Hitzewelle

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Unter Hitzewelle versteht man in Meteorologie und Klimatologie eine ungewöhnlich lange Phase aufeinander folgender ungewöhnlich heißer Tage.

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] Weitere Kriterien wären physiologische Werte[8] wie Gefühlte Temperatur[9] oder der Heat Index (eine Kombination aus Temperatur und Luftfeuchte).[10]
  • Dann werden Kriterien für den Zeitumfang gewählt, die Episode (etwa eine Mindestdauer von drei oder fünf Tagen;[11] auch indem ein einziger Tag unterhalb der Hitzeschwelle die Hitzewelle nicht unterbricht)[12] wie auch den Zeitraum, in dem man überhaupt von Hitzewelle sprechen will (etwa nur den meteorologischen Sommer für die gemäßigten Breiten)[13][5]
  • Es wird ein betroffenes Gebiet festgelegt, aus einer meteorologischen Analyse, in politischen Grenzen, rein messtechnisch über Stationen, oder ein Modellierungsraster – 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).[14]
  • 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,[15] die maximale oder mittlere Anomalie,[6][15] die Jährlichkeit des Ereignisses, oder Ähnliches.

Damit ergeben sich Maße für das Ausmaß Hitzwelle:[15]

  • die Dauer
  • der geographischen Umfang
  • und 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.“

Die zeitlichen und räumlichen Maße können noch 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, äußerst komplex.[16] Diese Abschätzungen einer Vergleichbarkeit über Zeitreihen und Weltgegenden sind in der Meteorologie, Wettermedizin und Klimafolgenforschung heute in Entwicklung. Die Definitionen für die Hitzewelle kann mit der Festlegung gewisser Unwetter-Warnstufen korrelieren.

Entstehung von Hitzewellen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Klassisches kontinentales Hoch über Nordamerika

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

Die klassische sommerliche Hitzewelle entsteht durch ein Hochdruckgebiet und Aufheizung durch lang anhaltenden Sonnenschein.

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: 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.

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 \Omega, mit einer Kombination aus Blockade und südlichen Luftströmungen, wodurch sich die Hitze verstärkt. Typisch dafür sind die Tropennächte, weil auch die nächtliche Abkühlung 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).

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.

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.[17] Die Berechnungsgrundlagen für die jüngeren Ereignisse Europas[18] 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.

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);[19] Dauer und Temperatur diverse Quellen

Einflüsse des Klimawandels[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Häufigkeit (senkrecht) zu Anomalie (waagrecht) hoher Sommertemperaturen der Nordhalbkugel, Mittel 1951–80 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.

Nach den Prognosen des Weltklimarates 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] So hat sich über den Zeitraum von 1880 bis 2005 die Länge von Hitzewellen in Europa verdoppelt und die Häufigkeit abnormal warmer Tage verdreifacht.[21][22] Ein internationales Team wertete in einer Echtzeit-Analyse Wetterdaten verschiedener europäischer Städte (Madrid, Mannheim, Beauvais, Zürich und De Bilt) aus. Es kam zu dem Schluss, dass sich die Wahrscheinlichkeit in der Spitzentemperatur vergleichbarer Hitzewellen für den Großteil von Europa seit Mitte des 20. Jahrhunderts zumindest verdoppelt hat.[23][24] Eine Modellrechnung der MeteoSchweiz sieht eine Zunahme von Perioden von 7 Hitzetagen von einer derzeitigen Jährlichkeit von unter 0,5 (seltener als alle zwei Jahre) hin zu 1,5 Ereignissen pro Jahr gegen Ende des Jahrhunderts.[25] Studien mit ähnlichen Aussagen gibt es zu anderen Weltgegenden.

Dabei erscheint der Begriff der Häufigkeit an sich als kritisch zu sehen. Eine Analyse der ZAMG mit den HISTALP-Daten,[26] der weltweit längsten geschlossenen Messreihe, deren Temperaturdaten ab 1760 homogenisiert sind, wies nach, dass die Anzahl der Extremereignisse (Klimavariabilität) insgesamt im Alpenraum eher nicht zugenommen hat, sondern das 20. Jahrhundert sogar stabiler gewesen zu sein scheint als das 18. und 19. Jahrhundert.[27] Insbesondere nimmt die Zahl der Hitzewellen bezogen auf die absolute Temperatur nachweislich zu, nicht aber Hitzeanomalien in Bezug auf die Mitteltemperatur.[28] Die Hitzen um 2000 (mit 2003) lagen unter denjenigen Temperaturabweichungen, die in den 1780ern, 1800ern, 1830ern, 1870ern und -80ern, wie auch 1920ern/30ern ermessen wurden,[28] und auch unter dem Anomalie-Höchstwert des 20. Jahrhunderts.[28] Inwieweit diese Erkenntnisse auf andere Klimaregionen übertragbar sind, ist Gegenstand aktueller Forschung.

