Änderung der Niederschläge
Inhaltsverzeichnis
Veränderungen
Die Zunahme von CO2 und anderen Treibhausgasen in der Atmosphäre hat nicht nur die Temperatur der Erdoberfläche erhöht, sondern auch starke Veränderungen der Niederschläge, des Abflusses und von Dürren bewirkt. Höhere Temperaturen steigern die Fähigkeit der Atmosphäre, mehr Wasserdampf aufzunehmen, und verstärken dadurch die Verdunstung. Entsprechend erhöhte sich in manchen Regionen der Erde der absolute Wasserdampfgehalt in der Atmosphäre. In der Summe kam es dadurch zu einem leichten Anstieg der Niederschläge (Abb. 1).
Abb. 1: Änderung der globalen jährlichen Niederschläge 1900 bis 2019 im Vergleich zum Mittel 1901-2000B1
Eine Erhöhung des Wasserdampfgehalts ist besonders in den niederen Breiten seit den 1970er Jahren zu beobachten, aber auch in den mittleren und hohen Breiten Eurasiens, in großen Teilen N-Amerikas, im südöstlichen S-Amerika und in NW-Australien. Ein Grund ist auch der von angrenzenden Meeren über die Atmosphäre herantransportierte Wasserdampf, der sich z.B. in die eurasische Arktis zwischen 1948 und 2008 um 2,6% pro Jahrzehnt erhöht hat. In den westlichen USA, in S-Asien, S-Amerika und S-Afrika hat die relative Feuchtigkeit (der Anteil am maximalen Wasserdampfgehalt) über Land dagegen abgenommen, so dass es auch zu geringeren Niederschlägen gekommen ist.1 Allgemein haben die Niederschläge 1988-2019 in feuchten Gebieten zu-, in trockenen abgenommen (Abb. 2). Eine Verstärkung des Gegensatzes zwischen feuchten und trockenen Gebieten in den Tropen (30 °S – 30 °N) sagen auch Klimamodellsimulationen bei einer weiteren Zunahme der Treibhausgaskonzentration voraus.2
Abb. 2: Änderung der Jahresmittelwerte der Niederschläge der Periode 1986-2015 im Vergleich zu 1901-1960B2
Teilweise bestehen bei der Veränderung der Niederschläge größere Unterschiede zwischen den Jahreszeiten. So nehmen die Niederschläge in Mittel- und Nordeuropa vor allem in der kalten Jahreszeit zu, während sie im Sommer besonders in Mitteleuropa teilweise zurückgehen. In den USA steigen die Niederschläge hauptsächlich in den Herbstmonaten. In Westaustralien nehmen sie dagegen im Süd-Sommer zu und im Süd-Winter teilweise ab, während sie in Afrika fast überall ganzjährig zurückgehen. In einigen Regionen wie in Westafrika zeigen sich zudem dekadische, über mehrere Jahrzehnte reichende, Schwankungen.B3
Erklärungen
Langfristige, über mehrere Jahrzehnte reichende Trends sind zumeist mit höheren Temperaturen verbunden und können weitgehend mit der globalen Erwärmung durch mehr Treibhausgase erklärt werden. In einer wärmeren Atmosphäre erhöht sich auch deren Fähigkeit, Wasserdampf aufzunehmen. Dadurch werden die Verdunstung verstärkt und die Niederschläge erhöht, allerdings räumlich sehr uneinheitlich. Über den Ozeanen wurde in Übereinstimmung mit einer Zunahme der Meeresoberflächentemperatur eine Erhöhung des Wasserdampfgehalts der Troposphäre beobachtet. In den ohnehin trockenen Subtropen über dem Land verstärkt sich die potentielle Verdunstung, die in der wärmeren Atmosphäre aber seltener zu einer Wasserdampfsättigung und damit zu Niederschlägen führt. Wenn Niederschläge hier fallen, dann können sie wegen des höheren Wasserdampfgehalts der Atmosphäre jedoch heftiger ausfallen. In den mittleren und höheren Breiten ist auch aufgrund der atmosphärischen Zirkulation, die einerseits das verdunstete Wasser aus den Subtropen in höhere Breiten transportiert und zum anderen das Mehr an Wasserdampf von den Ozeanen Richtung Kontinente befördert, allgemein mit höheren Niederschlägen zu rechnen.
