Forscher der Universität Kopenhagen haben in Zusammenarbeit mit dem Dänischen Meteorologischen Institut (DMI) detaillierte Wettermodelle verwendet, um erhöhte Temperaturen eindeutig mit dem historischen Wolkenbruch über Kopenhagen im Juli 2011 in Verbindung zu bringen. Neue Methoden mit kontrafaktischen Wettervorhersagen könnten das Wetterereignis in Verbindung bringen zum ersten Mal auf die globale Erwärmung.
Es ist sieben Uhr abends am 2. Juli 2011. Nördlich von Kopenhagen hat gerade ein Wolkenbruch historischen Ausmaßes eingeschlagen. Auf dem Dach seines Autos versucht ein Taxifahrer, sich vor den Fluten zu retten, während Regen und Hagel ins Wasser stürzen und Autos auf dem Lyngbyvej um ihn herumschwimmen.
An diesem Tag erlebte die dänische Hauptstadt einen extremen Wolkenbruch, der die Gesellschaft Milliarden Kronen kostete. Im Rigshospitalet war die Situation so schlimm, dass das Hochwasser nur Zentimeter davon entfernt war, die Generatoren des Krankenhauses zu zerstören und eine Evakuierung von 1400 Patienten auszulösen.
Jetzt haben Forscher des Niels-Bohr-Instituts und des DMI ein unkonventionelles Werkzeug verwendet, um den extremen Regenguss von 2011 zu verstehen. Kontrafaktische Geschichte ist, wenn Sie etwas an einem historischen Ereignis ändern, um das Was wäre wenn? Typischerweise von Historikern verwendet, um unsere Vergangenheit zu verstehen, haben Klimawissenschaftler begonnen, die Methode auf ähnliche Weise einzusetzen.
Ihr Experiment zeigt eine klare Korrelation zwischen der Intensität des Wolkenbruchs zu diesem Zeitpunkt und der Hitze in der Atmosphäre, die zu seinem Auftreten führte.
„Ja, vereinfacht gesagt könnte man sagen, dass auf einem um ein Grad wärmeren Planeten eine ähnliche Wettersituation wahrscheinlich zur Evakuierung des Rigshospitalet geführt hätte“, sagt Professor Jens Hesselbjerg Christensen vom Niels-Bohr-Institut.
Basierend auf historischen Wetterdaten
Indem sie verschiedene Wettersimulationen für den Tag des Wolkenbruchs auf der Grundlage von DMI-Modellen durchführten, erstellten die Forscher eine Reihe von kontrafaktischen Wettervorhersagen. Diese wurden in fünf verschiedene Hitzeszenarien unterteilt, die es der Studie ermöglichten, die Folgen des Anstiegs der atmosphärischen Temperatur aufzuzeigen.
Die Forscher konnten erstmals zeigen, dass ein Jahrhundert menschengemachter Temperaturerhöhungen das Risiko des historischen Wolkenbruchs verdoppelt und seine Intensität erhöht hat.
Die Studie zeigt auch, dass mit steigenden Temperaturen vor uns auch die Gefahr ähnlicher oder noch stärkerer Wolkenbrüche bei ähnlichen Wettersituationen in der Zukunft steigen wird.
Die Modellrechnungen basieren auf historischen Wetterdaten und werden dadurch empirisch gestützt.
Eine schwierige Verknüpfung
Modellrechnungen zum künftigen Klima Dänemarks, die im Klimaatlas des DMI verfügbar sind, zeigen deutlich den Zusammenhang zwischen Erwärmung und erhöhtem Wolkenbruchrisiko. Aber im Allgemeinen bleibt es eine wissenschaftliche Herausforderung, bestimmte Wetterereignisse mit dem Klimawandel in Verbindung zu bringen.
Nach den Überschwemmungen im Juli 2011 erklärte der DMI-Klimawissenschaftler Ole Bøssing Christensen, dass das Ereignis nicht direkt mit dem Klimawandel in Verbindung gebracht werden könne, aber dass es mit den Vorhersagen von Klimamodellen für die Zukunft übereinstimmte.
„Das war die Art von Antwort, die wir vor ein paar Jahren geben konnten. Wir hatten einfach nicht die Werkzeuge, um mehr zu sagen. Genau dieser Herausforderung wollte sich diese Studie stellen“, erklärt Jens Hesselbjerg Christensen.
Laut Rasmus Anker Pedersen, Sektionsleiter am Zentrum für Klimaforschung des DMI und Mitautor der Studie, ist die Aufgabe gelungen.
„Das Einzigartige an dieser Studie ist, dass wir den Einfluss der zunehmenden globalen Erwärmung auf ein bestimmtes extremes Wetterereignis abschätzen können, anstatt einfach den Wolkenbruch mit allgemeinen Veränderungen in einem wärmeren Klima zu vergleichen“, sagt er.
Das Raster von Datenpunkten in Klimamodellen ist nicht dicht genug, um mit Wetterphänomenen wie Wolkenbrüchen zu arbeiten, die sehr lokal auftreten und das Ergebnis eines komplexen Satzes konvergenter Wetterbedingungen sind. Im Gegensatz zu herkömmlichen Klimamodellen sind die Wettermodelle von DMI jedoch darauf ausgerichtet, Wetterdaten in einem ausreichend dichten und detaillierten Maßstab zu verarbeiten.
