Klimawandel und Klimafolgen

Waldbrände der letzten Jahre

Von 2012 bis 2016 litt Kalifornien unter einer im historischen Vergleich beispiellosen Dürre, die immer wieder vom Ausbruch großer Waldbrände begleitet war. Einzelne Feuer erfassten eine Fläche von über 30 000 ha.¹ Auch nach dem Ende dieser Dürreperiode kam es in Kalifornien im Oktober 2017 erneut zu großen Feuerausbrüchen, die eine Ausdehnung von 15 000 oder sogar über 20 000 ha erreichten.²  Die Waldbrände im Herbst 2017 forderten 42 Todesopfer, die höchste Zahl in der kalifornischen Feuergeschichte. Die Kosten beliefen sich auf 3 Ma. US$  und waren damit möglicherweise auch weltweit die höchsten in den letzten Jahrzehnten.³ Die gefährlichen Bedingungen für die Brände 2017 entwickelten sich bereits im vorangegangenen Winter mit extremen Niederschlägen im Dezember 2016 bis Februar 2017, die die jahrelange Trockenheit abrupt beendeten. Dadurch kam es im Frühjahr zu einem starken Pflanzenwachstum. Im Sommer änderten sich dann erneut die Wetterbedingungen: Der zweitfeuchteste Winter schlug um in den heißesten Sommer des Staates Kalifornien seit 1896. Die hohen Temperaturen trockneten die reichlich vorhandene Vegetation aus, die dadurch zum idealen Brennholz für die Herbstfeuer wurde.² Die bekannten Santa Anna Winde aus dem trockenen Innern des Landes fachten die Brände zusätzlich an.

Abb. 1: Waldbrände in Süd-Kalifornien 2003 unter dem Einfluss der trockenen Santa Anna Winde, die aus den Wüstengebieten im Landesinnern Richtung Küste wehen.¹⁵

Die Dürren und die Waldbrände, von denen Kalifornien in den letzten Jahren betroffen war, haben in den US-Medien und in der wissenschaftlichen Literatur wiederholt eine Debatte über den Anteil des Klimawandels hervorgerufen.

Trends

Eine neuere Untersuchung über die Entwicklung der Waldbrände  in den westlichen USA seit den 1970er Jahren zeigt, dass sich die Anzahl der großen, mehr als 400 ha umfassenden, Waldbrände  um etwa 20 Feuer pro Jahrzehnt erhöht hat. Auch die Flächen, die diese großen Brände erfasst haben, vergrößerten sich um 123 000 ha pro Jahrzehnt. Hinzu kam eine immer längere Feuersaison. So war die Feuersaison in den Jahren 2003 bis 2012 mit 222 Tagen im Durchschnitt mehr als 84 Tage länger als im Zeitraum 1973-1982, was einem positiven Trend von mehr als drei Tagen pro Jahr entspricht.⁴
Dieser deutlichen Zunahme in Anzahl der Feuer und betroffener Fläche liegt allerdings kein langfristiger Trend zugrunde. Holzkohlesedimente und historische Zeugnisse zeigen vielmehr über die letzten 1000 Jahre starke Schwankungen der Feueraktivität, die im Wesentlichen der Temperatur- und der Dürreentwicklung folgen. Während der mittelalterlichen Warmzeit war die Feueraktivität relativ hoch, während der Kleinen Eiszeit dagegen sehr niedrig. Das 20. Jahrhundert fällt ebenfalls mit einem sehr geringen Vorkommen von Waldbränden auf, so dass in der Literatur sogar von einem „Feuer-Defizit“ die Rede ist.⁵ Als Gründe dafür werden jedoch die erheblichen direkten anthropogenen Einflüsse wie Beweidung, Abholzung und Brandbekämpfung angenommen. Die deutliche Intensivierung der Feueraktivität in den letzten drei bis vier Jahrzehnten ist daher auch auf dem Hintergrund eines sehr geringen Waldbrandvorkommens über große Teile des vorigen Jahrhunderts zu sehen, das nicht primär klimatisch bedingt ist.

