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Mehr Trockenheit bei wärmeren Temperaturen - ResearchGate

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Forum für Wissen 2006: 17–21
17
Mehr Trockenheit bei wärmeren Temperaturen?
Trends von Temperatur- und Niederschlagsverhältnissen
in der Schweiz
Martine Rebetez
Eidgenössiche Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL, Case postale 96, CH-1015 Lausanne
martine.rebetez@wsl.ch
Im Verlauf des 20. Jahrhunderts haben die Temperaturen weltweit um durchschnittlich 0,7 °C zugenommen. Die 1990er Jahre waren bei weitem die wärmsten,
doch wird dieser Rekord wohl noch in der ersten Dekade des 21. Jahrhunderts gebrochen: Fünf der sechs wärmsten Jahre traten nach 2001 auf. In der Schweiz sind
die Temperaturen stärker angestiegen: nördlich der Alpen um Werte zwischen 1,3
und 1,7 °C und südlich davon um 1,0 °C. Aufgrund der weiteren Erwärmung sagen
alle Klimamodelle eine Zunahme heftiger Niederschläge voraus. Im Allgemeinen
wird weltweit eine verstärkte Variabilität der Niederschläge erwartet, mit konzentrierter auftretenden Regenfällen. Dies bedeutet sowohl mehr Starkniederschläge
als auch mehr Trockenperioden. In der Schweiz ist eine Zunahme der Trockenperioden bisher auf der Alpensüdseite spürbar.
1 Temperaturen
1.1 Weltweite Zunahme der
Temperaturen
Im Verlauf des 20. Jahrhunderts haben
die Temperaturen weltweit um durchschnittlich 0,7 °C zugenommen (JONES
und MOBERG 2003). Die Erdoberfläche
erwärmt sich aber nicht gleichmässig,
weder räumlich noch zeitlich. Die Temperaturen sind gegen Ende des Jahrhunderts stärker angestiegen (JONES
und MOBERG 2003; MOBERG und JONES 2005). Die 90er Jahre waren bei
weitem die wärmsten, und die höchsten Temperaturen gab es 1998. Das
zweitwärmste Jahr seit Beginn der Erhebungen (1861) war 2005, gefolgt von
2002, 2003 und 2004. Die zehn wärmsten Jahre fallen alle in die Zeit nach
1991 und neun davon sogar nach 1995.
Fünf der sechs wärmsten Jahre wurden
seit 2001 gemessen. Das El Niño-Phänomen trug zum Rekordjahr 1998 bei,
indem es über das gesamte Kalenderjahr den südlichen und tropischen Teil
des Pazifiks warm hielt (IPCC 2002).
Seit über vierzig Jahren zeigen die
Messungen, dass die Temperaturerhöhung bis in 8000 m Höhe feststellbar ist
(IPCC 2002). Und auch in den Ozeanen kann die Erwärmung bis in Tiefen
von 3000 m nachgewiesen werden.
(LEVITUS et al. 2000; BARNETT et al.
2001; GILLE 2002).
Weltweit begann der Temperaturanstieg gegen Mitte des 19. Jahrhunderts,
am deutlichsten war er aber während
zweier Perioden des 20. Jahrhunderts:
zum einen zwischen 1920 und 1945 und
zum anderen ab 1975 (MOBERG und
JONES 2005). Von 1945 bis 1975 ging die
Erwärmung in der südlichen Hemisphäre weiter, während die Temperaturen in der nördlichen Hemisphäre sogar leicht abkühlten, besonders in jenen Gebieten, die sich vor 1945 sehr
erwärmt hatten. Ab 1980 erwärmte
sich die nördliche Hemisphäre dann
wieder stärker als die südliche (MOBERG und JONES 2005).
Jüngsten Forschungsergebnissen zufolge soll die Klimaerwärmung schon
Mitte und nicht erst gegen Ende des
19. Jahrhunderts in Gang gekommen
sein, was der zu jener Zeit beginnende
Rückzug fast aller Alpen-Gletscher zu
belegen scheint (VINCENT et al. 2005).
Aus geographischer Sicht lässt sich
beobachten, dass sich der Kontrast immer mehr verschärft zwischen maritimen Gebieten und kontinentalen, die
sich stärker erwärmen. Dabei muss
man sich bewusst sein, dass die nördliche Hemisphäre weitaus mehr kontinentale Regionen umfasst als die südliche. Der Kontrast ist seit den 1970er
Jahren deutlich spürbar: Die in mittleren und höheren Breiten der nördlichen Hemisphäre (zirka 35 bis 65 °N)
gelegenen Gebiete haben sich besonders stark erwärmt, vor allem nach
1980.