Intensität wie auch Ausmaß ist im Kontext dessen zu sehen, was örtlich und auch kontemporär als „heiß“ angesehen wird: Hitzewellen stehen in wechselweiser Relation zur Gewöhnung an die lokalen Wetterverhältnisse, einschließlich der – in den letzten 150 Jahren nachweislich steigenden – Normaltemperaturen: Der Definition des „Tropentages“ etwa liegt zugrunde, dass 30 °C im Mitteleuropa des 20. Jahrhunderts eine ungewohnte Ausnahme darstellten, während das schon um 2010 als übliches Sommerwetter gesehen wird. Daher spricht man zunehmend von „Wüstentag“ bei Spitzentemperatur von 35 °C als wirkliche Ausnahmeerscheinung. Meteorologische „Sommertage“ mit mehr als 25 °C hingegen treten meist schon im Hochfrühling und noch im Spätherbst auf, gelten im Sommer aber eher als gemässigtes bis angenehmes Wetter.

Winterniederschläge im Mittelmeerraum 1902–2010: Winterwärme als Faktor der Gesamterwärmung.

Insbesondere zeigt sich auch, dass in denjenigen Jahren, die insgesamt abnorm warm sind, sommerliche Hitzewellen nicht unbedingt beitragen: Ausschlaggebend in der Klimaerwärmung sind beispielsweise im südlichen Mitteleuropa vielmehr Wärmewellen im Winterhalbjahr vom Spätherbst bis in den Vorfrühling, und besonders lange Herbstschönwetterphasen (so 2014, dem wärmsten bis dahin je verzeichneten Jahr, mit verregnetem kühlem Sommer).[29]

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

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, 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; vergl. Heat Wave. Robert DeCourcy Ward: The Climates of the United States. S. 383–395. 1925. 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; vergl. 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. 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).
  9. Z.B. auf Basis des Klima-Michel-Modells, vergl. Webseite des Deutschen Wetterdienstes] (DWD); Angabe nach Polster: Sommerliche Hitzewellen …, S. 3 (pdf S. 11).
  10. So der amerikanische National Weather Service (NWS), vergl. NWS heat index; Angabe nach Polster: Sommerliche Hitzewellen …, S. 3 (pdf S. 11).
  11. Vergl. etwa Schwedischer Wetterdienst: Värmebölja. smhi.se, abgerufen 11. Juli 2015.
  12. Vergl. AEMET: Olas de calor en España …, Tercera etapa, S. 3.
  13. Vergl. AEMET: Olas de calor en España …, Primera etapa, S. 3.
  14. Vergl. 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.
  15. a b c Vergl. AEMET: Olas de calor en España …, Primera etapa, S. 4.
  16. 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 wären ein Maß für eine einzelne Hitzewelle.
  17. 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.
  18. Vergl. etwa Climate change > Indicators- European Commission: ec.europa.eu > Public health: Over mortality due to European heat wave in 2007 / 2006 / 2003 (abgerufen 21. Juli 2015).
  19. 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 6. Juli 2015.
  20. IPCC: Fünfter Sachstandsbericht, Teilbericht 1 (Wissenschaftliche Grundlagen). Kernbotschaften (deutsche Zusammenfassung). 2014.
  21. P. M. Della-Marta, M. R. Haylock, J. Luterbacher, H. Wanner: Doubled length of western European summer heat waves since 1880. In: Journal of Geophysical Research. 112, Nr. D15, 2007. doi:10.1029/2007JD008510.
  22. Climate Change Ups Chances of Europe Heat. In: Climate Central. 2. Juli 2015, Update 10. Juli 2015. Abgerufen am 20. Juli 2015.
  23. Mark Zastrow: Speedy study claims climate change doubled chances of European heatwave. In: Nature News. 13. Juli 2015. doi:10.1038/nature.2015.17940. Abgerufen am 20. Juli 2015.
  24. Volker Mrasek: Der Klimawandel und die Folgen: Mehr Unwetter, mehr Hitze, mehr Dürre. In: Deutschlandfunk. 10. Juli 2015. Abgerufen am 20. Juli 2015.
  25. Hitzewellen in der Schweiz: Was bringt die Zukunft? MeteoSchweiz, Klima, 28. Juli 2015.
  26. I. Auer, R. Böhm, A. Jurkovic, et al.: HISTALP – historical instrumental climatological surface time series of the greater Alpine region 1760–2003. IN: International Journal of Climatology 27, 2007, S. 17–46, doi:10.1002/joc.1377
  27. I. Auer, R. Böhm, A. Orlik, et al.: High quality climate data for the assessment of Alpine climate, its variability and change on regional scale – Collection and analysis of historical climatological data and metadata.. = Technical Report of WP5, Interreg-IIIb-Alpine Space Project Foralps I/III/ 3.1/21, 2008 (PDF-Datei, 3,97 MB;
    Extremwerte. In: ZAMG: Klima / Informationsportal Klimawandel / Klimavergangenheit / Neoklima, abgerufen 21. Juli 2015 – Onlineartikel zur Studie).
  28. a b c Hitze. In: ZAMG: Neoklima, abgerufen 21. Juli 2015 − vergl. insb. Abb. 1: Entwicklung der Wechselhaftigkeit des Temperaturklimas im Großraum Alpen 1760–2006.
  29. Jahresrückblick 2014, zamg.ac.at.

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

 Wiktionary: Hitzewelle – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen