Hitzewelle

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Eine Hitzewelle ist in Meteorologie und Klimatologie eine ungewöhnlich lange Phase aufeinander folgender ungewöhnlich heißer Tage. Etwas abgeschwächt spricht man auch von Wärmewelle für Phasen abnorm hoher Temperaturen.

Zur Definition einer Hitzewelle[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Karte der lokalen Temperatur­anomalie Sommer 2003 zu 1971–2000, als Maß einer Hitzewelle

Hitzewellen als solche sind ein relativ junges Forschungsgebiet, früher wurde primär auf Dürren fokussiert. Es gibt auch keinerlei einheitliche Definition einer Hitzewelle.[1][2][3] Typische moderne Ansätze für die Quantifizierung einer Hitzewelle sind folgendermaßen aufgebaut:

  • Zuerst wird eine gewisse Schwelle für den Begriff anomaler Hitze festgelegt, entweder absolut (etwa über den Begriff des heißen Tages, Tageshöchsttemperatur > 30 °C),[4][5] über die Temperaturanomalie (Schwelle einer Grad-Abweichung von einer spezielleren langjährigen Mitteltemperatur, etwa Mittel des jeweiligen Tages oder Monats der letzten 30 Jahre),[6] oder über eine Häufigkeit (etwa Standardabweichung 95-%-Perzentil einer solchen Bemessungsgrundlage).[7][8] Weitere Kriterien wären physiologische Werte[9] wie Gefühlte Temperatur[10] oder der Heat Index (eine Kombination aus Temperatur und Luftfeuchte).[11]
  • Dann werden Kriterien für den Zeitumfang gewählt, die Episode (etwa eine Mindestdauer von drei oder fünf Tagen;[12][8] auch indem ein einziger Tag unterhalb der Hitzeschwelle die Hitzewelle nicht unterbricht)[13] wie auch den Zeitraum, in dem man überhaupt von Hitzewelle sprechen will (etwa nur den meteorologischen Sommer für die gemäßigten Breiten)[14][5][8]
  • Es wird ein betroffenes Gebiet festgelegt, aus einer meteorologischen Analyse, in politischen Grenzen, rein messtechnisch über Stationen, oder ein Modellierungsraster[8] – dabei müssen sich der Definitionsbereich der Hitzeschwelle und das Areal nicht decken (so könnte die Schwelle sich auf einzelne Messstationen beziehen, das Areal auf Verwaltungseinheiten).[15]
  • Es werden Kriterien für die Intensität der Hitzewelle bestimmt, etwa die absolut höchste über die gesamte Periode gemessene Temperatur, die mittlere Maximaltemperatur über alle Messstationen des Gebiets,[16] die maximale oder mittlere Anomalie,[6][16] die Jährlichkeit des Ereignisses, oder Ähnliches.

Damit ergeben sich als Maße für das Ausmaß einer Hitzewelle:[16]

  • Dauer
  • Geographischer Umfang
  • Gewisse Werte der Intensität

Eine für Mitteleuropa verwendete Methode der Auswertung geht auf den tschechischen Meteorologen Jan Kysely zurück, diese Tage der Hitzewelle werden Kysely-Tag genannt:[6]

„Eine Hitzewelle wird festgestellt, sobald an mindestens drei Tagen in Folge die Maximaltemperatur 30 °C überschreitet und hält so lange an, wie die mittlere Maximaltemperatur über die gesamte Periode über 30 °C bleibt und an keinem Tag eine Maximaltemperatur von 25 °C unterschritten wird.“

Für Wärmewellen – etwa für das Winterhalbjahr – sind ähnliche Kriterien mit abgeschwächteren Grenzwerten in Verwendung.[8]

Die zeitlichen und räumlichen Maße können zueinander in Bezug gesetzt werden, doch ist ein Ansatz, wie eine lokale kurze und heftige Hitzewelle mit einer lange andauernden und großräumigen zu vergleichen wäre, und das über verschiedene Klimaregionen, sehr komplex.[17] Diese Abschätzungen einer Vergleichbarkeit über Zeitreihen und Weltgegenden sind in der Meteorologie, der Wettermedizin und der Klimafolgenforschung heute in Entwicklung. Die Definitionen für 'Hitzewelle' können mit der Festlegung gewisser Unwetter-Warnstufen korrelieren.

