Der meteorologische Herbst 2024 hat längst Bergfest gefeiert und auch phänologisch befinden wir uns bereits im Spätherbst. Typischerweise wäre es an der Zeit, dass der Winter eine erste Stippvisite bei uns macht, zumindest in Form erster nennenswerter Nachtfröste (siehe dazu das Thema des Tages vom 26.10.2024). Doch das Winterwetter macht sich bisher noch rar, bis auf ganz vereinzelten leichten Frost abgesehen ist von Winterwetter hierzulande noch keine Spur zu sehen.

Doch Anfang November kommt tatsächlich etwas Bewegung ins Spiel, zumindest, wenn man über den sprichwörtlichen Tellerrand schaut. Über Nordwesteuropa bringt sich ein kräftiges Hoch in Stellung, das sich weit nach Norden bis zum Nordmeer ausdehnt. Zwischen dem Hoch und einem nach Nordwestrussland ziehenden und sich verstärkenden Tiefdruckkomplex dreht die Strömung über weiten Teilen Nord- und Osteuropas von westlichen auf nordwestliche bis nördliche Richtungen. Dadurch kommt es zu einem ersten großflächigen Ausbruch arktischer Kaltluft. Abbildung 1 zeigt einen Vergleich des Bodenluftdruck und der Fronten sowie der Temperaturverhältnisse in ca. 1500 m Höhe vom Dienstagabend (29.10.) und von Samstagmittag (02.11.). Man erkennt schön, wie sich eine Kaltfront über Nordeuropa auf den Weg gen Süden macht. Hinter ihr werden weite Teile von Nord- und Nordosteuropa von Kaltluft geflutet. Die Temperaturen gehen in 1500 m Höhe auf -5 bis -10 °C zurück, teils auch darunter. Das sind charakteristische Werte für eine spätherbstliche Arktikluft.

Diese macht sich auch am Boden bemerkbar. Als Beispiel soll an dieser Stelle die Temperaturentwicklung in Oulu in Finnland gezeigt werden (Abbildung 2). Man sieht schön, wie die Temperatur von anfänglich rund +5 °C Mittwochfrüh (30.10.) auf Werte zwischen -2 und -6 °C am Freitag (01.11.) absinkt. Dazu kommt es zu Niederschlägen, die als Schnee fallen. Vom Skandinavischen Gebirge über Mittelschweden und Finnland bis nach Nordwestrussland bildet sich eine mehr oder weniger mächtige Schneedecke aus (siehe Abbildung 3).

Die Kaltfront kommt voraussichtlich auch bis Deutschland voran, sodass zumindest im Norden und Osten des Landes Kaltluft einfließt, wenn auch in deutlich abgeschwächter Form. Zumindest aber besteht die Möglichkeit, dass es verbreiteter zu leichtem Nachtfrost kommt. Landesweite Fröste oder gar Schnee bleiben aber weiter aus. Der Winter befindet sich also in Lauerstellung, ziert sich aber, Deutschland einen ersten Besuch abzustatten.

Dipl.-Met. Adrian Leyser
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 29.10.2024
Copyright (c) Deutscher Wetterdienst

Vor einigen Wochen gab es von Österreich über Tschechien bis nach Polen noch nie zuvor beobachtete Regenmengen. „Ist das schon der Klimawandel?“ oder „Ist das eine Folge der Erderwärmung?“ Mit diesen oder ähnlichen Fragen wurden wieder viele Meteorologen und Klimaforscher konfrontiert, wie immer bei extremen Wetterlagen. Nicht nur Freunde und Bekannte, die selbst von einem Extremwetter heimgesucht wurden oder wenn in den Nachrichten mal wieder von Unwettern berichtet wird, interessieren sich hierfür. Bei den verheerenden Flutkatastrophen im Juli 2021 im Ahrtal oder im östlichen Mitteleuropa vergangenen September ergriffen Klimaaktivisten und selbst Politiker unterschiedlicher Parteien die Chance, im Wahlkampf diese Tragödien als eindrucksvolle Beispiele zu verwenden, um eine nachhaltigere und engagiertere Klimapolitik zu fordern. Aber ist das wirklich so, dass diese Naturkatastrophen klare Zeichen für den bereits stattgefundenen Klimawandel sind? Im haben wir bereits erklärt, dass man es sich so einfach nicht machen darf.

