Schlüsseljahr des jüngsten Klimawandels im Alpenraum?

Schlüsseljahr des jüngsten
Klimawandels im Alpenraum?
Fabienne Muriset, Brunnhofweg 41, 3007 Bern
Semesterarbeit im Rahmen des propädeutischen geografischen Praktikums
Geografisches Institut der Universität Bern
Prof. Doris Wastl-Walter
03.02.2005
1987 - Schlüsseljahr des jüngsten Klimawandels im Alpenraum?
Inhaltsverzeichnis
1
Einleitung
1.1
Persönliche Motivation zur Wahl des Themas
1.2
Fragestellungen
1.3
Thesen
1.4
Methodik
1.5
Aufbau
2
Die extremen Wettererscheinungen im Jahr 1987
2.1
Der letzte Kaltwinter aus heutiger Sicht
2.2
Die Hochwasser im Frühsommer
2.3
Unwetter im Emmental am 1. Juli
2.4
Bergsturz bei Bormio am 28. Juli
2.5
Überschwemmungskatastrophe in den Zentralalpen am 24. August
2.6
Hitzerekord mit 31 °C in Bern am 14. September
2.7
Erneute Überschwemmungen Ende September
3
Die Zunahme extremer Ereignisse seit 1987 ………………………………………………1
3.1
Warme Winter und Winterstürme
3.2
Hitzesommer und Trockenheit
3.3
Hochwasser und Murgänge
3.4
Eine mögliche Ursache: Die Nordatlantische Oszillation (NAO)……………………………… 1
3.4.1
Einfluss der NAO auf das Klima im Alpenraum……………………………………………………. 1
3.4.2
Der NAO-Index und die Wetterlagen im Jahr 1987……………………………………………….. 3
3.4.3
Entwicklung des NAO-Index in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts………………………. 6
4
Schlussfolgerungen
5
Zusammenfassung
6
Anhang
6.1
Literatur- und Quellenverzeichnis …………………………………………………………………. 8
6.2
Abbildungsverzeichnis ………………………………………………………………………………. 8
Fabienne Muriset
Inhaltsverzeichnis
03.02.2005
3 Die Zunahme extremer Ereignisse seit 1987
3.4
Eine mögliche Ursache: Die Nordatlantische Oszillation (NAO)
Unter der Nordatlantischen Oszillation versteht man eine grossräumige atmosphärische
Druckschaukel zwischen Islandtief und Azorenhoch. Ihr Zustand wird mit dem NAO-Index
gemessen. Dieser wird als Abweichung der standardisierten Luftdruckdifferenz zwischen den
Azoren und Island definiert, aus Gründen der Datenverfügbarkeit wird aber häufig statt des
Luftdrucks auf den Azoren jener von Lissabon oder Gibraltar herangezogen. Ist die
Luftdruckdifferenz zwischen den Azoren und Island grösser als normal, spricht man von
einem positiven NAO-Index (NAO+), im umgekehrten Fall von einem negativen NAO-Index
(NAO-). Vereinfacht heisst das: Sind die beiden Druckgebilde stark ausgeprägt, ist der NAOIndex positiv. Sind sie schwach ausgeprägt oder fehlt gar eines von beiden, ist der NAOIndex negativ.
