Klimaänderungen in Westafrika

Klimaänderungen, Westafrika

Westafrika reicht von der südlichen Sahara im Norden bis zur Atlantikküste im Süden und von der westlichen Atlantikküste bis zur Ostgrenze von Niger und Nigeria. Die Abgrenzungen sind nicht immer einheitlich; so wird Mauretanien von einigen Klassifizierungen dazu gerechnet, von anderen nicht. Wichtige Großlandschaften sind im Norden die trockene Sahelzone, die sich nach einigen Einteilungen auch über Westafrika hinaus bis zum Roten Meer erstreckt, und die tropische Küstenzone im Süden. Unter klimatischen Gesichtspunkten hat besonders die im Übergangsbereich von der Sahara zur südlich angrenzenden Feuchtsavanne gelegene Sahelzone Beachtung gefunden. Wie die große Dürre in den 1970er und 1980er Jahren gezeigt hat, ist die Sahelzone durch Klimaänderungen besonders gefährdet.

Savanne in der Sahelzone

Abb. 1: Savanne in der SahelzoneB1

Klimatische Bedingungen

Die Temperaturen unterscheiden sich in Westafrika im Jahresverlauf nur geringfügig. Der Jahresgang wird durch den Niederschlag bestimmt, der ausgeprägte Regen- und Trockenzeiten verursacht. Vom Winter zum Sommer hin wandert die Niederschlagszone mit dem Sonnenstand nach Norden. Im Nord-Winter regnet es vor allem über dem Ozean vor der Südküste Westafrikas, im Frühjahr über der tropischen Küstenzone und im Sommer (Juli-September) über der Sahelzone.

Niederschläge in der Sahel-Zone


Abb. 2: Niederschläge in der SahelzoneB2 

Der Hauptniederschlag in Westafrika hat jedoch weniger mit dem Aufeinandertreffen der vom Sonnenstand gesteuerten Passatwinde zu tun als mit dem Westafrikanischen Monsun, der die Masse der Feuchtigkeit für den Niederschlag in der Sahelzone vom Atlantik her heranführt. Die Monsunströmung wird durch den Temperaturgegensatz zwischen Land (vor allem der Sahara) und Ozean (dem äquatorialen Atlantik) hervorgerufen. Die  sommerliche Erwärmung des Landesinneren führt zur Entstehung eines Hitzetiefs über der Sahara, das feuchte Luftmassen aus dem Südwesten ansaugt. Im Hochsommer kommt es vor allem bei 10° N zum Aufsteigen der feuchten Luft und zum Niederschlag. Durch Kondensation wird dabei latente Wärme frei, die den Temperaturgegensatz zwischen dem Sahel und dem Atlantik weiter verstärkt, wodurch vermehrt feuchte Luftmassen ins Landesinnere gesogen werden.

Oberflächenwinde in Westafrika


Abb. 3: Oberflächenwinde (Pfeile) und Luftdruck (in mb) über Westafrika im Winter und während des Höhepunkts des SommermonsunsB2

Weniger ausgeprägt sind Niederschläge in einer zweiten Konvektionszone bei 20° N, in die auch Winde vom Mittelmeer her einströmen und Feuchtigkeit mitbringen.1 Mit der Walker-Zirkulation verbundene Höhenströmungen (der Tropische Ostafrikanische Jet TEJ und der Afrikanische Ost-Jet AEJ) sind ebenfalls an der Steuerung des Systems beteiligt. Über diese östlichen Strömungen kann auch vom Indischen Ozean her feuchte Luft in die Sahelzone gelangen.3

Sahel Strömungssystem

Abb. 4: Vereinfachte Strömungsverhältnisse über Westafrika: TEJ: Tropischer Ostafrikanischer Jet; AEJ: Afrikanischer Ost-Jet; DIV: Divergenz, Conv: Konvergenz; ITCZ: Innertropischen Konvergenzzone; Rainbelt: RegengürtelB2

Klimaänderungen

In Westafrika und dem Sahel haben die Temperaturen zwischen 1970 und 2010 um 0,5-0,8 °C zugenommen.4  Die Niederschläge im Sahel zeigen sowohl starke jährliche Schwankungen wie ausgeprägte Änderungen über Jahrzehnte.2 Sie sind insgesamt im 20. Jahrhundert zurückgegangen, wobei es in den letzten 20 Jahren eine erneute Zunahme gegeben hat.4 In den 1950er bis in die 1960er Jahre hinein erlebte der Sahel eine ausgesprochen feuchte Phase.5 In den 1970er und 1980er Jahren folgte darauf eine außergewöhnlich starke Dürreperiode, die in den frühen 1980ern schätzungsweise 100.000 Tote durch Hunger, Unterernährung und Krankheiten gefordert hat.1 Wahrscheinlich hat es seit Beginn der Messungen nirgendwo sonst auf der Welt so dramatische Dürre über Jahrzehnten gegeben.1

Sahel Niederschlag Trend


Abb. 5: Sahel-Niederschlag 1900-2013B3

Nach 1990 erholten sich die Niederschläge im Sahel wieder. Ihre jährlichen und räumlichen Schwankungen  waren in den letzten 20 Jahren jedoch stärker als in den Jahrzehnten davor,1 was häufig mit verheerenden Überschwemmungen verbunden war.3 So kam es bereits in den 1990er Jahren zu mehreren starken Überflutungen, von denen jeweils mehr als eine Million Menschen betroffen waren. Im neuen Jahrhundert verstärkten sich die Hochwasserereignisse eher noch und richteten weitreichende Zerstörungen an. Die Überschwemmungen von 2007 wurden sogar als die schlimmsten Fluten in der Geschichte des Sahels eingeschätzt.6

Ursachen von Klimaänderungen

Worin liegen die Ursachen für die starken, Jahrzehnte umfassenden klimatischen Schwankungen in Westafrika, mit Dürre- und Starkregenphasen besonders im Sahel? Als Gründe für die Dürren in der 2. Hälfte des 20. Jahrhunderts wurden die unterschiedlichsten Einflussfaktoren angeführt wie die Veränderung der Bodenbedeckung, eine Erwärmung des Indischen Ozeans, die unterschiedliche Erwärmung zwischen Nord- und Südatlantik, Einflüsse des Mittelmeers usw.

Änderungen der Landoberfläche

Die ersten Erklärungen der großen Dürreperiode in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts bezogen sich auf Änderungen der Landoberfläche im Sahel durch Überweidung und Übernutzung infolge des starken Bevölkerungswachstums. Durch die verringerte Vegetationsbedeckung erhöhte sich nach dieser Auffassung die Albedo, wodurch mehr Sonneneinstrahlung reflektiert wurde, die Temperaturen absanken und es weniger Konvektion und Niederschläge gab. Der auf diese Weise erfolgende Rückgang der Vegetation und die Ausbreitung der Trockenheit werden als „Desertifikation“ bezeichnet. Als wichtigste Folge der Degradierung der Savannen und Strauchvegetation ist in neuerer Zeit die geringere Verdunstung erkannt worden, bedingt durch die höhere Albedo und den damit verbundenen Abkühlungseffekt. Dadurch entsteht weniger Konvektion und und es regnet weniger. Im Vergleich zu dem Zufluss von Feuchtigkeit aus entfernteren Regionen trägt die vor Ort entstehende Feuchtigkeit durch Verdunstung allerdings nur ein Drittel an dem gesamten Niederschlag bei.2

Änderungen der Meeresoberflächentemperaturen

Die jüngere Forschung hat allerdings gezeigt, dass die Vegetationsdecke nur in Rückkopplungen mit dem Klima eine wichtige Rolle spielt. Der entscheidende Antrieb für die Niederschlagsvariabilität über Jahrzehnte im Sahel sind vielmehr Schwankungen der Meeresoberflächentemperatur der umgebenden Ozeane.7 Wie stark der Einfluss der einzelnen Ozeanbecken auf die Dürren im Sahel ist, ist jedoch ebenso umstritten wie die Ursachen für die Schwankungen der Meeresoberflächentemperatur.

Einige Modelluntersuchungen haben eine geringere Erwärmung des Nordatlantiks im Vergleich zum tropischen Atlantik als Ursache für die geringen Niederschläge aufgezeigt. Kühlere Meeresoberflächentemperaturen im Nordatlantik, wie sie in den 1970er und 1980er Jahren beobachtet wurden, beeinflussen auch die angrenzenden Landgebiete Westafrikas und verringern damit den Temperaturgegensatz zwischen dem tropischen Atlantik und dem Kontinent. Die Folge ist eine Schwächung des Westafrikanischen Monsuns.2 Für den kühleren Nordatlantik während der Sahel-Dürre wurde teilweise der Einfluss anthropogener Aerosole aus Europa und den USA verantwortlich gemacht. Dass seit den 1990er Jahren die Niederschläge über dem Sahel wieder zunahmen, wurde dann durch die Luftreinhaltepolitik in Europa und den USA erklärt, durch die Aerosolbelastung über dem Nordatlantik zurück ging.

