ClimXtreme II

Im Vergleich zu den vergangenen Jahrzehnten haben Intensität und Häufigkeit von Hitzewellen in Deutschland zugenommen. Auch Trockenperioden scheinen in den vergangenen Jahren während der Vegetationszeit häufiger aufzutreten und länger anzudauern [1]. Diese Entwicklung reiht sich in globale Trends durch den anthropogenen Klimawandel ein. Auch der Weltklimarat (IPCC) berichtet im Sechsten Sachstandsbericht von einer Zunahme von Hitzewellen in den meisten Landregionen der Welt und einer tendenziellen Zunahme von landwirtschaftlichen und ökologischen Dürren in West- und Mitteleuropa [2].

Trends

In ClimXtreme-Phase I (2020-2023) analysierten DYNPROHEAT ("The role of multi-scale dynamical processes in shaping recent and future extreme heat waves over Germany") in diesem Zusammenhang Hitzewellen in Europa zwischen 1979 und 2019 mithilfe normalisierter Hitzeindizes, um Hitzewellen besser miteinander vergleichen zu können [3].

PERSEVERE notieren einen deutlich verstärkten Trend in der Zunahme von Hitzewellen für Mitteleuropa verglichen mit anderen Regionen auf dem gleichen nördlichen Breitengrad. Sie identifizieren die Bildung eines Doppeljets als entscheidenden Faktor in diese Verstärkung. [4]

In ClimXtreme-Phase II (2023-2026) prognostizieren DecHeat2 (A8, "Zuschreibung der dekadischen Variabilität von extremer Hitze und Trockenheit in Europa"), dass extreme Hitze- und Dürrebedingungen, wie sie in Europa für das Ende des 21. Jahrhunderts erwartet werden, bereits in näherer Zukunft auftreten können. In den 2030er Jahren beträgt die Wahrscheinlichkeit für einzelne Jahre dieser Intensität bereits 10%. Die Atlantische Multidekadische Variabilität hat hier einen großen Einfluss. [5]

Mechanismen und Faktoren, die sich auf Hitzeextreme im Klimawandel auswirken

Nach einem extremen Wetterereignis fragen wir uns oft, welche Rolle der Klimawandel dabei gespielt hat. Die Antwort kann stark davon abhängen, wie das Ereignis definiert wird. 

• Wetterbedingungen

So haben beispielsweise viele neuere Studien zu Hitzewellen oder Starkregenereignissen nicht nur die Temperatur oder die Niederschlagsmenge berücksichtigt, sondern auch die Wetterbedingungen, die die beobachteten Extremwerte ermöglicht haben.

Im ersten Teil des Teilprojekts B1.1 „Coord“ (B1.1, "Fortgeschrittene Detektions-/Zuordnungsstudien") verfolgten die Forschenden einen systematischen Ansatz bei solchen bedingten Studien und verglichen diese mit unbedingten Studien. Eine wichtige Erkenntnis war, dass sich das Ergebnis der Analyse drastisch ändern kann, wenn die Wetterbedingungen das Klimawandelsignal abschwächen oder selbst ein solches Signal enthalten. Solche Fälle müssen sorgfältig berücksichtigt werden, bevor aus mehreren unterschiedlichen bedingten oder unbedingten Studien eine einheitliche Aussage abgeleitet wird. Im zweiten Teil des Projekts schlugen sie vor, vollständige Zeitreihen von Hitzewellen über einen nichtstationären Markov-Prozess dem anthropogenen Antrieb zuzuordnen, wodurch die Notwendigkeit entfällt, einzelne Extremereignisse zu definieren. Bei der Anwendung auf europäische Hitzewellen liefert dieser Ansatz schlüssige Belege für den menschlichen Einfluss in allen europäischen Regionen, der in erster Linie auf die allgemeine Verschiebung der Temperaturverteilung infolge der globalen Erwärmung zurückzuführen ist.

• Atmosphärische Zirkulationsmuster

Mit dem Ziel, probabilistische und physikalische Perspektiven zur Ursachenanalyse von Extremereignissen zu vereinen, kombinierte das Teilprojekt „Towards an improved description and attribution of the most extreme Central European Heat Waves“ (A5 DesAttHeat) Storyline-Simulationen und Wetter-Analoga historischer Ereignisse, um zu verstehen, wie sich die globale Erwärmung auf Extremereignisse auswirkt. Durch die Festlegung des großräumigen Wettermusters zeigte sich, dass ähnliche atmosphärische Zirkulationsmuster zwar weiterhin auftreten können, in einem wärmeren Klima jedoch zu häufigeren und intensiveren Hitzewellen führen. Dies deutet darauf hin, dass neben Veränderungen in der atmosphärischen Zirkulation auch steigende Hintergrundtemperaturen und andere kleinräumige Mechanismen eine entscheidende Rolle bei der Verstärkung künftiger Extremereignisse spielen.

Das Teilprojekt “Dynamical Systems perspective on weather regimes and heatwaves in a changing climate” (B3.7 DynSyTEx) fand heraus, dass Hitzewellen im Juli und August mit persistenteren atmosphärischen Zirkulationsmustern (blockierendes Hochdruckgebiet) verbunden sind und sich von Hitzewellen im Früh- und Spätsommer unterscheiden. Mit zunehmender globaler Erwärmung werden insbesondere Hitzewellen ab Juli bis in den Frühherbst häufiger auftreten. Zusätzlich dehnt sich der Zeitraum, in dem Hitzewellen mit besonders beständigen blockierenden Wetterlagen verbunden sind, bis in den Frühherbst aus.

• Ausdehnung des subtropischen Hochdruckgürtels

Während Hitzewellen in Europa häufig mit atmosphärischen Blockierungen in Verbindung gebracht werden, können sie jedoch auch durch Ausdehnungen des subtropischen Hochdruckgürtels in Richtung der Pole, sogenannte subtropische Hochdruckrücken, verursacht werden. DesAttHeat (A5, "Verbesserung der Darstellung und des Verständnisses der stärksten Hitzewellen in Mitteleuropa und Einfluss des Klimawandels") zeigten, dass diese beiden dynamischen „Varianten“ von Hitzewellen unterschiedliche Mechanismen der Wärmeentwicklung aufweisen. Darüber hinaus deuten laufende Analysen von Modellprognosen für ein wärmeres zukünftiges Klima darauf hin, dass subtropische Rücken im Sommer häufiger auftreten und eine wichtigere Rolle bei der Entstehung von Hitze spielen könnten.

• Regionale Aerosoltrends

Regionale Aerosoltrends können einen deutlichen Einfluss auf Hitzeextreme haben. PATTETA (B1.3, "Prozessbasierte Attribution von Extremtemperaturen zu anthropogenen Ursachen") zeigten, dass die nicht explizite Einbeziehung von Aerosolen in die statistische Attribution von Hitzeextremen zu Verzerrungen führen kann [6]. Diese kann durch Hinzufügen der regionalen optischen Aerosoldicke als zusätzliche Kovariate verringert werden. Darüber hinaus zeigte das Teilprojekt auf, dass regionale Reduzierungen anthropogener Aerosole die Wahrscheinlichkeit rekordbrechender Hitzeextreme verstärken [7].

Attribution

AXE_G_2 (B1.2, "Anwendung und Erweiterung des präoperativen Attributionssystems für Wetter- und Klimaextreme") führten eine probabilistische Attributionsstudie im Schnellverfahren für ein Hitze- und ein Dürreereignis durch und untersuchten dabei das Niederschlagsdefizit über Norddeutschland [8]. Es wurde kein signifikanter Trend festgestellt, der auf den anthropogenen Klimawandel zurückzuführen wäre. Im Gegensatz dazu zeigte die Hitzestudie, in der die Hitzetage im Juli 2025 analysiert wurden [9], einen starken anthropogenen Einfluss auf dieses Ereignis mit einem Temperaturanstieg von 1,6 °C (0,2 bis 2,9 °C) in den Klimamodellen und 4,2 °C (2,9 bis 5,9 °C) in den Beobachtungsdaten.

Auswirkungen

DecHeat2 (A8, "Zuschreibung der dekadischen Variabilität von extremer Hitze und Trockenheit in Europa") zeigen, dass beispiellose Extremereignisse im Zusammenhang mit Feuer und Wetter im Südwesten Europas mit einer stärkeren Bodentrockenheit im Frühjahr und positiven Anomalien der Meeresoberflächentemperatur (SST) in der Umgebung einhergehen als moderatere Extremereignisse. Die Bodenfeuchte in tieferen Schichten erweist sich als der dominierende Vorläufer, wobei die stärksten Signale bei langanhaltenden Ereignissen zu beobachten sind.

CROP4Europe (C03, "Kombinierte Wetterextreme und ihre Auswirkungen auf die Nutzpflanzen Europas") hat ein schnelles, KI-basiertes Tool zur Modellierung von Ernteerträgen entwickelt, das die Ertragsentwicklung für Körnermais und Sommergerste im gesamten europäischen Raum allein anhand täglicher Minimal- und Maximaltemperatur- sowie Niederschlagsdaten abbilden kann. Dadurch lassen sich genaue großräumige saisonale und klimabedingte Risikobewertungen deutlich schneller durchführen als mit dem ECroPS-Pflanzenwachstumsmodell, das als Referenz diente. Das Tool bildet wichtige Muster des Pflanzenwachstums so gut nach, dass es die operative Überprüfung von Ertragsabweichungen unterstützt, einschließlich der Identifizierung von Regionen mit potenziellen Ertragsverlusten aufgrund von Hitze- und Feuchtigkeitsstress. CROP4Europe verknüpft zudem die ermittelten Ernteerträge und Ertragsauswirkungen mit übergeordneten Klimafaktoren, wobei Indizes für Extremereignisse im Zusammenhang mit Hitze und Feuchtigkeit als Vermittler dienen. Dies hilft den Akteuren, nicht nur zu verstehen, wo Ertragsrisiken auftreten, sondern auch, welche Klimabedingungen diese Risiken möglicherweise verursachen, und unterstützt so die saisonale Berichterstattung, die Risikoüberwachung und zukünftige Folgenabschätzungen.

Melden Sie sich bei konkreten Fragen gerne mithilfe der hinterlegten Kontaktinformationen bei den Forschungsgruppen und bei allgemeinen Fragen über die Mailadresse info@climxtreme.de.