Wie außergewöhnliche Wetterbedingungen europäische Wälder braun färben

Zunehmende Sommerhitze und Trockenheit setzen den europäischen Wäldern zu – in manchen Jahren verbräunen die Bäume vorzeitig und manche beginnen sogar abzusterben. Forschende der ETH Zürich und der WSL zeigen, wie aussergewöhnliche Wetterbedingungen über mehrere Jahre Wälder braun färben.

Es war, als ob der Herbst im Juli Einzug gehalten hätte. Wer im Sommer 2018 durch die Schweizer oder deutschen Wälder wanderte, konnte buchstäblich sehen, wie das heisse, trockene Wetter in Mitteleuropa den Bäumen zusetzte. Vor allem Fichten und Buchen verwelkten vorzeitig, ihre Blätter und Nadeln verfärbten sich braun, ganze Waldbestände standen unter Dauerstress. Im Mittelmeerraum sind solche großräumigen Phänomene seit 2003 bereits mehrfach aufgetreten.

Forschende der ETH Zürich haben nun systematisch alle Low-Greenness-Ereignisse in den gemäßigten und mediterranen Wäldern Europas in den letzten 21 Jahren (2002–2022) untersucht. Die daraus resultierende Studie, die sie zusammen mit Kollegen der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL) erstellt haben, wurde soeben in der Fachzeitschrift veröffentlicht Biogeowissenschaften.

Browning erreichte im vergangenen Sommer Rekordwerte

Bei ihren Bemühungen, die Waldbräunung in ganz Europa zu untersuchen, nutzten die Forscher hochauflösende Satellitendaten, um Ereignisse mit großräumiger Verringerung der Waldgrünheit im Sommer zu identifizieren. Weniger Grün ist ein Zeichen für verminderte Vitalität und Stress in Wäldern und wird auch als Indikator für Waldsterben verwendet.

Die Ergebnisse unterstreichen frühere Beobachtungen: Die Sommerbräunung hat sich in ganz Europa ausgebreitet. Die mitteleuropäischen (gemäßigten) Wälder haben in den letzten Jahren eine besonders starke Bräunung erlitten. Der Mittelmeerraum erlebte bereits Anfang der 2000er Jahre große Ereignisse.

In ihrer Analyse quantifizierten die Forscher auch erstmals den Rekordsommer 2022 und seine Auswirkungen auf die europäischen Wälder: Während des heißesten Sommers seit Beginn der Aufzeichnungen erlebte Europa seine bisher umfassendste Bräunung und bedeckte 37 % der gemäßigten und mediterranen Waldregionen – «Weit mehr als jedes andere Ereignis in den letzten zwei Jahrzehnten», sagt Mauro Hermann, Doktorand in Atmosphärendynamik bei ETH-Professor Heini Wernli und Erstautor der Studie.

Auf der Suche nach einer gemeinsamen Geschichte

Das war eigentlich nicht das Ziel, das das Team ETH-WSL verfolgte. «Wir wollten verstehen, wie sich das Wetter während mehrerer Jahreszeiten grossflächig auf Wälder auswirkt», erklärt ETH-Professor für Physik der Atmosphäre Heini Wernli, der die Studie leitete. Die zentrale Rolle der Dürre war klar. „Der Zusammenhang zwischen Wald und Wetter ist jedoch viel komplexer, als es auf den ersten Blick erscheinen mag“, erklärt Wernli.

„Nicht jede Trockenperiode – auch wenn sie intensiv und langanhaltend ist – führt dazu, dass Wälder sofort braun werden“, ergänzt Hermann und verweist auf den seit einigen Jahren in unseren Wäldern zu beobachtenden „Altlasteneffekt“. Wie gut Bäume Hitze und Trockenheit überstehen, hängt nicht nur von den aktuellen Wetterbedingungen ab, sondern auch von denen der Monate oder Jahre davor.

Dies war einer der Gründe, warum die Forscher besonders daran interessiert waren, die meteorologische Geschichte von Ereignissen mit geringer Begrünung zu untersuchen. Sie zielten darauf ab, charakteristische Wettermuster zu identifizieren, die mehreren der untersuchten Ereignisse vorausgingen.

Spezifische Vorläufer identifiziert

Tatsächlich fanden die Forscher charakteristische Wettersignale, die lange vor den Ereignissen auftraten, in einer Art Vorläufer der Bräunung mit bestimmten Besonderheiten für Mitteleuropa und den Mittelmeerraum. „Generell sehen wir, dass niederschlagsarme Perioden über zwei bis drei Jahre vor den Ereignissen ungewöhnlich häufig auftreten“, sagt Hermann.

Erhöhte Trockenperioden mit deutlichem Niederschlagsdefizit über mindestens zwei Jahre vor den Ereignissen sind die auffälligsten meteorologischen Vorläufer in beiden Zonen. Im Mittelmeerraum können häufige Trockenperioden sogar bis zu drei Jahre zurückreichen. Andere Signale sind häufige Perioden mit erhöhten Temperaturen für mindestens zwei Jahre in der gemäßigten Zone. Hermann fügt hinzu: „Vor dem niedrigen Waldgrün in Mitteleuropa haben wir normalerweise zwei trockene, heiße Sommer hintereinander beobachtet.“

Belastung der Vorjahre bestätigt

Die Ergebnisse der Forscher werden durch Beispiele aus den 21 untersuchten Jahren untermauert. Der in weiten Teilen Europas sehr heiße und trockene Sommer 2003 hinterließ kaum großflächige Spuren an der Farbe der Wälder. Seit 2018 hat Europa jedoch wiederholt großflächige Dürren und hohe Temperaturen erlebt, was zu mehreren Fällen von großflächiger Bräunung geführt hat.

„Ein besonderes Ergebnis der Studie ist, dass die identifizierten Wettersignale auf die Folgen der Dürre der vergangenen Jahre hinweisen und damit den Legacy-Effekt untermauern“, so Hermann. Das bedeutet, dass ein einziger heißer und trockener Sommer in der Regel nicht sofort zu einer reduzierten Waldvergrünung führt, sondern verzögert zu zukünftigen Vergrünungsereignissen beitragen kann.

Vorläufer, keine Vorhersagen

Werden diese Vorläufersignale es Wissenschaftlern ermöglichen, in Zukunft Trockenstress und Waldbräunung vorherzusagen? Die Forscher sind vorsichtig: „Wir haben Ereignisse im Nachhinein analysiert, aber wir haben ihre Vorhersagbarkeit nicht untersucht“, sagt Hermann. Die Tatsache, dass Trockenstress auch indirekt eine geringe Waldvergrünung fördert, indem Borkenkäfer- und Pilzbefall sowie Waldbrände gefördert werden, macht eine Prognose generell schwierig.

Thomas Wohlgemuth, Leiter des Forschungsbereichs Walddynamik an der WSL und Mitautor der Studie, hält Prognosen nur auf Basis von Wetterdaten für unrealistisch. Der Waldökologe glaubt jedoch, dass das neu gewonnene Verständnis des Prozesses zu besseren Waldmodellen führen und die Prävention durch die Waldbewirtschaftung unterstützen wird. „Eine gezielte Überwachung der Wetterbedingungen über mehrere Jahreszeiten könnte wertvolle Hinweise darauf geben, ob im darauffolgenden Sommer mit einer vorzeitigen Blattverfärbung zu rechnen ist“, sagt er.