Hitzewellen in Nordamerika

Hitzewellen sind gegenw?rtig die wichtigste Ursache von wetterbedingten Todesf?llen in den USA.

Hitzewellen in Nordamerika

Gef?hrdung durch Hitzewellen

In den USA fielen in letzter Zeit mehr Menschen extremer Hitze zum Opfer als jeder anderen Art von Wetterextremen. Die Sch?tzungen von j?hrlichen durch Hitzestress verursachten Todesf?llen belaufen sich auf 170 bis 690 F?lle.1 Vor allem sind ?ltere, Kinder und chronisch Kranke betroffen. Zus?tzlich ist festzustellen, dass besonders die st?dtische Bev?lkerung betroffen ist, da sich hier oft Menschen mit niedrigerem Einkommen konzentrieren, die sich Klimaanlagen nicht leisten k?nnen und keinen Zugang zu einer ad?quaten gesundheitlichen Versorgung besitzen. Dicht bebaute Stadtgebiete sind au?erdem anf?llig f?r hohe Temperaturen durch den sog. st?dtischen W?rmeinsel-Effekt. In St?dten ist die n?chtliche Abk?hlung durch die geringere Verdunstung und die W?rmespeicherung in Geb?uden und versiegelten B?den deutlich geringer als im Umland, wodurch Menschen sich nachts weniger gut von der W?rmebelastung am Tage erholen k?nnen. Die Folge ist eine viermal so hohe Sterberate durch Hitzewellen wie in den umgebenden l?ndlichen Gebieten.

Das Beispiel 2012: 2012 waren der Mittlere Westen der USA und Teile Kanadas von einer der st?rksten Hitzewellen der j?ngsten Zeit betroffen. Schon der M?rz 2012 begann mit Rekordtemperaturen, so in Chicago ?ber mehrere Tage mit ?ber 26 ?C,2 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.3 Die Hitzewelle betraf vor allem die Pr?rien ?stlich der Rocky Mountains sowie den Nordosten der USA. Die Folgen waren die Ausbreitung von Fl?chenbr?nden, Hitzestress f?r Menschen, Tiere und Pflanzen und Sch?den an der Infrastruktur. Einher ging eine D?rre, die Mitte Juli ca. 80?% der Fl?che der USA erfasste, wobei ?ber 40?% extreme D?rreverh?ltnisse herrschten.

Die Hitzewelle im Juni 2021

Das Ereignis

Temperaturabweichungen am 27. Juni 2021 vom Mittel 2014-2020 am selben Tag.


Abb. 1: Temperaturabweichungen am 27. Juni 2021 vom Mittel 2014-2020 am selben TagB1

W?hrend der letzten Juni-Tage 2021 hat sich im Nordwesten der USA und im westlichen Kanada eine Hitzewelle ereignet, wie sie in dieser Region nie zuvor beobachtet worden ist. Zwischen dem 27. und dem 29. Juni herrschten vielerorts Temperaturen ?ber 40 ?C. In dem kleinen Dorf Lytton (ca. 250 Einwohner) nord?stlich von Vancouver in British Columbia (Kanada) wurden am 29.6. sogar bis dahin unvorstellbare 49,6 ?C als H?chsttemperatur gemessen. Die Maximum-Temperaturen zahlreicher Stationen lagen um 16-20 ?C ?ber den normalen Werten in dieser Jahreszeit und ?bertrafen selbst die Maximum-Werte in bisherigen Jahren noch um bis zu 5 ?C.4 Die h?chste in Kanada bisher je gemessene Temperatur betrug 45 ?C und wurde im Jahr 1937 in der Provinz Saskatchewan erreicht. Die Temperatur in Lytton vom 29. Juni 2021 war nicht nur ein Allzeit-Rekord f?r ganz Kanada, sondern zugleich die h?chste jemals gemessene Temperatur n?rdlich des 50. Breitengrades weltweit.5 Nur wenige Tage sp?ter, am 1. Juli, wurde der Ort, der gerade erst weltweite Bekanntheit erreicht hatte, durch einen Waldbrand nahezu vollst?ndig ausgel?scht.6