Entstehung von Hitzewellen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Hitzewellen haben je nach Weltgegend verschiedene Ursachen. Im Winter führen entsprechende Situationen entweder zu einem Warmlufteinbruch und Tauwetter, oder aber zu einer Kältewelle.

Mechanismen auf den mittleren Breiten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die klassische sommerliche Hitzewelle der mittleren Breiten entsteht durch ein Hochdruckgebiet und Aufheizung durch lang anhaltenden Sonnenschein. Wärmeeinbrüche allgemein sind etwa für Mitteleuropa meist gut dokumentierte Singularitäten (regelhaft eintretende Ausnahmen), so eben die Hundstage des Hochsommers, aber auch im Winter etwa das Weihnachtstauwetter, sie gliedern die phänologischen Jahreszeiten der Vegetation.

Reguläre Lagen der Herkunftsgebiete der Luftmassen (westlich von Europa Kaltluft, südlich Warmluft)

Es gibt einige weitgehend regulär permanent vorhandene Hochdruckzonen, so das Azorenhoch oder das Sibirienhoch, die immer zu sommerlicher Hitze führen. Abnormale Hitzewellen können diese dann verursachen, wenn sie sich irregulär verlagern oder extrem stark ausgebildet sind: So kann das Azorenhoch bis vor Westeuropa liegen, und dann das Wetter des Kontinents direkt besonders beeinflussen (ein Beispiel: Spätsommer 1975). Oder es drängt die Atlantiktiefs übermäßig nach Norden, was zu zonaler Hitze im gesamten Mittelmeerraum führt (Juli 2015, zweite Phase). Weil diese Hochs selbst stabilisierend sind, können sich solche Hitzewellen über viele Wochen oder eine ganze Saison erstrecken, und auch zu Dürren führen. Verstärkt wird dieser Effekt, wenn sich Hochdruckbrücken zwischen den Hochs ausbilden, dann werden diese Ereignisse auch recht großräumig.

Rossby-Wellen der Jet-Streams

Eine Ausnahmeerscheinung in den gemäßigten Breiten entsteht durch eine Blockade:[8] In gewissen Abständen geht der Jet-Stream in eine besonders wellige Form über, die Westwinddrift bricht ab, die Tiefdrucksysteme kommen nicht voran, und die Hochs dazwischen bleiben ortsfest liegen. Das kann zu ein- bis mehrwöchigen Hitzeperioden führen. Diese Verlagerung der Polarfront führt auch jeweils zu starkem Wärmeaustausch von den Tropen in die polaren Gebiete und kann auch im höheren Norden zu abnormer Wärme führen.[18]

Eine Zyklone (dynamisches Tief) als Warmluftpumpe: Warmfront und Warmsektor vor der Kaltfront

Eine weitere Form der mittleren Breiten sind mächtige Tiefdrucksysteme (Zyklone). Diese können dann an ihrer südwärtigen Warmfront bis in die Subtropen greifen, und davor enorme Warmluftmassen nach Norden pumpen. Hierbei handelt es sich um kurzfristigere Warmlufteinbrüche bis zu einigen Tagen, solche Situationen können auch im Winter zu Wärmewellen führen. Für Europa typisch sind südwestliche Höhenströmungen nordafrikanischer Luft, oft mit Saharastaub-Ereignissen. Ein typisches Beispiel ist der Sommer 2013.

Überschlagender Jetstream mit extremer Omegalage (2010)

Extrem werden kann die Kombination dieser Situationen: Ist bei einer Blockade das Hoch östlich und westlich von kräftigen Tiefs flankiert, entsteht die Omega-Lage, entsprechend dem Zeichen , mit einer Kombination aus Blockade und südlichen Luftströmungen, wodurch sich die Hitze verstärkt. Typisch dafür sind die Tropennächte, weil auch die nächtliche Abkühlung durch erhöhte Abstrahlung bei normalen Hochdruckwetter wegfällt. In Europa entsteht durch trockene Saharaluft oder Föhn-Effekte an Pyrenäen und Alpen eine Kombination mit abnormer Trockenheit, oft entfallen dann die typischen Wärmegewitter, die sonst für Sommerhitze charakteristisch sind, womit ein weiterer Abkühlungsfaktor entfällt. Charakteristisch war das etwa in den Jahrhundertsommern 2003 und 2015 (erste und dritte Phase).

Globale Mechanismen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Meerestemperatur-Anomalie Juli 2015: El-Niño im Pazifik: Hitzewellen an der nordamerikanischen Westküste.

Eine weitere Ursache sind Schwankungen der warmen ozeanischen Strömungen in Intensität und Lage, was die Lagen der Aktionszentren und atmosphärischen Strömungen grundlegend beeinflusst. Bekanntestes Phänomen dieser Art ist das El-Niño-System, das an den Westküsten beider Amerikas zu Hitzewellen führen kann (und wohl auch das Wetter weltweit beeinflusst). Da dieses System gewisse regelmäßige Wiederkehr zeigt (El Niño-Southern Oscillation, ENSO), und auch andere globale Wetterzusammenhänge in Perioden ablaufen, zeigen auch Extremwetter wie Hitzewellen gewisse Häufungsphasen.

Einflüsse des Klimawandels[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Häufigkeit (senkrecht) zu Anomalie (waagrecht) hoher Sommertemperaturen der Nordhalbkugel, Mittel 1951–1980 und letzte drei Jahrzehnte: Anstieg des Medians, Abnahme der Häufigkeit, Zunahme hoher Anomalie (NASA-GISS)

Dass die globale Erwärmung regional eine veränderte Häufigkeit und Dauer von Hitzewellen zur Folge hat, gilt heute als gesichert.[19] Nach den Prognosen des Weltklimarates IPCC werden im Zusammenhang mit dem anthropogenen Klimawandel zukünftig mehr heiße und weniger kalte Temperaturextreme auftreten, und Hitzewellen sehr wahrscheinlich häufiger eintreten und länger andauern.[20] Das ist auch an zahlreichen regionalen Studien belegt.

Ökologische Folgen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Abnorme Trockenheit während der Hitzewelle in Europa 2015 am Oberrhein

Mit einer Hitzewelle kann eine Dürre verbunden sein, das muss aber nicht sein, ebenso gibt es schwül-feuchte niederschlagsreiche Hitzeperioden.

Extreme Niedrigwasser verursachen erhebliche Probleme für die Schifffahrt und die Ökologie von Gewässern. Niedrigwasser während Hitzewellen mit gleichzeitig langsamen Fließbewegungen begünstigt aufgrund geringeren Sauerstoffgehalts des Wassers außerdem Fischsterben.

Mortalität durch Hitze[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die folgende Liste gibt diejenigen zehn Hitzewellen, die die meisten Todesopfer gefordert haben sollen. Dabei ist zu beachten, dass auch dieses Phänomen erst seit jüngsten Jahren quantifiziert wird: Es herrscht kein klarer Begriff, wer das Opfer einer Hitzeanomalie sei. Im Unterschied etwa zu unmittelbar durch Sturm- oder Hochwasserkatastrophen Verunglückten werden hierbei allenfalls hitzebedingte Sterbefälle durch Kreislauf- oder Herzversagen gemeldet – unberücksichtigt bleiben wohl beispielsweise Krankheitsfälle durch allgemeine Schwächung, Unfälle durch erhöhte Belastung, oder gar Mangelernährungsopfer durch folgende Missernten aufgrund einer verbundenen Dürre. Moderne Ansätze rechnen die Opfer rein statistisch als Erhöhung aus der durchschnittlichen natürlichen Mortalität heraus.[21] Die Berechnungsgrundlagen für die jüngeren Ereignisse Europas[22] und andere Weltgegenden dürften dabei durchaus unterschiedlich sein. Historische Daten und insbesondere Vergleichbarkeit bestehen kaum – für Indien, das alleine in den letzten 15 Jahren vier schwere Hitzewellen erlebte, dürften beispielsweise gar keine Zahlen über „reguläre“ Mortalität vorliegen. Angaben zu Hitzeopfern einzelner Ereignisse können je nach Quelle stark abweichen und sind insgesamt mit Vorbehalt zu sehen.

