Der Hitzesommer 2003: Meteorologischer und klimatologischer ...
Der Hitzesommer 2003: Meteorologischer und klimatologischer ...
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Eidgenössische Technische Hochschule Zürich<br />
Swiss Federal Institute of Technology<br />
<strong>Der</strong> <strong>Hitzesommer</strong> <strong>2003</strong>:<br />
<strong>Meteorologischer</strong> <strong>und</strong> <strong>klimatologischer</strong> Kontext<br />
Forum <strong>und</strong> Workshop “<strong>Hitzesommer</strong> <strong>2003</strong>”<br />
7. Juli 2005, Bern<br />
Christoph Schär<br />
Institut für Atmosphäre <strong>und</strong> Klima, ETH Zürich<br />
schaer@env.ethz.ch<br />
Dank an:<br />
Erich Fischer, Martin Hirschi, Daniel Lüthi,<br />
Sonia Seneviratne, Reto Stöckli<br />
Schär, ETH Zürich<br />
Inhalt<br />
Schär, ETH Zürich<br />
<strong>Hitzesommer</strong> <strong>2003</strong><br />
1. Charakteristiken<br />
Reto Stöckli (ETH Zürich, NASA Modis)<br />
2. Meteorologische Faktoren<br />
3. Klimatologischer Kontext<br />
4. Nachspiel<br />
1<br />
2<br />
1
Räumliche Ausdehnung<br />
Abweichung vom<br />
1961-1990 Mittel<br />
Farbe:<br />
Temperatur<br />
Kontouren:<br />
normiert<br />
mit Standard-<br />
Abweichung<br />
Daten:<br />
ECMWF / ERA-40<br />
Schär, ETH Zürich<br />
Zeitlicher Verlauf<br />
Zentral-<br />
Europa<br />
(Black et al. 2004)<br />
Zürich<br />
(Bader 2004)<br />
Schär, ETH Zürich<br />
Sommer <strong>2003</strong><br />
3<br />
ºC<br />
(Schär et al. 2004, Nature, 427, 332-336)<br />
4<br />
2
Schär, ETH Zürich<br />
Reto Stöckli (ETH Zürich, NASA Modis)<br />
Niederschläge<br />
Abweichung von<br />
1961-1990 Mittel<br />
Daten: GPCC<br />
Sommer <strong>2003</strong><br />
Auswirkungen des Sommers <strong>2003</strong> in Europa<br />
Temperaturen August <strong>2003</strong>, relativ zum Mittel 2000-2004<br />
Schär, ETH Zürich<br />
• Ernteverluste:<br />
12.3 Milliarden US$ (SwissRe)<br />
• Stromverknappung, Spitzenpreise<br />
am Spotmarkt (EEX, Leipzig)<br />
• Teilweise ernsthafte Problem mit<br />
Frischwasserversorgung (Italien),<br />
Fischsterben (Schweiz),<br />
Waldbränden (Portugal)<br />
• Hitzetote:<br />
zwischen 22’000 <strong>und</strong> 35’000<br />
vorzeitige Todesfälle (sogenannte<br />
“excess mortality”)<br />
5<br />
%<br />
6<br />
3
Inhalt<br />
Schär, ETH Zürich<br />
<strong>Hitzesommer</strong> <strong>2003</strong><br />
1. Charakteristiken<br />
2. Meteorologische Faktoren<br />
• Hochdruckeinfluss (=> Vortrag Cornelia Schwierz)<br />
• Strahlungsantrieb (=> Vortrag Rolf Philippona)<br />
• Austrocknung des Bodens<br />
• Anomale Ozean-Temperaturen<br />
3. Klimatologischer Kontext<br />
4. Nachspiel<br />
Geopotential 500 hPa<br />
Abweichung vom<br />
1961-1990 Mittel<br />
Schär, ETH Zürich<br />
Summer <strong>2003</strong><br />
7<br />
8<br />
m<br />
Mark Liniger<br />
4
Strahlungsbilanz<br />
Sonneneinstrahlung (Netto) an der Erdoberfläche:<br />
Schär, ETH Zürich<br />
W/m 2<br />