Manch einem mag es vielleicht so vorkommen, es gäbe heutzutage im Sommer nur noch Extreme. Mal sind es verheerende Überschwemmungen, mal unerträgliche Hitzewellen oder langanhaltende Dürreperioden. Doch haben sich tatsächlich bereits heute Wetter und Klima hin zu häufigeren und zunehmend schlimmeren Extremereignissen verändert? Werden sich diese mit fortschreitender Erderwärmung weiter verschlimmern? Diesen Fragestellungen gehen die Klimawissenschaften mit sogenannten „Attributionsstudien“ nach. Dabei handelt es sich um ein noch junges Forschungsfeld, welches wir heute vorstellen wollen.

Der Begriff „Attribution“ kommt aus dem Lateinischen und bedeutet so viel wie „Zuordnung (von Zusammenhängen)“. In der Klimaforschung wird konkret untersucht, ob der fortschreitende Anstieg der globalen Lufttemperatur bereits heutzutage zu einer geänderten Häufigkeit von Extremereignissen geführt hat. Dazu blickt man mit Klimamodellen mehrere Tausend Jahre in die Vergangenheit zurück. In diesen Simulationen werden die klimatischen Bedingungen in vergangenen Zeiten, für die es keine (präzisen und flächendeckenden) Messungen gibt, künstlich erzeugt. Da Wetter- und Klimaextreme per Definition selten auftreten, benötigt man für belastbare statistische Aussagen einen derart langen Zeitraum.

Für den notwendigen Vergleich zwischen dem Klima der Vergangenheit, den heutigen klimatischen Verhältnissen und denen der Zukunft wird ein weiterer wissenschaftlicher Kunstgriff vollzogen. Sämtliche Simulationen des vergangenen Klimas werden zunächst nur mit natürlichen Klimaantrieben durchgeführt (z.B. Vulkanausbrüche, Änderung der solaren Einstrahlung, …). So erhält man die klimatischen Verhältnisse, die sich ohne den Einfluss des Menschen entwickelt hätten. Anschließend berücksichtigt man in den Klimasimulationen zusätzlich anthropogene (d.h. vom Menschen verursachte) Einflüsse wie den Ausstoß von Treibhausgasen (z.B. CO2, Methan), um ein realitätsnahes Klima zu berechnen.

Um die Bandbreite der natürlichen Variabilität von Extremereignissen abschätzen zu können, werden diese Simulationen mehrfach durchgeführt. So erhält man einen ausreichend großen Datensatz für statistische Analysen. Durch den direkten Vergleich der Klimata mit und ohne anthropogenen Einfluss lassen sich etwaige Unterschiede bezüglich der Häufigkeit von Wetter- oder Witterungsextremen dem menschlichen Handeln „zuordnen“. Damit wären wir zurück bei der namensgebenden „Attribution“. Die Studien basieren also auf einem „Ursache-Wirkungs-Prinzip“. Die Auswertung erfolgt in der Regel in Form einer Auszählung aller dem aktuellen Wetterphänomen (z.B. eine Hitzewelle) sehr ähnlichen Ereignisse. Mit dieser Methode kann man geänderte Eintrittswahrscheinlichkeiten eines betrachteten Extremereignisses im Vergleich zur vorindustriellen Zeit bestimmen und diese dem Klimawandel zuordnen. Für eine Einschätzung der zukünftig zu erwartenden Verhältnisse können Simulationen unter Hinzunahme der anthropogenen Treibhausgasemissionen aus unterschiedlichen Klimaszenarien durchgeführt und im Hinblick auf Extremereignisse ausgewertet werden.

