Die Flutkatastrophe im Juli 2021 in Deutschland und die Klimakrise — eine Stellungnahme von Wissenschaftler:innen der Scientists for Future

Autoren: Carl-Friedrich Schleussner (Climate Analytics und Humboldt Universität, Berlin); Stefan Rahmstorf (Potsdam Institut für Klimafolgenforschung, Potsdam); Özden Terli, Diplom-Meteorologe; Volker Wulfmeyer (Institut für Physik und Meteorologie, Universität Hohenheim, Stuttgart)

Die verheerende Flutkatastrophe des Juli 2021 macht uns alle betroffen. Mehr als 170 Menschen sind ihr bis heute zum Opfer gefallen, ganze Ortschaften wurden zerstört. Die schrecklichen Dimensionen dieser Tragödie werden mit jedem Tag sichtbarer. Bereits heute übersteigen die Opferzahlen dieser Flutkatastrophe die aller vorangegangenen Binnenüberflutungen in Deutschland seit 1900 zusammengenommen.[1] Die Flutkatastrophe ging mit einer Vielzahl an klimatologischen Rekorden einher. Für viele betroffene Regionen wurden Rekordniederschläge und -pegel gemessen.[2] Innerhalb von 72 Stunden fielen bis zu 182 mm Regen.[3] Weltweit beobachten wir eine Zunahme von Rekordniederschlägen in den letzten Jahrzehnten — ein Trend, der in direktem Zusammenhang mit der Erderwärmung steht.[4],[5]

Angesichts von ca. 1,2 °C globaler Erwärmung und 2,0 °C Erwärmung in Deutschland [6] stellt sich im Jahr 2021 nicht mehr die Frage, ob die hauptsächlich durch Nutzung fossiler Brennstoffe verursachte Erderwärmung das Auftreten von Extremwetterereignissen beeinflusst, sondern auf welche Art und wie stark. Die heute erreichten Temperaturwerte sind mit hoher Wahrscheinlichkeit die höchsten seit 12.000 Jahren.[7] Wir verlassen das relativ stabile Klima des Holozän, das Ackerbau und hochentwickelte Zivilisation erst ermöglichte. Bereits mitten im Anthropozän begeben wir uns mit ungebremstem Erwärmungstrend auf unbekanntes Terrain.

Das heißt auch, dass wir noch keine Vorstellung davon haben, was eine Erderwärmung von 1,2 °C für unsere Gesellschaften bedeutet. Wir haben die wirklichen Extremwetter — also Ereignisse, die nur einmal alle 20 oder 50 Jahre zu erwarten wären — der bereits von uns verursachten Erderwärmung meist noch nicht erlebt. Das Flutereignis von 2021 findet auf einem Planeten statt, der sich bereits um 0,4 Grad gegenüber 2002 erwärmt hat, dem Jahr der Flutkatastrophe im Osten Deutschlands. Unsere individuelle Erfahrung der Folgen der Erderwärmung läuft der realen Bedrohung um Jahre bis Jahrzehnte hinterher.

Zunahme des Risikos von Starkregenereignissen und Überflutungen

 Die Klimaforschung  warnt bereits seit Jahrzehnten vor den zunehmenden Risiken der Erderwärmung,  auch und insbesondere durch die Zunahme von Starkregenereignissen, und die wissenschaftlichen Projektionen haben sich dabei immer wieder als zutreffend erwiesen.[8] Aufgrund der Erwärmung ist eine Zunahme von Starkregenereignissen und eine Abnahme von Tagen mit nur geringen Niederschlägen (vergleiche Abb. 1) zu erwarten. Diese Umverteilung hin zu Starkregen ist unabhängig von Veränderungen der Jahresmenge an Niederschlägen — auch bei insgesamt abnehmenden Niederschlägen können die Starkregenereignisse zunehmen. Dabei gilt, dass die relative Zunahme umso stärker ist, je seltener das Ereignis auftritt. In Europa verdoppeln sich beispielsweise mit jedem Grad Erwärmung die Regenmengen, die an jenen besonders extremen Regentagen fallen, welche statistisch nur einmal in zehn Jahren auftreten.[9]

