Starkniederschlag

Zukünftig mehr Starkregenereignisse?

Generell weisen Änderungssignale in Richtung einer Zunahme bzw. Intensivierung von Starkniederschlägen. Während die Regenmengen im Sommer tendenziell abnehmen, konzentrieren sich die verbleibenden auf weniger Regentage, wodurch längere Trockenheit und stärkere Niederschlagsereignisse zu erwarten sind.

In einer Studie wurde anhand eines qualitätsgeprüften Ensembles von regionalen Klimamodellen die zukünftige Veränderung von Niederschlagsextremen im Alpenraum unter verschiedenen Emissionsszenarien (RCP 2.6, RCP 4.5, RCP 8.5) untersucht. Da noch keine regionalen Klimamodelle für die im aktuellen IPCC AR6 Bericht definierten SSP Szenarien vorliegen, wurde ein Ensemble auf Basis der im IPCC AR5 definierten RCP Szenarien verwendet (IPCC, 2013, 2022).  Die Magnitude des Änderungssignals ist umso größer, je stärker die Klimaantriebe des Emissionsszenarios ausfallen (Kotlarski et al, 2023).

Die projizierten Änderungen der gesamten Niederschlagsmenge im Sommer unter dem Szenario RCP 8.5 von 2071 – 2100 sind robust und entsprechen für die Nordwestalpen -20.8 %, für die Nordostalpen -9 % und für die Südalpen -17.8 %. In den Wintermonaten ist die Richtung des Änderungssignals entgegengesetzt; hier werden für RCP 8.5 Änderungen für die Nordwestalpen von +14.0 %, für die Nordostalpen +17.1 % und für die Südalpen +14.4 % projiziert. RCP 2.6 und 4.5 weisen geringere projizierte Änderungen auf. Niederschlagsänderungen für den Frühling und Herbst liegen dazwischen, wobei der Frühling Änderungsmuster ähnlich wie der Winter aufweist und der Herbst keine eindeutigen Änderungen aufzeigt, was die Richtung der Änderung betrifft (Kotlarski et al, 2023).

Weitere Arbeiten unter der Verwendung globaler Klimamodelle für die Periode 2071 – 2100 zeigen, dass die für Starkniederschläge relevanten Vb-Tiefs im Alpenraum über alle Saisonen hinweg in ihrer Häufigkeit um etwa 5 – 15 % abnehmen (Vb-Tiefs sind Tiefdruckgebiete die von der Adria nordwärts über Österreich und Ungarn in Richtung Tschechien/Polen ziehen). Allerdings weisen diese auch eine Zunahme der 24-stündigen Niederschlagssummen bei Vb-Tiefs von etwa 15 – 20 % im Vergleich zu 1971 – 2000 auf, was der abnehmenden Häufigkeit entgegenwirkt und insgesamt für weniger, aber intensivere Ereignisse spricht (Nissen et al., 2014; Hofstätter et al., 2015).

Räumliches Änderungssignal des saisonalen Niederschlags

Abb. 1 zeigt die mittlere Niederschlagsänderung des Ensemblemittels auf saisonaler Basis und für die Emissionsszenarien RCP 2.6, 4.5 und 8.5 für den Alpenraum gegen Ende des Jahrhunderts (2070 – 2099). Das Änderungssignal ist saisonabhängig, jedoch im Allgemeinen über dem Alpenraum meist einheitlich. Für den Winter wird im Mittel eine Zunahme projiziert, die stärker ausfällt, je intensiver das verwendete Emissionsszenario ist. Der Sommer weist eine entgegengesetzte Änderung mit einer Abnahme des mittleren saisonalen Niederschlags auf, wobei die Magnitude ebenfalls abhängig vom Szenario ist. Die Änderungen für Frühling und Herbst liegen dazwischen und sind in ihrer Magnitude geringer. Die Streubreite der Abschätzungen, ersichtlich in den kleinen Subplots für das 5te und 95ste Perzentil des Ensembles, zeigt jedoch, dass es in fast keiner Saison und Szenario-Kombination ein vollständig übereinstimmendes Änderungssignal gibt.

Abb. 1: Räumliches Änderungssignal der mittleren saisonalen Niederschlagsmenge von 2070 – 2099 bezogen auf die Referenz 1981 – 2010 für verschiedene Emissionsszenarien. Die großen Plots eines Triplets zeigt den Ensemblemittelwert, die beiden kleinen Plots das 5 und 95-Perzentil des Ensembles (Kotlarski et al, 2023).

