Bringt die Klimaerwärmung mehr Regen?

Überschwemmungen und Flutkatastrophen mit verheerenden Schäden scheinen sich in den letzten Jahren zu häufen. Tatsächlich ist die Zahl starker Niederschläge um 20% bis 80% gestiegen. Diesen Trend zeigen auch Computermodelle. Hinweise verdichten sich, dass sich als Folge der Klimaerwärmung der Wasserkreislauf intensiviert. Damit transportiert die Atmosphäre mehr Feuchtigkeit. Während subtropische Gebiete austrocknen, könnten Extremereignisse in mittleren Breiten zunehmen.

Als feucht und nass bleibt der Sommer 2000 in Erinnerung. Wochenlanges Warten auf gute Streckenflugtage war die Regel. Auch die Sommer '99 und '98 präsentierten sich analog. Ist die Klimaerwärmung die Ursache dafür, dass es in den Alpen häufiger regnet? Eine berechtigte Frage. Weitet man nämlich den Blick von den Flugtagen auf die klimatischen Verhältnisse der Alpen aus, wird deutlich, dass die Auswirkungen ein weit dramatischeres, ja sogar existenzielles Ausmass erreichen. In den letzten Jahren häuften sich Flutkatastrophen in den Alpen auffallend. Sind diese Flutkatastrophen die Folge davon, dass mit der Klimaerwärmung mehr Feuchtigkeit in die Alpen gelangt?

Foto 1: Baltschieder VS im Oktober 2000.	Abb. 1: Entwicklung intensiver Niederschläge, die etwa alle 30 Tage auftreten. Anzahl Ereignisse im Herbst (Sept.–Nov.) im Durchschnitt von 35 Stationen im Schweizer Alpenraum. (Ch. Frei, Institut für Klimaforschung, ETH Zürich)
Abb. 2: Gewaltiger Feuchtetransport gegen die Alpen am 15. Oktober 2000 um 00 Uhr. 24-h-Vorhersage des vertikal integrierten Feuchteflusses aus dem Schweiz-Modell der MeteoSchweiz. (Ch. Frei, Institut für Klimaforschung, ETH Zürich)	Abb. 3: Maximaler Wassergehalt der Luft in Abhängigkeit von der Temperatur. Quelle: Bulletin ETH Zürich Nr. 280 Januar 2001, http://www.cc.ethz.ch/bulletin/, Bundesamt für Wasser und Geologie, http://www.bwg.admin.ch/d/UW00_Fotos_gross.htm

Zahlreiche Flutkatastrophen
Die letzte Flutkatastrophe ereignete sich erst vor kurzem: Mitte Oktober 2000 regnete es im Wallis, im Tessin und im Aostatal kräftig und anhaltend. An einigen Orten fiel in fünf Tagen soviel Niederschlag, wie gewöhnlich in drei Monaten fällt. Schlammlawinen zerstörten Bergsiedlungen und Verkehrswege. Bäche und Flüsse suchten sich ihren Weg durch Dörfer und über Äcker. Der Lago Maggiore stieg sogar über die bisherige Höchstmarke aus dem Jahre 1907. Noch Tage später überfüllten die Wassermassen das Flussbett des Po. 25 Tote waren die traurige Bilanz.
Solche Extremniederschläge verursachen in der Schweiz 200 Millionen Franken Schaden pro Jahr. Auf den ersten Blick erscheint die Zahl moderat. Die hauptsächlich betroffenen Bergkantone jedoch, die ohnehin schon unter schwierigen ökonomischen Verhältnissen leiden, werden neben den direkten Schäden zusätzlich noch mit kostspieligen Vorsorgemassnahmen belastet. Zudem entstehen die Schäden vorwiegend durch seltene, besonders starke Ereignisse: In den 25 Jahren 1972 – 1996 verursachten die Überschwemmungen von 1987 im Reusstal, im Tessin und im Puschlav sowie 1993 in Brig mehr als die Hälfte der Schäden. Man schätzt, dass Regenmengen, wie sie im Piemont 1994, in Sachseln 1996 und beim Pfingsthochwasser 1999 gefallen sind, etwa alle 25 bis 100 Jahre einmal vorkommen. Sind solche Ereignisse häufiger geworden? Müssen wir öfter mit Überschwemmungen rechnen? Das Team um Dr. Christoph Frei und Prof. Christoph Schär am Institut für Klimaforschung sucht Antworten auf diese Fragen. Sie analysieren Klimadaten und simulieren den Wasserkreislauf mittels komplexer Computermodelle.