Bei Attributionsstudien muss allerdings beachtet werden, ob die eingesetzten Klimamodelle überhaupt in der Lage sind, die untersuchten Extremereignisse realitätsgetreu abzubilden. Analysen von kleinräumigen Phänomenen wie Gewitter mit Starkregen sind erst seit der Entwicklung der neuesten Generation der sogenannten konvektionserlaubenden regionalen Klimamodelle möglich. Diese Modellrechnungen sind allerdings rechentechnisch äußerst aufwändig und erfordern sehr leistungsstarke Großrechner.

Zusammengefasst geben uns die Erkenntnisse aus der Attributionsforschung also Aufschluss über den tatsächlichen Einfluss des Klimawandels auf Extremereignisse. Mit ihnen kann selbst für individuelle Extremwetterlagen analysiert werden, ob und in welchem Maße der Klimawandel deren Intensität beeinflusst hat und ob die Eintrittswahrscheinlichkeit für solche Ereignisse bereits zugenommen hat.

Weltweit besteht für diese Thematik bei Politik und Gesellschaft ein sehr hohes Interesse, weil die Attributionsforschung auch dazu dienen kann, Aussagen für die Zukunft abzuleiten. So helfen sie politischen Entscheidungsträgern bei der Konzipierung von Klimaanpassungsstrategien und ermöglichen es uns, die Veränderung von Extremereignissen bei unterschiedlichen Klimaprojektionen abzuschätzen (z.B. bei Einhaltung des 2-Grad-Ziels oder beim Verfehlen dieses).

Im dritten und letzten Teil dieser Themenreihe stellen wir demnächst die wesentlichen Ergebnisse von Attributionsstudien zu Extremwetterlagen der jüngeren Vergangenheit vor.

Dr. rer. nat. Markus Übel (Meteorologe)
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 27.10.2024
Copyright (c) Deutscher Wetterdienst

2021: Flutkatastrophe im Ahrtal; 2022: Dürre und Hitze bis 40 Grad in Deutschland; 2024: mehrfach Rekordniederschläge, zuerst im Saarland und der Pfalz (Mai), gefolgt von Süddeutschland (Juni) und gegipfelt im östlichen Mitteleuropa (September). „Ist das schon der Klimawandel?“ oder „Ist das eine Folge der Erderwärmung?“ Diese oder ähnliche Fragen brennen vielen unter den Fingernägeln. So sicher wie das Amen in der Kirche werden wir Meteorologen bei jedem Extremwetter – seien es unerträgliche Hitze, langanhaltende Dürreperioden, Stürme oder Starkregen – immer aufs Neue gefragt, ob diese Extreme bei uns oder anderswo auf der Welt bereits Auswirkungen des Klimawandels sind. Freunde und Verwandte interessieren sich hierfür genauso wie Journalisten oder Politiker.

Nicht selten haben sich die Fragenden vorher schon ihre eigene Meinung dazu gebildet. Klimaskeptiker bringen als Argumente gegen den Klimawandel gerne an, dass es solche extremen Wetterereignisse schon immer gegeben habe und dass man ohnehin von einem einzelnen Wetterereignis nicht auf das Klima oder eine Veränderung dessen schließen könne – womit sie nicht ganz unrecht haben. Klimaaktivisten, aber auch einige Politiker halten dagegen, dass diese Wetterextreme bereits eindeutige Zeichen des Klimawandels seien und nehmen diese als Mahnmale, wie dringend wir etwas gegen die fortschreitende Erderwärmung unternehmen müssen. Auch die zweite Gruppe hat mit ihrer Einschätzung nicht ganz unrecht. Wie kann das sein? Es können doch nicht beide derart gegensätzlichen Ansichten irgendwie richtig sein!