Da andere Modellsimulationen den Anteil des Aerosol-Antriebs an der Sahel-Dürre auf ein Drittel geschätzt haben, scheint hierin nicht die wichtigste Ursache zu liegen. Paläoklimatische (auf die fernere Vergangenheit bezogene) und historische Untersuchungen haben gezeigt, dass die jüngsten Dürren im Sahel nicht ohne Beispiel sind. So haben sich in Ghana auch in den letzten 3000 Jahren mehrere langanhaltende und schwere Dürren ereignet. Ebenso hat es im mittelalterlichen Mali-Reich zwischen 1100 und 1500 lange Dürreperioden gegeben, die möglicherweise zum Zusammenbruch des Reiches geführt haben.7 Das spricht eher für natürliche Schwankungen im Klimasystem als Hauptursache als für anthropogene Einflüsse durch Aerosole. Daher wurde auch die Atlantische Multidekaden-Oszillation (AMO), die sich auf Schwankungen der mittleren Temperatur im Nordatlantik bezieht, als mögliche Erklärung angeführt.2

 Atlantische Multidekadenschwankung (AMO)


Abb. 6: Die Atlantische Multidekadenschwankung (AMO): Abweichung der Meeresoberflächentemperatur vom Mittel der Jahre 1861-2010 in °C: mögliche Übereinstimmung mit trockenen und feuchten Phasen im SahelB4

Auch der Indische Ozean ist nach neuerer Forschung ein wichtiger Einflussfaktor auf die Niederschläge in der Sahelzone. So trug nach einigen Autoren die Erwärmung der Meeresoberflächentemperatur des Indischen Ozeans wesentlich zur Sahel-Dürre in den 1970er und 1980er Jahren bei. Ein wärmerer Indischer Ozean führt danach über dem Meer zu einer stärkeren lokalen Konvektion und Erwärmung der höheren Troposphäre durch Kondensation. Diese wärmere Luft wird durch Höhenströmungen der Walkerzirkulation bzw. des Tropischen Ostafrikanischen Jet (TEJ) nach Westen transportiert und stabilisiert über Westafrika die Atmosphäre. Stabilisierung bedeutet hier, dass der Temperaturunterschied zwischen tieferen und höheren Luftschichten verringert wird, was die Abschwächung der Konvektion und geringere Niederschläge zur Folge hat.7

Schwankungen der Meeresoberflächentemperatur des Mittelmeeres spielen nach manchen Untersuchungen ebenfalls eine Rolle. Eine Erwärmung der Meeresoberflächentemperatur im östlichen Mittelmeer hat eine zunehmende Verdunstung und einen erhöhten Feuchtigkeitsgehalt in der unteren Troposphäre zur Folge, der durch nordöstliche Strömungen über die östliche Sahara in den Sahel transportiert wird und dort zu einem höheren Niederschlag beiträgt. Die bei der Konvektion frei werdende latente Wärme führt außerdem zu einer Verstärkung und Verschiebung des Regengürtels des Westafrikanischen Monsuns nach Norden.7 Kühlere Meeresoberflächentemperaturen im Mittelmeer schwächen dagegen die Feuchtigkeitszufuhr von Norden und die Monsunwinde von Süden.2

Anmerkungen:
1. Nicholson, S. E. (2013): The West African Sahel: A Review of Recent Studies on the Rainfall Regime and Its Interannual Variability. ISRN Meteorology, 1–32
2. Sheen, K. L., D. M. Smith, N. J. Dunstone, R. Eade, D. P. Rowell & M. Vellinga (2017): Skilful prediction of Sahel summer rainfall on inter-annual and multi-year timescales. Nat. Commun. 8, 14966 doi: 10.1038/ncomms14966
3. Jury, M.R. (2012): A return to wet conditions over Africa: 1995-2010, Theoretical and Applied Climatology 111, 471-481
4. IPCC (2014): Climate Change 2014, Working Group II: Impacts, Adaptation and Vulnerability, 22.2
5. Mitchel, T., JISAO (2017): Sahel Precipitation Index
6. Tschakert, P., R. Sagoe, G. Ofori-Darko, S.N. Codjoe (2010): Floods in the Sahel: an analysis of anomalies, memory, and anticipatory learning, Climatic Change 103, 471-502, DOI 10.1007/s10584-009-9776-y
7. Rodríguez-Fonseca, B., E. Mohino, C.R. Mechoso et al. (2015): Variability and Predictability of West African Droughts: A Review on the Role of Sea Surface Temperature Anomalies, Journal of Climate 28, 4034-4060, DOI: 10.1175/JCLI-D-14-00130.1

Bildquellen:
B1. Max-Planck-Gesellschaft: Warmes Mittelmeer lässt Sahel ergrünen, Foto: Daniel Triveau/CIFOR; Lizenz: CC BY-NC-ND 2.0
B2. Nicholson, S. E. (2013): The West African Sahel: A Review of Recent Studies on the Rainfall Regime and Its Interannual Variability. ISRN Meteorology, Volume 2013, Article ID 453521, 1–32; Lizenz: CC BY
B3. Wikimedia Commons: Sahel rainfall, Autor: Benedikt Seidel; Lizenz: Public domain
B4. NASA Earth Observatory: Atlantic Multi-decadal Oscillation and Drought in Africa, Lizenz: public domain

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