Globale Dürre-Häufigkeit hat sich in den letzten 100 Jahren nicht verändert

Immer wieder wird vor einer Verschlimmerung der globalen Dürren gewarnt. Gibt es wissenschaftliche Hinweise, die diese Warnungen untermauern? Samuel Shen und Kollegen veröffentlichten 2014 im Journal of the Atmospheric Sciences eine Analyse der globalen Niederschläge während der letzten drei Jahrzehnte. Dabei stießen sie auf einen Trend: Die Niederschläge haben sich mit einer Rate von o,o24 mm pro 100 Jahre erhöht. Das entspricht einer jährlichen Erhöhung von 0,00024 mm. Der Klimawandel schreitet voran, allerdings in wahnwitziger Ultrazeitlupe. Und nasser wird es auch. Rette sich wer kann! Hier der Abstract:

Multivariate Regression Reconstruction and Its Sampling Error for the Quasi-Global Annual Precipitation from 1900 to 2011
This paper provides a multivariate regression method to estimate the sampling errors of the annual quasi-global (75°S–75°N) precipitation reconstructed by an empirical orthogonal function (EOF) expansion. The Global Precipitation Climatology Project (GPCP) precipitation data from 1979 to 2008 are used to calculate the EOFs. The Global Historical Climatology Network (GHCN) gridded data (1900–2011) are used to calculate the regression coefficients for reconstructions. The sampling errors of the reconstruction are analyzed in detail for different EOF modes. The reconstructed time series of the global-average annual precipitation shows a 0.024 mm day−1 (100 yr)−1 trend, which is very close to the trend derived from the mean of 25 models of phase 5 of the Coupled Model Intercomparison Project. Reconstruction examples of 1983 El Niño precipitation and 1917 La Niña precipitation demonstrate that the El Niño and La Niña precipitation patterns are well reflected in the first two EOFs. Although the validation in the GPCP period shows remarkable skill at predicting oceanic precipitation from land stations, the error pattern analysis through comparison between reconstruction and GHCN suggests the critical importance of improving oceanic measurement of precipitation.

Ähnliches fanden Van Wijngaarden und Syed heraus, die ihre Ergebnisse 2015 im Journal of Hydrology publizierten. Die Regenfälle haben sich im globalen Durchschnitt in den letzten 150 Jahren nicht verändert. Abstract:

Changes in annual precipitation over the Earth’s land mass excluding Antarctica from the 18th century to 2013
Precipitation measurements made at nearly 1000 stations located in 114 countries were studied. Each station had at least 100 years of observations resulting in a dataset comprising over 1½ million monthly precipitation amounts. Data for some stations extend back to the 1700s although most of the data exist for the period after 1850. The total annual precipitation was found if all monthly data in a given year were present. The percentage annual precipitation change relative to 1961–90 was plotted for 6 continents; as well as for stations at different latitudes and those experiencing low, moderate and high annual precipitation totals. The trends for precipitation change together with their 95% confidence intervals were found for various periods of time. Most trends exhibited no clear precipitation change. The global changes in precipitation over the Earth’s land mass excluding Antarctica relative to 1961–90 were estimated to be: −1.2 ± 1.7, 2.6 ± 2.5 and −5.4 ± 8.1% per century for the periods 1850–2000, 1900–2000 and 1950–2000, respectively. A change of 1% per century corresponds to a precipitation change of 0.09 mm/year.

In den Highlights schreiben die Autoren:

Over 1½ million monthly precipitation totals observed at 1000 stations in 114 countries analysed.

Data record much longer than 3 recent conflicting studies that analysed a few decades of data.

No substantial difference found for stations located at northern, tropical and southern latitudes.

No substantial difference found for stations experiencing dry, moderate and wet climates.

No significant global precipitation change from 1850 to present.

Mit den Daten des Global Precipitation Climatology Project kann man eine Menge machen. Kailash Rajah und Kollegen nahmen 2014 in den Geophysical Research Letters regionale Unterschiede für die Zeit 1976-2000 unter die Lupe. Einige Kontinente wurden feuchter, andere trockener. Einen einheitlichen globalen Trend fanden die Forscher nicht. Hier der Abstract:

Changes to the temporal distribution of daily precipitation
Changes to the temporal distribution of daily precipitation were investigated using a data set of 12,513 land-based stations from the Global Historical Climatology Network. The distribution of precipitation was measured using the Gini index (which describes how uniformly precipitation is distributed throughout a year) and the annual number of wet days. The Mann-Kendall test and a regression analysis were used to assess the direction and rate of change to both indices. Over the period of 1976–2000, East Asia, Central America, and Brazil exhibited a decrease in the number of both wet and light precipitation days, and eastern Europe exhibited a decrease in the number of both wet and moderate precipitation days. In contrast, the U.S., southern South America, western Europe, and Australia exhibited an increase in the number of both wet and light precipitation days. Trends in both directions were field significant at the global scale.

Wie sieht es mit den Dürren aus. Sind sie häufiger geworden? Gregory McCabe und David Wolock haben es erforscht, im Juni 2015 in Earth and Space Science. Fazit: Die Dürre-Häufigkeit hat sich in den letzten 100 Jahren nicht verändert. Abstract:

Variability and trends in global drought
Monthly precipitation (P) and potential evapotranspiration (PET) from the CRUTS3.1 data set are used to compute monthly P minus PET (PMPE) for the land areas of the globe. The percent of the global land area with annual sums of PMPE less than zero are used as an index of global drought (%drought) for 1901 through 2009. Results indicate that for the past century %drought has not changed, even though global PET and temperature (T) have increased. Although annual global PET and T have increased, annual global P also has increased and has mitigated the effects of increased PET on %drought.