Zunächst einmal muss man wissen, dass es sich bei Wetter und Klima um zwei komplett unterschiedliche Zeiträume handelt, die man so nicht direkt miteinander vergleichen kann. Wetter ist das, was wir Menschen aktuell spüren können wie die wärmende Sonnenstrahlung oder nasse Regentropfen auf der Haut, Wind der uns um die Ohren pfeift oder ob wir frieren oder schwitzen. Wetter ist also hochgradig variabel und verändert sich von Tag zu Tag und manchmal sogar von Minute zu Minute. Beim Klima handelt es sich hingegen um den gemittelten Zustand der Atmosphäre über einen Zeitraum von mindestens 30 Jahren. Um also feststellen zu können, ob sich das Klima global oder in einer bestimmten Region verändert, kann man verschiedene 30-Jahres-Zeiträume miteinander vergleichen. Bei der mittleren Temperatur zeigt sich beispielsweise ein klarer Trend hin zu höheren Werten.

Bei Wetterextremen wie Hitzewellen, Dürren oder Starkregen wird die Sache deutlich komplizierter. Gerade weil das Wetter so veränderlich ist, gab es schon immer extreme Wetterereignisse und sie wird es auch in Zukunft weiterhin geben. Daher haben Klimaskeptiker pauschal gesehen zwar recht, dass man ein EINZELNES Extremereignis nicht so leicht auf den Klimawandel schieben kann. Allerdings darf man es sich so einfach nicht machen. Es könnte ja sein, dass bei einer vergleichbaren Wetterlage in der vorindustriellen Zeit das Wetter weniger extrem verlaufen wäre oder dass im Zuge der Klimaveränderung bestimmte Wetterextreme häufiger auftreten. Oder anders ausgedrückt: Was früher extrem war, könnte in Zukunft möglicherweise zur Normalität werden.

Um herauszufinden, ob oder inwieweit die fortschreitende Erderwärmung die Häufigkeit und Eigenschaften extremer Wetterereignisse bereits verändert hat, reicht eine Auswertung der bisherigen weltweiten Wetteraufzeichnungen leider nicht aus. Wetterextreme sind nämlich per Definition selten und je extremer sie sind, desto seltener werden sie. Für ein Wetterereignis, das statistisch gesehen an einem bestimmten Ort nur alle 100 Jahre oder sogar noch seltener auftritt, reichen die Messzeitreihen nicht lange genug in die Vergangenheit zurück, um belastbare statistische Aussagen über den Zusammenhang zwischen Wetterextremen und Klimaveränderung treffen zu können. Dabei kommt noch erschwerend hinzu, dass das Klima neben den vom Menschen verursachten Veränderungen auch natürlichen Schwankungen unterliegt, was eindeutige Aussagen über die Veränderung von Extremereignissen schwierig macht.

Sie merken also, mit Beobachtungen alleine kommen wir bei der Beantwortung unserer eingangs gestellten Fragen nicht weiter. Eine geeignete Lösung bietet hingegen die sogenannte „Attributionsforschung“. Sie beruht auf einer Ursache-Wirkungs-Beziehung. Im Bereich der Klimaforschung versucht man mithilfe von aufwändigen Klimamodellsimulationen abzuschätzen, inwieweit anthropogene (also vom Menschen verursachte) Klimaveränderungen das Auftreten, die Häufigkeit und Intensität von meteorologischen und klimatologischen Extremereignissen beeinflussen und mit fortschreitender Erderwärmung weiter verändern.

Wie man bei solchen Attributionsstudien vorgeht, erklären wir im nächsten Teil dieser Reihe. Zuletzt stellen wir einige Ergebnisse von Studien vor. Damit zeigen wir, dass dieser Forschungsbereich zumindest teilweise die Frage beantworten kann, ob ein bestimmtes Extremwetter in gewissem Maße eine Folge des vom Menschen verursachten Klimawandels ist.