250<br />
200<br />
150<br />
100<br />
50<br />
Frankreich:<br />
<strong>2003</strong><br />
Durchschnitt<br />
Im globalen Mittel wird mehr als 80% der verfügbaren<br />
Strahlungsenergie für Verdunstung (<strong>und</strong> nicht Erwärmung!)<br />
aufgewendet.<br />
Entscheidend für Entstehung einer Hitzewelle ist der Mangel an<br />
Wasser an der Erdoberfläche (Sommertrockenheit).<br />
Rolle des Bodenwassers<br />
Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dez<br />
Sensitivitätsexperimente mit regionalem Klimamodell.<br />
Modifikation des Bodenwassers am 1. April <strong>2003</strong>:<br />
Schär, ETH Zürich<br />
CTRL – Klimatologie DRY – CTRL WET – CTRL<br />
Simulation,<br />
Erich Fischer, ETH Zürich<br />
Trockene Böden => reduzierte Verdunstung => reduzierte “latente” Abkühlung<br />
Erich Fischer, ETH Zürich<br />
9<br />
10<br />
5
Inhalt<br />
Schär, ETH Zürich<br />
<strong>Hitzesommer</strong> <strong>2003</strong><br />
1. Charakteristiken<br />
2. Meteorologische Faktoren<br />
3. Klimatologischer Kontext<br />
4. Nachspiel<br />
Häufigkeit von Hitzetagen: Trend 1958-2000<br />
Schär, ETH Zürich<br />
Anzahl Hitzetage basierend auf 90% Perzentil (txhw90)<br />
Zunahme<br />
Abnahme<br />
um 5 Tage<br />
Sommer 1958-2000<br />
An extremen<br />
Standorten: Zunahme<br />
von 7 auf 13 Hitzetage<br />
11<br />
12<br />
(Malcolm Haylock, UEA, STARDEX)<br />
6
Schweizer Sommertemperaturen 1864-<strong>2003</strong><br />
Schär, ETH Zürich<br />
Durchschnitt der Stationen Zürich, Basel, Berne, Geneva<br />
Schätzung der Rückkehrperiode<br />
Schär, ETH Zürich<br />
1000 Jahre<br />
100 Jahre<br />
Durchschnitt der Stationen Zürich, Basel, Berne, Geneva<br />
10 Jahre<br />
Mittel<br />
10 Jahre<br />
100 Jahre<br />
1000 Jahre<br />
13<br />
(Schär et al. 2004, Nature, 427, 332-336)<br />
extrem<br />
selten<br />
14<br />
(Schär et al. 2004, Nature, 427, 332-336)<br />
7
Veränderung des Mittels<br />
Frequency<br />
Schär, ETH Zürich<br />
cold warm cold warm<br />
Zunahme von<br />
extrem warmen Bedingungen<br />
Temperature<br />
Für Extreme weit weg vom Mittel:<br />
Variabilität ist wichtiger als Mittelwert<br />
Regionale Klimaszenarien<br />
Schär, ETH Zürich<br />
Treibhausgas-Szenario<br />
(IPCC SRES A2)<br />
Gekoppeltes GCM<br />
(HadCM3, ~300 km)<br />
Atmosphärisches GCM<br />
(ECHAM5 | HadAM3, ~120 km)<br />
Zeitscheiben Experimente<br />
CTRL (1961-1990)<br />
SCEN (2071-2100)<br />
Veränderung der Variabilität<br />
Zunahme von<br />
extrem warmen/kalten Bedingungen<br />
Regionales Klimamodell (RCM)<br />
(CHRM / ETH, 56 km)<br />
15<br />
Katz and Brown 1992<br />
Folland et al, IPCC, 2001<br />
( NCCR Climate P2.1 <strong>und</strong> P2.2, EU-Projekt PRUDENCE)<br />
16<br />
8
Szenarien Alpenraum<br />
7<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
Schär, ETH Zürich<br />
2071-2100 versus 1961-1990<br />
Änderungen im Jahresgang (2 AGCMs, 9 RCMs)<br />
Temperatur [ºC]<br />
ETH<br />
HadAM3<br />
Jan Mar May Jul Sep Nov<br />
