Hitzewellen in Nordamerika

Hitzewellen sind gegenwärtig die wichtigste Ursache von wetterbedingten Todesfällen in den USA.

Hitzewellen in Nordamerika

Einzelne Hitzewellen

Gegenwärtig fallen in den USA extremer Hitze mehr Menschen zum Opfer als jeder anderen Art von Wetterextremen. Die Schätzungen von jährlichen durch Hitzestress verursachten Todesfällen belaufen sich auf 170 bis 690 Fälle.1a Vor allem sind Ältere, Kinder und chronisch Kranke betroffen. Zusätzlich ist festzustellen, dass besonders die städtische Bevölkerung betroffen ist, da sich hier oft Menschen mit niedrigerem Einkommen konzentrieren, die sich Klimaanlagen nicht leisten können und keinen Zugang zu einer adäquaten gesundheitlichen Versorgung besitzen. Dicht bebaute Stadtgebiete sind außerdem anfällig für hohe Temperaturen durch den sog. städtischen Wärmeinsel-Effekt. In Städten ist die nächtliche Abkühlung durch die geringere Verdunstung und die Wärmespeicherung in Gebäuden und versiegelten Böden deutlich geringer als im Umland, wodurch Menschen sich nachts weniger gut von der Wärmebelastung am Tage erholen können. Die Folge ist eine viermal so hohe Sterberate durch Hitzewellen wie in den umgebenden ländlichen Gebieten.

1995 kam es in der 123jährigen Wetteraufzeichnung von Chicago zu einer beispiellosen Hitzewelle. Die maximalen Tagestemperaturen lagen in sieben aufeinanderfolgenden Tagen bei oder über 32 °C. Die nächtlichen Minimumtemperaturen waren auf dem Höhepunkt der Hitzeperiode höher als 27 °C. Nach späteren Untersuchungsergebnissen fielen der Hitzewelle in Chicago 697 Menschen zum Opfer. Tausende litten unter Dehydrierung, Hitzeschlag und Hitzeerschöpfung. Betroffen waren vor allem ältere Leute über 65 und sozial Schwache. Erschwerend wirkte sich aus, dass Südwestwinde eine Abkühlung vom Michigansee her blockierten und ein angemessenes Hitzefrühwarnsystem fehlte.1b

Nachdem der Südwesten der USA bereits im Juli 2007 von extrem hohen Temperaturen betroffen war,2 ereignete sich eine weitere extreme Hitzewelle im August 2007 über große Teile der mittleren, südöstlichen und östlichen Gebiete der südlichen USA. Durch die Hitzewelle starben mehr als 50 Menschen. Vielerorts wurden bisherige Temperaturrekorde übertroffen. Mehrere Faktoren begünstigten das Entstehen der Hitzewelle. Ein stabiles Hochdrucksystem über der betroffenen Region blockierte ein Vordringen des Jetstreams nach Süden und verhinderte, dass Tiefdruckzellen von West nach Ost wanderten. Die Hitzewelle wurde außerdem durch eine vorhergehende langanhaltende Dürre im Südosten begünstigt, die die Bodenfeuchte stark absenkte. Außer den Todesfällen kam es zu zahlreichen hitzebedingten Krankheiten wie Herz-Kreislauf-Problemen, Erschöpfungszuständen etc. Betroffen waren vor allem Alte, Kinder und sozial schwache Menschen. Die Kombination aus Hitze und Dürre hat auch zu starken Verlusten in der Landwirtschaft geführt, vor allem im Maisanbau in Alabama und für die Weiden in North Carolina und Tennessee.3

Auch 2012 war in den USA ein Jahr mit teilweise extrem hohen Temperaturen. Schon der März 2012 begann mit Rekordtemperaturen, so in Chicago über mehrere Tage mit über 26 °C,4 Im Juni und Juli wurden dann in Kansas und Arizona Extremtemperaturen von 47 °C und mehr gemessen, in Beaver DAM/Arizona sogar 49,4 °C.5 Die Hitzewelle betraf vor allem die Prärien östlich der Rocky Mountains sowie den Osten der USA. Die Folgen waren die Ausbreitung von Flächenbränden, Hitzestress für Menschen, Tiere und Pflanzen und Schäden an der Infrastruktur. Einher ging eine Dürre, die Mitte Juli ca. 80 % der Fläche der USA betraf, wobei über 40 % extreme Dürre herrschte.

