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Klimawandel im täglichen Wetter erkennbar

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Klimaforscherinnen und ‑forschern ist es gelungen, in der Beobachtung der weltweiten täglichen Wetterbedingungen Anzeichen des Klimawandels zu finden. Dass der Klimawandel mittlerweile auch im täglichen Wetter erkennbar ist, erschüttert ein seit Langem als gegeben geltendes Modell, wonach meteorologische Ereignisse und Klima zwei klar getrennte Dinge sind. Diese Forschung wurde an der ETH Zürich und an dem von der EPFL mitgeleiteten Swiss Data Science Center durchgeführt.

Im Oktober 2019 haben Meteorologen in Utah die tiefste je im Oktober in den USA (mit Ausnahme Alaskas) festgestellte Temperatur gemessen: ‑37,1 °C. Da der vorherige Rekordwert für Oktober bei ‑35 °C lag, stellten sich viele Menschen die Frage nach dem Klimawandel. Klimaforscherinnen und Klimaforscher antworteten bisher immer, Klima und Wetter seien zwei unterschiedliche Dinge. Das Klima entspreche langfristigen Bedingungen und das Wetter kurzfristigen Ereignissen. Da die örtlichen Wetterbedingungen stark schwanken, kann es jedoch an einem bestimmten Ort trotz der langfristigen Erderwärmung extrem kalt sein. Kurz gesagt: Die lokalen Wetterschwankungen verdecken den langfristigen Trend des weltweiten Klimas.

Paradigmenwechsel

Eine unter der Leitung von Reto Knutti, Professor an der ETH Zürich, geleitete Gruppe hat kürzlich die Temperaturmessungen und ‑modelle neu analysiert und festgestellt, dass die Aussage «Wetter ist nicht gleich Klima» nicht mehr gilt. Gemäss den Forscherinnen und Forschern ist die klimatische Manifestation, d. h. der langfristige Temperaturanstieg, in den täglichen Wetterdaten wie Temperatur und Feuchtigkeit der Luft an der Oberfläche sichtbar, sofern die Schemen der räumlichen Verteilung berücksichtigt werden.

Im Klartext: Es ist möglich, trotz der globalen Klimaerwärmung im Oktober in den USA einen Negativtemperaturrekord zu messen. Wenn man gleichzeitig in anderen Regionen überdurchschnittlich hohe Temperaturen feststellt, ist die Abweichung praktisch bedeutungslos. «Die Tatsache, dass in den täglichen Wetterereignissen Anzeichen des Klimawandels zu entdecken sind, erfordert eine weltweite statt eine regionale Betrachtung», sagt Sebastian Sippel, Postdoktorand im Forschungsteam von Prof. Knutti.

«Fingerabdruck» des Klimawandels

Um die Anzeichen des Klimawandels in den täglichen Wetterdaten zu entdecken, haben Sippel und seine Kolleginnen und Kollegen statistische Lernmethoden genutzt, mit denen sie Simulationen mit Klimamodellen und Daten von Wetterstationen verbinden können. Dank dieser Techniken kann aus der Kombination der Temperaturen aus verschiedenen Regionen sowie dem Verhältnis zwischen erwarteter Erwärmung und Variabilität der «Fingerabdruck» des Klimawandels gewonnen werden. Über die systematische Auswertung der Klimamodellsimulationen kann der «Fingerabdruck» des Klimawandels in den Messgebieten an jedem beliebigen Tag nach dem Frühling 2012 weltweit ermittelt werden.

Der Vergleich zwischen der Variabilität der mittleren lokalen und globalen Tagestemperatur zeigt, weshalb die globale Sichtweise wichtig ist. Während die lokal gemessenen mittleren Tagestemperaturen stark variieren können (auch unter Ausklammerung der saisonalen Zyklen), weisen die weltweit gemessenen mittleren Tagestemperaturen nur eine geringe Schwankungsbreite auf.

Vergleicht man die entsprechende Verteilung der weltweiten mittleren Tageswerte von 1951 bis 1980 mit den Jahren 2009 bis 2018, sind die Gauss’schen Kurven nur wenig deckungsgleich. Der «Fingerabdruck» des Klimawandels ist in den globalen Werten gut sichtbar, während er in den lokalen Werten versteckt ist, weil sich die Verteilung der mittleren Tageswerte in den beiden Zeiträumen stark überschneidet.

«Diese Informationen könnten beispielsweise für spätere Studien genutzt werden, um die Entwicklung der Wahrscheinlichkeit extremer Wetterphänomene wie regionale Kältewellen zu quantifizieren.»

Anwendung auf den Wasserkreislauf

Diese Entdeckungen könnten bedeutende Auswirkungen auf die Klimawissenschaft haben. «Weltweit gesehen liefert das Wetter wichtige Informationen über das Klima», betont Prof. Knutti. «Diese Informationen könnten beispielsweise für spätere Studien genutzt werden, um die Entwicklung der Wahrscheinlichkeit extremer Wetterphänomene wie regionale Kältewellen zu quantifizieren.

Da solche Untersuchungen auf Modellrechnungen beruhen, könnte unser Ansatz einen globalen Kontext für den «Fingerabdruck» des im Rahmen solcher regionaler Kältewellen beobachteten Klimawandels bieten. Dadurch entstehen neue Möglichkeiten für die Kommunikation über regionale Klimaereignisse im Zusammenhang mit der Erderwärmung.»

Diese Studie ist das Ergebnis einer Forschungszusammenarbeit der beiden Eidgenössischen Technischen Hochschulen und dem von ihnen gemeinsam geleiteten Swiss Data Science Center (SDSC). «Sie zeigt, wie sehr die Methoden der Datenwissenschaft helfen können, gewisse Umweltfragen zu beantworten, und das SDSC hat sich diesbezüglich als sehr hilfreich erwiesen», erklärt Prof. Knutti.

Mit den Methoden der Datenwissenschaft können die Forscherinnen und Forscher nämlich nicht nur zeigen, wie bedeutend die Rolle des Menschen ist, sondern auch, in welcher Region der Erde der Klimawandel besonders ausgeprägt und im Frühstadium feststellbar ist. Dies ist von entscheidender Bedeutung für den Wasserkreislauf, der von Natur aus grosse tägliche und jährliche Schwankungen aufweist. «In Zukunft sollten wir die vom Menschen verursachten, mit traditionellen Statistiken schwer zu ermittelnden Schemen und Trends in anderen, komplexeren Messparametern wie den Niederschlägen entdecken können», erklärt der Professor abschliessend.

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