+60<br />
+40<br />
+20<br />
0<br />
-20<br />
-40<br />
-60<br />
Niederschlag [%]<br />
Jan Mar May Jul Sep Nov<br />
Modelle stimmen in wichtigsten Aussagen überein.<br />
Aber: Unsicherheiten unvollständig repräsentiert.<br />
Änderung der Temperatur ΔT<br />
Schär, ETH Zürich<br />
[ºC]<br />
Sommer (JJA)<br />
ETH<br />
Änderung der Variabilität Δσ/σ<br />
[%]<br />
17<br />
(Jacob et al. 2005, PRUDENCE)<br />
18<br />
(Schär et al. 2004, Nature, 427, 332-336)<br />
9
Vergleich mit Beobachtungen Europas<br />
Zunahme der Variabilität<br />
Schär, ETH Zürich<br />
Inhalt<br />
Schär, ETH Zürich<br />
1961-1990<br />
Erwärmung<br />
1974-<strong>2003</strong><br />
<strong>Hitzesommer</strong> <strong>2003</strong><br />
1. Charakteristiken<br />
Beobachtungen seit 1961:<br />
• deutliche Erwärmung<br />
(statistisch signifikant)<br />
• leichte Zunahme der<br />
Variabilität<br />
(nicht statistisch signifikant)<br />
2. Meteorologische Faktoren<br />
3. Klimatologischer Kontext<br />
4. Nachspiel<br />
19<br />
(Scherrer et al. 2005)<br />
20<br />
10
Schär, ETH Zürich<br />
FRAGE:<br />
Welches ist der unrealistischste Aspekt des Films<br />
ANTWORT:<br />
Es hatte keine Juristen!<br />
Extremereignisse <strong>und</strong> Klimaänderung<br />
VORSICHT:<br />
Ein Einzelereignis kann aus prinzipiellen Gründen nicht direkt auf<br />
Klimaänderung zurückgeführt werden.<br />
ABER:<br />
Die Wahrscheinlichkeit eines Einzelereignisses unter<br />
• natürlichen Bedingungen <strong>und</strong><br />
• anthropogen beeinflussten Bedingungen (CO 2)<br />
kann geschätzt werden.<br />
MÖGLICHES JURISTISCHES NACHSPIEL:<br />
Im Anglo-Amerikanischen Rechtssystem ist es in Haftungsklagen<br />
ausreichend, zu zeigen dass die Wahrscheinlichkeit des Schadensfalles<br />
mindestens verdoppelt wurde.<br />
Schär, ETH Zürich<br />
21<br />
(Myles Allen)<br />
22<br />
11
Rolle der Klimaänderung für den Sommer <strong>2003</strong>?<br />
Wahrscheinlichkeit<br />
Schär, ETH Zürich<br />
Wahrscheinlichkeit eines<br />
<strong>2003</strong>-ähnlichen Sommers<br />
natürliches Klima<br />
beeinflusstes Klima<br />
der Gegenwart<br />
<strong>Hitzesommer</strong> <strong>2003</strong> ….<br />
… hatte gewaltige Konsequenzen.<br />
Schär, ETH Zürich<br />
Etwa 75% der<br />
Wahrscheinlichkeit eines <strong>2003</strong>ähnlichen<br />
Ereignisses ist durch<br />
menschgemachte<br />
Treibhausgase verursacht<br />
Könnte letztendlich zu<br />
Haftungsklagen führen<br />
Gegenwärtige Studie hat (noch)<br />
gewisse Mängel. Betrachtet<br />
wird:<br />
• zu grossräumiges Ereignis<br />
• zu langer Zeitraum<br />
(Stott et al. 2004; siehe auch: Schär and Jendritzky 2004; Allen and Lord 2004)<br />
… ist in der Gegenwart auch aus heutiger Sicht sehr selten.<br />
… ist spätestens ab Mitte des Jahrh<strong>und</strong>erts vermehrt zu erwarten.<br />
… hatte wahrscheinlich eine anthropogene Komponente.<br />
23<br />
24<br />
12
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