Ausgehend vom Stand der Dinge im
Jahr 1990, ist zwischen 2001 und 2100
eine weltweite durchschnittliche Erwärmung von 1,4 °C bis 5,8 °C zu erwarten (IPPC 2002). Neuere Forschungsresultate zeigen jedoch, dass
diese Schätzungen viel zu niedrig sein
könnten (SCHAER et al. 2004). Dass keine genaueren Angaben gemacht werden können, liegt nicht nur an den
noch zu wenig erforschten Ursachen,
die den komplexen Mechanismen der
klimatischen Wechselwirkungen zugrunde liegen, sondern vor allem an
der Ungewissheit, wie sich die menschliche Gesellschaft in den kommenden
Jahren weiterentwickeln wird. Einer
der wichtigsten Faktoren ist die Menge
der Treibhausgase, die in den nächsten
Jahrzehnten in die Atmosphäre gelangen wird.
1.2 Temperaturzunahme in der
Schweiz
Ein weites Gebiet, das sich vom Norden Spaniens bis nach Nordrussland
erstreckt und somit auch die Schweiz
umfasst, hat sich im 20. Jahrhundert –
insbesondere in den letzten Jahrzehnten – überdurchschnittlich erwärmt
(Abb. 1; REBETEZ und REINHARD, Manuskr. akzeptiert). Anderen, kleineren
Regionen der Erde erging es ähnlich
oder noch extremer; das gilt etwa für
Nordchina und Kanada. Wieder andere
haben sich langsamer erwärmt und einige – aber wenige – Gegenden haben
sich sogar abgekühlt: der Südwesten
Grönlands und seine maritime Region
im Südosten (IPCC 2002).
18
Forum für Wissen 2006
1,5
1
Schweiz
[°C]
0,5
Nordhemisphäre
0
–0,5
2001
1996
1991
1986
1981
1976
1971
1966
1961
1956
1951
1946
1941
1936
1931
1926
1921
1916
1911
1906
1901
–1
Abb. 1. Temperaturabweichungen in der Schweiz (von 12 MeteoSchweiz-Wetterstationen)
und auf der nördlichen Halbkugel von 1901 bis 2004 vom Referenzmittelwert der Jahre
1961 bis 1990 (nach REBETEZ und REINHARD, Manuskr. akzeptiert).
gegen eine Erwärmungstendenz von
zirka 1 °C pro Jahrhundert, also 0,1 °C
im Durchschnitt pro Jahrzehnt (BEGERT et al. 2005). Im letzteren Fall wird
die starke Erwärmung der letzten Jahrzehnte über einen sehr viel längeren
Zeitraum gemittelt, zu dessen Beginn
die Temperaturen viel beständiger waren. In der Zeitspanne von 1975 bis
2004 erreichte die Erwärmung in der
Schweiz 0,57 °C pro Jahrzehnt (REBETEZ und REINHARD, Manuskr. akzeptiert).
2 Niederschläge
2.2 Weltweite Veränderungen der
Niederschlagsverhältnisse
Im Weltmittel haben die Niederschläge
im 20. Jahrhundert um 2,4 Prozent zugenommen (IPCC 2002). Da sich durch
die erhöhten Temperaturen der Wasserkreislauf verstärkt, wird sich dieses
Phänomen in den kommenden Jahren
noch ausprägen. Die von zunehmenden Treibhausgasen verursachte Erwärmung geht im Übrigen mit der Abkühlung der oberen Troposphäre einher, also jener Luftschicht, die sich bis
zur Grenzschicht der Tropopause in ei-
80
70
60
50
Anzahl Tage
In der Schweiz sind die Temperaturen im Verlauf des 20. Jahrhunderts auf
der Alpennordseite um 1,3 bis 1,7 °C
und auf der Alpensüdseite um 1 °C gestiegen. Auch am Anfang des 21. Jahrhunderts steigen sie weiter (REBETEZ
et al. 2006). Die Erwärmung fand
hauptsächlich in den 20er und 40er
Jahren sowie in den letzten zwei Jahrzehnten statt, wobei die 90er Jahre, in
der Schweiz wie auf der ganzen Welt,
Rekordzahlen erreichten (JONES und
MOBERG 2003; MOBERG und JONES
2005; REBETEZ und REINHARD, Manuskr. akzeptiert). In Anbetracht der
derzeit kontinuierlich zunehmenden
Erwärmung wird das erste Jahrzehnt
des 21. Jahrhunderts wahrscheinlich
noch wärmer ausfallen. Zwischen 1950
und 1980 waren die Klimaverhältnisse
annähernd ausgeglichen. Fast die Hälfte der Erwärmung des gesamten Jahrhunderts fällt erst in die Zeit nach 1980
(MOBERG und JONES 2005; REBETEZ
und REINHARD, Manuskr. akzeptiert).