Bietet neue Präzision für Klimavorhersagen
„Wenn Sie in der Größenordnung arbeiten können, die wir hier konnten, erfassen Sie die Prozesse, die erforderlich sind, um ein bestimmtes Ereignis in einer Simulation nachzubilden. Es verleiht auch Glaubwürdigkeit, Ereignisse vorhersagen zu können, die noch stattfinden müssen. “, sagt Jens Hesselbjerg Christensen.
Er erwartet, dass es sowohl für Bürger als auch für Entscheidungsträger eine größere Bedeutung haben wird, wenn die Folgen des Klimawandels konkret werden, weil sie mit bekannten Ereignissen wie dem Wolkenbruch von 2011 in Verbindung gebracht werden können. Die Methode und Nutzung von Wettermodellen für die Klimaforschung bieten aber auch Perspektiven im globalen Maßstab.
„Obwohl wir noch nicht ganz so weit sind, erwarten wir, dass es im Laufe des nächsten Jahrzehnts genügend Rechenleistung geben wird, um diese Art von Modell auf globaler Ebene einzusetzen. Dies wird ein ganz neues Maß an Präzision in unseren Klimaprognosen ermöglichen Es wird viel Rechenleistung erfordern, dies wird relevant sein. Beispielsweise wird es uns helfen, die Vorbereitungen für die Anpassung an den Klimawandel zu qualifizieren“, sagt Jens Hesselbjerg Christensen.
Fakten: Der Wolkenbruch am 2. Juli 2011, Kopenhagen
Die teuerste Naturkatastrophe in Dänemark seit 1999. Die Versicherungsleistungen beliefen sich auf 6,2 Mrd. DKK, aufgeteilt in rd. 90.000 Anträge.
Mancherorts fielen in wenigen Stunden zwei Monate Niederschlag. An einem einzigen Tag fielen im Botanischen Garten von Kopenhagen 135,4 mm. Innerhalb von zehn Minuten fiel im Vorort Ishøj eine Menge von 31 mm. Innerhalb von 3 Stunden wurden mehr als 5.000 Blitzeinschläge registriert.
Der starke Regen und der Hagel führten an mehreren Stellen im Stadtgebiet zu Verkehrsstillständen, da Straßen zu Flüssen wurden. Mehrere Autobahnen waren für bis zu drei Tage gesperrt.
Der Zugverkehr war eine Woche lang unterbrochen und an einigen Stellen tagelang gesperrt, was von überfluteten Bahnhöfen bis hin zu Blitzeinschlägen in Ausrüstung und Erdrutschen führte.
Ungefähr 10.000 Haushalte erlitten Stromausfälle für bis zu 12 Stunden und ungefähr 50.000 Haushalte verloren Heizung und Warmwasser für bis zu einer Woche.
Fakten: Was ist ein Wolkenbruch?
In Dänemark werden Wolkenbrüche als Episoden definiert, bei denen innerhalb einer halben Stunde mehr als 15 mm Niederschlag fallen.
Konvektion ist der physikalische Prozess, der Wolkenbrüche verursacht. Konvektion ist unter anderem, wenn warme Luft mit geringerer Dichte aufsteigt.
Warme Luft, die sehr feucht sein kann, zieht auch vorhandene Feuchtigkeit aus den Wolken in größere Höhen, was zu extremer Kondensation in den hohen Wolken führt.
Die Tröpfchen werden schließlich so groß, dass sie von den vertikalen Luftströmungen nicht mehr gehalten werden können, woraufhin die Wolken plötzlich ihre Feuchtigkeit abgeben.
Fakten: Wie es die Forscher gemacht haben
Auf der Grundlage von Wetterinformationen bis einschließlich Mitternacht des 2. Juli 2011 simulierten die Forscher das Wetter um Kopenhagen mit dem heute gründlich getesteten und genauen DMI-Wettermodell.
Die Skalierung in diesen Wettermodellen ist sehr genau. Der Abstand zwischen den Datenpunkten im Modell von DMI, bekannt als Gittergröße, beträgt etwa 2,5 km. Im Vergleich dazu sind die Gitterpunkte der globalen Klimamodelle nicht näher als etwa 50 km voneinander entfernt.
Die Forscher führten 13 Simulationen in einem sogenannten Ensemble von Vorhersagen durch, denn Wetter – und nicht zuletzt Gewitter – sind chaotische Ereignisse mit Rauschen und hoher Unvorhersehbarkeit.
Die Simulationen wurden angepasst und in fünf Hitzeszenarien eingeteilt: -1 Grad (vorindustrielles Alter), 0 (normal im Jahr 2011), +1, +2 und +3 Grad wärmere globale Temperatur.
Dominic Matte et al, Über die Möglichkeiten und Grenzen der Zuschreibung eines kleinräumigen Klimaereignisses, Geophysikalische Forschungsbriefe (2022). DOI: 10.1029/2022GL099481