Extremereignisse

Trends und Projektionen

Tropische Wirbelstürme mit ihrer typischen zylinderförmigen Struktur gibt es im Europa der mittleren und höheren Breiten nicht und wird es auch als Folge der globalen Erwärmung nicht geben. Stürme in Hurrikan-Stärke (> 32,6 m/sec) können aber auch an den Küsten von Westeuropa vorkommen. Gegenwärtig treten sie primär im Winter auf und sind durch Luftdruckgegensätze in den mittleren Breiten bedingt, die wiederum von dem N-S-Temperaturgradienten der Atmosphäre abhängen. In einem wärmeren Klima wird der meridionale Temperaturgradient allerdings abnehmen, weil sich die höheren Breiten stärker erwärmen als die niederen. Dieser Effekt wird jedoch weitgehend ausgeglichen durch eine Anhebung der Tropopause und eine zunehmende Freisetzung latenter Wärme, die tendenziell die Intensität von Stürmen verstärken. Andererseits führt die globale Erwärmung zu einem Anstieg der Meeresoberflächentemperatur (auch als SST abgekürzt nach engl. Sea Surface Temperature), wodurch das Entstehungsgebiet tropischer Hurrikane ausgeweitet wird. Die aktuelle Forschung weist auf eine polwärtige und östliche Ausweitung des Entstehungsgebiets. Damit werden zukünftige Hurrikane zunehmend einen Einfluss auf die Bedingungen extremer westeuropäischer Stürme nehmen können.¹

Nach Berechnungen mit einem hochaufgelösten Klimamodell (ca. 25x25 km) wird es bis zum Ende des 21. Jahrhunderts vor allem im Golf von Biscaya und in der Nordsee eine Zunahme starker Stürme (Beaufort 11-12, >28,4 m/sec) geben. Dabei wird sich die Jahreszeit mit starker Sturmtätigkeit vom Winter auf den Herbst verschieben. Die Anzahl von Stürmen in Hurrikan-Stärke (> 32,6 m/sec) wird sich in der Nordsee und im Golf von Biscaya im frühen Herbst (August-Oktober) zusammengenommen von 2 auf 13 erhöhen. Dabei werden nahezu alle diese Stürme aus tropischen Hurrikane oder tropischen Stürme entstanden sein. Im Gegensatz dazu haben die wenigen Stürme der Gegenwart mit Hurrikan-Stärke einen außertropischen Ursprung.¹

Gegenwärtig liegt das Hauptentstehungsgebiet für Hurrikane im westlichen tropischen Atlantik, wo die Meeresoberflächentemperaturen über der Grenze von 27 °C liegen. Die tropischen Stürme, die in Zukunft Richtung Westeuropa ziehen und auf ihrem Weg Hurrikan-Stärke erreichen werden, werden primär aus dem östlichen Teil des Nordatlantiks (östl. von 50 °W) stammen, weil hier die Meeresoberflächentemperatur ebenfalls auf über 27 °C steigen wird. Das Entstehungsgebiet der Hurrikane wird um etwa 10° nach Osten ausgeweitet werden. Üblicherweise ziehen die Sturmbahnen der atlantischen Hurrikane in nordwestliche Richtung. Bei einer Ausweitung der Gebiete mit einer SST von über 27 °C nach Norden und Osten, erhöht sich die Wahrscheinlichkeit, dass die Hurrikan-Sturmbahnen bis in die mittleren Breiten reichen und dann von den dort vorherrschenden Westwinden in nordöstliche Richtung getrieben werden. Bevor die Hurrikane allerdings die Küstenregionen Westeuropas erreichen, wandeln sie sich in außertropische Stürme um. Tropische Stürme besitzen einen warmen Kern und eine axiale symmetrische Struktur. Bei ihrem Weg nach Norden nimmt nicht nur ihre Windstärke auf etwa 10 und weniger ab, sie verlieren auch die typischen Merkmale eines Hurrikans. Die Temperatur im Innern sinkt, die horizontale Ausdehnung nimmt zu und wird asymmetrisch wie bei typischen Stürmen der mittleren Breiten. Im Endstadium kann die Sturmstärke allerdings wieder bis auf 12 zunehmen, bedingt durch den Einfluss von Luftdruckgegensätzen und die Freisetzung von latenter Wärme, und kann in Zukunft öfter Hurrikan-Stärke erreichen. Es handelt sich dann aber um einen starken Orkan, nicht um einen Hurrikan.¹