Beim Vergleich der Werte, die im Zusammenhang mit dem Temperaturanstieg veröffentlicht werden, ist Vorsicht
geboten. Die Messperiode spielt dabei
eine grosse Rolle, da sich der Erwärmungstrend seit Beginn der Erhebungen beschleunigt hat. Es ist nicht ungewöhnlich, Temperaturerhöhungen von
0,5 °C pro Jahrzehnt zu erhalten, wenn
man sich auf Serien stützt, die erst in
den 1970er oder 80er Jahren begonnen
wurden. Berechnungen aus bis 1864
zurückreichenden Daten ergeben hin-
Wie sich die Erwärmung auswirkt,
hängt davon ab, welche Schwellenwerte von den Temperaturen überschritten
werden. Bezüglich der Sterblichkeitsrate nach Hitzewellen zum Beispiel,
liegt das Problem nicht so sehr in der
Erhöhung des Temperaturmittelwerts
als in der Dauer einer Hitzewelle bzw.
der Anzahl der Tage mit Temperaturen
über einem bestimmten Schwellenwert
(Abb. 2; REBETEZ 2004). Letzterer
kann sehr viel höher liegen als der Mittelwert, wenn sich die Variabilität des
Parameters verändert, was sich für die
Sommertemperaturen zu bestätigen
scheint (SCHAER et al. 2004).
40
30
20
10
0
1900
1920
1940
Jahr
1960
1980
2000
Abb. 2. Anzahl der Sommertage mit Minimumtemperatur oberhalb des 80sten Perzentil
(jene 20 Prozent aller Sommertage an denen die Tagesminima am höchsten waren), von
1901 bis 2005 (ergänzt nach REBETEZ 2004)
Forum für Wissen 2006
19
nem Höhenbereich von 8 bis 12 km erstreckt. Man erwartet, dass der verschärfte Kontrast der Temperaturen
zwischen unterer und oberer Troposphäre eine grössere Unbeständigkeit
des Klimas bewirken und so zu einer
Zunahme der Niederschläge führen
wird (IPCC 2002).
Die Veränderung des Weltmittelwerts wird auf lokaler und regionaler
Ebene ganz unterschiedlich spürbar,
fallweise durch eine sehr deutliche Zuoder aber auch Abnahme der Niederschläge. Darüber hinaus sind Niederschlagsüberschüsse wie auch -defizite
nicht notwendigerweise gleichmässig
über die vier Jahreszeiten verteilt
(IPCC 2002). Die enormen Kontraste,
die von einem Jahr zum anderen auftreten können und für Niederschlagsdaten typisch sind, machen es noch
schwerer, einen langfristigen Trend zu
erkennen.
Einzelne Regionen der Erde erleben
heute schon eine Abnahme der Niederschläge und müssen auch in Zukunft mit einem weiteren Rückgang
rechnen, während benachbarte Gebiete zur gleichen Zeit unter einer Zunahme der Niederschläge leiden. Südasien
zum Beispiel sieht einerseits einer Intensivierung der Monsunregen im
Osten und gleichzeitig einer Verminderung derselben im Westen entgegen
(IPCC 2002).
Allgemein wurden die stärksten Niederschlagszunahmen im 20. Jahrhundert in mittleren und höheren Breiten
der nördlichen Hemisphäre beobachtet (ungefähr ab den Breitengraden
der Schweiz und weiter nördlich). Dort
wurde eine Zunahme der Niederschläge von durchschnittlich zirka 10 Prozent gemessen. Während diese Progression insbesondere Kanada trifft,
verstärken sich in Nordafrika seit Ende
der 60er Jahre die Trockenperioden
deutlich, speziell im Westen des Kontinents, südlich der Sahara (IPCC 2002).