Dr. rer. nat. Markus Übel (Meteorologe)
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 25.10.2024
Copyright (c) Deutscher Wetterdienst

Streift man dieser Tage durch die Natur, so leuchten die Blätter der Bäume in allen möglichen Farben von Gelb über Orange zu Rot, Braun und teils auch noch zu Grün. Die nächsten Tage versprechen zudem in einigen Teilen Deutschlands (leider nicht in allen) längeren Sonnenschein bei weiterhin meist milden Temperaturen mit Höchstwerten von 11 bis 18 Grad. Das ist das perfekte Zusammenspiel für den goldenen Oktober! Warum aber verfärben sich die Blätter der Bäume jetzt überhaupt und fallen dann zu Boden?

Blattverfärbungen

Blattverfärbungen werden im Herbst ausgelöst, wenn der Sonnenstand immer niedriger und die Tageslänge immer kürzer werden und vor allem die nächtlichen Temperaturen in den einstelligen Bereich sinken. Dabei sollte es mehrere sehr kühle Nächte hintereinander geben. Ist es soweit, wird der in den grünen Blättern vorherrschende Farbstoff Chlorophyll schneller abgebaut. Der Baum zerlegt diesen in seine Bausteine und holt es in die dicken Äste und den Stamm zurück. Dort werden sie bis zum nächsten Frühjahr eingelagert und dann wiederverwertet. Blattverfärbungen stellen sich also nicht nur aufgrund der kürzeren Tage ein, sondern auch im Zusammenhang mit der aktuellen Witterung.

In diesem Herbst sorgte die Witterung mit teils schon kalten Nächten für ein zeitlich fast passendes Eintreffen der Blattverfärbung. Anhand der aktuellen phänologischen Uhr (weitere Informationen zur Phänologie ) lässt sich ablesen, dass die Leitphase für den Spätherbst mit der Blattverfärbung der Stieleiche üblicherweise um den 19. Oktober herum einsetzt (Mittel der Jahre 2011 bis 2023). In diesem Jahr wurde dafür der 21. Oktober gemeldet, also der vergangene Montag. Die aktuelle Blattverfärbung hält sich folglich recht eng an den Fahrplan der letzten 13 Jahren.

Blattfall

Als nächstes steht der Blattfall an, der zum Teil auch schon eingesetzt hat. In der Phänologie wird als Leitphase der Blattfall der Stieleiche für den beginnenden Winter ermittelt. Diese Leitphase beginnt im Mittel am 7. November eines Jahres, also etwa 3 Wochen nach der Blattverfärbung.

Ob sich die Natur in den nächsten Wochen weiter an den Fahrplan der vergangenen Jahre hält, bleibt abzuwarten. Das meist milde und sonnige Wetter der nächsten Tage könnte weiterhin für eine kleine Verzögerung sorgen.

Die alte Bauernregel, die besagt: „Hängt das Laub bis November hinein, wird der Winter lange sein“ lässt sich übrigens nicht belegen. Sie steht wissenschaftlich auf sehr wackeligen Beinen. Wie der Winter wird, können uns die Bäume auch heute leider noch nicht verraten.

Dipl.-Met. Simon Trippler
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 23.10.2024
Copyright (c) Deutscher Wetterdienst

Das National Hurricane Center (NHC), eine Abteilung des Nationalen Wetterdienstes der USA, überwacht den Nordatlantik hinsichtlich der Bildung und Verlagerung von tropischen Stürmen. Am vergangenen Samstag, den 19. Oktober 2024, deuteten zwei „X“ auf der Karte auf zwei Regionen hin, die unter Beobachtung standen, weil dort eine erhöhte Gewitteraktivität vorhanden war. Beiden „Systemen“ wurde eine geringe bis mittlere Entwicklungschance zu einem tropischen Sturm innerhalb der nächsten zwei Tage gegeben. Nur einige Stunden später wurde kommuniziert, dass im Nordteil der Karibik nicht nur eine tropische Depression oder ein tropischer Sturm, sondern ein Hurrikan aktiv war und in Kürze Land bedrohte. Wie kam es zu dieser rasanten Entwicklung?