Vince und Ophelia

Wie die Zukunft aussehen könnte, haben in jüngster Zeit zwei Hurrikane gezeigt, die einerseits ungewöhnlich weit im Osten des tropischen Nordatlantiks entstanden sind und sich andererseits ungewöhnlich weit nach Norden als Hurrikane bewegt haben. Der Hurrikan „Vince“ entstand im Oktober 2005 südöstlich der Azoren als Tropensturm, erreichte dann auf seinem Weg nach Nordosten kurzfristig Hurrikanstärke und traf bei Huelva in Spanien auf Land.² Das weit nördliche Entstehungsgebiet führte dazu, dass Vince nicht wie andere Hurrikane mit den Passatwinden in westliche Richtung trieb, sondern mit den vorherrschenden Westwinden eine nordöstliche Zugbahn einnahm. Vince war der erste tropische Wirbelsturm seit 1842, der das Europäische Festland erreichte.³ Allerdings zeigte Vince auch Merkmale, die ihn von einem 'echten' Hurrikan unterschieden. So lag die Meeresoberflächentemperatur im Entstehungsgebiet nicht bei 26 °C und mehr, sondern bei nur 23-24 °C. Dass es dennoch zur Bildung eines hurrikanähnlichen Sturms kam, lag an den sehr kalten Temperaturen in der oberen Troposphäre und damit an der Temperaturdifferenz zur Meeresoberfläche.² Damit ähnelte Vince stark den vom Mittelmeer her bekannten Medicanes (s.u.). Im Gegensatz zu dem zweiten Hurrikan, der bis in europäische Gewässer eingedrungen ist, dem Hurrikan "Ophelia" vom Oktober 2017, richtete Vince keine größeren Zerstörungen an.

Abb. 1: Zugbahn von Hurrikan Ophelia zwischen dem 9. und 17. Oktober 2017^B1

Der Hurrikan Ophelia entstand um den 10. Oktober 2017 herum im Ostatlantik südwestliche der Azoren nördlich von 30° N aus einem Tiefdruckgebiet, das sich schnell zu einem tropischen Sturm umwandelte, bedingt durch ungewöhnlich warme Wassertemperaturen von 27 °C. Bedingt durch geringe Windscherung und niedrigen Temperaturen in großer Höhe, die 2-3 °C unter dem Mittel lagen, wurde Ophelia bereits am 12. Oktober als Hurrikan der Kategorie 1 nach der Saffir-Simpson-Skala eingestuft. Wie Vince geriet Ophelia unter den Einfluss der Westströmung und bewegte sich nach Nordosten, wo der Hurrikan südlich der Azoren kurzzeitig zu einem starken Hurrikan der Kategorie 3 mutierte und dann als schwächerer Hurrikan bis ca. 600 km westlich von der Bretagne Richtung Irland zu ziehen. Erst nördlich des 48. Breitengrades wurde aus dem Hurrikan ein außertropischer Sturm, der als gewaltiger Orkan auf die Südwestküste Irlands traf. Hier forderte Ophelia drei Todesopfer und versicherte Sachschäden von 7 Mio.$ und war damit der schwerste Sturm in Irland seit 50 Jahren.⁴ Kein Hurrikan hat sich in der Zeit, seit Beobachtungen existieren, je so weit östlich und nördlich bewegt.⁵