Ursachen

Als eine Ursache für die höhere Feueraktivität der letzten Jahrzehnte in den westlichen USA wird die seit Beginn des 20. Jahrhunderts besonders intensiv betriebene Feuerunterdrückung diskutiert.⁶ Sie habe einerseits lange Zeit den Ausbruch und die Entfaltung von Waldbränden eingedämmt, sei andererseits dadurch aber auch vor allem für die sog. „Megafeuer“ der letzten Zeit verantwortlich. Durch eine besonders seit Beginn des 20. Jahrhunderts  staatlich betriebene Bekämpfung von Waldbränden wurde danach das Wachstum von Bodenpflanzen gefördert und so große Mengen von Brennmaterial angesammelt, die den Ausbruch großer Bodenfeuer begünstigten.⁷ Überwiegend wird jedoch in klimatischen Faktoren der Hauptgrund für das vermehrte Vorkommen von starken Waldbränden gesehen.⁸ Wie in früheren Jahrhunderten sind nach Auffassung der meisten Autoren auch in jüngster Zeit geringe Niederschläge, hohe Temperaturen, Dürren, heiße und trockene Winde und in manchen Fällen den Dürren vorangehende feuchte Phasen die wichtigsten Ursachen für Waldbrände in Kalifornien und den westlichen USA gewesen.

Abb. 2: Veränderung der Anzahl großer Waldbrände (>400 ha) und der mittleren Frühjahrstemperatur in den westlichen USA¹⁶
Die außergewöhnlichen Waldbrände seit 2012 bestätigen das. Sie waren begleitet von starken Niederschlagsdefiziten und einer nie dagewesenen Dürreperiode. 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 bis in das Jahr 2016 fortsetzte⁹) absolut einzigartig und lässt sich auf der Grundlage von Paläodaten keiner Wiederkehrperiode mehr zuordnen.¹⁰

Abb. 3: Der Palmer Drought Severity Index PDSI für Kalifornien im Dezember 1950 bis 2016¹⁷

Ein wesentlicher Antrieb für die Dürre waren die ungewöhnlich geringen Niederschläge. So fielen in dem an sich niederschlagsreichen Winter von Dezember 2013 bis Februar 2014 nur 50 mm Niederschlag (gegenüber einem Mittelwert von 265 mm im 20. Jahrhundert), die den Winter 2013/14 zum regenärmsten Winter seit 1895 machten. Dadurch kam es zu einer Austrocknung der Vegetation und des Bodens. 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 1970-2000.¹¹ Die hohen Temperaturen bewirkten eine stärkere Verdunstung und damit weitere Austrocknung und ließen in den höheren Lagen der Küstenkette und der Sierra Nevada, wo sich die meisten Wälder befinden, den Schnee, der normalerweise als Wasserspeicher fungiert, zunehmend als Regen fallen. Die stärkste Zunahme von ausgedehnten Waldbränden zeigten daher vor allem die Wälder in mittleren Höhen der Sierra Nevada, die die größten Gebiete mit früher Schneeschmelze und starker Austrocknung darstellen.⁴

Der Zusammenfall von Trockenheit und hohen Temperaturen, die jene verstärkten, führte in Kalifornien zu Dürren, die als „hot droughts“ („heißen Dürren“) bezeichnet werden, welche in jüngster Zeit immer häufiger vorgekommen sind.¹² Dadurch hat sich die Ausdehnung der Gebiete mit hoher Trockenheit des Brennmaterials seit ca. 1980 signifikant erhöht. Nach Modellsimulationen hat daran der Klimawandel einen Anteil von etwa 75 %.¹³ Der langjährige Temperaturanstieg hatte außerdem eine Verlängerung der Wachstumszeit zur Folge. Und damit sammelte sich genügend Brennmaterial für das nächste Feuer an, und die Feuersaison verlängerte sich. Der Temperaturanstieg, die längere Wachstumszeit und der durch die Erwärmung verringerte Schneefall werden allgemein auf den anthropogenen Klimawandel zurückgeführt.¹³

Abb. 4: Lage des Hochdruck-Rückens im Winter 2013/14 bei 200 hPa (X=Zentrum des Hochs) und des Tiefs über dem östlichen Nordamerika.[13]