Trends

Hitze- und Kälteextreme in den USA


Abb. 1: Verhältnis von Hitze-Rekord-Tagen zu Kälte-Rekord-Tagen. Die roten Säulen zeigen Jahre mit mehr heißen Rekord-Tagen als kalten Rekord-Tagen, die blauen Jahre mit mehr kalten Rekord-Tagen. Die Höhe der  Säulen gibt das am linken Rand genannte Verhältnis von heißen (kalten) zu kalten (heißen) Rekord-Tagen an. 4:1 bedeutet, es gab in dem Jahr (1998) vier Mal so viele heiße als kalte Rekord-Tage.B1

In Nordamerika haben besonders die heißen Tage und Hitzewellen in den letzten 50 Jahren zugenommen. In den USA ist allerdings die Dauer und Intensität der Hitzewellen der 1930er Jahre danach nicht wieder übertroffen worden. Auf der anderen Seite hat die Anzahl der ungewöhnlich kalten Tage abgenommen und die frostfreien Jahreszeiten haben zugenommen. Im Allgemeinen gibt es einen Wandel zu einem wärmeren Klima mit einer Zunahme extrem hoher Temperaturen und einer Abnahme extrem niedriger Temperaturen. Diese Änderungen haben sich besonders in der westlichen Hälfte Nordamerikas gezeigt.6

Hitzewellen haben in den USA seit Ende des 19. Jahrhunderts in den 1930er Jahren deutlich ihren Höhepunkt erreicht und sind danach auf ein Minimum in den 1960er und 1970er Jahren zurückgegangen. Seitdem zeigt sich jedoch wieder ein Aufwärtstrend bis in die ersten Jahre des 21. Jahrhunderts. Auffällig ist, dass die Hitzewellen in den 1930er Jahren zwar sehr hohe Tages-, aber keine ungewöhnlichen Nachttemperaturen aufwiesen. Das weist auf den Einfluss der Sonneneinstrahlung als hauptverantwortlich für die Hitzewellen in den 1930er Jahren, also auf natürliche Ursachen. Anders sieht es bei den Hitzewellen seit 2000 aus, bei denen gerade die Nachttemperaturen sehr hoch waren, was die höhere Konzentration von Treibhausgasen als wichtige Ursache der Hitzewellen belegt.6

Nur in den westlichen Regionen der USA gab es in den 2000er Jahren die größte Anzahl an Hitzewellen, in allen übrigen Gebieten dominierten eindeutig die 1930er Jahre. Bei den extremen Hitzewellen (die nur 1 x in 20 Jahren vorkommen) zwischen 1950 und 2007 zeichnet sich wie bei der mittleren Erwärmung das „Wärmeloch“ im Südosten der USA ab, d.h. auch die Hitzewellen traten hier seltener und weniger extrem auf. Ein Problem bei der Bestimmung eines Trends von Hitzewellen ist allerdings die Definition einer Hitzewelle. Hier kann man Wiederkehrperioden zugrunde legen, absolute Werte oder auch Merkmale, die besonders die Gesundheit des Menschen gefährden wie hohe Nachttemperaturen. Eine Untersuchung von Hitzewellentrends in den USA, die möglichst viele Definitionen berücksichtigt, kam zu teilweise entgegengesetzten Schlüssen.7 Danach gab es im Südosten der USA zwischen 1979 und 2011 mehr Hitzewellen-Tage als in jeder anderen Region des Landes. Und auch der Trend zu mehr heißen Tagen war hier stärker als anderswo. Ein Grund für diese Ergebnisse könnte der spätere Untersuchungszeitraum sein, da das sogenannte Wärmeloch im Südosten in den 1990er und 2000er Jahren durch eine zunehmende Erhöhung der Jahresmitteltemperaturen ersetzt wurde.

In d50 größeren Städten der USA nahm nach einer Untersuchung die Häufigkeit von Hitzewellen von den 1960er bis in die 2000er Jahre von 2,2 pro Jahrzehnt auf 4,5 pro Jahrzehnt zu, hat sich also in 50 Jahren verdoppelt. Außerdem traten Hitzewellen immer früher im Jahr auf und betrafen diese Städte zunehmend später, so dass sich die Hitze-Saison von 28 Tagen in den 1960er Jahren auf 51 Tage in den 2000er Jahren ebenfalls fast verdoppelt hat.1a Auch die Temperaturen während einer Hitzewelle sind in jüngster Zeit deutlich höher als noch vor 50 Jahren, und auch die Dauer der einzelnen Hitzewellen hat etwas zugenommen. Die Ursachen dafür liegen sowohl in der Änderung der städtischen Umwelt durch dichtere Bebauung, abnehmende Vegetationsbedeckung in den Städte usw. wie in der Zunahme der Treibhausgase und der globalen Erwärmung. Am stärksten betroffen von den Veränderungen waren die Städte New Orleans, Dallas-Fort Worth, Fresno und San Francisco.