3.4.1 Einfluss der NAO auf das Klima im Alpenraum
Als beständigste Druckkonstellation im Raum Nordatlantik-Europa hat die NAO einen
wesentlichen Einfluss auf das Klima im Alpenraum. So sind zum Beispiel die
vorherrschenden Windrichtungen oberhalb von 4000 Metern West und Nordwest, in tieferen
Lagen West bis Südwest. Die Alpen liegen am südöstlichen Rand der von der NAO
ausgelösten Westwindströmung, und eher selten - also nicht wie man landläufig gerne
denkt - inmitten eben dieser. Besonders interessant ist in diesem Zusammenhang, dass im
Alpenraum der mittlere monatliche Luftdruck umso höher steigt, je stärker die Westwindzone
über dem Atlantik entwickelt ist. Der Grund dafür ist darin zu finden, dass durch starke
Westwinde im Alpenraum ein Massenzuwachs stattfindet, der sich durch verstärkte
Subsidenz (Absinken der Luftmasse) und somit höherem Luftdruck auszugleichen sucht
(Wanner et al., 2000: 59). Somit resultiert bei einem ausgeprägt positiven NAO-Index über
dem Alpenraum häufig eine antizyklonale West- oder Südwestlage, was zu trockenem und
besonders oberhalb der Bodeninversion zu mildem Wetter und somit Schneearmut in den
Alpen führt. Ein klassisches Beispiel liefert die Lage in der ersten Januarhälfte des Jahres
2005 (Abb. 1). Folgende Aussage hat deshalb gerade heute nichts an ihrer Aktualität
verloren: „Dieses West-Ost gerichtete Zirkulationsmuster prägt seit rund 20 Jahren
zunehmend die winterlichen Verhältnisse in Europa. (…) In diese Zeit fällt auch die
auffallende Gegenläufigkeit in der Sturmaktivität im Grossraum Europa. Norddeutschland
und Südskandinavien werden gegenwärtig sehr häufig von starken Winterstürmen
heimgesucht. In der Schweiz hingegen ist die Tendenz für starke Winterstürme in den letzten
Jahren abnehmend“ (Bader, 1998: 32-33).
Bei negativem NAO-Index ist die vom Nordatlantik nach Europa gerichtete Westdrift deutlich
geschwächt, wenn nicht sogar durch ein Hochdruckgebiet über dem Nordatlantik blockiert.
Über Europa dominieren statt zonale eher meridionale Lagen, wobei die Lage des
Hochdruckgebiets bestimmt, ob eher südliche, östliche oder nördliche Strömungen
vorherrschen. Im Winter typisch ist ein Hochdruckgebiet mit Zentrum bei den Britischen
Inseln. An seiner Ostflanke entstehen Tröge, welche polare und arktische Luftmassen bis
weit nach Südeuropa vordringen lassen. Im Nordstau der Alpen und im Mittelmeerraum
fallen überdurchschnittliche Niederschläge. Diese Nord- bis Nordostströmung über Europa
wird bei negativen NAO-Lagen nicht selten auch durch ein nach Westen hin verstärktes
sibirisches Hochdruckgebiet unterstützt. Eine solche Lage war nach dem Kippen des NAOIndex in der zweiten Januarhälfte 2005 zu beobachten (Abb. 2).
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Abb. 1: Bodendruck und 500 hPa Geopotential über dem Nordatlantik und Europa am 10.01.2005. Beispiel für
eine typische Wetterlage bei positivem NAO-Index. Ein stark ausgeprägtes Tiefdrucksystem im Raum IslandSkandinavien steht einem ostwärts verlagerten Azorenhoch im Mittelmeerraum gegenüber. Die NordseeAnrainerstaaten werden von heftigen Weststürmen heimgesucht, im Alpenraum herrscht trockenes und sehr
mildes Wetter.
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Abb. 2: Bodendruck und 500 hPa Geopotential über dem Nordatlantik und Europa am 26.01.2005. Beispiel für
eine typische Wetterlage bei negativem NAO-Index. Das Azorenhoch hat sich von seinem Stammplatz weit
nach Norden entfernt und hat sein Zentrum zwischen Island und Irland. Die Westwindströmung ist massiv
blockiert. Ein Tief über dem Mittelmeer und ein kräftiges Hoch über dem Ural erzeugen über Mitteleuropa eine
Nordostströmung. Am Alpennordhang fallen in wenigen Tagen überdurchschnittliche Schneemengen.