Die menschengemachte Erderwärmung führt zu mehr Starkniederschlägen fast überall auf der Welt und diese nehmen im Durchschnitt um ca. 7 % pro Grad Celsius Erwärmung an Intensität zu.[10],[11] Dieser Anstieg folgt den durch die Clausius-Clapeyron-Gleichung beschriebenen thermodynamischen Prinzipien, nach denen eine sich erwärmende Atmosphäre mehr Feuchtigkeit aufnehmen kann. Für Mitteleuropa, einschließlich Deutschland, ist die Zunahme von Starkregen aufgrund der Erderwärmung klar nachweisbar.[12] Für kurzzeitige Niederschlagsextreme liegt die Zunahme in Mitteleuropa teilweise noch deutlich höher als die genannten 7 Prozent.[13]

Dadurch steigt das Flutrisiko erheblich an.[14] Die beobachteten Überflutungen der letzten Jahrzehnte in Europa sind in dieser Form einzigartig in den letzten 500 Jahren.[15] Deutliche Anstiege werden auch für zukünftige Schäden projiziert, falls nicht in ganz erheblichem Umfang zusätzliche Anpassungsmaßnahmen geleistet werden.[16] Für Deutschland könnten sich bis zum Ende des Jahrhunderts die Zahl der Menschen, die Flutrisiken ausgesetzt sind, mehr als verdreifachen und die Schäden mehr als vervierfachen.[17]

Abb 1: Schematische Darstellung der Veränderungen in der Verteilung von Niederschlagsmengen infolge der Erderwärmung. Aufgrund einer wärmeren Atmosphäre kommt es zu einer Abnahme von Tagen mit wenig Niederschlägen und zu einer Zunahme von Starkregenereignissen. Die Gesamtmenge des globalen Niederschlags ist durch die Verdunstungsrate bestimmt, die weniger stark zunimmt als die Starkregenereignisse. Daher bleibt weniger Wasser für Regen außerhalb von Starkregenereignissen. Abbildung angepasst aus Referenz 8.

Veränderungen von Zirkulationsmustern

Darüber hinaus gibt es auch zunehmend Indizien für steigende Risiken durch Veränderungen in Zirkulationsmustern. So zeigt eine hochaufgelöste Modellierungsstudie für Starkregen in Europa eine Verlangsamung der Wettersysteme und eine starke Zunahme der Häufigkeiten von quasi-stationären Lagen und den daraus folgenden Niederschlagsextremen und Flutrisiken.[18] Eine solche stationäre Wetterlage hat maßgeblich zur Flutkatastrophe im Juli 2021 beigetragen.

Ein in der Literatur diskutierter Mechanismus für die Zunahme solcher stationärer Ereignisse steht dabei in Verbindung mit der in den Beobachtungsdaten belegten Verlangsamung der für das europäische Wetter dominanten Westwindzirkulation[19] aufgrund einer starken Erwärmung der Arktis als Folge der Erderwärmung. Durch eine solche Verlangsamung hat die Persistenz von Wettersystemen in Beobachtungsdaten zugenommen.[20]

Modellstudien zeigen, dass die Anzahl der Wochen mit kontinuierlichen Niederschlägen in Mitteleuropa bereits bei 1,5 °C Erwärmung um 15% zunimmt.[21] Die Mechanismen hinter diesen Zirkulationsveränderungen sind komplex und noch nicht in vollem Umfang in globalen — und damit weniger hoch aufgelösten — Klimamodellen abgebildet. Diese relevanten Prozesse sollten in der Zukunft mit hochauflösenden Modellen daher nicht nur auf der globalen, sondern auch spezifisch für bestimmte Regionen untersucht werden.[22],[23] Ob es mit fortschreitender Erderwärmung zu einer weiteren Zunahme persistenter Wettersysteme kommen wird, ist noch nicht abschließend geklärt, da Klimamodelle hier noch widersprüchliche Ergebnisse liefern.[24],[25],[26] Klimamodelle, die beobachtete atmosphärische Trends besser abbilden, zeigen jedoch eine klare Verlangsamung der Zirkulationsmuster auch in der Zukunft[27] und die Trends in den neuesten Klimamodellen sind stärker ausgeprägt als in vorherigen Generationen von Klimamodellen.[28]

Dass unterschiedliche Klimamodelle zur zukünftigen Persistenz von Wetterlagen noch keine robusten Aussagen liefern, stellt jedoch nicht die Zunahme der Persistenz in den Beobachtungsdaten infrage, ebensowenig wie diese für den Sommer belegte Zunahme durch die wissenschaftliche Diskussion über die Winterdaten tangiert wird. Wie weit die beobachtete Zunahme der Persistenz eine direkte Folge der Erderwärmung ist, bleibt Gegenstand aktueller Forschung.  Die oben erwähnte weitere Zunahme von Extremniederschlägen gemäß der oben erwähnten Clausius-Clapeyron Gleichung ist dabei ein wichtiges Grundprinzip.

Grenzen der Anpassungsfähigkeit und die Notwendigkeit des 1.5°C Ziels

Eine detaillierte Attributionsstudie zur Höhe des Beitrags der Erderwärmung zu der Flutkatastrophe steht noch aus. Dennoch erlaubt uns der Stand der Forschung klar festzustellen, dass die menschengemachte Erderwärmung ohne Zweifel zur Schwere des Flutereignisses beigetragen hat. Die Katastrophe zeigt eindrücklich, dass niemand, auch nicht wir hier in Deutschland, vor den Folgen der Erderwärmung sicher ist. Auch wenn verstärkte Anpassungsmaßnahmen zum Schutz vor Klimafolgen dringend erforderlich sind, zeigen Ausmaß und Schwere des Ereignisses uns bereits heute die Grenzen unserer Anpassungsfähigkeit auf.

Diese Katastrophe unterstreicht eindrücklich, wie dringend konsequente Emissionsminderung ist. Maßnahmen müssen sich dabei an dem im Pariser Abkommen gemachten Versprechen messen lassen, alle Anstrengungen zu unternehmen,  den Temperaturanstieg auf 1,5 °C gegenüber dem vorindustriellen Niveau zu begrenzen. Nur so werden wir die enormen Schäden und Kosten des Klimawandels noch eindämmen können. Klimaschutz hingegen schafft enorme wirtschaftliche Chancen. Um die Pariser Klimaziele noch zu erreichen, muss jetzt gehandelt werden.

Dieser Text wurde von den Autor:innen als Mitglieder der Scientists for Future verfasst und durch Kolleg:innen im Kreise der Scientists for Future hinsichtlich der wissenschaftlichen Qualität (insbesondere der Belegbarkeit von Argumenten) ausführlich geprüft. Wir danken für diese kollegiale Unterstützung im Kreis der Scientists for Future.

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[1] In der Em-DAT-Datenbank zu Naturkatastrophen sind insgesamt 74 Todesopfer durch Überflutungen an Flüssen für Deutschland seit 1900 dokumentiert. Sturmfluten wie die Nordseesturmflut 1962 sind nicht eingerechnet. Datenlücken insbesondere vor den 1980er Jahren können nicht ausgeschlossen werden. Analyse hier: https://twitter.com/mAndrijevic/status/1415701425930244101?s=20 Die Extremwetterereignisse, die in Zentraleuropa die meisten Todesopfer fordern, sind Hitzewellen.

[2] Für eine Übersicht siehe z. B. hier, hier und hier.

[3] Quelle: https://twitter.com/DWD_presse/status/1415976169787232256 

[4] Lehmann, J., Coumou, D.  and Frieler, K. (2015). Increased record-breaking precipitation events under global warming.  Clim. Change 132 501–15

[5] Fischer, E. and Knutti, R. (2014). Detection of spatially aggregated changes in temperature and precipitation extremes. Geophys. Res. Lett. 41 1–8

[6] Nationale Akademie der Wissenschaften Leopoldina (2021). Klimawandel: Ursachen, Folgen und Handlungsmöglichkeiten. https://www.leopoldina.org/publikationen/detailansicht/publication/klimawandel-ursachen-folgen-und-handlungsmoeglichkeiten-2021/

[7] Bova, S., Rosenthal. Y., Liu, Z., Godad, S.P. and Yan, M., (2021). Seasonal origin of the thermal maxima at the Holocene and the last interglacial. Nature 589 548–53

Kaufman, D., McKay, N., Routson, C., Erb, M., Dätwyler, C., Sommer. P.S., Heiri, O. and Davis, B (2020). Holocene global mean surface temperature, a multi-method reconstruction approach. Sci. Data 7 1–13

[8] Fischer, E.M. and Knutti, R. (2016). Observed heavy precipitation increase confirms theory and early models. Nat. Clim. Chang. 6 986–91

