Durch die Aufschlüsselung der Überschwemmungsanalyse in ihre wichtigsten physikalischen Mechanismen haben Forscher in Princeton prognostiziert, dass der Klimawandel im 21. Jahrhundert erhebliche Auswirkungen auf die Überschwemmungen von Flusseinzugsgebieten in den Vereinigten Staaten haben wird.
In einem Artikel mit dem Titel „Höhere Emissionsszenarien führen zu extremeren Überschwemmungen in den Vereinigten Staaten“ veröffentlicht 3. Januar Naturkommunikation, stellten die Forscher fest, dass die prognostizierten Temperatur- und Niederschlagsschwankungen voraussichtlich zu verstärkten Überschwemmungen im Nordosten und Südosten, insbesondere entlang der Ostküste, führen werden. Im Südwesten und in den nördlichen Great Plains, unter anderem in Montana und den Dakotas, werden die Überschwemmungen im Allgemeinen zurückgehen.
Der korrespondierende Autor Gabriele Villarini sagte, dass die Forscher einen neuen Ansatz bei der Hochwasseranalyse gewählt hätten, indem sie die Prognosen auf Mechanismen wie Temperatur und Niederschlag basierten. Er sagte, dass die meisten Analysen die historischen Aufzeichnungen untersuchen und nach Trends in den Daten suchen, die sich von der Gegenwart bis in die nahe Zukunft bewegen. Planer beziehen sich häufig auf Überschwemmungen, indem sie die historischen Aufzeichnungen verwenden, und sprechen von einem 100-jährigen Hochwasser oder einem 1.000-jährigen Hochwasser als Maß für die Schwere. Villarini sagte jedoch, dass diese Art der Analyse in einem sich ändernden Klima unzureichend sei.
„Wenn wir Schutzstrukturen entwerfen, entwerfen wir für die Zukunft, nicht für die Vergangenheit“, sagte Villarini, Professor für Bau- und Umweltingenieurwesen am High Meadows Environmental Institute in Princeton. „Wenn man nur in die Vergangenheit blickt und davon ausgeht, dass die Zukunft genauso ist wie zuvor, wird man aufgrund des Klimawandels auf potenzielle Probleme stoßen.“
Die meisten Analysen, die die historischen Aufzeichnungen nutzen, hätten in den letzten Jahrzehnten keinen statistisch signifikanten Trend zu größeren oder geringeren Überschwemmungen festgestellt, sagten die Forscher. Sie sagten jedoch, dass dies ein Problem sei, das wahrscheinlich von der extremen Natur dieser Ereignisse abhänge. Extreme Ereignisse sind per Definition selten und die Beobachtungsdaten enthalten viel Rauschen, insbesondere wenn es sich um kurze Aufzeichnungen handelt. Es ist möglich, dass ein Änderungssignal im Rauschen verborgen ist und nur über lange Zeithorizonte oder bei zunehmender Stärke erkannt werden kann.
Daher macht es diese geringe Zahl in Kombination mit der Komplexität der physikalischen Eigenschaften eines typischen Überschwemmungsereignisses äußerst schwierig, Änderungen bei Überschwemmungen allein anhand der historischen Aufzeichnungen zu erkennen, selbst wenn tatsächlich ein Änderungssignal in den Daten vorhanden ist.
Anstatt sich nur auf die Aufzeichnungen zu verlassen, konzentrierten sich die Forscher auf das Verständnis der Prozesse, die zu den jährlichen Veränderungen bei Überschwemmungen führten, und unterteilten die Überschwemmungsursachen in die beiden wichtigsten Klimafaktoren: saisonale Temperatur und Niederschlag. Die Forscher führten umfangreiche Modellierungen darüber durch, wie sich jede saisonale Komponente auf Überschwemmungen auswirkte. Anschließend berücksichtigten sie jede Komponente in einem statistischen Überschwemmungsmodell, wobei sie Daten sowohl für gleichzeitige als auch für verzögerte Jahreszeiten verwendeten, um vorhergehende Bedingungen wie Bodenfeuchtigkeit und Schneeschmelze zu berücksichtigen.
Die Forscher verglichen ihre Modelle mit verfügbaren historischen Hochwasserabflussdaten und stellten fest, dass sie die beobachteten Veränderungen bei Überschwemmungen erfolgreich auf einfache saisonale Klimafaktoren zurückführen konnten.
Nachdem sie das Überschwemmungsmodell und die Eignung globaler Klimamodelle zur Reproduktion der Vergangenheit validiert hatten, wandten sich die Forscher dann zukünftigen Ereignissen zu. Sie wählten verschiedene Szenarien für klimabedingte Niederschläge und Temperaturen in den Vereinigten Staaten und nutzten diese, um Veränderungen bei regionalen Überschwemmungen abzuschätzen.
Das Bild, das sich aus ihren Analysen ergibt, ist, dass das Signal der Veränderung bei steigenden Treibhausgasemissionen stärker und erkennbarer wird und auf die Auswirkungen des anthropogenen Klimawandels auf diese Gefahr hinweist. Darüber hinaus verdeutlichen ihre Ergebnisse, dass wir das Fehlen eines erkannten Veränderungssignals in den Beobachtungsaufzeichnungen nicht als Beweis für mangelnde Veränderungen in der Zukunft nutzen sollten und dass der Klimawandel bei der Gestaltung der zukünftigen Infrastruktur berücksichtigt werden sollte.
Villarini sagte, er hoffe, dass die Arbeit Ingenieuren und Planern dabei helfen werde, sich auf künftige unterschiedliche Bedingungen vorzubereiten. Er sagte, die Regierungschefs müssten Entscheidungen darüber treffen, wie sie ihre Anstrengungen und ihr Geld aufwenden, um mit den künftigen Bedingungen zurechtzukommen, die wahrscheinlich schwieriger sein werden als die heutigen.
Mehr Informationen:
Hanbeen Kim et al., Höhere Emissionsszenarien führen zu extremeren Überschwemmungen in den Vereinigten Staaten, Naturkommunikation (2024). DOI: 10.1038/s41467-023-44415-4