3.4.2 Der NAO-Index und die Wetterlagen im Jahr 1987
Wie im Kapitel 2 ausführlich beschrieben, war das Jahr 1987 geprägt von Wetterextremen im
Alpenraum. Sehr kalte Witterungsabschnitte und überdurchschnittlich warme Perioden waren
genauso zu beobachten wie ausgesprochen nasse Perioden mit Überschwemmungen im
Flachland und in den Bergen. So steht beispielsweise die bisher tiefste gemessene
Temperatur in der Schweiz (-41.8°C in La Brévine am 12.01.1987), der bisher höchsten, in
einem September gemessene Temperatur entgegen (31°C in Bern am 14.09.1987).
Derselbe Monat endete nach einer ausgesprochen warmen und trockenen Phase mit
unterdurchschnittlichen Temperaturen und einer einwöchigen Regenperiode mit
Überschwemmungen. Das Jahr fiel insgesamt durchschnittlich temperiert, leicht zu
sonnenarm und zu nass aus (Abb. 3). Die Extreme gleichen sich somit im Jahresdurchschnitt
bei den Temperaturen weitgehend aus, während die trockenen Perioden den
Niederschlagsüberschuss des nassen Sommers nicht zu kompensieren vermochten.
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Abb 3 (MeteoSwiss): Temperatur, Sonnenscheindauer und Niederschlag in Zürich 1987. Bezugsperiode für die
Normwerte: 1961 - 1990.
Was lässt sich nun über die Beziehung zwischen NAO-Index und den herrschenden
Wetterlagen in diesem lebhaften Witterungsjahr sagen? Abb. 4 zeigt einerseits den Verlauf
des monatlichen NAO-Index auf, dazu die Wetterlagentypen (nach Hess, Paul und
Brezowsky, Helmuth: 1969). Dabei fällt auf, dass in den deutlich negativ geprägten
Wintermonaten Januar und Februar die Typen Nord über Ost bis Süd und Hoch dominieren,
also vorwiegend meridionale Wetterlagen. In der zweiten Märzhälfte und im April haben wir
bei steigendem NAO-Index lang andauernde Westlagen, unterbrochen von Hochdrucklagen.
Damit ist schon mal das unter Kapitel 3.4.1 beschriebene Muster deutlich sichtbar. Vergleicht
man noch den NAO-Index mit den Temperaturabweichungen von Zürich in Abb. 3, dann fällt
weiter auf, dass Wintermonate mit negativem NAO-Index Januar bis erste Märzhälfte
deutlich zu kalt ausfielen, jene mit positivem NAO-Index (zweite Märzhälfte und April)
hingegen deutlich zu warm. Ein ähnliches, wenn auch weniger deutlich ausgeprägtes
Verhalten zeigen die Werte im Oktober und November. Damit wird die Erfahrung gestützt,
dass der NAO-Index in den Wintermonaten einen signifikanten Einfluss auf die
Temperaturen im Alpenraum hat. Doch ist Vorsicht geboten! Auch der Dezember weist einen
deutlich negativen NAO-Index auf, ist aber ebenso deutlich zu warm ausgefallen. Erklären
lässt sich dies nur damit, dass im Dezember antizyklonale Wetterlagen vorherrschend waren;
nur gerade 6 Tage waren zyklonal geprägt (siehe Niederschlags-Peak vom 14. bis 20.
Dezember). Es fand also kein grossräumiger meridionaler Luftmassenaustausch statt, die
Warmluft vom Herbst blieb über Mitteleuropa erhalten. Wir können daraus den Schluss
ziehen, dass nicht jede negative NAO-Lage im Winter dazu führt, dass arktische Luftmassen
auch in den Alpenraum verfrachtet werden.
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NAO-Index und Wetterlagen im Jahresverlauf 1987
1.50
Südw est
1.00
West
0.50
Tief
0.00
Nordw est
01.12.1987
01.11.1987
01.10.1987
01.09.1987
01.08.1987
Hoch
01.07.1987
-2.00
01.06.1987
Süd
01.05.1987
-1.50
01.04.1987
Ost
01.03.1987
-1.00
01.02.1987
Nord
01.01.1987
-0.50
Abb. 4 (eigene Darstellung): Verlauf des NAO-Index (rot) und der Wetterlagentypen 1987.
