Was gegen Extremwetter wie Dürren und Starkregen zu tun ist

Der Klimawandel bringt mehr Extremwetterereignisse, von Dürren bis zu Überschwemmungen. Aktuelle Studien zeigen, wie diese zusammenhängen und welche vorbeugenden Maßnahmen zu treffen wären.

Der Klimawandel erhöht in vielen Teilen der Welt die Gefahr verheerender Wald- und Buschbrände. Besonders betroffen sind Regionen wie die Westküste Nordamerikas und die Ostküste Australiens. Verantwortlich dafür sind sogenannte Feuerwetterlagen – Wetterbedingungen wie hohe Temperaturen, geringe Luftfeuchtigkeit, starke Winde und geringe Niederschläge, die das Risiko für die Ausbreitung von Bränden massiv erhöhen. Ein internationales Forschungsteam unter Leitung des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) hat nun zusammen mit australischen Kolleginnen und Kollegen untersucht, wie sich die Feuerwettersaison in beiden Weltregionen verändert – mit alarmierenden Ergebnissen.

Das zentrale Ergebnis der Studie: Die Feuerwettersaison in Ost-Australien und West-Nordamerika überlappt zunehmend. Damit steigt nicht nur die Zahl der gleichzeitigen Brandereignisse auf beiden Kontinenten – es sinkt auch die Fähigkeit der betroffenen Länder, sich gegenseitig bei der Brandbekämpfung zu unterstützen. Wissenschaftler sprechen von einem strukturellen Risiko für die internationale Zusammenarbeit im Katastrophenschutz.

Mehr Brände, weniger Hilfe

Früher war es üblich, dass sich Kanada, die USA und Australien bei großflächigen Vegetationsbränden gegenseitig halfen. Personal, Löschflugzeuge und Ausrüstung wurden über den Pazifik geschickt – zum Beispiel, wenn in Nordamerika die Brandsaison zu Ende ging und in Australien gerade erst begonnen hatte. Diese Arbeitsteilung war möglich, weil sich die Hauptsaison in beiden Regionen kaum überschnitt: An der Westküste Nordamerikas lag die kritische Phase traditionell zwischen Juni und September, in Ostaustralien zwischen Dezember und Februar.

Doch das dazwischenliegende Zeitfenster wird kleiner. "Das liegt daran, dass die Waldbrandsaison in Ostaustralien immer früher im Frühjahr beginnt und sich damit zeitlich in die auslaufende Waldbrandsaison an der Westküste Nordamerikas schiebt", erklärt UFZ-Klimaforscherin Dr. Andreia Ribeiro, Erstautorin der aktuellen Studie. Für ihre Analyse nutzten die Forscherinnen und Forscher den Canadian Fire Weather Index (FWI), einen weltweit etablierten meteorologischen Indikator für das Waldbrandrisiko. Er basiert auf Faktoren wie Temperatur, Niederschlag, Windgeschwindigkeit und Luftfeuchtigkeit.

Anhand von Beobachtungsdaten aus den Jahren 1979 bis 2020 stellten die Forschenden fest, dass die Zahl der sogenannten "Feuerwettertage", an denen das Brandrisiko besonders hoch ist, in beiden Regionen seit Jahrzehnten zunimmt – und dass sich diese Tage immer häufiger zeitlich überschneiden. Der Zeitraum mit der höchsten Wahrscheinlichkeit für gleichzeitige Feuerwettertage liegt inzwischen zwischen Juli und Dezember. Der Trend ist eindeutig: Die Zahl dieser Überschneidungstage nimmt derzeit im Mittel um einen Tag pro Jahr zu.

