Dürren in Kalifornien

Seit 2012 ist Kalifornien von einer der stärksten Dürren seit dem Mittelalter betroffen. Die Folgen sind ein kritischer Wassermangel und verheerende Waldbrände.

Dürren in Kalifornien

Aktuelle Dürren

Im Südwesten der Vereinigten Staaten gab es in den letzten 100 Jahren mindestens 17 Jahre mit extremen Dürren. Davon lagen 10 bereits im 21. Jahrhundert: 2002, 2007, 2008, 2011, 2012-2017. Begleitet waren die Dürren durch sehr geringe Niederschläge und hohe Temperaturen.

Dürreverhältnisse in den USA
Abb. 1: Dürregrade in den USA im Januar 2015; Quelle: NOAAB1

Die aktuelle Dürre, die seit 2012  andauert, war eine der extremsten und längsten Dürren der letzten Jahrzehnte, wahrscheinlich sogar die stärkste Dürre im letzten Jahrtausend.2 Schon die erste Phase der Dürre von 2012 bis 2014 wurde als ein Ereignis bewertet, das nur alle 6 000 bis 10 000 Jahre vorkommt und allenfalls mit der mittelalterlichen Megadürre 979-981 vergleichbar ist. Unter Einbeziehung des folgenden Jahres 2015 ist die Dürre 2012-2015 (die sich zudem noch - mit einer Unterbrechung Anfang 2017 - bis in das Jahr 2017 fortsetzte) absolut einzigartig und lässt sich auf der Grundlage von Paläodaten keiner Wiederkehrperiode mehr zuordnen. Die Folge waren u.a. zahlreiche Waldbrände.3 Von Februar 2013 bis Januar 2014 fiel nur ein Drittel der üblichen Niederschläge. In der Sierra Nevada lag im Winter 2013/14 kaum Schnee.4

Ursachen

Ein wesentlicher Antrieb für die Dürren in den Jahren 2012-2015/16 waren die ungewöhnlich geringen Niederschläge. Hinzu kam eine anhaltende Erwärmung seit den 1970er Jahren. So lagen die Temperaturen in Kalifornien in den Jahren 2014 und 2015 im Sommer um ca. 2 °C über dem Mittel von 1970-2000. Die hohen Temperaturen bewirkten eine stärkere Verdunstung und damit weitere Austrocknung und ließen in den höheren Lagen der Küstenkette und der Sierra Nevada den Schnee, der im Frühjahr und zum Sommeranfang als Wasserspeicher fungiert, zunehmend als Regen fallen.5 Der Zusammenfall von Trockenheit und hohen Temperaturen, die die die Trockenheit verstärkten, führte in Kalifornien zu Dürren, die als „hot droughts“ („heißen Dürren“) bezeichnet werden, welche in jüngster Zeit immer häufiger vorgekommen sind.6

Hochdruck-Rücken 2014
Abb. 2: Lage des Hochdruck-Rückens im Winter 2013/14 bei 200 hPa (X=Zentrum des Hochs)B2

Der geringe Schneefall und die hohen Temperaturen sind sehr wahrscheinlich auf den anthropogenen Klimawandel zurückzuführen.7 Schwieriger sind die Gründe für den geringen Niederschlag zu bestimmen, da hier verschiedene Einflussfaktoren zusammenkommen. Unmittelbare Ursache waren besondere Bedingungen der atmosphärischen Zirkulation mit einem massiven Hochdruckrücken im Golf von Alaska und einem starken Tiefdruckgebilde über dem Nordosten Nordamerikas. Das Hoch blockierte die Sturmtiefs, die normalerweise im Winter vom Pazifik Richtung Kalifornien ziehen und die winterlichen Niederschläge bringen. Als Ursachen für diese ungewöhnliche Situation werden sowohl natürliche Schwankungen wie z.B. das ENSO-Phänomen als auch Folgen der globalen Erwärmung wie die Ausdehnung der Hadley-Zelle oder das Abschmelzens des arktischen Meereises diskutiert.6,8 Historisch gesehen habe sich die Verknüpfung zwischen ENSO und dem Hochdruck-System im Golf von Alaska und damit den Dürren im Südwesten der USA in den letzten Jahrzehnten verstärkt.8 Ursache könnte der Antrieb durch die Zunahme von Treibhausgasen in der Atmosphäre sein.

Andere Autoren heben den Einfluss des Abschmelzens des Arktischen Meereises durch den Klimawandel hervor: Dadurch würde sich der Polarjet abschwächen, was wiederum die Entstehung von weit nach Norden bzw. Süden verschobenen quasistationären Hoch- und Tiefdruckzellen zur Folge habe, wie sie für die kalifornische Dürreperiode 2012-2016 typisch waren. Mit der Verringerung der Meereisausdehnung wäre also ein weiterer Einflussfaktor auf die jüngsten Dürren in Kalifornien durch den Klimawandel bedingt.9