Doch wie sieht es mit den Sommermonaten aus? Lässt sich auch hier eine Verbindung
zwischen NAO-Index und Witterung im Alpenraum herstellen, obwohl der Einfluss der NAO
im Sommer geringer ausfällt als im Winter, weil sich die beiden dominierenden Druckgebilde
im Sommer (besonders Juni bis August) von uns weg in Richtung amerikanischen Kontinent
verschieben (Wanner et al., 2000: 40)? Pflücken wir hier die Monate Mai und Juni heraus:
Beide Monate sind nass und deutlich zu kühl ausgefallen, und die Sonnenscheindauer weist
ein klares Defizit gegenüber dem langjährigen Mittel aus. Jedoch sind diese Anomalien nicht
auf die gleichen Wetterlagen zurückzuführen: Während im Mai fast ausschliesslich
Nordwest- und Nordlagen vorherrschend waren, sind es im Juni West- und Südlagen.
Allerdings wurde die grösste negative Temperaturabweichung in der zweiten Juni-Dekade
ebenfalls durch eine Nordlage eingeleitet. Im Gegensatz zum Mai war diese Lage aber nur
von kurzer Dauer. Auch der NAO-Index liefert uns hier widersprüchliche Angaben: Im Mai
war er positiv, im Juni hingegen negativ. Hier hilft uns der NAO-Index zur Erklärung der
Anomalien also nicht weiter.
Schauen wir uns noch den auffällig warmen September an: Hier war eine konstante
Westlage (überwiegend antizyklonal) zu beobachten. Milde Atlantikluft kam über dem
Alpenraum unter Hochdruckeinfluss, was die Niederschlagsarmut, die überdurchschnittliche
Sonnenscheindauer und folglich die hohen Temperaturen erklärt. Ein typisches NAO-PlusMuster also? Keineswegs! Ein Blick auf Abb. 4 verrät uns, dass der NAO-Index im
September genau bei Null lag. Überhaupt fielen die Sommermonate nicht sehr
aussagekräftig aus, was den NAO-Index betrifft. Von Juni bis Oktober schwankte dieser zwar
hin und her, doch blieb er durchwegs innerhalb eines Wertes von +/- 0.6. Es gab also in
dieser Periode im Gegensatz zu den Wintermonaten keinen deutlich positiven oder
negativen Index. Das einzige, was sich zuverlässig ablesen lässt, sind die Schwankungen
vom Winter (negativ) zum Frühling (positiv), und vom Herbst (leicht positiv) zum Winter
(negativ). Inwieweit diese Schwankungen ins langjährige Verhalten des NAO-Index passen,
wird im nächsten Kapitel behandelt. Dort kann auch darauf eingegangen werden, ob IndexWerte nahe Null für die Sommermonate üblich sind, oder ob das Jahr 1987 einen Sonderfall
darstellt.
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3.4.3 Entwicklung des NAO-Index in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts
Um das Jahr 1987 im langjährigen Trend des NAO-Index und seiner Bedeutung auf die
Klimaerwärmung richtig einordnen zu können, ist es nötig, die zweite Hälfte des 20.
Jahrhunderts in seiner Gesamtheit und die 80er-Jahre im Detail anzuschauen. Das Climate
Prediction Center des National Weather Services der USA hat den NAO-Index bis ins Jahr
1950 zurück errechnet. Abb. 5 zeigt die NAO-Index-Kurve mit gleitendem dreimonatigem
Mittel von 1950 bis 2004. Kleinere Ausreisser einzelner Monate, wie sie im Kapitel 3.4.2 für
das Jahr 1987 gezeigt wurden, sind somit nicht ersichtlich. In dieser Darstellung geht es
mehr darum, die Trends über mehrere Jahre hinweg aufzuzeigen.