2.2 Veränderungen im Niederschlagsregime der Schweiz
Obwohl in der Schweiz schon deutliche
Veränderungen bei saisonspezifischen
Werten und Extremwerten zu beobachten sind, ist hierzulande noch keine
bemerkenswerte Zu- oder Abnahme
der jährlich gemessenen Niederschlagsmengen festzustellen (FREI und
SCHAER 2001; SCHMIDLI et al. 2001;
SCHMIDLI et al. 2002). Es gibt und gab
von einem Jahr zum anderen schon immer sehr grosse Unterschiede. Ausgehend von zirka einem Meter Regen
pro Jahr im Mittelland, kann sich diese
Niederschlagsmenge jährlich ohne weiteres verdoppeln. In Neuenburg zum
Beispiel, wo der jährliche Nieder-
schlagsmittelwert 977 mm beträgt, fielen 1964 nur 611 mm, 1965 aber 1340
mm; 1988 wurden von MeteoSchweiz
1212 mm gemessen und 1989 nur 659
mm (Abb. 3).
Bei einer so hohen Variabilität ist es
natürlich schwierig, winzige systematische Veränderungen festzustellen, die
auf eine jährliche Tendenz schliessen
lassen könnten. Wichtig ist, zu welcher
Jahreszeit die Niederschläge fallen, in
welcher Form – Schnee oder Regen –
und vor allem der Anteil an Extremereignissen wie heftige Regengüsse einerseits und Trockenperioden andererseits.
Vom Klimawechsel unabhängig besteht in der Schweiz, je nach Jahreszeit,
ein anderes Verhältnis zwischen Temperatur und Niederschlägen. Je kühler
der Sommer, umso regnerischer ist er
im allgemeinen, unabhängig davon ob
von der Häufigkeit oder der Menge
der Niederschläge die Rede ist; und je
wärmer er ausfällt, umso trockener ist
er (REBETEZ 1996). Im Winter hingegen muss, was Niederschläge – egal
welcher Art – angeht, zwischen Bergen
und Flachland unterschieden werden.
Für Tallagen gilt: Je milder die Temperaturen, umso nasser – und je frostiger,
umso trockener ist der Winter (REBETEZ 1996). Tatsächlich gehen Perioden
mit tiefen Temperaturen allgemein mit
Hochdruckzonen einher, bei denen
1500
1400
1300
1200
[mm]
1100
1000
900
800
700
600
500
1901
1909
1917
1925
1933
1941
1949
Abb. 3. Jährliche Niederschlagsmengen in Neuchâtel von 1901 bis 2005.
1957
1965
1973
1981
1989
1997
2005
20
Kaltluft ins Mittelland gelangt. Diese
bleibt dann oft unter einer beharrlichen, von Sonnenstrahlen undurchdringbaren Hochnebelschicht gefangen. Milde Wetterperioden sind an den
Einbruch von Meeresluft gebunden,
die Störungen und Niederschläge mit
sich bringt.
In den Bergen ist es umgekehrt: Je
milder die Temperaturen, umso weniger Niederschläge gibt es (REBETEZ
1996). Die mildesten Perioden sind in
hohen Lagen oft von einer dauerhaften
Hochdruckzone und sonnigem Wetter
geprägt. Das traf besonders für die
Winter der späten 1980er Jahre zu. Damals blieb milde Luft jeweils mehrere
Wochen lang über den Alpen hängen,
und der daraus resultierende Schneemangel behinderte nachhaltig den
Wintersportbetrieb.
Im Zusammenhang mit der Klimaerwärmung gibt es heute schon je nach
Jahreszeit Veränderungen bei den Niederschlägen. Sie nahmen im Verlauf
des 20. Jahrhunderts während der
Wintersaison erheblich zu (IPCC
2002). Dies gilt für ganz Zentraleuropa
und damit auch für die Schweiz, wo der
Anstieg für das vergangene Jahrhundert 15 bis 20 Prozent betrug (SCHMIDLI et al. 2002). Am stärksten betroffen
sind der Westen und der Norden des
Landes (FREI und SCHAER 1998;
SCHMIDLI et al. 2002). Allerdings ist es
im Winter in der Schweiz – mit Ausnahme eines kleinflächigen Gebiets im
südlichen Wallis – trotzdem immer
noch sehr viel trockener als im Sommer (BAERISWYL und REBETEZ 1997).
Für die übrigen Jahreszeiten zeigt
die Tendenz in der Schweiz (mit Ausnahme der Ostschweiz), eine Abnahme
der Niederschläge im Sommer, besonders was deren Häufigkeit angeht, und
eine Zunahme im Herbst (mit Ausnahme der Alpensüdseite) und im Frühling (SCHMIDLI et al. 2002). In Anbetracht der von Jahr zu Jahr möglichen
hohen Schwankungsbreite sind aber
die bisherigen Ergebnisse der Erhebungen noch relativ unbedeutend.