Im Januar 2015 dann eine interessante Arbeit von David Garcia-Garcia and Caroline Ummenhofer, wiederum in den Geophysical Research Letters. Die Wissenschaftler fanden etwas für Kalte-Sonne-Blogleser nicht ganz Unerwartetes heraus: Die Niederschläge der verschiedenen Regionen der variieren im Takt der Ozeanzyklen.Vielleicht wäre es an der Zeit, dies dann auch in die Klimamodelle so einzubauen. Abstract:

Multidecadal variability of the continental precipitation annual amplitude driven by AMO and ENSO
As the water vapor content in the atmosphere scales with temperature, a warmer world is expected to feature an intensification of the hydrological cycle. Work to date has mainly focused on mean precipitation changes, whose connection to climatic modes is elusive at a global scale. Here we show that continental precipitation annual amplitude, which represents the annual range between minimum and maximum (monthly) rainfall, covaries with a linear combination of the Atlantic Multidecadal Oscillation and low-frequency variations in the El Niño–Southern Oscillation on a decadal to multidecadal scale with a correlation coefficient of 0.92 (P < 0.01). The teleconnection is a result of changes in moisture transport in key regions. Reported trends in the annual amplitude of global precipitation in recent decades need to be assessed in light of this substantial low-frequency variability, which could mask or enhance an anthropogenic signal in hydrological cycle changes.

Auch Qiaohong Sun und Kollegen identifizierten die Ozeanzyklen als wichtigen Regentreiber, wie sie im Juni 2016 in den Geophysical Research Letters beschrieben:

Century-scale causal relationships between global dry/wet conditions and the state of the Pacific and Atlantic Oceans
The Granger causality test is used to examine the effects of the El Niño–Southern Oscillation (ENSO), the Pacific Decadal Oscillation (PDO), and the North Atlantic Oscillation (NAO) on global dry/wet conditions. The results show robust relationships between dry/wet conditions and the ocean states, as assessed through a multi-index (standardized precipitation evapotranspiration index and standardized precipitation index) and multiscale (3 months and 12 months) evaluation. The influence of ENSO events is widespread, dominating about 38% of the global land surface (excluding Antarctica). Southern and western North America, northern South America, and eastern Russia are influenced by the PDO. The NAO influences not only dry/wet conditions in Europe but also dry/wet conditions in northern Africa. Similarly, climate variability in southern Europe and northern Africa may be due to the concurrence of the ENSO and the NAO. Knowledge of the spatial influence of ocean states on global dry/wet conditions is valuable for improving drought and flood forecasting.

Nächste Studie. Diesmal von  Jörg Steinkamp und Thomas Hickler, aus dem Jahr 2015 im Journal of Ecology. Ausgangspunkt war die Behauptung einiger Kollegen, dass die dürrebezogene Sterberate der globalen Wälder zugenommen habe. Die Autoren wühlten sich durch die Datenberge und kamen zu dem Schluss, dass man das nicht so pauschal behaupten könne. Zwar gab es in der Tat Dürreschäden bei den Wäldern, allerdings konnte kein global einheitlicher Trend festgestellt werden. Zudem waren Dürren wohl nur in einem Drittel aller Fälle der wahre Auslöser der Waldschäden. Abstract:

Is drought-induced forest dieback globally increasing?
Recently, it has been suggested that forest mortality has been generally increasing because of increasing drought and heat stress. But it is unclear if the observations at the investigated forest sites and regions are representative of forests globally and it has not been tested whether forest models are capable of reproducing these observations. We analysed historical climate data and used a dynamic global vegetation model (LPJ-GUESS) to assess (i) Which forests globally might have been affected by drought, (ii) If the field observations are representative for all forests and (iii) If the model can reproduce the reported mortality events.

Using two climate data sets and three drought indices, we identified no general global drying trend across all forests, but a large spatial variability. We neither detected a general increase in extreme drought events. A weak drying trend and an increase in extreme drought events were only apparent for forests in already dry climates and the locations or regions for which drought-induced mortality trends have been reported are predominantly in these dry climates.

LPJ-GUESS reproduced 66% of the reported mortality events and in 49% of the reported drought-induced mortality events drought was apparent in any of the climatologically derived drought indices. However, only in 30% of the cases simulated increased mortality coincided with drought events.

Synthesis. Our results indeed suggest that dry forests have been experiencing increasing drought-induced mortality. However, this does not apply to forests in general and the spatial variability has been large. The poor correspondence between the simulated and reported mortality events indicates that models like LPJ-GUESS driven by standard climatologies, and soil input data do not represent drought-induced mortality well. But the poor detection of the reported drought events in our climate indices also suggests that drought stress might not be the main driver of all the reported drought-mortality events.

 

 

Treffen KlimaKontroverse in Hannover, 28.9.2017

Nächstes Treffen Do, 28. September 2017, 19:30, Freizeitheim Linden, Hannover. Das Hauptthema des nächsten Treffens:

Red Team / Blue Team – US-Umweltbehörde will öffentliche Klimadiskussion - eine Seite zickt

Der Wissenschaftler Steven Koonin, Professor an der New York Universität, hat kürzlich eine öffentliche Diskussion des Klimawandels vorgeschlagen. Dabei sollen Argumente für oder gegen menschengemachte Erderwärmung in für die Öffentlichkeit verständlicher Weise ausgetauscht werden. Der Vorschlag wurde von Scott Pruit, dem derzeitigen Chef der US-Umweltbehörde, aufgegriffen. Die gegensätzlichen Argumente sollten von zwei Teams vorgebracht werden, die „Red Team“ und „Blue Team“ genannt werden.

Doch die eine Seite – mächtig und reich – zickt. Sie will nicht. Nö. (weiterlesen …)

Temperaturen der letzten 150 Jahre: Wenn harte Messdaten nachträglich verändert werden

Ein Schmuddelthema der Klimadiskussion ist die nachträgliche Veränderung von Messdaten in den offiziellen Temperaturzeitreihen. Während die entsprechenden Forscher ihren regelmäßigen Eingriff in die Datenbanken als “Korrektur” und “notwendige Anpassung” bezeichnen, sehen einige Skeptiker darin plumpe Manipulation. Wie so immer im Leben, findet sich die Wahrheit wohl irgendwo in der Mitte. Wir haben bereits mehrfach über die Problematik hier im Blog berichtet. Im heutigen Beitrag wollen wir neue Analysen und Publikationen aus diesem hochsensiblen Bereich vorstellen.

Im Juni 2017 fasste eine Gruppe um James Wallace III ihre Untersuchungsergebnisse zu Datenveränderungen in den wichtigsten Temperaturdatenbanken zusammen. Dabei erkannten sie, dass im Laufe der Zeit natürliche Zyklen in der Temperaturentwicklung der letzten 150 Jahre systematisch händisch abgemildert wurden, was das Vertrauen in die Daten untergräbt. Das pdf der Studie finden Sie hier. Die Bedenken der Wallace-Gruppe bekräftigen Kritikpunkte, die Ross McKitrick bereits 2010 auf SSRN vorbrachte.

