Wechselwirkung von Bodenfeuchte, Luftdruck und Temperatur verstärkt extreme Hitzewellen
Eine aktuelle Untersuchung des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK) und des Internationalen Instituts für Angewandte Systemanalyse (IIASA) verdeutlicht, dass sogenannte „Mega-Hitzewellen“ durch ein komplexes physikalisches Zusammenspiel verschiedener Faktoren massiv intensiviert werden. Die in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlichten Ergebnisse zeigen, dass die Kombination aus Bodenfeuchte, Luftdruck und Temperatur dazu führt, dass extreme Hitzeereignisse um etwa zehn Prozent heißer ausfallen können, als dies ohne diese Rückkopplungseffekte der Fall wäre.
Identifikation eines neuen physikalischen Mechanismus
Durch den Einsatz von statistischen Analysen und maschinellem Lernen konnten die Forschenden einen Mechanismus isolieren, der die Zunahme extremer Temperaturrekorde in den mittleren Breiten erklärt. Während die Häufigkeit moderater Hitzeereignisse steigt, nehmen „Mega-Hitzewellen“ in einem überproportionalen Tempo zu. Beispiele hierfür sind die Rekordhitze in Großbritannien im Jahr 2022 (über 40 °C) oder die Hitzewelle im Nordwesten der USA 2021, bei der die Temperaturen die bisherigen Werte um 4,6 °C übertrafen.
Der Prozess lässt sich wie folgt beschreiben:
- Hochdrucklagen: Diese führen zu einer erhöhten Sonneneinstrahlung, die den Boden erwärmt.
- Austrocknung: Die steigende Wärme lässt die Bodenfeuchtigkeit sinken.
- Verlust der Kühlwirkung: Durch die geringere Bodenfeuchte fehlt die Verdunstungskälte, wodurch sich die Erdoberfläche weiter aufheizt.
Laut der Erstautorin der Studie, Yinglin Tian (PIK), ist zwar bekannt, dass Hitze und Bodenfeuchte korrelieren. Die neue Erkenntnis liegt jedoch darin, dass ab einer bestimmten Temperaturschwelle eine selbsterhaltende Verstärkung zwischen Luftdruck, Temperatur und Bodenfeuchte eintritt.
Globale Relevanz und steigende Risiken
Der Mechanismus betrifft zahlreiche Regionen weltweit, darunter:
- Europa und Südrussland
- Die Mongolei
- Nordamerika (Ost- und Nordwestregionen)
- Nordwestindien
- Die Westküste Südamerikas
- Zentral- und Südafrika
- Das nördliche Binnenland Australiens
Aufgrund der globalen Erwärmung wird die kritische Temperaturschwelle, ab der diese Rückkopplung einsetzt, immer häufiger überschritten. In Europa liegt dieser Schwellenwert bei etwa 29 °C (vier Kelvin über der durchschnittlichen Sommertemperatur). Die statistische Wahrscheinlichkeit, diesen Wert zu erreichen, ist massiv gestiegen: Während sie zwischen 1979 und 1983 noch bei sechs Prozent lag, stieg sie im Zeitraum von 2018 bis 2022 auf 23 Prozent an.
Herausforderungen für die Klimamodellierung
Ein kritisches Ergebnis der Studie ist, dass aktuelle Klimamodelle, die zur Vorhersage extremer Wetterereignisse genutzt werden, diese spezifische Dynamik bisher nicht ausreichend berücksichtigen. Kai Kornhuber (IIASA/Max-Planck-Institut für Geoanthropologie) warnt vor den Konsequenzen: Sollte die Analyse korrekt sein, könnten die Risiken durch zukünftige Hitzewellen weitaus schwerwiegender ausfallen als von bisherigen Modellen prognostiziert.