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.^12;14

Projektionen

Bei den bisherigen Dürren und Bränden in Kalifornien hat sich der Klimawandel zwar nicht als die alleinige Ursache, aber mindestens als ein wichtiger Verstärkungsfaktor erwiesen. Es ist daher damit zu rechnen, dass mit fortschreitender globaler Erwärmung auch die Waldbrandaktivitäten in Kalifornien steigen werden. Sowohl die CO2-Düngung als auch höhere Temperaturen und längere Wachstumszeiten werden künftig für genügend Brennmaterial sorgen. Die höheren Verdunstungsraten werden das Brennholz trockener werden lassen. Hinzu kommt der indirekte Einfluss des Klimawandels auf die Entstehung von Dürren. Schon heute gehen einige Wissenschaftler davon aus, dass sich die Beziehung zwischen Dürren in Kalifornien und dem ENSO-Zyklus verstärkt hat, und erwarten das weiterhin für die Zukunft.¹⁴  Ebenso ist mit einer weiteren Ausdehnung der Hadley-Zelle und damit mit einer Verschiebung der subtropischen Hochdruckzellen nach Norden zu rechnen. Und auch das Abschmelzen des arktischen Meereises mit seinem Einfluss auf blockierende Wetterlagen in den mittleren Breiten dürfte in den nächsten Jahrzehnten weitergehen. Der anthropogene Klimawandel wird daher künftig die Feuersaison in Kalifornien zunehmend mitbestimmen.¹

Anmerkungen:

1. Yoon, J.-H., S.-Y. Simon Wang, Robert R. Gillies, Lawrence Hipps, Ben Kravitz, and Philip J. Rasch (2015): Extreme Fire Season in California: A Glimpse into The Future?, in: Herring, S. C., A. Hoell, M. P. Hoerling, J. P. Kossin, C. J. Schreck III, and P. A. Stott, Eds. (2016): Explaining Extreme Events of 2015 from a Climate Perspective. Bull. Amer. Meteor. Soc., 97 (12), S5–S9, doi:10.1175/BAMS
2. Lindsey, R. (NOAA, 2017): Climate conditions behind deadly October 2017 wildfires in California, https://www.climate.gov/news-features/event-tracker/climate-conditions-behind-deadly-october-2017-wildfires-california
3. Masters, J. (2017): New Fire Danger Threatens to Worsen Most Disastrous Wildfire Season in California History, https://www.wunderground.com/cat6/new-fire-danger-threatens-worsen-most-disastrous-wildfire-season-california-history
4. 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. http://dx.doi.org/10.1098/rstb.2015.0178
5. Marlon, J.R., et al. (2012): Long-term perspective on wildfires in the western USA, PNAS 109, 9, E535-E543, doi: 10.1073/pnas.1112839109
6. Abella, S.R., & P.J. Fornwalt (2015): Ten years of vegetation assembly after a North American mega fire, Global Change Biology (2015) 21, 789–802, doi: 10.1111/gcb.12722
7. Keyse, A., and A.L. Westerling (2017): Climate drives inter-annual variability in probability of high severity fire occurrence in the western United States, Environmental Research Letteers 12, 065003, https://doi.org/10.1088/1748-9326/aa6b10
8. Dennison, P. E., S. C. Brewer, J. D. Arnold, and M. A. Moritz (2014): Large wildfire trends in the western United States, 1984–2011, Geophys. Res. Lett., 41, 2928–2933, doi:10.1002/2014GL059576.
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), John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, NJ, USA. doi: 10.1002/9781119068020.ch13
10. Robeson, S. M. (2015): Revisiting the recent California drought as an extreme value, Geophys. Res. Lett., 42, 6771–6779, doi:10.1002/2015GL064593.
11. Daten nach  NOAA National Centers for Environmental Information: Climate at a Glance, https://www.ncdc.noaa.gov/cag/
12. 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
13. 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
14. 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
15. NASA Earth Observatory: Fires in Southern California, Autor: Jacques Descloitres, MODIS Rapid Response Team at NASA GSFC; Lizenz: public domain
16. Eigene Darstellung nach 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
17. Eigene Darstellung mit Daten nach  NOAA National Centers for Environmental Information: Climate at a Glance, https://www.ncdc.noaa.gov/cag/