Der HadCRUT-Datensatz wird vom Hadley Centre des UK Met Office sowie der Climatic Research Unit (CRU) of the University of East Anglia und bezieht sich auf die globale Temperaturentwiclung de letzten 150 Jahre. Immer wieder werden neue Versionen erstellt, mittlerweile ist man bei HadCRUT4 angelangt. Die Tendenz der nachträglichen Datenveränderungen wird in einem direkten Vergelich von HadCRUT3 und HadCRUT4 deutlich (via Woodfortrees) (Abb. 1):

Abb. 1: Entwicklung der globalen Temperaturen gemäß früherer Version HadCRUT3 im Vergleich zum aktuellen HadCRUT4-Datensatz. Graphik: Woodfortrees

 

Gut zu sehen: Die nachträglichen Veränderungen der Archivdaten haben den “Hiatus” der letzten 15 Jahre in eine Phase leichter Erwärmung von etwa 0,1°C verwandelt. Nicht gerade die feine englische Art, um die unbequeme Erwärmungspause aus der Welt zu schaffen. Leider enden die HadCRUT-Daten im Jahr 2015, so dass man den Vergleich nicht bis heute (2017) verlängern kann. Im Jahr 2012 brachte die IPCC-nahe Plattform Realclimate einen weiter zurückreichenden Vergleich von HadCRUT3 und HadCRUT4 (Abb. 2):

Abb. 2: Entwicklung der globalen Temperaturen gemäß früherer Version HadCRUT3 im Vergleich zum aktuellen HadCRUT4-Datensatz. Graphik: Realclimate.

 

Zu erkennen: Die modernen Temperaturen wurden um etwa ein Zehntel Grad hochgesetzt, während die Temperaturen um 1900 nahezu unverändert blieben. Unterm Strich führte dies zu einer nachträglich produzierten Versteilung der Erwärmung, sozusagen “anthropogen”, denn von Wissenschaftlern selber am Schreibtisch erzeugt.

 

Die Datenveränderungen gehen unterdessen weiter, auch nach 2015. Im Stil der Salamitaktiv wird die Erwärmung immer weiter künstlich versteilt. Ole Humlum bringt in seinem monatlichen Newsletter Climate4You die jeweils aktuellen Klimadaten. Unter anderem vergleicht er die verschiedenen Versionen der Datensätze miteinander. Hier die kürzlichen Veränderungen des GISS-Datensatzes, der vom bekennenden Klimaaktivisten Gavin Schmidt verantwortet werden. In rot die Vorversion aus dem Mai 2015, in blau die aktuellen Daten (Abb. 3). Ergebnis: Wieder eine Salamischeibe: Erwärmung um ein halbes Zehntelgrad versteilt.

Abb. 3: Entwicklung der globalen Temperaturen gemäß früherer GISS-Version aus dem Mai 2015 (rot) im Vergleich zum aktuellen GISS-Datensatz (blau). Graphik: Climate4You.

 

Nächstes Beispiel: NCDC-Datensatz, wo sich das gleiche Bild bietet (Abb. 4).

Abb. 4: Entwicklung der globalen Temperaturen gemäß früherer NCDC-Version aus dem Mai 2015 (rot) im Vergleich zum aktuellen NCDC-Datensatz (blau). Graphik: Climate4You.

 

Lange galten die Satellitendatensätze UAH und RSS als zuverlässiger als die Bodendatensätze, die ständig nachjustiert werden. Zumindest für die RSS-Daten gilt dies mittlerweile nicht mehr, denn auch hier hat man nun mit dem Verändern der Daten begonnen (Abb. 5). Auch hier beträgt die künstliche Versteilung jetzt 0,1°C. Man wundert sich, dass ähnliche Korrekturen durchgeführt wurden, obwohl die Messverfahren und Begründungen äußerst unterschiedlich sein sollten. Die RSS-Änderungen wurden in einem Paper von Mears & Wentz (2017) u.a. mit dem Absinken der Satellitenbahn begründet.

 

Abb. 5: Entwicklung der globalen Temperaturen gemäß früherer RSS-Version aus dem Mai 2015 (rot) im Vergleich zum aktuellen RSS-Datensatz (blau). Graphik: Climate4You.

 

Die RSS-Datenveränderungen kommen nicht ganz unerwartet. Der UAH-Satellitendatenexperte Roy Spencer hatte bereits zu Jahresbeginn 2017 vermutet, dass RSS auf Druck der anderen Temperaturdatenbanken Änderungen durchführen würde. Um die Unabhängigkeit der verschiedenen Temperaturdatensysteme ist es offenbar nicht gut bestellt. Vielmehr herrscht Gruppendenken vor. In einem unaufgeregten, lesenswerten Blogbeitrag kommentierte Roy Spencer die RSS-Veränderungen und erläuterte, weshalb er ihnen kritisch gegenübersteht.

Die Temperaturdatenverändeurngen der verschiedenen Systeme ist bedenklich. Letztendlich handelt es sich um einen Änderungsbetrag von vielleicht ein oder maximal zwei Zehntelgrad. Irgendwann werden die Justierungen aufhören müssen. Bei einer von den Modellen prognostizierten Erwärmung von zwei Zehntelgrad pro Jahrzehnt wird der Zeitpunkt kommen, wo der Spielraum der Datenmassage voll ausgereizt ist. Bis dahin sollten wir die Vorgänge kritisch begleiten, die in den Medien unbeachtet bleiben.

 

 

Hiatus der globalen Erwärmung: Real, unbeliebt und weiterhin unerklärlich

Ein Dauerthema der Klimadiskussion ist der sogenannte Hiatus. In der Geologie bezeichnet dies eine Lücke in der Schichtenfolge von Sedimenten, sozusagen eine Ablagerungspause. Im Bereich des Klimawandels ist damit die abschnttsweise ausgebliebene Erwärmung der letzten knapp 20 Jahre gemeint, also eine Erwärmungspause. Klimamodelle hatten eine stetige Erwärmung von 0,2°C pro Jahrzehnt prognostiziert. Eingetreten ist aber wohl weniger als die Hälfte.