Projektionen

Kalifornien war in seiner Geschichte häufig von Dürren betroffen, bis hin zu den Megadürren des Mittelalters. Daher sind die aktuellen Dürren keineswegs ohne Beispiel in den letzten 1000 Jahren. Dennoch können die hydrologischen Veränderungen, d.h. Veränderungen in dem Verhältnis von Niederschlag und Verdunstung, in den letzten 50 Jahren nicht gänzlich durch natürliche Schwankungen erklärt werden, sondern zeigen die Spuren des anthropogenen Klimawandels.10 Das machen nicht zuletzt Projektionen von Klimamodellen deutlich. Nach Diffenbaugh (2015) wird sich die Häufigkeit des Zusammentreffens von extrem warmen und extrem trockenen Bedingungen in den folgenden Jahrzehnten gegenüber früheren Jahrhunderten mehr als verdoppeln.2 Eine Auswertung der Ergebnisse von 17 aktuellen Klimamodellen kommt zu dem Ergebnis, dass sowohl bei dem hohen Szenario RCP8.5 wie bei dem gemäßigten Szenario RCP4.5 in der 2. Hälfte des 21. Jahrhunderts die Bodentrockenheit im Südwesten der USA die Verhältnisse der mittelalterlichen Megadürren im Zeitraum 1100-1200 deutlich übertreffen wird. Die Modelle zeigen, dass es sich dabei in erster Linie um eine Reaktion auf die Erwärmung durch mehr Treibhausgase in der Atmosphäre handeln wird, weniger um Veränderungen in der Dynamik von Atmosphäre und Ozean. Der Hauptantrieb der Austrocknung des Bodens ist die verstärkte potentielle Verdunstung durch gestiegene Temperaturen.11

Projektion der Bodenfeuchte nach Szenario RCP8.5
Abb. 3: Projektion der Bodenfeuchte nach dem Szenario RCP8.5 bis 2m Tiefe nach dem Palmer Drought Severity Index (PDSI)B3

Globale Zirkulationsmodelle sagen eine langfristige Abnahme der Wasserverfügbarkeit im Südwesten der USA bis zum Ende des 21. Jahrhunderts vor allem im Frühling voraus. Untersuchungen mit hochauflösenden Regionalmodellen unterstützen das Ergebnis. Im Winter werden die Niederschläge im Südwesten der USA dagegen eher zunehmen. Hintergrund sind Veränderungen der globalen Zirkulationsmuster. Im Winter wird sich nach Modellsimulationen das Alëuten-Tief verstärken, was zu stärkeren Tiefdruckbahnen von Südwesten Richtung kalifornische Küste führt. Im Frühjahr dagegen wird sich in Zukunft das subtropische Hoch als Folge einer Ausdehnung der Hadley-Zelle verstärken und Richtung Westküste der USA ausweiten. Solche Hochdrucklagen führen zu einer Abnahme der Niederschläge und Zunahme der Verdunstung und damit zu mehr Trockenheit im Südwesten der USA.12

Anmerkungen
2. Diffenbaugh, N.S., D.L. Swain, and D. Touma (2015): Anthropogenic warming has increased drought risk in California, PNAS Early Edition, www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1422385112
3. NOAA Climate.gov: January precipitation deficits keep California drought outlook grim
4. NASA Earth Observatory: Drought Stressing California’s Plantscape
5. Westerling, A.L. (2016): Increasing western US forest wildfire activity: sensitivity to changes in the timing of spring, Phil. Trans. R. Soc. B 371: 20150178
6.
Swain, D. L. (2015): A tale of two California droughts: Lessons amidst record warmth and dryness in a region of complex physical and human geography, Geophys. Res. Lett., 42, 9999–10,003, doi:10.1002/2015GL066628
7. Abatzoglou, J.T., and A.P. Williams (2016): Impact of anthropogenic climate change on wildfire across western US forests, PNAS 113, 111770-11775, www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1607171113
8.
Yoon, J.-H. et al. (2015): Increasing water cycle extremes in California and relation to ENSO cycle under global warming. Nat. Commun. 6:8657 doi: 10.1038/ncomms9657
9.
Wang, S.-Y., Yoon, J., Gillies, R. R. and Hsu, H.-H. (2017): The California Drought: Trends and Impacts, in: Climate Extremes: Patterns and Mechanisms (eds. S.-Y. S. Wang, J.-H. Yoon, C. C. Funk and R. R. Gillies), doi: 10.1002/9781119068020.ch13
10.
Cayan, D.R., et al. (2010): Future dryness in the southwest US and the hydrology of the early 21st century drought, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 107, 21,271–21,276, doi:10.1073/pnas.0912391107
11. Cook, B.I., T.R. Ault, J.E. Smerdon (2015): Unprecedented 21st century drought risk in the American Southwest and Central Plains. Science Advances 1, e1400082; Lizenz: Distributed under a Creative Commons Attribution Non-Commercial License 4.0
12. Gao, Y., L. R. Leung, J. Lu, Y. Liu, M. Huang, and Y. Qian (2014): Robust spring drying in the southwestern U.S. and seasonal migration of wet/dry patterns in a warmer climate, Geophys. Res. Lett., 41, doi:10.1002/2014GL059562
Bildquellen
B1.
NOAA Climate.gov:  U.S. Drought Monitor, January 6, 2015; Lizenz: NOAA public domain: Use of Data and Products
B2. Yoon, J.-H. et al. (2015): Increasing water cycle extremes in California and relation to ENSO cycle under global warming. Nat. Commun. 6:8657 doi: 10.1038/ncomms9657; Lizenz: CC BY-NC-SA
B3. Cook, B.I., T.R. Ault, J.E. Smerdon (2015): Unprecedented 21st century drought risk in the American Southwest and Central Plains. Science Advances 1, e1400082; Lizenz: Distributed under a Creative Commons Attribution Non-Commercial License 4.0 (CC BY-NC)

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