Abb. 2: Ex-Hurrikan Ophelia über Irland am 16.10.2017^B2

Gemeinsam ist „Ophelia“ und „Vince“, dass sie im Ostatlantik nördlich des 30. Breitengrads entstanden sind und sich dann nicht nach Westen, sondern nach Nordosten bewegt haben. Normalerweise entstehen tropische Wirbelstürme im Nordatlantik in der Regel zwischen 20° und 25° N und ziehen dann durch die Passatwinde in Richtung Mittelamerika. Begünstigt wurden die Prozesse in beiden Fällen dadurch, dass sowohl die Meeresoberflächentemperaturen wie die Differenz  zu den Temperaturen in der oberen Troposphäre ungewöhnlich hoch und die Scherwinde schwach waren. Ob diese Fälle auf den Klimawandel zurückzuführen sind, ist bisher ungeklärt. Einige Modellprojektionen lassen allerdings eine Verschiebung der Zugbahnen von tropischen Zyklonen nach Nordosten als möglich erscheinen.⁶

Medicanes

"Medicanes" ist ein Kunstwort, das aus den Begriffen "mediterranean" (engl. für mittelmeerisch) und "Hurricane" zusammengesetzt ist und Sturmtiefs im Mittelmeer bezeichnet, die Tropischen Wirbelstürmen ähnlich sind.

Aufbau und Entstehung
Medicanes sehen auf Satellitenbildern ähnlich wie Tropische Wirbelstürme aus: Um ein zentrales Auge kreist ein Wolkenband gegen den Uhrzeigersinn. Der Kern bzw. das Auge ist im Vergleich zur Umgebung relativ warm. Hier herrschen absinkende Luftbewegungen, weshalb Wolken sich auflösen. Im Vergleich zu echten Hurrikanen ist der Durchmesser von Medicanes jedoch kleiner und beträgt nur wenige hundert km. Ein anderer wichtiger Unterschied ist die geringere Höhe. Während Tropische Zyklonen bis an die Obergrenze der Atmosphäre reichen, erstrecken sich Medicanes nur bis in die mittlere Atmosphäre. Außerdem findet sich die höchste Windgeschwindigkeit bei tropischen Zyklonen im Kern, um das Auge herum, bei Medicanes dagegen weiter vom Kern entfernt. Die Windgeschwindigkeit von Medicanes sind auch weniger stark. Sie sind aber stark genug, um zusammen mit Niederschlagsmengen von bis zu 500 Liter auf den Quadratkilometer⁷ starke Verwüstungen auf kleineren Inseln und an den Küsten des Mittelmeeres anzurichten.

Abb. 3: Ausschnitt aus einem NASA-Satellitenbild mit einem im Entstehen begriffenen Medicane südwestlich von Sizilien.^B3

Die meisten Medicanes ereignen sich im Herbst, wenn das Meer noch relativ warm ist und in der oberen Atmosphäre sich bereits Kaltlufteinbrüche aus dem Norden bemerkbar machen. Selbst im Winter gibt es noch mehr Medicanes als im Frühjahr und Sommer, wenn so gut wie keine Medicanes auftreten. Regional finden sich die meisten Stürme im westlichen und zentralen Mittelmeer, mit den beiden Maxima im nordwestlichen Mittelmeer und im Ionischen Meer. Der Grund für die regionale Verteilung ist das Eindringen kalter Höhenluft hauptsächlich über der westlichen Mittelmeer-Hälfte.¹¹ Allerdings spielt auch eine Rolle, dass die Windscherung über dem östlichen Mittelmeer stärker ist als weiter im Westen.⁸

