grosses Schadenspotential haben, sind solche Szenarien wichtig, um etwa Schutzmassnahmen vor Hochwasser oder Erdrutschen zu planen.

Beobachtungen st¨¹tzen Modell

Aus fr¨¹heren Studien ist bekannt, dass der Klimawandel ¨¹ber Zeitr?ume von 50 bis 100 Jahren zu einer Ver?nderung der Starkniederschl?ge f¨¹hrt. Obwohl die daf¨¹r verantwortlichen Prozesse sehr komplex sind, kann diese Ver?nderung durch eine einfache physikalische Gleichung ausgedr¨¹ckt werden. Diese beschreibt die Feuchtezunahme in einer sich erw?rmenden Atmosph?re. Klimawissenschaftler erwarten deshalb, dass Starkniederschl?ge dieser sogenannten Clausius-Clapeyron-Gleichung folgen und dementsprechend die Intensit?t extremer Tagesereignisse pro Grad Celsius Erw?rmung um sechs bis sieben Prozent zunimmt. Neuere Studien haben jedoch darauf hingewiesen, dass sich die Intensit?t kurzzeitiger Starkniederschl?ge gar verdoppeln k?nnte.

Die Ergebnisse der Simulationen der aktuellen ETH-Studie stimmen nun aber wieder ¨¹berraschend gut mit der Clausius-Clapeyron-Gleichung ¨¹berein. Die Tatsache, dass die Simulationen nahezu deckungsgleich mit den f¨¹r den simulierten Zeitraum gemessenen Niederschlagsdaten sind, st?rkt f¨¹r Nikolina Ban, Erstautorin der Studie, das Vertrauen sowohl in ihr Modell wie auch in die Clausius-Clapeyron-Gleichung enorm.

Nikolina Ban befasste sich in ihrer Doktorarbeit mit Simulationen, die so hochaufl?send sind, dass sie die konvektive (gewittrige) Wolkenbildung basierend auf den Gesetzten der zugrundeliegenden physikalischen Prozesse abbilden. Damit die wolkenbildenden Prozesse nicht durch das Gitternetz ?fallen?, das die Berechnungspunkte f¨¹r die Simulation vorgibt, d¨¹rfen die Gitterabst?nde nur wenige Kilometer betragen. Durch die Wahl eines engen Gitterabstandes von 2,2 km konnten die Forscher gewittrige Wolken und Niederschl?ge darstellen, ohne vereinfachende Annahmen f¨¹r die physikalischen Grundprozesse zu verwenden. Da somit die tats?chliche Konvektion in der Atmosph?re abgebildet wird, werden Unsicherheiten minimiert und das Vertrauen der Forscher in das Modell wird gest?rkt. Zugleich bedeutet das aber zeit- und kostenintensive Berechnungen, da die physikalischen Grundgleichungen an jedem Gitterpunkt zu l?sen sind.

Einzigartige Simulation

Die Wissenschaftler deckten mit der hochaufl?senden Simulation ¨¹ber einen Zeitraum von zehn Jahren den erweiterten Alpenraum von Norditalien bis Norddeutschland ab, eine Fl?che von 1100 auf 1100 Kilometern. ?Das ist die erste derart hochaufl?sende Simulation von dieser geographischen Ausdehnung und zeitlichen Dauer?, erkl?rt Ban stolz.

Die Forscher rechneten insgesamt drei Simulationen: Eine f¨¹r die Vergangenheit zur Validierung gegen¨¹ber der durch Niederschlagsmessungen erhobenen Daten und zwei weitere f¨¹r das gegenw?rtige und zuk¨¹nftige Klima. Eine Simulation zu berechnen, dauerte zwischen vier und acht Monaten. Doch f¨¹r die Forscher hat sich der Aufwand gelohnt und Christoph Sch?r ist begeistert: ?Mit der hohen Aufl?sung haben wir einen Sprung in der Modellierung erreicht, wie ich ihn in meiner langj?hrigen Forschungst?tigkeit noch nicht gesehen habe.?

Starkniederschl?ge trotz Trockenheit

Das Modell erm?glicht nun die H?ufigkeit und Intensit?t der Extremereignisse zu quantifizieren. Zugleich zeigt es aber auch, dass die mittleren Niederschlagsmengen abnehmen. ?Das Klima wird extremer, mit l?ngeren Trockenperioden, die das Potential f¨¹r D¨¹rren haben. Parallel dazu steigt die H?ufigkeit und Intensit?t der Extremereignisse mit Starkniederschl?gen an?, sagt Ban.

Das Modell gibt den Wissenschaftlern aber noch weitere Hinweise auf das k¨¹nftige Klima. So schliessen sie zwar aus den Ergebnissen der Simulationen, dass die zu erwartende Niederschlags-Intensivierung der physikalischen Gleichung von Clausius-Clapeyron folgt und keine noch st?rkere (superadiabatische) Intensivierung zu erwarten sei. Doch verwirrenderweise sehe man diese sogenannten superadiabatischen Effekte sowohl in den Beobachtungen wie auch innerhalb der einzelnen Simulationen. Diese zus?tzliche Zunahme beeinflusst laut den Forschern aber die langfristige Klima-Entwicklung und somit auch die Anpassungsstrategien an ein sich ?nderndes Klima nicht, da der Effekt durch eine Abnahme der Regentage im Zuge der Klimaver?nderung kompensiert wird. F¨¹r die Forscher zeigen die Ergebnisse somit auch, dass gegenw?rtige Beobachtungen und Niederschlagsverh?ltnisse nicht so einfach in die Zukunft extrapoliert werden k?nnen.

Simone Ulmer ist Science Writer am externe Seite CSCS,wo dieser Artikel zuerst publiziert wurde.