Es wird vermutet, dass sich Belastungen durch Hitze und durch Ozon in ihrer Kombinationswirkung verstärken können.[23]

Nach einer 2017 veröffentlichten Studie in 27 europäischen Staaten sterben in Europa im Durchschnitt mehr als 28.000 Menschen pro Jahr infolge von Hitzewellen, davon ca. 5.600 Menschen in Deutschland. Prozentual treten die höchsten Sterberaten in Portugal, Spanien und Frankreich auf. Auch in Deutschland lagen die Sterbefälle leicht über dem europäischen Durchschnitt. Betroffen sind vor allem ältere Menschen und solche mit Vorerkrankungen. Für die Zukunft wird infolge der globalen Erwärmung ein weiterer Anstieg der Mortalität erwartet.[24]

Region Jahr Dauer in
Wochen
Tmax Opferzahl
Europa 2003 2 47 °C 70.000
Russland 2010 8 >40 °C 55.000
Europa 2006 5 39 °C 3.500
Indien 1998 10 50 °C 2.500
Indien 2015 6 49 °C 2.500
USA, Kanada 1936 2 44 °C 1.700
USA 1980 ~10 45 °C 1.300
Pakistan 2015 2 45 °C 1.300
Indien 2003 3 50 °C 1.200
Indien 2002 2 49 °C 1.000
Griechenland, Türkei 1987 2 50 °C 1.000
Quelle: Jeff Masters, Stand Juni 2015 (Angaben hier gerundet);[25] Dauer und Temperatur diverse Quellen

