Schlüsseljahr des jüngsten Klimawandels im Alpenraum?

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1 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

2 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 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 Warme Winter und Winterstürme 3.2 Hitzesommer und Trockenheit 3.3 Hochwasser und Murgänge 3.4 Eine mögliche Ursache: Die Nordatlantische Oszillation (NAO) Einfluss der NAO auf das Klima im Alpenraum Der NAO-Index und die Wetterlagen im Jahr Entwicklung des NAO-Index in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts. 6 4 Schlussfolgerungen 5 Zusammenfassung 6 Anhang 6.1 Literatur- und Quellenverzeichnis Abbildungsverzeichnis. 8 Fabienne Muriset Inhaltsverzeichnis

3 3 Die Zunahme extremer Ereignisse seit 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 NAO- Index positiv. Sind sie schwach ausgeprägt oder fehlt gar eines von beiden, ist der NAO- Index negativ 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 NAO- Index in der zweiten Januarhälfte 2005 zu beobachten (Abb. 2). Fabienne Muriset Seite 1/

4 Abb. 1: Bodendruck und 500 hpa Geopotential über dem Nordatlantik und Europa am Beispiel für eine typische Wetterlage bei positivem NAO-Index. Ein stark ausgeprägtes Tiefdrucksystem im Raum Island- Skandinavien steht einem ostwärts verlagerten Azorenhoch im Mittelmeerraum gegenüber. Die Nordsee- Anrainerstaaten werden von heftigen Weststürmen heimgesucht, im Alpenraum herrscht trockenes und sehr mildes Wetter. Fabienne Muriset Seite 2/

5 Abb. 2: Bodendruck und 500 hpa Geopotential über dem Nordatlantik und Europa am 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 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 ), der bisher höchsten, in einem September gemessene Temperatur entgegen (31 C in Bern am ). 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. Fabienne Muriset Seite 3/

6 Abb 3 (MeteoSwiss): Temperatur, Sonnenscheindauer und Niederschlag in Zürich Bezugsperiode für die Normwerte: 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 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. Fabienne Muriset Seite 4/

7 NAO-Index und Wetterlagen im Jahresverlauf Südw est 1.00 West 0.50 Tief 0.00 Nordw est Nord Ost Süd Hoch Abb. 4 (eigene Darstellung): Verlauf des NAO-Index (rot) und der Wetterlagentypen 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-Plus- Muster 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 +/ 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 Index- Werte nahe Null für die Sommermonate üblich sind, oder ob das Jahr 1987 einen Sonderfall darstellt. Fabienne Muriset Seite 5/

8 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 Kleinere Ausreisser einzelner Monate, wie sie im Kapitel 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 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/ /72: überwiegend negativ 1972/ /76: überwiegend positiv 1976/ /88: überwiegend negativ, aber mit starken Schwankungen 1988/ /95: ausnahmslos positiv 1995/ /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 Fabienne Muriset Seite 6/

9 Abb. 6 (MeteoSwiss 2004): Januar-Anomalien in Zürich 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 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 NAO- Index 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 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). Fabienne Muriset Seite 7/

10 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 Jahre Klimavariationen und Naturkatastrophen. Bern: Verlag Paul Haupt Potsdam Institute for Climate Impact Research: Grosswetterlagenkatalog nach Hess, Paul und Brezowsky, Helmuth ( ) 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, Wanner, Heinz; Gyalistras, Dimitrios; Luterbacher, Jürg; Rickli, Ralph; Salvisberg, Esther; Schmutz, Christoph (2000): Klimawandel im Schweizer Alpenraum. Zürich: vdf, Hochschul- Verlag an der ETH Abbildungsverzeichnis Abb. 1: Wetterzentrale (2005): GFS-Analyse des amerikanischen Wetterdienstes, 500 hpa Geopotential und Bodendruck vom ( ) Abb. 2: Wetterzentrale (2005): GFS-Analyse des amerikanischen Wetterdienstes, 500 hpa Geopotential und Bodendruck vom ( ) Abb. 3: MeteoSwiss (2004): Temperatur, Sonnenscheindauer und Niederschlag im Jahr 1987 in Zürich. ( ) Abb. 4: Eigene Darstellung: NAO-Index und Wetterlagentypen im Jahr Abb. 5: National Oceanic and Atmospheric Administration s National Weather Service (NOAA/NWS), Climate Prediction Center (2005): Observation of Monthly Mean North Atlantic Oscillation ( ) Abb. 6: MeteoSwiss (2004): Anomalies, time series and trends of various parameters, areas and time scales based on ERA-40 dataset by ECMWF. ( ) Fabienne Muriset Seite 8/