Über den Ozeanen stehen uns Meteorologen nur wenige direkte Messungen vor Ort zur Verfügung. Diese stammen von Schiffen oder Bojen. Eine andere Datenquelle sind Satelliten, die die Region zum Teil rund um die Uhr im Blick haben (geostationär) und zum anderen Teil die Erde umkreisen (polarumlaufend) und dementsprechend nur im Abstand mehrerer Stunden für eine bestimmte Region Daten liefern. Ein solcher Überflug eines polarumlaufenden Satelliten sowie die Daten eines geostationären Satelliten unter Tageslicht führten zu einer Neubewertung des Gewitterkomplexes. Anders als bisher angenommen war dies keine unorganisierte Zusammenballung von Schauern und Gewittern, sondern in Kreisen angeordnete Konvektion. Dies war ein starker Hinweis, dass ein geschlossenes Windfeld vorhanden war. Die Daten deuteten nun auf ein Tief in Sturmstärke hin. Aus der geringen Wahrscheinlichkeit wurde also ein tropischer Sturm, OSCAR.

Aufgrund der überraschenden Entwicklung wurde kurzfristig eine Aufklärungsmission durch die NOAA Hurricane Hunters geflogen. Diese fanden aber keinen tropischen Sturm, sondern einen Hurrikan mit einer mittleren Windgeschwindigkeit von knapp 140 km/h vor. Nur wenige Stunden nachdem OSCAR offiziell „geboren wurde“, wurde er zum Hurrikan hochgestuft. Diese Entwicklung war aber sehr wahrscheinlich nur in unseren Daten und nicht in der Realität so abrupt. OSCAR war recht sicher schon deutlich vor der offiziellen Hochstufung ein Sturm bzw. Hurrikan.

Zusätzliche Brisanz gewann die plötzliche Hochstufung durch die Nähe zu den Turks– und Caicosinseln nördlich von Haiti und der Dominikanischen Republik. Einen Teil dieser Inseln überquerte OSCAR auf seinem Weg nach Westen bzw. Südwesten und in der Nacht zum Montag erreichte er den Osten Kubas. Von dort soll sich OSCAR, mittlerweile zum tropischen Sturm abgeschwächt, in den kommenden Tagen auf nordöstlicher Zugbahn erneut über Teile der Großen Antillen hinwegbewegen.

Doch wie konnte OSCAR sich fast unbemerkt zum Hurrikan entwickeln? Einer der beiden Hauptgründe wurde schon genannt: die dünne Datenlage für die Region zu diesem Zeitpunkt. Ein anderer Grund war die Größe von OSCAR. OSCAR war ein sehr kleiner Sturm und kleine Stürme sind deutlich schwieriger zu detektieren. Zum Zeitpunkt, als die Hurricane Hunter mit ihrem Flugzeug das Auge OSCARS durchflogen, war es kaum größer als das rekordkleine Auge von Hurrikan WILMA (2005) und hatte das kleinste Auge der diesjährigen Hurrikansaison. Eine Folge der fehlenden Messdaten aus dieser Region war das Fehlen des Sturms in den Wettermodellen. Die Qualität der Simulation von Wettermodellen hängt sehr stark von der Qualität und Quantität der zur Verfügung stehenden Messdaten zum Startpunkt des Modells ab. Die fehlenden Hinweise durch die Wettermodelle waren sehr wahrscheinlich ein Grund für die konservative Einschätzung des Systems durch das NHC.

Dieser Fall zeigt, dass es selbst im Jahr 2024 auf kurzer Zeitskala zu größeren Überraschungen und Abweichungen zwischen der Realität und den Wettermodellen kommen kann, wenn der Ist-Zustand in den Modellen nur unzureichend erfasst wird.

MSc.-Meteorologe Thore Hansen
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 21.10.2024
Copyright (c) Deutscher Wetterdienst