Abb. 5 (NOAA/NWS 2005): NAO-Index 1950 - 2004 mit 3-monatigem gleitendem Mittel.
Als erstes stellen wir fest, dass die Sommermonate kaum Werte grösser oder kleiner +/- 1.0
aufweisen. Hingegen sind im Winter regelmässig Ausschläge deutlich über diese Werte zu
erkennen. Damit wird die Einschränkung der Wichtigkeit des NAO-Index auf unser Klima im
Winter hervorgehoben.
Die wichtigste Erkenntnis aus Abb. 5 ist jedoch die periodische Verteilung von überwiegend
positiven und negativen Phasen. Diese lassen sich wie folgt unterteilen:
1950/51 - 1971/72: überwiegend negativ
1972/73 - 1975/76: überwiegend positiv
1976/77 - 1987/88: überwiegend negativ, aber mit starken Schwankungen
1988/89 - 1994/95: ausnahmslos positiv
1995/96 - 2003/04: überwiegend negativ
Die nächste Frage, die sich stellt: Lassen sich diese NAO-Perioden in den Januar-Anomalien
wieder erkennen? Abb. 6 zeigt die Abweichung der Januartemperatur von Zürich seit 1958.
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Abb. 6 (MeteoSwiss 2004): Januar-Anomalien in Zürich 1958-2004
Die negative NAO-Periode bis zum Beginn der 70er-Jahre zeigt sich in deutlich zu kalten
Januar-Temperaturen. Nur wenige Jahre machen eine Ausnahme. Ebenso deutlich sind die
zu warmen Temperaturen in der zweiten Hälfte der 70er-Jahre, als der NAO-Index
überwiegend positiv war. Dann folgt eine Periode mit starken Schwankungen zu Beginn der
80er-Jahre, was sich wiederum mit unseren Untersuchungen zum NAO-Index deckt.
Auffallend dabei ist, dass 1987 der letzte Januar mit einer zu tiefen Durchschnittstemperatur
verzeichnet wurde. Seither sind ausnahmslos alle zu warm oder normal ausgefallen, selbst in
der Periode mit negativem NAO-Index ab 1996. Dieser auffällige Knick im langjährigen
Muster von miteinander korrelierenden Januar-Temperaturen zum NAO-Index deutet auf
eine neue Phase hin. Offenbar ist seit 1988 selbst ein negativer NAO-Index nicht mehr in der
Lage, im Alpenraum für einen strengen Winter zu sorgen. Zwar zeigt sich anhand des
Dezember 1987, dass es schon früher zu milde Temperaturen bei deutlich negativem NAOIndex gab, diese Ausnahmen sind aber seit den 90er-Jahren zur Regel geworden.
Doch sind die Temperaturabweichungen allein aussagekräftig genug? Pfister (1999) stellt
fest, dass die elf Winter von 1988/89 bis 1998/99 allesamt zu schneearm waren, und dass
kein einziger davon die durchschnittliche Schneebedeckung der Periode 1898 - 1987 erreicht
hatte. „Vereinzelte schneearme Warmwinter sind in der historischen Schneestatistik der
letzten Jahrhunderte immer wieder nachzuweisen, niemals jedoch sind sie bisher in Form
einer geschlossenen Serie von elf Jahren aufgetreten“ (Pfister, 1999: 200). Nicht unerwähnt
lassen sollte man aber an dieser Stelle, dass gerade im ersten Winter nach Abschluss von
Pfisters Untersuchungen diese Serie schneearmer Winter unterbrochen wurde. Der kalte
Februar 1999 folgte auf einen zu warmen Januar und ging in weiten Teilen des Alpenraums
als der schneereichste Monat seit fast einem halben Jahrhundert in die Klimageschichte ein.
Ein Blick auf Abb. 5 verrät uns, dass der Index in diesem Monat leicht negativ war, im Monat
zuvor aber noch positiv.