Verfechter der Klimaalarmlinie bemängelten die Verwendung des Begriffs Hiatus, da die Temperatur doch in der Tat angestiegen sei. Es ist daher wirklich etwas problematisch, über den Gesamtzeitraum der vergangenen knapp 20 Jahre von einer echten Pause zu sprechen, so dass “Hiatus” den Sachverhalt nicht genau trifft. Aber natürlich ist es Fakt, dass die Erwärmung der letzten 20 Jahre sehr viel langsamer ablief als von den Modellen berechnet. Dies ist das Hauptproblem, das es gilt zu verstehen. Es lohnt sich daher nicht, sich in einer wenig fruchtbaren Diskussion über Begrifflichkeiten zu verzetteln. Die Wissenschaft hat das nomenklatorische Problem bereits aufgelöst. Hier wird meist vom “Slowdown”, also der unerwarteten Verlangsamung der Erwärmung gesprochen. Aber auch “Hiatus” wird teilweise benutzt, wobei damit das Erwärmungsdefizit gegenüber den theoretischen Berechnungen gemeint ist.

Jeder kann sich bequem selber die Temperaturentwicklung online plotten. Bei Woodfortrees wählt man den entsprechenden Datensatz aus, z.B. die RSS-Satellitentemperaturen. Dann wählt man einen Betrachtungszeitraum und ergänzt einen Trend. Fertig! Beispiel RSS seit 1998, also von El Nino zu El Nino (Abb. 1):

Abb. 1: Globale Temperaturentwicklung gemäß RSS-Satellitendatensatz.

 

Gut an der Trendlinie zu erkennen: In den letzten knapp 20 Jahren ist es wirklich nur um 0,1°C wärmer geworden, wobei eine Erwärmung von 0,4°C zu erwarten gewesen wäre. Diese Diskrepanz gilt es zu respektieren und zu erklären. Wie können die Modelle verbessert werden, damit sie wieder realistischere Prognosen liefern können? Einige Klimawissenschaftler, auch aus Potsdam, haben sich leider aufs plumpe Leugnen versteift. Sie behaupten irrigerweise, dass es gar keine Diskrepanz gäbe, daher nichts erklärt werden müsse. Journalisten machen leider viel zu oft gemeinsame Sache mit dieser kleinen Minderheit und bieten ihnen ein öffentliches Podium für ihre kruden Ansichten.

Glücklicherweise hat die Mehrheit der Klimawissenschaftler das Problem anerkannt und sucht bereits eifrig nach Lösungen. Es vergeht kaum ein Monat, ohne eine neue Veröffentlichung zum Thema. Im Juni 2017 publizierte eine Gruppe um Benjamin Santer unter Beteiligung von Michael Mann eine wichtige Arbeit in Nature Geoscience. Darin bestätigen sie zunächst den Slowdown, also die Verlangsamung der Erwärmung. Dann machen sie sich Gedanken, was wohl in den Modellen fehlen könnte. Dabei stoßen sie auf die Ozeanzyklen (“internal climate variability”), deren Wirken man in den Modellen wohl in der falschen Phase erwischt habe. Wenn man sie korrekt eingebaut hätte, dann könnte man die Diskrepanzen der 1980er und 90er Jahre erklären. Den offensichtlichen Slowdown im 21. Jahrhundert kann man damit aber nicht erklären, da legen sich Santer und Kollegen fest. Bei Betrachtung der letzten 17 Jahre wird deutlich, dass wohl etwas in den Klimantrieben der Modelle (“external forcings”) nicht stimmt. Die Erkenntnis aus dem Munde dieser berühmten Wissenschaftler ist hochbedeutsam. Die IPCC-Tabelle des Strahlungsantriebs, dem Allerheiligsten der Klimamodelle, steht ab sofort offiziell auf dem Prüfstand. In unserem Buch “Die kalte Sonne” haben wir genau diese Tabelle kritisiert: CO2 zu stark wärmend, Schwefeldioxid zu stark kühlend, Sonne zu schwach wärmend. Hier der Abstract von Santer et al. 2017:

Causes of differences in model and satellite tropospheric warming rates
In the early twenty-first century, satellite-derived tropospheric warming trends were generally smaller than trends estimated from a large multi-model ensemble. Because observations and coupled model simulations do not have the same phasing of natural internal variability, such decadal differences in simulated and observed warming rates invariably occur. Here we analyse global-mean tropospheric temperatures from satellites and climate model simulations to examine whether warming rate differences over the satellite era can be explained by internal climate variability alone. We find that in the last two decades of the twentieth century, differences between modelled and observed tropospheric temperature trends are broadly consistent with internal variability. Over most of the early twenty-first century, however, model tropospheric warming is substantially larger than observed; warming rate differences are generally outside the range of trends arising from internal variability. The probability that multi-decadal internal variability fully explains the asymmetry between the late twentieth and early twenty-first century results is low (between zero and about 9%). It is also unlikely that this asymmetry is due to the combined effects of internal variability and a model error in climate sensitivity. We conclude that model overestimation of tropospheric warming in the early twenty-first century is partly due to systematic deficiencies in some of the post-2000 external forcings used in the model simulations.

In wenigen Wochen werden die Autoren für den neuen IPCC-Bericht nominiert. Ob sich diesmal der Realismus durchsetzt und die Probleme in den Klimamodellen und Prognosen ergebnisoffen und nachhaltig angegangen werden? Oder geht es wieder nur um die Vermeidung eines Gesichtsverlustes? In der letzten Ausgabe des Berichts (AR5) wurde beispielsweise bei der CO2-Klimasensitivität kräftig getrickst, der wichtige Mittelwert einfach nicht angegeben. In jeder anderen Sparte des menschlichen Tuns wäre dies unmöglich, denn der Mittelwert bzw. bester Schätzwert wäre unverzichtbar. Nicht so in den Klimawissenschaften. Dort kann man nach monatelangen Verhandlungen zur Frage nach dem aktuellen Wochentag sagen: “Irgendetwas zwischen Montag und Freitag. Aber auf den Tag heute wollen wir uns nicht exakt festlegen”.