Extrem hohe Temperaturen wurden auch in anderen Stationen Kanadas und der nordwestlichen USA registriert. An der Station Portland in Oregon, USA, betrug die H?chsttemperatur Ende Juni 2021 46,7 ?C und ?bertraf damit den fr?heren Rekord von 41,7 ?C in den Jahren 1965 und 1981 um 5 ?C. Und im kanadischen Vancouver wurde ein fr?herer Temperatur-Rekord von 37,6 ?C (2009) auf 41,4 ?C erh?ht.4

Ursachen
Klimaforscher betonen die extreme Ausnahme der hohen Temperaturen und heben hervor, dass selbst bei der gegenw?rtigen globalen Erw?rmung von 1,2 ?C gegen?ber der vorindustriellen Zeit eine solche Hitzewelle in dieser Region praktisch unm?glich bzw. statistisch extrem unwahrscheinlich sei. Auch heutige Klimamodelle sind nicht in der Lage, derartig hohe Temperaturen zu reproduzieren.7 Unter den heutigen Bedingungen handele es sich um ein Ereignis, das h?chstens einmal in 1000 Jahren vorkommen k?nne und ohne den Klimawandel ?berhaupt nicht denkbar sei. In einer zuk?nftigen Welt mit einer globalen Erw?rmung von 2 ?C, wie sie in den 2040er Jahren zu erwarten ist, liegt das Wiederkehrintervall einer solchen Hitzewelle allerdings schon bei 5-10 Jahren.4

Omega-Wetterlage ?ber Nordamerika.


Abb. 2: Schematische Darstellung einer Omega-Lage ?ber Nordamerika. Gegen?ber den Verh?ltnissen Ende Juni 2021 ist das Hoch hier nach Osten verschoben.B2

Die unmittelbare Ursache der Hitzewelle war eine Omega-Wetterlage, die sich ab dem 25. Juni ?ber der Region entwickelte und sich nur sehr langsam ostw?rts bewegte. Damit verbunden war ?ber dem westlichen Kanada und dem nordwestlichen USA ein extrem starkes Hochdrucksystem. Dadurch kam es zu einer intensiven Sonneneinstrahlung w?hrend der l?ngsten Tage des Jahres und entsprechender Erw?rmung. Verst?rkt wurden die hohen Temperaturen zus?tzlich durch Winde, die in einer Art F?hn-Effekt Luftmassen aus h?heren Lagen in tiefer gelegene Gebiete transportiert haben.4

Ein weiterer regionaler Einfluss bestand darin, dass vor der Hitzewelle durch geringe Niederschl?ge von British Columbia bis Kalifornien sowie eine geringe Schneedecke sehr trockene Bedingungen geherrscht haben. Durch die trockenen B?den ist ein Abk?hlungseffekt durch Verdunstung weitgehend ausgefallen. Eine geringe Bodenfeuchte besitzt nicht zu untersch?tzende Auswirkungen auf die H?he der Temperaturen w?hrend einer Hitzewelle.4

Ein Einfluss der Arktischen Verst?rkung und des Abschmelzens des arktischen Meereises auf die Wetterlage im westlichen Kanada und nordwestlichen USA wird als wenig wahrscheinlich eingesch?tzt. Im Juni ist das arktische Meereis noch recht ausgedehnt und das Abschmelzen des Eises h?lt die bodennahe Lufttemperatur bei etwa 0 ?C. Au?erdem war die Meereisausdehnung im Fr?hsommer 2021 nicht besonders gering und glich etwa dem Mittelwert von 2011 bis 2020. Auch ein nennenswerter Einfluss nat?rlicher Klimaschwankungen wird nicht angenommen. ENSO befand sich in einem neutralen Zustand und die Auswirkungen der Pazifischen Dekaden-Oszillation auf extrem hei?e Tage sind eher gering.4