In der Schweiz hat sich die Anzahl
extremer Niederschlagsereignisse schon
auffallend verändert (FREI et al. 1998;
FREI und SCHAER 2001). Einerseits
häufen sich heftige, einige Stunden bis
einige Tage andauernde Niederschläge,
andererseits gibt es mehr und intensivere Trockenperioden. Insbesondere
Forum für Wissen 2006
im Tessin mehren sich vor allem seit
den 1980er Jahren zwischen November
und März die Trockenperioden, während deren über zwei bis drei Monate
insgesamt höchstens 10 mm Regen fallen (REBETEZ 1999; REINHARD et al.
2005). Die ausbleibenden Niederschläge, verbunden mit einer Föhnwetterlage, erhöhen darüber hinaus das dort zu
dieser Jahreszeit ohnehin bestehende
Waldbrandrisiko (REINHARD et al.
2005). Im Herbst (ab Mitte August)
und Winter haben extreme Niederschlagsereignisse in der ganzen
Schweiz unverkennbar zugenommen
(FREI und SCHAER 2001). Hingegen
gibt es, was Frühjahr und Sommer betrifft, keine homogene Tendenz (FREI
und SCHAER 2001).
Alle regionalen Modelle deuten darauf hin, dass in Europa nördlich des 45.
Breitengrades die Erwärmung im Winter mit einer Zunahme von extremen
Niederschlagsereignissen einhergehen
wird, während es südlich dieser Grenze
keine Veränderung oder eher eine Abnahme dieser Ereignisse geben wird
(FREI et al. 2006). In Nordeuropa werden Extremereignisse, wie sie in der
Vergangenheit etwa alle vierzig bis
hundert Jahre einmal vorkamen, bei
wärmerem Klima alle zwanzig Jahre
möglich (FREI et al. 2006). Bei den Voraussagen für den Sommer sind die Aussagen der Modelle noch widersprüchlich. Alle Experten sind sich hingegen
darüber einig, dass es zu einer Zunahme der extremen Niederschlagsereignisse kommen wird, ohne dass die gesamte Niederschlagsmenge dabei im
gleichen Verhältnis zunimmt (FREI et
al. 2006).
Unabhängig von der Zunahme extremer Niederschlagsereignisse könnten die steigenden Temperaturen durch
die Verschiebung der Schneegrenze
auch die Auswirkungen einzelner
Starkniederschläge
verschlimmern.
Wenn die Schneegrenze niedrig liegt,
bleibt ein Teil der Niederschläge als
Schnee liegen und speist somit vorläufig nicht die Flüsse. Die allgemeine
Verschiebung der Schneegrenze nach
oben wird sich auch im 21. Jahrhundert
fortsetzen. Dieser Prozess wird verstärkt bei gleich bleibenden Niederschlägen sofort zu einer Erhöhung der
abfliessenden Wassermenge und zu
Hochwasser in Tallagen führen.
Auch wenn zahlreiche Indikatoren
übereinstimmend eine Zunahme von
regenarmen Perioden anzeigen, ist es
auf Grund der starken Unbeständigkeit dieses Parameters schwierig, eine
klare Tendenz nachzuweisen. Kein
Zweifel besteht hingegen an der Tatsache, dass die Erhöhung der Temperaturen an sich schon zur Zunahme von
Dürreperioden beiträgt (WETHERALD
und MANABE 2002; DAI et al. 2004; NICHOLLS 2004), da hohe Temperaturen
die Verdunstung verstärken. Regionen
mit problematischen Trockenperioden
werden also durch die Temperaturerhöhung in Zukunft noch mehr unter
Wasserknappheit leiden, selbst wenn
die Niederschlagsmenge dort nicht abnimmt.
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Abstract
Temperature and precipitation trends in Switzerland
During the 20th century, worldwide temperatures have increased by 0.7°C. The
1990's was the warmest decade but temperatures should become even higher during the first decade of the 21st Century: 5 among the 6 warmest years were measured between 2001 and 2005. In Switzerland, temperature trends are stronger
than on a global scale: an increase of 1.3 to 1.7°C was recorded during the 20th
century on the northern side of the Alps, 1.0°C on the southern side respectively.
Climate models expect increasing strong precipitation events, in Switzerland as
well as worldwide along with an increasing variability of precipitation, in general.
This means that stronger precipitation as well as more drought events must be expected in the future. In Switzerland, an increase in the frequency of drought episodes can already be noticed on the southern side of the Alps.
Keywords: climate, climate change, precipitation, Switzerland, temperature change
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