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Wiktionary: Hitzewelle – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Christopher Polster: Sommerliche Hitzewellen der Nordhemisphäre: Ein Überblick und Fallstudien. Bachelorarbeit im Studienfach Meteorologie, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Institut für Physik der Atmosphäre, 2014, Kapitel 3 Definition einer Hitzewelle, S. 3 f (PDF@1@2Vorlage:Toter Link/www.glk.uni-mainz.de (Seite nicht mehr abrufbar, Suche in Webarchiven Info: Der Link wurde automatisch als defekt markiert. Bitte prüfe den Link gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis. , uni-mainz.de, dort S. 11 f).
  2. George A. Meehl: More Intense, More Frequent, and Longer Lasting Heat Waves in the 21st Century. In: Science. 305, Nr. 5686, 13. August 2004, S. 994–7. bibcode:2004Sci...305..994M. doi:10.1126/science.1098704. PMID 15310900.
  3. Peter J. Robinson: On the Definition of a Heat Wave. In: American Meteorological Society (Hrsg.): Journal of Applied Meteorology. 40, Nr. 4, April 2001, S. 762–775. doi:10.1175/1520-0450(2001)040<0762:OTDOAH>2.0.CO;2.
  4. In den USA: 90 °F, vgl. Heat Wave; Robert DeCourcy Ward: The Climates of the United States, 1925, S. 383–395; online in American Meteorological Society: Glossary of Meteorology.
  5. a b So definiert der schwedische Wetterdienst etwa eine ‚Wärmewelle‘ (Värmebölja) ab 25 °C; diese ist den nördlicheren Breiten angemessen, und kann auch im Winter auftreten; vgl. Värmebölja, schwedische Wikipedia.
  6. a b c Hitzewellen: 2015 eines der extremsten Jahre der Messgeschichte. ZAMG Klimanews, 13. August 2015; Anomalieauswertung letzter Abschnitt 2015 unter den ungewöhnlichsten Sommern der Messgeschichte; Definition der Kysely-Tage wörtlich zitiert (Ende des Artikels).
  7. So etwa in AEMET: Olas de calor en España desde 1975. Área de Climatología y Aplicaciones Operativas, o. D. [Aktualisierung: 2015] (PDF, aemet.es).
  8. a b c d e f Vgl. Lukas Brunner, Gabriele C. Hegerl, Andrea K. Steiner: Connecting Atmospheric Blocking to European Temperature Extremes in Spring. In: Journal of Climate, Januar 2017, American Meteorological Society, doi:10.1175/JCLI-D-16-0518.1;
    Definition dort (für Untersuchungen der Frühlingsperiode): 90-%-Perzentil von Tmax des Tages zum Durchschnittswert einer 36-Jahres-Vergleichsperiode mit 21-Tage-gleitendem Mittel; warm spell day (WSD, Wärmewellentag), wenn eine ganze 5°×5°-Region an 6 aufeinanderfolgenden Tagen dieses Kriterium erfüllt.
  9. Die Wichtigkeit gefühlter Werte als Bemessungsgrundlage betont schon P. J. Robinson: On the definition of a heat wave. In: J. Appl. Meteorol 40(4), 2001, S. 762–775; Angabe nach Polster: Sommerliche Hitzewellen …, S. 3 (pdf S. 11).
  10. Z. B. auf Basis des Klima-Michel-Modells, vgl. Webseite des Deutschen Wetterdienstes (DWD); Angabe nach Polster: Sommerliche Hitzewellen …, S. 3 (pdf S. 11).
  11. So der amerikanische National Weather Service (NWS), vgl. NWS heat index (Memento des Originals vom 12. Juli 2015 im Internet Archive)  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.nws.noaa.gov; Angabe nach Polster: Sommerliche Hitzewellen …, S. 3 (pdf S. 11).
  12. Vgl. etwa Schwedischer Wetterdienst: Värmebölja, smhi.se, abgerufen am 11. Juli 2015.
  13. Vgl. AEMET: Olas de calor en España …, Tercera etapa, S. 3.
  14. Vgl. AEMET: Olas de calor en España …, Primera etapa, S. 3.
  15. Vgl. AEMET: Olas de calor en España …, Segunda etapa, S. 3: Messen 10 % der Stationen im Areal abnorme Hitze, gilt der Tag als Tag der Hitzewelle.
  16. a b c Vgl. AEMET: Olas de calor en España …, Primera etapa, S. 4.
  17. Ein Maß wäre beispielsweise eine Flächensumme einer Gradtag-Zahl, etwa die Summe der Anomalien über die Tage der Hitzewelle, entsprechend den Heizgradtagen auf Basis der Temperaturdifferenz der Außen-Lufttemperatur in Bezug auf die gewünschte Raum-Innentemperatur. Die entsprechenden Kühlgradtage sind ein inzwischen etabliertes Maß für die allgemeine raumklimatische Hitzeexposition eines Ortes oder Gebäudes: auch die Anomalie der tatsächlichen Kühlgradtage in Bezug auf das langjährige Mittel wäre ein Maß für eine einzelne Hitzewelle.
  18. Europa - (meteorologisch) zweigeteilt. DWD: Thema des Tages, 11. August 2019.
  19. Andrew D. King, David J Karoly: Climate extremes in Europe at 1.5 and 2 degrees of global warming. In: Environmental Research Letters. Band 12, 2017, S. 114031, doi:10.1088/1748-9326/aa8e2c.
  20. IPCC: Fünfter Sachstandsbericht, Teilbericht 1 (Wissenschaftliche Grundlagen). Kernbotschaften (deutsche Zusammenfassung). 2014.
  21. Etwa:
    D. Oudin Åström, F. Bertil, R. Joacim: Heat wave impact on morbidity and mortality in the elderly population: a review of recent studies. In: Maturitas 69(2), 2011, S. 99–105.
    Jennifer F. Bobb, Roger D. Peng, Michelle L. Bell, Francesca Dominici: Heat-Related Mortality and Adaptation to Heat in the United States. In: Environ Health Perspect, Volume 122, Issue 8, August 2014, doi:10.1289/ehp.1307392.
  22. Vgl. etwa Climate change > Indicators- European Commission: ec.europa.eu > Public health: Over mortality due to European heat wave in 2007 / 2006 / 2003 (abgerufen am 21. Juli 2015).
  23. Gesundheitsrisiken durch Ozon. Umweltbundesamt, 7. Dezember 2018, abgerufen am 25. Juli 2019.
  24. Steffen Merte: Estimating heat wave-related mortality in Europe using singular spectrum analysis. In: Climatic Change. 2017, doi:10.1007/s10584-017-1937-9.
  25. Jeff Masters: Unprecedented June Heat on Four Continents; Wimbledon Roasts in Record Heat. Abschnitt Death Tolls From the 10 Deadliest Heat Waves in World History. wunderground.com, 1. Juli 2015, abgerufen am 6. Juli 2015.