Neben den langfristigen Trends gibt es aber auch dekadische Schwankungen und eine oft starke Variabilität von Jahr zu Jahr, die weitgehend natürlich bedingt sind. Erstere sind hauptsächlich auf Änderungen der Meeresoberflächentemperatur im Pazifik und Atlantik zurückzuführen, letztere auf den Wechsel von El-Niño- und La- Niña-Phasen, bzw. auf das sog. ENSO-Phänomen. Bei den jährlichen ENSO-Schwankungen bewirkt ein El Niño feuchte Bedingungen über dem Südwesten Nordamerikas, dem Süden Südamerikas und Südwest-Asien sowie trockene Bedingungen über Australien und Ozeanien, Südwestasien, dem nördlichen Südamerika und Südafrika (Abb. 3). Bei einer La Niña herrschen die entgegengesetzten Wirkungen vor. Bei den starken Niederschlagsdefiziten im afrikanischen Sahel in den 1970er und 1980er Jahren, die direkt durch niedrige Temperaturen im Nordatlantik angetrieben wurden, wird jedoch auch ein Einfluss durch anthropogene Aerosole angenommen.3
Abb. 3: Abweichung der Niederschläge vom Mittel 1979-2006 bei einem El Nino für November-April in cm pro Monat.B3
Je nachdem um welche Aerosole es sich handelt (z.B. Sulfataerosole oder Rußpartikel), reflektieren oder absorbieren sie die Sonneneinstrahlung. Dadurch wird einerseits die Erdoberfläche abgekühlt und andererseits die Atmosphäre erwärmt und ihre vertikale Stabilität verstärkt. Beides führt zu einer Verringerung von Niederschlägen. Zu diesen direkten Effekten kommt noch die indirekte Wirkung der Aerosole durch ihren Einfluss auf die Wolkenbildung hinzu. Dabei dienen Aerosole als Kondensationskerne und verstärken die Bildung von kleinen Tröpfchen und damit die Wolken-Albedo. Kleine Tröpfchen verzögern aber die Niederschlagsbildung und verlängern dadurch die Verweilzeit von Wolken.
Besonders nach dem 2. Weltkrieg nahm im Nordatlantikraum die Aerosolbelastung durch die 'schmutzige' Industrialisierung deutlich zu. Die Quellen der Aerosol-Emissionen lagen vor allem in Nordamerika und in Europa. Die Folge war eine Abkühlung der Meeresoberflächentemperaturen des Nord-Atlantiks und eine Verschiebung der Innertropischen Konvergenz nach Süden. Das schwächte die westafrikanische Monsunzirkulation und die Verdunstung und führte zu einer Abnahme der Niederschläge über der Sahel-Zone bis in die 1980er Jahre. Die anschließende Abnahme der Aerosol-Emissionen hatte dann eine Wiederzunahme der Niederschläge zur Folge. Auch die Abnahme der süd- und südostasiatischen Monsunniederschläge in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts hängt mit der Aerosolbelastung zusammen, die jedoch zunehmend aus regionalen Quellen stammte.4
Anmerkungen:
1. IPCC (2021): Climate Change 2021: The Physical Science Basis, 8.3.1
2. Schurer, A.P., A.P. Ballinger, A.R. Friedman, and G.C. Hegerl (2020): Human influence strengthens the contrast between tropical wet and dry regions. Environmental Research Letters, 15(10), 104026, doi:10.1088/1748-55 9326/ab83ab.
3. Dai, A. (2021): Hydroclimatic trends during 1950–2018 over global land, Climate Dynamics (2021) 56:4027–4049 https://doi.org/10.1007/s00382-021-05684-1
4. Undorf, S., D. Polson, M.A. Bollasina, Y. Ming, A. Schurer, G.C. Hegerl (2018): Detectable impact of local and remote anthropogenic aerosols on the 20th century changes of West African and South Asian monsoon precipitation. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 123, 4871–4889. https://doi.org/10.1029/2017JD027711
Bildquellen:
B1. EPA (United States Environmental Protection Agency): Climate Change Indicators: U.S. and Global Precipitation; Lizenz: public domain
B2. U.S. Global Change Research Program: Climate Science Special Report: Fourth National Climate Assessment, Vol. 1, Chapter 1, ursprgl.: NOAA NCEI und CICS-NC ; Lizenz: public domain
B3. Global Precipitation Climatology Project (GPCP) precipitation merged precipitation for 1979 – 2010, http://research.jisao.washington.edu/data/gpcp/ ; Lizenz: public domain