Wie bei den Boxweltverbänden, gibt es auch bei den globalen Temperaturdatensätzen eine ganze Pallette von konkurrierenden Systemen, darunter z.B. RSS, UAH, GISS oder HadCRUT. Bei einigen dieser Datensätze wird in der Datenbank regelmäßig nachjustiert, was zu Stabilitätsproblemen der Daten führt. Das Gros der Datensätze wird in den USA und Großbritannien von einer kleinen Gruppe von Datenbankhütern betreut und verantwortet, was Fragen zur Transparenz aufwirft. Das bevölkerungsreichste Land der Erde, China, hat nun einen neuen globalen Temperaturdatensatz erstellt, der als CMA GLSAT bezeichnet wird. Dies steht für China Meteorological Administration Global annual mean Land-Surface Air Temperature. Der Datensatz wurde im Februar 2017 im Science Bulletin vorgestellt (Sun et al. 2017). Die Autoren weisen auf die starke Verlangsamung der Erwärmung in den letzten knapp zwei Jahrzehnten hin und stellen einen Bezug zum Hiatus her. Hier der Abstract:

Global land-surface air temperature change based on the new CMA GLSAT data set
The China Meteorological Administration (CMA) has recently developed a new global monthly homogenized land-surface air temperature data set. Based on this data set, we reanalyzed the change in global annual mean land-surface air temperature (LSAT) during three time periods (1901–2014, 1979–2014 and 1998–2014). The results show that the linear trends of global annual mean LSAT were 0.104 °C/decade, 0.247 °C/decade and 0.098 °C/decade for the three periods, respectively. The trends were statistically significant except for the period 1998–2014, the period that is also known as the “warming hiatus”. Our analysis generally confirms the spatial differences of global land warming over the two longer periods (since 1901 and 1979), as reported in previous Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) assessment reports, but shows that the recent “warming hiatus” period was characterized by a slower warming or even a cooling trend in the low to mid-latitude zones of the two hemispheres.

Am 12. August 2017 erschien in den Geophysical Research Letters eine Arbeit von Clara Deser und Kollegen, die die Rolle des Pazifik für den globalen Hiatus bzw. Slowdown beleuchtete. Der Begriff “Hiatus” erscheint dabei sogar im Titel der Arbeit. Die Forscher schicken zwei Klimamodelle an den Start, um den Hiatus zu reproduzieren. Die Resultate der Modelle waren jedoch höchst unterschiedlich, was die Modelle wenig vertrauenswürdig erscheinen lässt. Eines der beiden Modelle scheint jedoch auf den ersten Blick ganz gut mit der Realität zusammenzupassen. In diesem Modell dominiert die Abkühlung in Europa und Asien, die die globale Erwärmung bremst. Abstract:

The relative contributions of tropical Pacific sea surface temperatures and atmospheric internal variability to the recent global warming hiatus
The recent slowdown in global mean surface temperature (GMST) warming during boreal winter is examined from a regional perspective using 10-member initial-condition ensembles with two global coupled climate models in which observed tropical Pacific sea surface temperature anomalies (TPAC SSTAs) and radiative forcings are specified. Both models show considerable diversity in their surface air temperature (SAT) trend patterns across the members, attesting to the importance of internal variability beyond the tropical Pacific that is superimposed upon the response to TPAC SSTA and radiative forcing. Only one model shows a close relationship between the realism of its simulated GMST trends and SAT trend patterns. In this model, Eurasian cooling plays a dominant role in determining the GMST trend amplitude, just as in nature. In the most realistic member, intrinsic atmospheric dynamics and teleconnections forced by TPAC SSTA cause cooling over Eurasia (and North America), and contribute equally to its GMST trend.

Ein ähnliches Thema von Lukas von Känel und Kollegen im August 2017 in den Geophysical Research Letters:

Hiatus-like decades in the absence of equatorial Pacific cooling and accelerated global ocean heat uptake
A surface cooling pattern in the equatorial Pacific associated with a negative phase of the Interdecadal Pacific Oscillation is the leading hypothesis to explain the smaller rate of global warming during 1998–2012, with these cooler than normal conditions thought to have accelerated the oceanic heat uptake. Here using a 30-member ensemble simulation of a global Earth system model, we show that in 10% of all simulated decades with a global cooling trend, the eastern equatorial Pacific actually warms. This implies that there is a 1 in 10 chance that decadal hiatus periods may occur without the equatorial Pacific being the dominant pacemaker. In addition, the global ocean heat uptake tends to slow down during hiatus decades implying a fundamentally different global climate feedback factor on decadal time scales than on centennial time scales and calling for caution inferring climate sensitivity from decadal-scale variability.

In einigen Regionen der Welt beobachten die Wissenschaftler nicht nur einen Slowdown, sondern einen echten Hiatus, also eine wirkliche Erwärmungspause. Eine Gruppe um Yonkun Xie beschrieb im März 2017 im International Journal of Climatology den Hiatus aus China. Dabei überprüften sie, wie robust die chinesische Erwärmungspause der letzten beide Jahrzehnte wirklich ist. Die Forscher fanden eine signifikante Abkühlung in dieser Zeit, so dass der Hiatus als äußerst robust eingestuft wird.  Xie und Kollegen machten sich auch Gedanken über den Antrieb der Erwärmung und nachfolgenden Abkühlung. Dabei kommen sie auf die Ozeanzyklen, die im späten 20. Jahrhundert erwärmend und im frühen 21. Jahrhundert kühlend wirkten. Eureka! Genau das stand ja auch schon 2012 in unserem Buch “Die kalte Sonne”, zu dem Jochem Marotzke seinerzeit sagte: “Viel gelesen aber wenig verstanden”. Mittlerweile ist es wohl auch Marotzke klar geworden, dass er damals irrte. Hier der Abstract der wichtigen Arbeit von Xie und Kollegen (2017):