Wichtig für die Entstehung von Medicanes ist der Temperaturgegensatz zwischen der Meeresoberflächentemperatur und der hohen Troposphäre, der mehr als 57 °C betragen sollte. Anders als bei Tropischen Wirbelstürmen sind dabei die kalten Temperaturen in der Höhe entscheidend, weniger die der Meeresoberfläche.⁸ Medicanes brauchen nicht wie Tropische Wirbelstürme eine Wassertemperaturen von mehr als 26 °C. Ausreichend sind Temperaturen über 15 °C.⁹ Die vertikale Temperaturdifferenz, durch die die Luft instabil wird und aufsteigt, wird weniger durch eine Erwärmung des Wassers als durch Eindringen von Kaltluft in der Höhe bestimmt.¹⁰ Die Kaltluft dringt zumeist als kaltes Höhentief aus höheren Breiten ein. Die von unten aufsteigende Luft kühlt sich ab, es kommt zur Kondensation und Energiefreisetzung, die den weiteren Aufstieg antreibt. Ähnlich wie bei Tropischen Wirbelstürmen ist die Freisetzung latenter Wärme im Zentrum des Sturms der Energielieferant, die ständig durch die Verdunstung von Meerwasser nachgeliefert wird.¹¹

Abb. 4: Medicane südöstlich von Italien und Luftdruckverhältnisse am Boden am 15.1.1995.^B4

Weitere Voraussetzungen sind eine geringe Windscherung von 10-15 m/s unter dem Mittel bzw. unter 40 m/s absolut, außerdem eine hohe relative Feuchtigkeit und ein tiefer Luftdruck am Boden.¹⁰ Der tiefe Luftdruck entsteht zunächst dadurch, dass den Medicanes ähnlich wie Tropischen Wirbelstürmen normale Tiefdruckgebiete vorausgehen, deren tiefer Druck sich dann im Kern des Wirbels durch die aufsteigenden Luftmassen bis unter 1000 hPa fallen kann.¹²

Vorkommen

Die meisten Medicanes ereignen sich im Herbst, wenn das Meer noch relativ warm ist und in der oberen Atmosphäre sich bereits Kaltlufteinbrüche aus dem Norden bemerkbar machen. Selbst im Winter gibt es noch mehr Medicanes als im Frühjahr und Sommer, wenn so gut wie keine Medicanes auftreten. Regional finden sich die meisten Stürme im westlichen und zentralen Mittelmeer, mit den beiden Maxima im nordwestlichen Mittelmeer und im Ionischen Meer. Der Grund für die regionale Verteilung ist das Eindringen kalter Höhenluft hauptsächlich über der westlichen Mittelmeer-Hälfte.¹¹ Allerdings spielt auch eine Rolle, dass die Windscherung über dem östlichen Mittelmeer stärker ist als weiter im Westen.⁸

Abb. 5: Medicane Ianos Zwischen Sizilien und Griechenland am 17.9.2020.^B5

Zwischen 2016 und 2020 entwickelten sich allein über dem Ionischen Meer vier starke Medicanes. Davon war der Medicane Ianos, der zwischen dem 15. und 22. September 2020 von der libyschen Küste über Griechenland auf einer Strecke von 1900 km bis vor die ägyptische Küste zog, der stärkste bis dahin je beobachtete Medicane. Vor der nordafrikanischen Küste herrschten bei der Entstehung von Ianos Temperaturen von 28 °C.¹⁸ Der Medicane erreichte Windgeschwindigkeiten von 120 km/h¹³ und stieß am 17. September auf die westgriechische Küste und richtete dort und im Landesinnern große Schäden durch extreme Niederschläge, Hochwasser und zahlreiche Erdrutsche an. Die täglich akkumulierten Regenfälle betrugen im westlichen Griechenland mehr als 600 mm und im Zentrum des Landes 300 mm. Hier wurden zudem 1500 Erdrutsche beobachtet.¹⁴