Folgen
Eine Folge der Hitzewelle waren zahlreiche Waldbr?nde, die u.a. den kanadischen Ort Lytton, an dem die h?chste Temperatur gemessen wurde, nahezu vollst?ndig vernichteten. Hinzu kamen gravierende gesundheitliche Belastungen f?r die Bev?lkerung, deren Lebensweise in diesen Breiten an derart hohe Temperaturen nicht angepasst ist. So sind Klimaanlagen in keiner Metropole der USA so wenig verbreitet wie in Seattle, der Hauptstadt des Bundesstaates Washington.8 In Kanada waren nach vorl?ufigen Sch?tzungen durch die Hitzewelle mindestens 700 Todesopfer zu beklagen.4

Trends

Hitze- und K?lteextreme in den USA


Abb. 3: Verh?ltnis von Hitze-Rekord-Tagen zu K?lte-Rekord-Tagen. Die roten S?ulen zeigen Jahre mit mehr hei?en Rekord-Tagen als kalten Rekord-Tagen, die blauen Jahre mit mehr kalten Rekord-Tagen. Die H?he der? S?ulen gibt das am linken Rand genannte Verh?ltnis von hei?en (kalten) zu kalten (hei?en) Rekord-Tagen an. 4:1 bedeutet, es gab in dem Jahr (1998) vier Mal so viele hei?e als kalte Rekord-Tage.B3

In Nordamerika haben besonders die hei?en Tage und Hitzewellen in den letzten 50 Jahren zugenommen. In den USA ist allerdings die Dauer und Intensit?t der Hitzewellen der 1930er Jahre danach nicht wieder ?bertroffen worden. Auf der anderen Seite hat die Anzahl der ungew?hnlich kalten Tage abgenommen und die frostfreien Jahreszeiten haben zugenommen. Im Allgemeinen gibt es einen Wandel zu einem w?rmeren Klima mit einer Zunahme extrem hoher Temperaturen und einer Abnahme extrem niedriger Temperaturen. Diese ?nderungen haben sich besonders in der westlichen H?lfte Nordamerikas gezeigt.9

Hitzewellen haben in den USA seit Ende des 19. Jahrhunderts in den 1930er Jahren deutlich ihren H?hepunkt erreicht und sind danach auf ein Minimum in den 1960er und 1970er Jahren zur?ckgegangen. Seitdem zeigt sich jedoch wieder ein Aufw?rtstrend bis in die ersten Jahre des 21. Jahrhunderts. Auff?llig ist, dass die Hitzewellen in den 1930er Jahren zwar sehr hohe Tages-, aber keine ungew?hnlichen Nachttemperaturen aufwiesen. Das weist auf den Einfluss der Sonneneinstrahlung als hauptverantwortlich f?r die Hitzewellen in den 1930er Jahren, also auf nat?rliche Ursachen. Anders sieht es bei den Hitzewellen seit 2000 aus, bei denen gerade die Nachttemperaturen sehr hoch waren, was die h?here Konzentration von Treibhausgasen als wichtige Ursache der Hitzewellen belegt.9

Nur in den westlichen Regionen der USA gab es in den 2000er Jahren die gr??te Anzahl an Hitzewellen, in allen ?brigen 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 Erw?rmung das ?W?rmeloch? im S?dosten 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 gef?hrden wie hohe Nachttemperaturen. Eine Untersuchung von Hitzewellentrends in den USA, die m?glichst viele Definitionen ber?cksichtigt, kam zu teilweise entgegengesetzten Schl?ssen.10 Danach gab es im S?dosten der USA zwischen 1979 und 2011 mehr Hitzewellen-Tage als in jeder anderen Region des Landes. Und auch der Trend zu mehr hei?en Tagen war hier st?rker als anderswo. Ein Grund f?r diese Ergebnisse k?nnte der sp?tere Untersuchungszeitraum sein, da das sogenannte W?rmeloch im S?dosten in den 1990er und 2000er Jahren durch eine zunehmende Erh?hung der Jahresmitteltemperaturen ersetzt wurde.