Projektionen

Hitzewellen in den USA 1980-2005 und 2031-2055


Abb. 2: Häufigkeit von drei oder mehr Hitzewellentage 1980-2005 (links) und nach dem Szenario RCP8.5 2031-2055 (rechts). Hitzewellentage: >95 Percentile (5% wärmste Tage) der historischen Verteilung (1979-2009)B2

Nach dem RCP8.5-Szenario wird es in Nordamerika bereits in der ersten Hälfte des 21. Jahrhunderts eine deutliche Zunahme von extrem heißen Sommern geben. So werden nach Modellsimulationen in 2046-2065 mehr als 50 % der Sommer in den meisten Regionen des nordamerikanischen Kontinents die saisonalen Maximum-Temperaturen des späten 20. Jahrhunderts überschreiten. Bei den täglichen Extremwerten wird es nach RCP8.5 in fast ganz Nordamerika einen Anstieg der täglichen Maximum-Temperatur um 5 °C am Ende des Jahrhunderts geben.8

Besonders im Süden und Südwesten der USA zeigen Modellsimulationen eine deutliche Steigerung der hohen mittleren Sommertemperaturen. Früher seltene heiße Sommer werden um die Mitte des 21. Jahrhunderts in den USA insgesamt deutlich häufiger vorkommen. Der Südwesten wird dabei jedoch ein Hotspot der künftigen Erwärmung sein.9

Die Verstärkung heißer Extreme ist mit trockeneren Wetterlagen in der warmen Jahreszeit verbunden. Verantwortlich dafür ist weitgehend eine ungewöhnliche sommerliche Hochdrucklage, durch die weniger Niederschläge fallen und die Bodenfeuchte abnimmt.10

Anmerkungen:
1.a Habeeb, D.,  J. Vargo, B. Stone Jr. (2015): Rising heat wave trends in large US cities, Natural Hazards 76, 1651-1665
1.b Hayhoe, K., S. Sheridan, L. Kalkstein, Scott Greene (2010): Climate change, heat waves, and mortality projections for Chicago, Journal of Great Lakes Research 36, 65–73
2. NASA Earth Oberservatory (2007): Heat Wave in the Western United States
3. NOAA (2007): August 2007 Heat Wave
4. NASA Earth Oberservatory (2012): Historic Heat in North America Turns Winter to Summer
5. Haeseler, S., DWD (2012): Hitzewelle und Dürre in den USA im Juni/Juli 2012
6. Karl, T.R., et al. (2008): Weather and Climate Extremes in a Changing Climate
7. Smith, T.T., B.F. Zaitchik, and J.M. Gohlke (2013): Heat waves in the United States: definitions, patterns and trends, Climatic Change 118, 811–825
8. IPCC (2014): Climate Change 2014, Working Group II: Impacts, Adaptation and Vulnerability, 26.2.2.2
9. Duffy, P.B., and C. Tebaldi (2012): Increasing prevalence of extreme summer temperatures in the U.S., Climatic Change 111, 487–495
10. Diffenbaugh, N.S., and M. Ashfaq (2010): Intensification of hot extremes in the United States, Geophysical Research Letters 37, doi:10.1029/2010GL043888

Bildquellen:
B2.
USGCRP (2017): Climate Science Special Report: Fourth National Climate Assessment, Volume I [Wuebbles, D.J., D.W. Fahey, K.A. Hibbard, D.J. Dokken, B.C. Stewart, and T.K. Maycock (eds.)]. U.S. Global Change Research Program, Washington, DC, USA, 470 pp., Figure ES.5, doi: 10.7930/J0J964J6.; Lizenz:  public domain
B1. Lyon, B., A.G. Barnston, E. Coffel and R.M. Horton (2019): Projected increase in the spatial extent of contiguous US summer heat waves and associated attributes, Environ. Res. Lett. 14 114029 ; Lizenz: CC BY