Abb. 6: Zerstörungen in der libyschen Stadt Derna durch den Medicane Daniel.^B6

Fast genau drei Jahre später wurde der Medicane Ianos in seiner Zerstörungskraft und im Hinblick auf die menschlichen Opferzahlen noch einmal bei weitem von dem Medicane Daniel übertroffen, der Anfang bis Mitte September 2023 im östlichen Mittelmeer vor allem durch extreme Niederschläge gewaltige Zerstörungen anrichtete. Als Sturmtief lud Daniel zunächst vor allem über Griechenland, später auch über Bulgarien und der Türkei, große Wassermassen ab, die zu gewaltigen Überschwemmungen führten. In Griechenland fielen am 5. und 6. September in 24 Stunden bis maximal 750 mm Niederschlag, an zahlreichen Stationen waren es im Mittel 400-600 mm. Griechenland hatte da gerade erst die größten je beobachteten Waldbrände hinter sich, als die Wassermassen im Zentrum des Landes das landwirtschaftliche Kerngebiet zu einem großen Teil zerstörten. Als das Sturmtief weiterzog, verwandelte es sich auf dem Weg nach Libyen in einen Medicane und verwüstete hier die Küstenstadt Derna¹⁵ und forderte nie dagewesene Opferzahlen zwischen möglicherweise 10.000 und 20.000 Toten. Der Medicane Daniel war der bisher tödlichste und teuerste Medicane überhaupt. Große Teile Dernas wurden ausgelöscht, mehrstöckige Häuser wurden dem Erdboden gleich gemacht, Menschen und Autos von 30 Millionen m³ Wassermassen und Tsunami-artigen Wellen ins Meer gerissen.¹⁶  für die Entwicklung des Medicane waren ungewöhnlich hohe Meeresoberflächentemperaturen im Mittelmeer, die mit 28,4 °C einen neuen Rekordwert erreichten, und für die hohe Anzahl an Todesopfern in Libyen der Bruch von zwei Staudämmen. Nach Einschätzung der World Weather Attribution Initiative ist das Ereignis in Libyen durch den Klimawandel 50 Mal wahrscheinlicher geworden und 50% stärker im Vergleich zu einem global um 1,2 °C kühleren Klima, wie es vorindustriell herrschte.^16,17

Projektionen
Nach Modellsimulationen wird es bis Ende des 21. Jahrhunderts zwar eine Erwärmung der Meeresoberflächentemperatur im Winter um 3 °C geben, aber andererseits wird die Kaltluft in der Höhe deutlich seltener in die Mittelmeerregion eindringen, weshalb sich die meteorologischen Bedingungen für die Entstehung von Medicanes verschlechtern werden.⁹ Der vertikale Temperaturgradient wird sich dadurch verringern. Die Wahrscheinlichkeit, dass Unterschiede zwischen der Meeresoberflächentemperatur und der Temperatur der hohen Troposphäre von mehr als 57 °C und mehr auftreten, nimmt nach dem Szenario A2 um ca. 20 % ab, weil sich die Atmosphäre um etwa 3 °C stärker erwärmt als das Meer. Im Vergleich zum 20. Jahrhundert reduziert sich nach Modellsimulationen daher die Anzahl der Medicanes im B1-Szenario leicht um 15 %. Nach dem Szenario A2 wird die Verringerung der Anzahl der Medicanes mit 60 % deutlich höher ausfallen. Die Intensität der Stürme wird dagegen zunehmen. Ein Grund ist die Verstärkung der Scherwinde in einem wärmeren Klima in der kalten Jahreszeit um 3-5 % nach dem B1- und um 5-10 % nach dem A2-Szenario.⁸ Durch die stärkeren Scherwinde haben schwächere Medicanes weniger Möglichkeiten, sich zu entfalten.

Weblinks

• Cabos, W. & D. Sein (2018):  Über die Entstehung von Medicanes. In: Lozán, J.L., S.-W. Breckle, H. Graßl, D. Kasang & R.Weisse (Hrsg.): Warnsignal Klima: Extremereignisse. doi:10.2312/warnsignal.klima.extremereignisse.32.
• Wieczorek, A. (Deutscher Wetterdienst, 2015): Medicanes - die Hurrikane des Mittelmeeres?
• Ruppert, T. (Deutscher Wetterdienst, 2016): "Medicane TRIXI"