Der Trend zur Verstärkung des NAO-Index in den letzten Jahrzehnten hat schon früh die
Frage aufkommen lassen, ob daran die durch die Zunahme von Treibhausgasen verursachte
globale Erwärmung beteiligt sei. Tatsächlich zeigen einige Modelle, die das Verhalten der
NAO bei einer steigenden Konzentration von Treibhausgasen bis zum Ende des
21. Jahrhunderts untersuchen, eine Intensivierung der NAO bei einer Verstärkung des
anthropogenen Treibhauseffekts. Dies lässt vermuten, dass auch die Intensivierung der
letzten Jahrzehnte bereits eine Folge des anthropogenen Klimawandels ist (Ulbrich U. and
M. Christoph, 1999).
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Literatur- und Quellenverzeichnis
Bader, Stephan; Kunz, Pierre / Programmleitung NFP 31 (Hrsg.) (1998): Klimarisiken Herausforderungen für die Schweiz [wissenschaftlicher Schlussbericht im Rahmen des
nationalen Forschungsprogrammes „Klimaänderungen und Naturkatastrophen“, NFP 31].
Zürich: vdf, Hochschul-Verlag an der ETH
Hess, Paul; Brezowsky, Helmuth (1969): Katalog der Grosswetterlagen Europas. 2. neu
bearbeitete und ergänzte Auflage. Berichte des Deutschen Wetterdienstes, Nr. 113,
Offenbach am Main
Pfister, Christian (1999): Wetternachhersage - 500 Jahre Klimavariationen und Naturkatastrophen. Bern: Verlag Paul Haupt
Potsdam Institute for Climate Impact Research: Grosswetterlagenkatalog 1881 - 1998
nach Hess, Paul und Brezowsky, Helmuth
http://www.pik-potsdam.de/~uwerner/gwl/gwl_liste.pdf (27.01.2005)
Ulbrich, U. and Christoph, M. (1999): A shift of the NAO and increasing storm track activity
over Europe due to anthropogenic greenhouse gas forcing, in: Climate Dynamics, 15,
551-559
Wanner, Heinz; Gyalistras, Dimitrios; Luterbacher, Jürg; Rickli, Ralph; Salvisberg, Esther;
Schmutz, Christoph (2000): Klimawandel im Schweizer Alpenraum. Zürich: vdf, HochschulVerlag an der ETH
Abbildungsverzeichnis
Abb. 1: Wetterzentrale (2005): GFS-Analyse des amerikanischen Wetterdienstes, 500 hPa
Geopotential und Bodendruck vom 10.01.2005.
http://www.wetterzentrale.de/topkarten/tkavnar.htm (27.01.2005)
Abb. 2: Wetterzentrale (2005): GFS-Analyse des amerikanischen Wetterdienstes, 500 hPa
Geopotential und Bodendruck vom 26.01.2005.
http://www.wetterzentrale.de/topkarten/tkavnar.htm (27.01.2005)
Abb. 3: MeteoSwiss (2004): Temperatur, Sonnenscheindauer und Niederschlag im Jahr
1987 in Zürich.
http://www.meteoschweiz.ch/nccr/Projects/Seasonal/Observations/sf_observations.shtml
(29.01.2005)
Abb. 4: Eigene Darstellung: NAO-Index und Wetterlagentypen im Jahr 1987.
Abb. 5: National Oceanic and Atmospheric Administration’s National Weather Service
(NOAA/NWS), Climate Prediction Center (2005): Observation of Monthly Mean North Atlantic
Oscillation 1950 - 2004.
http://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/precip/CWlink/pna/month_nao_index.html
(01.01.2005)
Abb. 6: MeteoSwiss (2004): Anomalies, time series and trends of various parameters, areas
and time scales based on ERA-40 dataset by ECMWF.
http://www.meteoschweiz.ch/nccr/Projects/Seasonal/era40/monthly_timeseries.shtml
(29.01.2005)
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