Saisonale Änderung von Niederschlagsindikatoren

In Abb. 2 sind verschiedene Niederschlagsindikatoren je Saison und Szenario zu sehen. Diese sind als prozentuale Änderung für 2070 – 2099 gegenüber der Referenz 1981 – 2010 dargestellt und repräsentieren die Änderungen für den nordöstlichen Alpenraum. Der erste Indikator „fre“ (linker Subplot) stellt die Häufigkeit der Regentage dar bzw. dient als Trockenheitsindikator. Der Indikator „int“ (mittlerer Subplot) stellt die Niederschlags-Intensität an Regentagen dar und gibt die durchschnittliche Regenmenge wider. Der Indikator „rx1d“ (rechter Subplot) stellt die maximale tägliche Niederschlagsmenge dar und ist ein Indikator zur Beschreibung der Amplitude von Starkniederschlägen. Speziell in den Sommermonaten ist ein Rückgang der Regentage ersichtlich, jedoch bei gleichzeitiger Intensitätszunahme. Dies deutet auf eine Zunahme von Extremereignissen aus beiden Enden hin: stärkere Starkniederschläge und vermehrte Trockenheit. Für die Wintermonate zeigen alle Indikatoren eine positive Änderung. Somit wird eine vermehrte Anzahl an Regentagen, als auch eine Zunahme der Regenmengen projiziert und damit insgesamt eine Zunahme der Regenmengen im Winter.

Abb. 2: Saisonale Änderungen von Niederschlagsindikatoren nach Szenarien. Der linke subplot „fre“ bezeichnet die wet-day Frequenz, der mittlere „int“ die wet-day Intensität und der rechte „rx1d“ die durchschnittliche maximale Niederschlagsmenge eines Tages. Die prozentuale Änderung bezieht sich auf Durchschnittswerte von 2070 – 2099 gegenüber der Referenz 1981 – 2010 (Kotlarski et al, 2023).

Weitere Forschungsarbeit vonnöten

In fast allen Studien über Niederschlagsextreme der Zukunft wurde bis dato lediglich die Änderung von Mittelwerten auf saisonaler Basis oder die Überschreitungswahrscheinlichkeit von fixen Perzentilen für große Gebiete untersucht. Dabei werden die Unsicherheiten und Modelldifferenzen im Allgemeinen umso größer, je detaillierter die Analysen über Niederschlagsextreme sind. Oft lassen die komplexen Muster im Klimasignal kaum mehr klare Interpretationen zu. Es besteht somit ein erheblicher Forschungsbedarf bezüglich zukünftiger Niederschlagsextreme, vor allem im Bereich des klimatologisch komplexen Alpenraums. Dies kann in der kommenden Generation von regionalen Klimamodellen basierend auf CMIP6 und den SSP Szenarien weiter untersucht werden. Vor allem konvektionserlaubende regionale Klimamodelle können in zukünftiger Forschungsarbeit einen wesentlichen Mehrwert liefern, da diese die physikalischen Prozesse von konvektionsbedingten Starkniederschlägen besser abbilden.

Literatur:

Kotlarski, S., Gobiet, A., Morin, S. et al. (2023): 21st Century alpine climate change. Clim Dyn 60, 65–86. https://doi.org/10.1007/s00382-022-06303-3

Hofstätter, M., Jacobeit, J., Homann, M., Lexer, A., Chimani, B., Philipp, A., Beck, C., Ganekind, M., (2015). WETRAX – Weather Patterns, Cyclone Tracks and related Precipitation Extremes. Großflächige Starkniederschläge im Klimawandel in Mitteleuropa. Projektendbericht. Geographica Augustana, 19, 240 S

IPCC, 2013: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Stocker, T.F., D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S.K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex and P.M. Midgley (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 1535 pp.

IPCC, 2022: Climate Change 2022: Impacts, Adaptation and Vulnerability. Contribution of Working Group II to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [H.-O. Pörtner, D.C. Roberts, M. Tignor, E.S. Poloczanska, K. Mintenbeck, A. Alegría, M. Craig, S. Langsdorf, S. Löschke, V. Möller, A. Okem, B. Rama (eds.)] (2022). Cambridge University Press. Cambridge University Press, Cambridge, UK and New York, NY, USA, 3056 pp., doi:10.1017/9781009325844.

Nissen, K.M., Ulbrich, U., Leckebusch, G.C., (2014). Vb cyclones and associated rainfall extremes over Central Europe under present day and climate change conditions. Meteorologische Zeitschrift, 22(6), S. 649–660.