Bis zu 29 zusätzliche Tage mit gleichzeitiger Brandgefahr

Doch damit nicht genug. Das Forschungsteam untersuchte auch, wie sich die Überlappung der Jahreszeiten in Zukunft entwickeln wird – unter verschiedenen Klimaszenarien. Mit Hilfe von vier Klimamodellen, die jeweils eine Vielzahl möglicher Klimaverläufe abbilden, wurde die Entwicklung bis zur Mitte des 21. Jahrhundert simuliert. Die Bandbreite der Projektionen ist beträchtlich: Je nach Ausmaß der globalen Erwärmung könnte es bis 2050 in beiden Regionen 4 bis 29 zusätzliche Tage pro Jahr geben, an denen gleichzeitig gefährliches Brandwetter herrscht.

Ein wichtiger Einflussfaktor auf das Feuerwetter war bisher die sogenannte El Niño Southern Oscillation (ENSO), ein Klimaphänomen, das die ozeanisch-atmosphärische Zirkulation im tropischen Pazifik beeinflusst. Während El Niño in Australien häufig Dürren und Hitzewellen auslöst, geht La Niña in Nordamerika meist mit besonders trockenen Bedingungen und eher kühlen Temperaturen einher. Normalerweise sind beide Wetterlagen gegenläufig, wodurch die Waldbrandgefahr zeitlich eher entkoppelt wurde. Doch auch hier zeichnet sich eine Verschiebung ab. "Trotz dieser normalerweise gegenläufigen Muster haben wir festgestellt, dass während einer starken Überlappung der Feuerwettertage die El-Niño-Bedingungen im Zentralpazifik besonders ausgeprägt sind", sagt Ribeiro.

Gleichzeitig verliert das System seine dominante Rolle. "Der Klimawandel führt überall zu höheren Temperaturen und in einigen Regionen zu mehr Trockenheit, während sich der El-Niño-Effekt kaum verändern wird", ergänzt Prof. Dr. Jakob Zscheischler, Klimaforscher am UFZ und Mitautor der Studie. Das bedeutet: Der langfristige Erwärmungstrend überlagert zunehmend das natürliche Klimageschehen – mit Folgen für das Brandrisiko und die Planbarkeit von Katastrophenschutzmaßnahmen.

Internationale Zusammenarbeit auf dem Prüfstand

Die zunehmende Gleichzeitigkeit von Brandereignissen stellt die internationale Zusammenarbeit bei der Waldbrandbekämpfung vor große Herausforderungen. "Die sich zunehmend überlappenden Feuerwettersaisons in den USA und Australien verkleinern das Zeitfenster für die internationale Zusammenarbeit bei der Brandbekämpfung und erschweren die schnelle Reaktion auf großflächige Waldbrände", warnt Dr. Doug Richardson vom australischen ARC Centre of Excellence for Climate Extremes, ebenfalls Mitautor der Studie.

Die Folge: Traditionell eingespielte Mechanismen der gegenseitigen Hilfe geraten ins Wanken. Kommt es in beiden Ländern gleichzeitig zu kritischen Situationen, fehlt es an verfügbaren Kräften und Ressourcen – insbesondere, wenn Löschflugzeuge oder spezialisierte Einsatzteams nicht rechtzeitig verlegt werden können. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler fordern daher eine strategische Neuausrichtung der internationalen Abkommen zur Katastrophenhilfe.

Mehr eigene Kapazitäten, neue Kooperationen

Länder wie Australien, die USA und Kanada müssen laut der Studie ihre nationalen Kapazitäten deutlich ausbauen, um künftig unabhängiger agieren zu können. Dazu gehört nicht nur der Aufbau zusätzlicher Löschinfrastruktur, sondern auch die Ausbildung und Bereitstellung von mehr Einsatzpersonal, das ganzjährig verfügbar ist. Gleichzeitig wird es notwendig sein, internationale Kooperationsmodelle weiterzuentwickeln – etwa durch Frühwarnsysteme, abgestimmte Krisenpläne und neue Partnerregionen, mit denen saisonale Kapazitäten ausgetauscht werden können.

Warum Sturzfluten gefährlicher werden

Die Kehrseite der Klimawandel-Medaille sind Starkregen und plötzliche Überschwemmungen, auch Sturzfluten genannt. Sie treten immer häufiger auf und stellen vor allem in Städten ein wachsendes Risiko dar. Straßen, Keller, U-Bahnschächte oder ganze Stadtteile können innerhalb kürzester Zeit überflutet werden. Verantwortlich dafür sind meist extreme Regenfälle, wie sie bei Gewittern oder heftigen Wetterumschwüngen entstehen. Eine neue Studie von Wissenschaftlern der Universität Potsdam und des Leibniz-Zentrums für Marine Tropenforschung (ZMT) zeigt nun den Zusammenhang zwischen diesen extremen Regenereignissen und steigenden Temperaturen – und liefert spannende neue Erkenntnisse.

Grundsätzlich gilt: Warme Luft kann mehr Wasserdampf speichern. Pro Grad Celsius Temperaturanstieg nimmt die mögliche Feuchtigkeit in der Luft um etwa sieben Prozent zu – dies wird als Clausius-Clapeyron-Regel bezeichnet. Man kann sich das wie einen Schwamm vorstellen: Je wärmer, desto mehr Wasser passt hinein. Wenn dieser Schwamm dann "ausgepresst" wird – wenn es regnet –, kommt entsprechend mehr Wasser auf einmal herunter.

Regenfälle werden heftiger

Bereits im Jahr 2008 machten Forscher in den Niederlanden eine interessante Beobachtung: Bei Gewittern nahm die Regenmenge nicht nur um sieben Prozent, sondern um bis zu 14 Prozent pro Grad zu – doppelt so viel, wie der Schwamm-Theorie zufolge zu erwarten wäre. Diese Erkenntnis führte zu einer langjährigen Diskussion unter Klimaforschern: Gilt die Clausius-Clapeyron-Regel bei extremen Regenfällen nicht mehr? Oder steckt ein statistischer Effekt dahinter?

Eine aktuelle Studie des ZMT greift genau dieses Thema auf und nutzt dafür einen riesigen Datensatz aus Deutschland, der durch Informationen zur Blitzaktivität ergänzt wurde. So konnten die Forschenden erstmals zuverlässig unterscheiden zwischen:

• Stratiformem Dauerregen (eher gleichmäßiger, langanhaltender Niederschlag) sowie
• Gewitterschauern (kurze, heftige Regenfälle mit Blitzen).

Das Ergebnis: Betrachtet man die beiden Regenarten getrennt, folgt der Anstieg der Regenintensität ziemlich genau der klassischen Sieben-Prozent-Regel. Erst bei einer gemeinsamen Auswertung beider Niederschlagsarten entsteht der Eindruck, dass sich die Regenmenge pro Grad Temperaturverdopplung erhöht, was als "Super-Clausius-Clapeyron-Effekt" bezeichnet wird. Die Forschenden schließen daraus, dass dieser Effekt kein physikalisches Naturgesetz ist, sondern eine statistische Überlagerung zweier sehr unterschiedlicher Regenarten.

Viele der gefährlichsten Regenereignisse – etwa in Form von Wolken-Clustern, wie sie bei Sommergewittern auftreten – enthalten beide Arten von Niederschlag gleichzeitig. Und genau hier gilt dann faktisch der "Super-Anstieg". Für die Praxis bedeutet das: Sturzfluten werden mit steigenden Temperaturen wahrscheinlicher und gefährlicher.

Besonders in Städten, in denen Wasser oft nicht schnell genug abfließen kann, ist die Gefahr groß. Wenn die Temperaturen weiter steigen, wie prognostiziert, wird die Intensität solcher Regenfälle zunehmen – selbst wenn sich die Physik nicht ändert, sondern lediglich die Mischung der Regenarten komplexer wird. Kanalisation, Gebäudeentwässerung, Straßen und Brücken müssen daher für neue Extremwerte ausgelegt werden.