Anmerkungen

1.  Haarsma, R.J., et al. (2013): More hurricanes to hit western Europe due to global warming, Geophysical Research Letters 40, doi:10.1002/grl.50360
2. National Hurricane Center, NOAA (2006): Tropical Cyclone Report: Hurricane Vince, Abruf 30.8.2018
3. Wikipedia: Hurrikan Vince, Abruf 30.8.2018
4. Stewart, S.R., National Hurricane Center NOAA (2018): Hurricane Ophelia
5. Di Liberto, T. (2017): Former hurricane Ophelia batters Ireland
6. Walsh, K J., J. M. McBride, P. J. Klotzbach, S. Balachandran, S. J. Camargo, G. Hol­land, T. R. Knutson, J. Kossin, T.-C. Lee, A. Sobel & M. Sugi (2016): Tropical cyclones and cli­mate change. Wiley Interdisciplinary Reviews: Climate Change, 7(1), DOI:10.1002/wcc.371.
7. Leyser, A. (2014): „Medicane“ – Ein Wirbelsturm am Mittelmeer
8. Cavicchia, L., H. v. Storch ans S. Gualdi (2014): Mediterranean Tropical-Like Cyclones in Present and Future Climate, Journal of Climate 27, 7493-7501
9. Tous, T., and R. Romerao (2013): Meteorological environments associated with medicane development, Int. J. Climatol. 33, 1–14
10. Cavicchia, L., and H. von Storch, and S. Gualdi (2014): A long-term climatology of medicanes. Climate Dynamics 43, 1183–1195
11. Romero, R., and K. Emanuel (2013): Medicane risk in a changing climate, Journal of geophysical research: atmosphere 118, 5992-6001
12. Claud, C., et al. (2010): Mediterranean hurricanes: large-scale environment and convective and precipitating areas from satellite microwave observations, Nat. Hazards Earth Syst. Sci., 10, 2199-2213, doi:10.5194/nhess-10-2199-2010
13. Karagiorgos, J., I. Samos, V. Vervatis, S. Sofianos, H. Flocas (2023): The Impact of Ocean–Atmosphere Coupling on the Prediction of Mediterranean Cyclones: A CaseStudy of Medicane Ianos. Environ. Sci. Proc. 2023, 26, 60.
14  K. Lagouvardos, A. Karagiannidis, S. Dafis, A. Kalimeris, and V. Kotroni (2022): Ianos—A Hurricane in the Mediterranean, Bulletin of the American Meteorological Society 103, 6
15. WMO (2023): Storm Daniel leads to extreme rain and floods in Mediterranean, heavy loss of life in Libya
16. Carbon Brief (2023): Q&A: How are Libya’s ‘medicane’-fuelled floods linked to climate change?
17. World Weather Attribution (2023): Interplay of climate change-exacerbated rainfall, exposure and vulnerability led to widespread impacts in the Mediterranean region
18. Zimbo, F., D. Ingemi, G. Guidi (2022): The Tropical-like Cyclone “Ianos” in September 2020. Meteorology 2022, 1, 29–44

Bildnachweise

B1. Stewart, S.R., National Hurricane Center NOAA (2018): Hurricane Ophelia; Lizenz: public domain
B2. Di Liberto, T. (2017): Former hurricane Ophelia batters Ireland; Lizenz: public domain
B3. NASA Worldview, 7.11.2014 Overlays: Open Data; Lizenz: public domain
B4. Emanuel, K. (2005): Genesis and maintenance of “Mediterranean hurricanes”, Advances in Geosciences, 2, 217–220, Lizenz: CC BY-NC-SA
B5. Wikipedia (2020): Medicane Ianos approaching Greece at peak intensity on 17 September 2020
Lizenz: public domain, ursprgl. NASA
B6. European Union, Copernicus Emergency Management Service data, Copernicus Sentinel-X (2023): Severe floods devastate Derna in Libya
Lizenz: This Image of the Day may be reused freely and without prior authorisation by the media provided the following attribution is included (s.o.) [unter: Download here]

Autor: Dieter Kasang