Die Abbildung der Auswirkungen von meist kleinräumigen, aber extremen Niederschlagsereignissen in globalen Klimamodellen ist mit großen Herausforderungen verbunden. Computermodelle, die das globale Klima simulieren und etwa in Berichte des Weltklimarates (IPCC) einfließen, haben meist eine Auflösung in Form von Gittern im Ausmaß von circa 100x100 Kilometern. „Die meisten Wolken, Luftwirbel und Berge sind kleiner als 100 Kilometer, sie werden also in vielen Klimamodellen nicht gänzlich ‚gesehen‘. Das bedeutet auch, dass Gewitterstürme und einhergehende Extremniederschläge nicht realistisch simuliert werden können. Das Prinzip ist vergleichbar mit hoch- und niedrigauflösenden Fernsehgeräten: In HD sieht man jeden Grashalm auf einem Fußballfeld, während man auf einem alten Fernseher vielleicht gerade einmal den Ball erkennt“, erklärt Dr. Cornelia Klein vom Institut für Atmosphären- und Kryosphärenwissenschaften. „Verbesserte Rechenkapazität macht heute aber erste hochaufgelöste Klimaprojektionen möglich, die Stürme ‚sehen‘ können. Wir haben mit Hilfe einer solch hochaufgelösten Klimaprojektion am Beispiel der Sahel-Zone eine Methode erarbeitet, mit der das Beste aus der Welt der Klimamodelle und der Beobachtungsdaten zusammengeführt und eine verbesserte Abschätzung von zu erwartenden Niederschlagsextremen unter Klimawandel möglich wird“. Die Ergebnisse der Studie wurden kürzlich im Fachmagazin Environmental Research Letters veröffentlicht und sind eine Zusammenarbeit von Forscher*innen der Universität Innsbruck und des UK Centre for Ecology & Hydrology (UKCEH). Zuverlässige Informationen über künftige Niederschlagsextreme sind für Bereiche wie Stadtentwicklung, die Wasser- und Energieinfrastruktur, für Maßnahmen zum Schutz vor Überschwemmungen und für nachhaltige landwirtschaftliche Praktiken von großer Bedeutung. „Das gilt ganz besonders für Gebiete, die sehr anfällig für extreme Wetterereignisse sind – wie zum Beispiel in Westafrika“, so Klein.
Modelle und Beobachtung
Am Beispiel der Sahelzone erarbeitete das Team eine statistisch basierte Methode, bei der die Projektion eines hochauflösenden Modells des britischen meteorologischen Dienstes „Met Office“ für den afrikanischen Kontinent mit einer großen Anzahl bekannter globaler Klimamodelle und Beobachtungsdaten kombiniert wird. Diese „Beobachtungsdaten“ umfassen Informationen über Wolkenformationen und Niederschlagsintensitäten aus Satellitendaten sowie Feuchtigkeits- und Windmessungen. Diese Faktoren sind wesentlich für das Entstehen von Gewitterstürmen, können aber nur mit hochaufgelösten Daten erfasst und entsprechend vorhergesagt werden. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass die prognostizierten stündlichen Niederschläge bei extremen Wetterereignissen in der Sahelzone gegen Ende dieses Jahrhunderts um bis zu 25 Prozent höher ausfallen könnten als die herkömmlichen Klimamodelle derzeit vorhersagen“, erklärt die Atmosphärenwissenschaftlerin. „Von Beobachtungsdaten und dem hochaufgelösten Klimamodell konnten wir lernen, wie Niederschlagsintensitäten von Gewitterstürmen auf Atmosphärenänderungen von Luftfeuchtigkeit oder Wind reagieren. Dieses neue Wissen haben wir dann verwendet, um projizierte Atmosphärenänderungen von einer großen Anzahl traditioneller Klimamodelle in Extremniederschläge umzurechnen. Im Gegensatz zu Niederschlagsextremen sind die Vorhersagen über großräumige Atmosphärenveränderungen nämlich auch in den grobaufgelösten Modellen zumindest plausibel. Mit unseren Berechnungen können wir daher eine bessere Risikoabschätzung für künftige Niederschlagsextreme erstellen, indem wir realistischere, prozessbasierte Niederschlagsveränderungen für eine große Bandbreite von Klimasimulationen ableiten.“
An der Studie waren neben der Universität Innsbruck das UKCEH, die Universität Leeds, das Met Office und das National Centre for Earth Observation in Großbritannien, die Universitäten Toulouse, Grenoble Alpes und Sorbonne in Frankreich und die Universität Félix Houphouët Boigny in der Elfenbeinküste beteiligt.