From accelerated warming to warming hiatus in China
As the recent global warming hiatus has attracted worldwide attention, we examined the robustness of the warming hiatus in China and the related dynamical mechanisms in this study. Based on the results confirmed by the multiple data and trend analysis methods, we found that the annual mean temperature in China had a cooling trend during the recent global warming hiatus period, which suggested a robust warming hiatus in China. The warming hiatus in China was dominated by the cooling trend in the cold season, which was mainly induced by the more frequent and enhanced extreme-cold events. By examining the variability of the temperature over different time scales, we found the recent warming hiatus was mainly associated with a downward change of decadal variability, which counteracted the background warming trend. Decadal variability was also much greater in the cold season than in the warm season, and also contributed the most to the previous accelerated warming. We found that the previous accelerated warming and the recent warming hiatus, and the decadal variability of temperature in China were connected to changes in atmospheric circulation. There were opposite circulation changes during these two periods. The westerly winds from the low to the high troposphere over the north of China all enhanced during the previous accelerated warming period, while it weakened during the recent hiatus. The enhanced westerly winds suppressed the invasion of cold air from the Arctic and vice versa. Less frequent atmospheric blocking during the accelerated warming period and more frequent blocking during the recent warming hiatus confirmed this hypothesis. Furthermore, variation in the Siberian High and East Asian winter monsoon season supports the given conclusions.

Dazu passend eine Arbeit von Yang Chen und Panmao Zhai, die am 26. Juli 2017 online in den Environmental Research Letters publiziert wurde:

Persisting and strong warming hiatus over eastern China during the past two decades
During the past two decades since 1997, eastern China has experienced a warming hiatus punctuated by significant cooling in minimum temperature (Tmin), particularly during early-mid winter. By arbitrarily configuring start and end years, a “vantage hiatus period” in eastern China is detected over 1998-2013, during when the domain-averaged Tmin exhibited the strongest cooling trend and the number of significant cooling stations peaked. Regions most susceptible to the warming hiatus are located in North China, the Yangtze-Huai River Valley and South China, where significant cooling in Tmin persisted through 2016. This sustained hiatus gave rise to increasingly frequent and severe cold extremes there. Concerning its prolonged persistency and great cooling rate, the recent warming hiatus over eastern China deviates much from most historical short-term trends during the past five decades, and thus could be viewed as an outlier against the prevalent warming context.

Der globale Hiatus war auch im August 2016 Thema in einer Arbeit von Chunlüe Zhou und Kaicun Wang im Nature-Ableger Scientific Reports.

Spatiotemporal Divergence of the Warming Hiatus over Land Based on Different Definitions of Mean Temperature
Existing studies of the recent warming hiatus over land are primarily based on the average of daily minimum and maximum temperatures (T2). This study compared regional warming rates of mean temperature based on T2 and T24 calculated from hourly observations available from 1998 to 2013. Both T2 and T24 show that the warming hiatus over land is apparent in the mid-latitudes of North America and Eurasia, especially in cold seasons, which is closely associated with the negative North Atlantic Oscillation (NAO) and Arctic Oscillation (AO) and cold air propagation by the Arctic-original northerly wind anomaly into mid-latitudes. However, the warming rates of T2 and T24 are significantly different at regional and seasonal scales because T2 only samples air temperature twice daily and cannot accurately reflect land-atmosphere and incoming radiation variations in the temperature diurnal cycle. The trend has a standard deviation of 0.43 °C/decade for T2 and 0.41 °C/decade for T24, and 0.38 °C/decade for their trend difference in 5° × 5° grids. The use of T2 amplifies the regional contrasts of the warming rate, i.e., the trend underestimation in the US and overestimation at high latitudes by T2.

Cartoon: Josh.

 

 

Arktisches Meereis legt wieder zu: Größere Sommer-Resteisfläche 2017 als in den beiden Vorjahren

SZ-Redakteurin Marlene Weiß erschreckte am 15. September 2017 die Leser der Süddeutschen Zeitung mit einem Klimaschocker:

Klimawandel: Arktisches Eis schmilzt und schmilzt und schmilzt

Ein toller Titel, der auch gut in ein Kinderbuch passen würde. Aber welches Eis meint die Redakteurin mit dem zum Thema passenden Nachnamen? Geht es ums arktische Meereis oder um die Eiskappen? Wir lesen im Artikel:

Das Meereis in der Arktis ist in diesem Sommer auf eine Fläche von etwa 4,7 Millionen Quadratkilometern abgeschmolzen, berichten Forscher des Alfred-Wegener-Instituts (Awi) und der Universitäten Bremen und Hamburg. Das ist mehr als im Jahr 2012, als damals nur noch 3,4 Millionen Quadratkilometer übrig blieben. Die aktuelle Eisfläche liegt jedoch ungefähr im Mittel der vergangenen Jahre und damit deutlich unter den Werten aus der Periode von 1979 bis 2006. Diese lagen bei etwa 5,5 bis 7,5 Millionen Quadratkilometern. Der langjährige Abwärtstrend des Meereises in der Arktis bleibt auch mit der neuen Messung deutlich.

Das National Snow & Ice Data Center (NIDC) der USA hat dazu auf seiner Webseite einen interaktiven Graphen, den es sich lohnt anzuschauen (Abb. 1).

 

 

Abb. 1: Meereisbedeckung in der Arktis, aufgetragen als Eisbedeckung im Jahresverlauf. Farben zeigen verschiedene Jahre an. Hellblau=2017, rot=2016, gestrichelt grün=2012. Quelle: NSIDC.  

 

Gut zu erkennen: Nicht nur im Jahr 2012 gab es weniger Eis als in diesem Jahr (2017), sondern auch in den Vorjahren 2016 und 2015. Die wirkliche Nachricht wäre also gewesen:

Arktisches Meereis legt wieder zu: Größere Sommer-Resteisfläche 2017 als in den beiden Vorjahren

Unklar ist, weshalb Frau Weiß und die Süddeutsche Zeitung ihre Leser derart in die Irre führen. Wie bereits im kürzlichen Fall der fragwürdigen Berichterstattung zur Nordseeerwärmung durch die Tagesschau und dpa, liegt in kürzester Zeit erneut ein eklatanter Fall von Desinformation der Bevölkerung vor. Hier nochmal die Fakten in Zahlen des sommerlichen Meereisminimums in der Arktis:

2012: 3,4 Mio qkm
2013   5,1 Mio qkm
2014   5,8 Mio qkm
2015   4,4 Mio qkm
2016   4,2 Mio qkm
2017   4,7 Mio qkm

Es ist klar zu erkennen, dass im 5. Jahr seit dem Tiefststand von 2012 kein weiterer Rückgang mehr erfolgt ist.

