„Mega-Hitzewellen” werden verstärkt durch Zusammenspiel von Bodenfeuchte, Luftdruck und Temperatur

In besonders von Hitzewellen betroffenen Regionen wurden lokale Temperaturrekorde in den vergangenen Jahren regelrecht gesprengt. Dort treten „Mega-Hitzewellen“ immer öfter auf; ihre Häufigkeit nimmt schneller zu als die weniger intensiver Hitzeextreme. Beispiele sind die Hitzewelle in Europa 2022, bei der die Temperaturen in Großbritannien erstmals über 40 °C stiegen, und die Hitzewelle im Nordwesten der USA im Sommer 2021, bei der die gemessenen Temperaturen bisherige Rekorde um 4,6 °C übertrafen.

Mithilfe von maschinellem Lernen und statistischen Analysen haben die Forschenden einen physikalischen Mechanismus identifiziert, der bei den extremsten Hitzewellen zunehmend zum Tragen kommt. Ihre Ergebnisse zeigen, dass Bodenfeuchte, Luftdruck und Temperatur bei diesen Hitzeereignissen in den mittleren Breiten zusammenwirken und die Temperaturen zusätzlich in die Höhe treiben. Das betrifft beispielsweise Europa, Südrussland und die Mongolei, den Osten und Nordwesten Nordamerikas, den Nordwesten Indiens, die Westküste Südamerikas, das zentrale und südliche Afrika sowie das nördliche Landesinnere Australiens.

Unter Hochdruckeinfluss erreicht mehr Sonnenstrahlung die Erdoberfläche und erwärmt den Boden. Mit steigenden Temperaturen trocknen die Böden zudem allmählich aus. Dadurch verdunstet weniger Wasser, das die Oberfläche kühlen könnte und der Boden heizt sich weiter auf.

„Dass sich steigende Temperaturen und austrocknende Böden gegenseitig verstärken, ist schon seit einiger Zeit bekannt und wird berücksichtigt, wenn wir abschätzen, wie heiß ein typisches extremes Hitzeereignis ausfällt“, erklärt Yinglin Tian, PIK-Forscherin und Erstautorin der Studie. „Wenn wir uns diese Mega-Hitzewellen ansehen, die bisherige Temperaturrekorde deutlich übertroffen haben, beobachten wir jedoch: Sobald eine bestimmte Temperatur erreicht ist, verstärken sich alle drei Faktoren, also austrocknende Böden, hoher Luftdruck und extreme Hitze, gegenseitig weiter. Wie sie dabei genau ineinandergreifen, war bislang unklar“, ergänzt Tian.

Klimawandel macht schädliche Rückkopplungen wahrscheinlicher

Die Analyse zeigt: Weil sich die Erde durch den Klimawandel erwärmt hat, wird die Temperaturschwelle, ab der dieser Mechanismus einsetzt, inzwischen mit höherer Wahrscheinlichkeit überschritten. Dann treiben die sich gegenseitig verstärkenden Rückkopplungen die Temperaturen während einer Hitzewelle weiter nach oben.

In Europa setzt dieser Mechanismus bei etwa vier Kelvin über der durchschnittlichen Sommertemperatur ein, also bei rund 29 °C. Zwischen 1979 und 1983 lag die Wahrscheinlichkeit, dass die Temperaturen in Mitteleuropa diese Schwelle überschreiten, bei sechs Prozent. Im Zeitraum 2018 bis 2022 waren es 23 Prozent. Klimamodelle, mit denen extreme Hitzeereignisse vorhergesagt werden, bilden diese sich selbst verstärkende Dynamik bislang nicht ausreichend ab.

„Wenn unsere Analyse stimmt und dieses Zusammenspiel die extremsten Hitzeereignisse noch weiter verschärft, könnten uns künftig schwerwiegendere Risiken durch Hitzewellen bevorstehen als bislang erwartet“, sagt Kai Kornhuber, Ko-Autor der Studie vom IIASA und dem Max-Planck-Institut für Geoanthropologie.