Starke Niederschläge haben zugenommen
Als Basis für ihre Untersuchungen verwenden die Forscher Daten aus etwa 100 Niederschlagsmessungen in der Schweiz, die bis anfangs des 20. Jahrhunderts zurückreichen. Diese Zeitspanne ist aber zu kurz, um beurteilen zu können, ob diese Ereignisse aus zufälligen Variationen entstanden sind oder ob sie die Folge von langzeitlichen Veränderungen sind. Der Unterscheidung zwischen Zufall und «Signal» sind durch die Seltenheit von Extremereignissen Grenzen gesetzt. Statistisch kann ein Trend nur dann nachgewiesen werden, wenn die Ereignisse um einen Faktor 10 bis 20 häufiger werden. Kleinere Trends verschwinden im Auf und Ab. Um dennoch die Messreihen auf Trends untersuchen zu können, analysierten die Wissenschaftler Intensivniederschläge, die häufiger auftreten als Extremereignisse.
Intensive Niederschläge kommen im Durchschnitt einmal pro Monat vor. Während den letzten 100 Jahren stieg ihre Häufigkeit im Herbst und im Winter um 20% bis 80% (siehe Abb. 1). Allerdings ist diese Zunahme nicht unbedingt für Extremniederschläge repräsentativ. Auch beweist sie nicht, dass ein Zusammenhang mit der Klimaveränderung existiert. Die Zunahme weist aber auf eine markante, langzeitliche Veränderung der Niederschlagsstatistik hin. Da ähnliche Beobachtungen aus anderen Gebieten existieren, stützt die wachsende Zahl intensiver Niederschläge die These, dass der Wasserkreislauf des Klimasystems durch die beobachtete globale Erwärmung beeinflusst sein könnte.

Globale Erwärmung beeinflusst Wasserkreislauf
Würde die gesamte Feuchtigkeit der Atmosphäre der mittleren Breiten ausregnen, würde pro Quadratmeter etwa 5 bis 30 Liter Regen fallen. Das ist zu wenig für Extremniederschläge von über 100 Liter, weshalb die Feuchtigkeit mit atmosphärischen Strömungen herantransportiert werden muss. Zur Alpensüdseite, die weitaus am häufigsten betroffen ist, gelangt die Feuchte vom Mittelmeer. Besonders spektakulär war dieser Transport beim Ereignis Mitte Oktober 2000. Über die ligurische Küste, zwischen Seealpen und Apennin, förderte die Atmosphäre Wassermengen heran, die den Mündungsabfluss des Kongo in Afrika oder des Jangtsekiang übertreffen (siehe Abb. 2). Dies sind bezüglich Abflussmenge nach dem Amazonas die mächtigsten Flüsse der Erde. Auch wenn nur ein Teil als Regen gefallen ist, waren die Flüsse damit deutlich überfordert.

Verstärkter Wasserkreislauf
Die erwartete Klimaerwärmung könnte den Transport von Wasserdampf in der Atmosphäre deutlich beeinflussen. Die maximale Menge Wasserdampf, welche die Luft aufnehmen kann, steigt pro Grad Erwärmung um 7% (siehe Abb. 3). Eine wärmere Atmosphäre kann damit wesentlich mehr Wasser aufnehmen und befördern. Auch globale Klimamodelle, mit welchen die Prozesse des Klimasystems bis zum Ende des 21. Jahrhunderts simuliert werden, enthalten diesen Effekt. Neben der bekannten Erwärmung um 1° bis 3.5°C im globalen Mittel zeigen sie auch eine Intensivierung des Wasserkreislaufs. Während subtropische, aride Gebiete, zum Beispiel die Mittelmeerländer, durch die erhöhte Verdunstung zunehmend austrocknen, zeigen die Modelle für die mittleren und hohen Breiten einen erhöhten Wasserdampftransport von den Ozeanen gegen die Landmassen und eine Zunahme des mittleren Niederschlags. Regionale Modelle, welche die Abläufe im Alpenraum detailliert darstellen, enthalten bemerkenswerte Auswirkungen: Bei einer angenommenen Erwärmung von 2°C treten intensive Regenfälle um 20% – 40% häufiger auf, während schwache und mittlere unverändert bleiben.

Wachsende Evidenz
Auch andere globale und regionale Klimamodelle zeigen eine Intensivierung des Wasserkreislaufs als Folge einer erhöhten Treibhausgas-Konzentration. Die Modellresultate erscheinen physikalisch plausibel. Auch stimmen sie qualitativ mit der in vielen Gebieten der mittleren Breiten beobachteten Zunahme starker Niederschläge überein. Einige offene Fragen mahnen jedoch zur Vorsicht mit voreiligen Prognosen: Die Trends könnten durch natürliche Langzeit-Variationen des Klimas verursacht sein. Der intensivierte Wasserkreislauf könnte auch von Änderungen in der grossskaligen Zirkulation der Atmosphäre und damit häufiger auftretenden Starkniederschlags-Wetterlagen herrühren. Noch ist nicht klar, wie sich die Zirkulation weiterentwickelt, wenn die Böden der subtropischen Gebiete vollständig ausgetrocknet sind und keine Feuchtigkeit mehr abgeben können. Dennoch bringt die wachsende Evidenz für einen Wandel von Starkniederschlägen die Frage nach deren Auswirkungen auf Flüsse und Hochwasser an die Spitze in der Klimaforschung.

Martin Gassner

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