In 50 gr??eren St?dten der USA nahm nach einer Untersuchung die H?ufigkeit 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. Au?erdem traten Hitzewellen immer fr?her im Jahr auf und betrafen diese St?dte zunehmend sp?ter, so dass sich die Hitze-Saison von 28 Tagen in den 1960er Jahren auf 51 Tage in den 2000er Jahren ebenfalls fast verdoppelt hat.1 Auch die Temperaturen w?hrend einer Hitzewelle sind in j?ngster Zeit deutlich h?her als noch vor 50 Jahren, und auch die Dauer der einzelnen Hitzewellen hat etwas zugenommen. Die Ursachen daf?r liegen sowohl in der ?nderung der st?dtischen Umwelt durch dichtere Bebauung, abnehmende Vegetationsbedeckung in den St?dte usw. wie in der Zunahme der Treibhausgase und der globalen Erw?rmung. Am st?rksten betroffen von den Ver?nderungen waren die St?dte New Orleans, Dallas-Fort Worth, Fresno und San Francisco.

Projektionen

Hitzewellen in den USA 1980-2005 und 2031-2055


Abb. 4: H?ufigkeit von drei oder mehr Hitzewellentage 1980-2005 (links) und nach dem Szenario RCP8.5 2031-2055 (rechts). Hitzewellentage: >95 Percentile (5% w?rmste Tage) der historischen Verteilung (1979-2009)B4

Nach dem RCP8.5-Szenario wird es in Nordamerika bereits in der ersten H?lfte des 21. Jahrhunderts eine deutliche Zunahme von extrem hei?en 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 sp?ten 20. Jahrhunderts ?berschreiten. Bei den t?glichen Extremwerten wird es nach RCP8.5 in fast ganz Nordamerika einen Anstieg der t?glichen Maximum-Temperatur um 5 ?C am Ende des Jahrhunderts geben.11

Besonders im S?den und S?dwesten der USA zeigen Modellsimulationen eine deutliche Steigerung der hohen mittleren Sommertemperaturen. Fr?her seltene hei?e Sommer werden um die Mitte des 21. Jahrhunderts in den USA insgesamt deutlich h?ufiger vorkommen. Der S?dwesten wird dabei jedoch ein Hotspot der k?nftigen Erw?rmung sein.12

Die Verst?rkung hei?er Extreme ist mit trockeneren Wetterlagen in der warmen Jahreszeit verbunden. Verantwortlich daf?r ist weitgehend eine ungew?hnliche sommerliche Hochdrucklage, durch die weniger Niederschl?ge fallen und die Bodenfeuchte abnimmt.13

Anmerkungen:
1. Habeeb, D., ?J. Vargo, B. Stone Jr. (2015): Rising heat wave trends in large US cities, Natural Hazards 76, 1651-1665
2. NASA Earth Oberservatory (2012): Historic Heat in North America Turns Winter to Summer
3. Haeseler, S., DWD (2012): Hitzewelle und D?rre in den USA im Juni/Juli 2012
4. Philip, S.Y., S.F. Kew, G.J. van Oldenborgh et al. (2021): Rapid attribution analysis of the extraordinary heatwave on the Pacific Coast of the US and Canada June 2021, https://www.worldweatherattribution.org/wp-content/uploads/NW-US-extreme-heat-2021-scientific-report-WWA.pdf
5. DWD (2021): Hitzewelle in Kanada und Teilen der US-Westk?ste, https://www.dwd.de/DE/wetter/thema_des_tages/2021/7/4.html
6. WMO (2021): June ends with exceptional heat, https://public.wmo.int/en/media/news/june-ends-exceptional-heat
7. Climate Home News (7.7.2021): North American heatwave broke records ? and the climate models, https://www.climatechangenews.com/2021/07/07/north-american-heatwave-broke-records-climate-models/
8. di Liberto, T. (2021): Astounding heat obliterates all-time records across the Pacific Northwest and Western Canada in June 2021, https://www.climate.gov/news-features/event-tracker/astounding-heat-obliterates-all-time-records-across-pacific-northwest
9. Karl, T.R., et al. (2008): Weather and Climate Extremes in a Changing Climate
10. 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:

B1. NASA Earth Observational (2021): Exceptional Heat Hits Pacific Northwest
B2. National Weather Service (o.J.): Basic Wave Patterns,? Lizenz: public domain
B3. 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
B4. 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