 

Dürrevorhersagen nur robust wenn Ozeanzyklen berücksichtigt werden

Das Extremwetter fasziniert Klimaalarmisten und -realisten gleichermaßen. Reflexhaft wird von Vertretern der Alamlinie jede Dürre dem Klimawandel angelastet. Realisten zeigen mehr Weitblick und ordnen die Geschehnisse zunächst in den klimahistorischen Kontext ein. Wie soll man Menschen bezeichnen, die aus dürreanfälligen Gebieten flüchten? Sind es Klimaflüchtlinge oder Klimawandelflüchtlinge? Wohl eher ersteres, denn man kann sich vorstellen, wie mühsam es ist, in dürreanfälligen Regionen der Erde zu leben. Mit dem Klimawandel hat das erstmal wenig zu tun.

Im heutigen Blogbeitrag wollen wir wichtige Publikationen zur globalen Dürreforschung vorstellen. Im Dezember 2015 räumten Niko Wanders und Yoshihide Wada in den Geophysical Research Letters ein, dass die Vorhersage von Dürren noch immer ziemlich schlecht ist. Die theoretischen Modelle sind einfach noch nicht gut genug, scheinen wichtige Antriebe unberücksichtigt zu lassen. Die Autoren überlegten sich nun, was wohl fehlen könnte. Dabei kamen sie auf einen Klimasteuerungsfaktor, den unsere Buch- und Blogleser bereist bestens kennen: Die Ozeanzyklen. Niko Wanders und Yoshihide Wada zeigen in Ihrem Paper, dass die Vorhersagen deutlich besser werden, wenn man die natürliche Klimavariabilität im Zusammenhang mit den Ozeanzyklen einbezieht. Hier der Abstract:

Decadal predictability of river discharge with climate oscillations over the 20th and early 21st century
Long-term hydrological forecasts are important to increase our resilience and preparedness to extreme hydrological events. The skill in these forecasts is still limited due to large uncertainties inherent in hydrological models and poor predictability of long-term meteorological conditions. Here we show that strong (lagged) correlations exist between four different major climate oscillation modes and modeled and observed discharge anomalies over a 100 year period. The strongest correlations are found between the El Niño–Southern Oscillation signal and river discharge anomalies all year round, while North Atlantic Oscillation and Antarctic Oscillation time series are strongly correlated with winter discharge anomalies. The correlation signal is significant for periods up to 5 years for some regions, indicating a high added value of this information for long-term hydrological forecasting. The results suggest that long-term hydrological forecasting could be significantly improved by including the climate oscillation signals and thus improve our preparedness for hydrological extremes in the near future.

Im September 2014 überraschten Peter Greve und Kollegen in Nature Geoscience mit einem unerwarteten Resultat: Klimawandel-Faustregel entpuppt sich als falsch: Trockene Gebiete werden nicht immer trockener. Man hatte uns lange Quatsch erzählt. Schön, dass nun endlich jemand richtig nachgeschaut hat. Das Paper erschien in Nature Geoscience. Abstract:

Global assessment of trends in wetting and drying over land
Changes in the hydrological conditions of the land surface have substantial impacts on society1, 2. Yet assessments of observed continental dryness trends yield contradicting results3, 4, 5, 6, 7. The concept that dry regions dry out further, whereas wet regions become wetter as the climate warms has been proposed as a simplified summary of expected8, 9, 10 as well as observed10, 11, 12, 13, 14 changes over land, although this concept is mostly based on oceanic data8, 10. Here we present an analysis of more than 300 combinations of various hydrological data sets of historical land dryness changes covering the period from 1948 to 2005. Each combination of data sets is benchmarked against an empirical relationship between evaporation, precipitation and aridity. Those combinations that perform well are used for trend analysis. We find that over about three-quarters of the global land area, robust dryness changes cannot be detected. Only 10.8% of the global land area shows a robust ‘dry gets drier, wet gets wetter’ pattern, compared to 9.5% of global land area with the opposite pattern, that is, dry gets wetter, and wet gets drier. We conclude that aridity changes over land, where the potential for direct socio-economic consequences is highest, have not followed a simple intensification of existing patterns.

Scinexx berichtete seinerzeit über die Studie:

Klimafolgen-Faustregel umgekrempelt

Dass alle trockenen Regionen durch den Klimawandel trockener werden, stimmt so nicht

Komplizierter als gedacht: Bisher ließen sich die Klimawandel-Folgen einfach zusammenfassen: “Trockene Regionen werden trockener, feuchte feuchter”. Das aber stimmt so nicht, wie Schweizer Forscher nun zeigen. Ihre Analyse findet für die Hälfte der Landflächen genau das Umgekehrte. Die Formel sei demnach keineswegs so allgemeingültig wie angenommen, so die Forscher im Fachmagazin “Nature Geoscience”.

Im Jahr 2014 veröffentlichte eine Gruppe um Zengchao Hao im Nature-Ableger Scientific Data eine Arbeit zur Dürrentwicklung der letzten 35 Jahre. Dabei brachten sie auch eine Graphik, die den Anteil der Welt darstellt, der in einem bestimmten Jahr jeweils unter Dürren litt. Erkennen Sie es auch? Es ist keine Langzeitzunahme des Dürreanteils zu erkennen. Besonders trocken scheint die Zeit 1992-1998 gewesen zu sein. Danach hat es sich wieder gebessert. Da ist es schon absurd, wenn in der Presse von einer stetig steigenden Dürregefahr geredet wird, mit dem zunehmende Klimamigrantenströme erklärt werden.

 

Abbildung: Fraction of the global land in D0 (abnormally dry), D1 (moderate), D2 (severe), D3 (extreme), and D4 (exceptional) drought condition (Data: Standardized Precipitation Index data derived from MERRA-Land). Quelle: Hao et al. 2014.