[9] Myhre, G., et al. (2019). Frequency of extreme precipitation increases extensively with event rareness under global warming. Sci. Rep. 9 2–11

[10] Dong, S., Sun, Y., Li, C., Zhang, X., Min, S.K. and Kim, Y.H. (2021). Attribution of extreme precipitation with updated observations and CMIP6 simulations, J. Clim. 34 871–81

[11] Sun, Q., Zhang, X., Zwiers, F., Westra, S. and Alexander, L.V. (2021). A global, continental, and regional analysis of changes in extreme precipitation. J. Clim. 34 243–58

[12] Zeder, J., Fischer, E.M. (2020). Observed extreme precipitation trends and scaling in Central Europe. Weather and Climate Extremes 29

[13] Ali, H., Fowler, H.J., Lenderink, G., Lewis, E. and Pritchard, D. (2021). Consistent Large-Scale Response of Hourly Extreme Precipitation to Temperature Variation Over Land. Geophys. Res. Lett. 48

[14] Blöschl, G. et al. (2019). Changing climate both increases and decreases European river floods. Nature 573 108–11

[15] Blöschl, G. et al. (2020). Current European flood-rich period exceptional compared with past 500 years. Nature 583 560–6

[16] Willner, S.N., Levermann, A., Zhao, F. and Frieler, K. (2018). Adaptation required to preserve future high-end river flood risk at present levels. Sci. Adv. 4

[17] Dottori, F., Szewczyk, W., Ciscar, J.C., Zhao, F., Alfieri, L., Hirabayashi, Y., Bianchi, A., Mongelli, I., Frieler, K., Betts, R.A. and Feyen, L. (2018). Increased human and economic losses from river flooding with anthropogenic warming. Nature Clim. Change 8 781–6

[18] Kahraman, A. (2021). Quasi-Stationary Intense Rainstorms Spread Across Europe Under Climate Change. Geophysical Research Letters 1–11

[19] Coumou, D., Lehmann, J. and Beckmann, J. (2015). The weakening summer circulation in the Northern Hemisphere mid-latitudes Science 348 324–7

[20] Pfleiderer, P. and Coumou, D. (2018). Quantification of temperature persistence over the Northern Hemisphere land-area. Clim. Dyn. 51 627–37

[21] Pfleiderer, P., Schleussner, C., Kornhuber, K. and Coumou, D. (2019). Summer weather becomes more persistent in a 2 °C world. Nature Clim. Change 9 666–71

[22] Coppola, E., Sobolowski, S., Pichelli, E. et al. (2020). A first-of-its-kind multi-model convection permitting ensemble for investigating convective phenomena over Europe and the Mediterranean. Clim Dyn 55, 3–34

[23] Coppola, E., Nogherotto, R., Ciarlò, J. M., Giorgi, F., van Meijgaard, E., Kadygrov, N., et al. (2021). Assessment of the European Climate Projections as Simulated by the Large EURO-CORDEX Regional and Global Climate Model Ensemble. Journal of Geophysical Research: Atmospheres 126

[24] Huguenin, M.F., Fischer, E. M., Kotlarski, S., Scherrer, S.C., Schwierz, C., and Knutti, R. (2020). Lack of Change in the Projected Frequency and Persistence of Atmospheric Circulation Types Over Central Europe. Geophys. Res. Lett. 47

[25] Schiemann, R., et al. (2020). Northern Hemisphere blocking simulation in current climate models: evaluating progress from the Climate Model Intercomparison Project Phase 5 to 6 and sensitivity to resolution. Weather Clim. Dynam., 1, 277–292

[26] Davini, P., and D’Andrea, F. (2020). From CMIP3 to CMIP6: Northern Hemisphere Atmospheric Blocking Simulation in Present and Future Climate. Journal of Climate, 33(23), 10021-10038

[27] Kornhuber, K. and Tamarin-Brodsky, T. (2021). Future Changes in Northern Hemisphere Summer Weather Persistence Linked to Projected Arctic Warming. Geophys. Res. Lett. 48 1–12

[28] Harvey, B.J., Cook, P., Shaffrey, L.C. and Schiemann, R. (2020). The Response of the Northern Hemisphere Storm Tracks and Jet Streams to Climate Change in the CMIP3, CMIP5, and CMIP6 Climate Models. J. Geophys. Res. Atmos. 125 1–10

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