 

Weiter mit einer Arbeit von Diego Miralles und Kollegen aus dem Dezember 2013 in Nature Climate Change. Sie warnen davor, Kurzzeittrends als Folge des “Klimawandels” zu interpretieren. Vielmehr müssen Kurzzeittrends im Zusammenhang mit dem El Nino / La Nina Phänomen in Betracht gezogen werden. Abstract:

El Niño–La Niña cycle and recent trends in continental evaporation
The hydrological cycle is expected to intensify in response to global warming1, 2, 3. Yet, little unequivocal evidence of such an acceleration has been found on a global scale4, 5, 6. This holds in particular for terrestrial evaporation, the crucial return flow of water from land to atmosphere7. Here we use satellite observations to reveal that continental evaporation has increased in northern latitudes, at rates consistent with expectations derived from temperature trends. However, at the global scale, the dynamics of the El Niño/Southern Oscillation (ENSO) have dominated the multi-decadal variability. During El Niño, limitations in terrestrial moisture supply result in vegetation water stress and reduced evaporation in eastern and central Australia, southern Africa and eastern South America. The opposite situation occurs during La Niña. Our results suggest that recent multi-year declines in global average continental evaporation8, 9 reflect transitions to El Niño conditions, and are not the consequence of a persistent reorganization of the terrestrial water cycle. Future changes in continental evaporation will be determined by the response of ENSO to changes in global radiative forcing, which still remains highly uncertain10, 11.

 

US-Seen geht es relativ gut: Zwei Jahrzehnte ohne Verschlechterung

Die University of Wisconsin-Madison hatte am 23. August 2017 gute Nachrichten zu vermelden. In einer Untersuchung der Wasserqualität US-amerikanischer Seen konnten die Wissenschaftler in den letzten Jahren überraschenderweise keine Verschlechterung feststellen. Den Seen geht es gut! Hier die Pressemitteilung:

Amid environmental change, lakes surprisingly static

In recent decades, change has defined our environment in the United States. Agriculture intensified. Urban areas sprawled. The climate warmed. Intense rainstorms became more common. But, says a new University of Wisconsin–Madison study, while those kinds of changes usually result in poor water quality, lakes have surprisingly stayed the same.

The authors of the article, published online Wednesday in the journal Global Change Biology, assessed changes in measures of water quality, including plant nutrients and algal growth, in 2,913 U.S. lakes from 1990 to about 2011. The researchers found that, “despite large environmental change and management efforts over recent decades, water quality of lakes in the Midwest and Northeast U.S. has not overwhelmingly degraded or improved.” That doesn’t mean there were no notable trends. For example, 10 percent of the study lakes were getting “greener,” or seeing more algae blooms and plant growth, while only five percent were experiencing clearer water conditions. Still, the vast majority of lakes were stuck in a sort of water quality status quo.

The meaning of these results depends on your perspective, says Samantha Oliver, lead author of the report and a graduate student at UW–Madison’s Center for Limnology. On the one hand, the U.S. spends $3.5 billion each year on efforts to keep nutrients and the algae they feed out of our waterways. So the fact that there are no large-scale positive trends in water quality is dispiriting. But, considering that intensifying agriculture, warming climate and more intense rain events are known to boost nutrient runoff and algae blooms, the lack of a nationwide negative trend in water quality may be a heartening sign that management practices are at least holding the line.

Scientists’ reaction to these results, says Oliver, is “a glass half full, glass half empty thing. Some people say, ‘Whoa, the management must really be doing something,’ and the other half of them say, ‘That’s really depressing, our management hasn’t done anything. We need to do so much more!’” Her take is that government policies, such as the Clean Water Act’s limits on urban and agricultural runoff or the Clean Air Act’s limits on nitrogen and carbon pollution, do make a difference. “If our water quality improvement efforts hadn’t been in place, conditions could have been a lot worse,” she says. “It’s fair to say that these protections do matter.” But, Oliver says, the study’s bigger take-home message is one of scale.

Management efforts are often focused on improving conditions of a single lake. While those efforts may pay off locally and result in better water quality in that lake, these little victories don’t always add up to a bigger win. For example, one part of a stream may get cleaner when best-management farming practices are used in a nearby field, but those improvements can get washed away by poor management of the next field downstream. You can see this example play out, Oliver says, in the annual “dead zone” that develops in the Gulf of Mexico. As fertilizer used on Midwestern corn and soybeans runs off fields and into nearby streams, it ends up, eventually, in the Mississippi River. The Mississippi releases those nutrients into the gulf, where they feed huge algae blooms that develop, die and decompose — a process that consumes the available oxygen in the water, killing fish and making conditions uninhabitable for other marine life.

Dealing with the “dead zone” or any other large-scale problem won’t be a matter of simply improving conditions at the local level, Oliver says. “The environmental changes that are happening in the world today are happening everywhere, they aren’t happening in a single lake or a single stream,” she says. “While we like to focus on ‘our’ particular lake or stream, each one is different. How the whole population of lakes and streams, and ultimately, the Gulf of Mexico will respond to things like climate change or government policies can only be figured out by looking at the bigger picture of the thousands of lakes and rivers across the U.S.”

 

Italienischer Extremregen und Hochwasser folgt den atlantischen Ozeanzyklen

Früher war das Wetter immer klasse. Dann kam der Klimawandel, und jetzt spielt das Wetter komplett verrückt. In dieser Art argumentieren etliche dem Klimaalarm verfallene mediale Protagonisten. Oft wird dann noch auf theoretische Klimamodellierungen hingewiesen, die eine schwarze Zukunft skizzieren. Der Blick zurück in die Klimageschichte öffnet hier die Augen: Extremwetter hat es auch früher schon gegeben, zum Teil sogar intensiver als heute. Rekonstruktionen des Extremwetters zeigen eine starke natürliche Variabilität auf. Der reflexhafte Aufschrei beim Auftreten eines Sturmes, einer Überschwemmung, einer Dürre etc. mit dem Hinweis auf den Klimawandel ist daher kurzsichtig und irreführend.

Beispiel Überschwemmungen in Italien. Marco Marani und Stefano Zanetti beschrieben im Januar 2015 in Water Resources Research eine Datenreihe zu extremen Niederschlagsereignissen in Padua für die vergangenen 300 Jahre. Die Autoren fanden keinen Langzeittrend, dafür aber typische Zyklen, gemäß denen der Extremregen schwankte. Insbesondere scheint der Ozeanzyklus der NAO (Nordatlantische Oszillation) eine große Rolle zu spielen. Abstract:

Long-term oscillations in rainfall extremes in a 268 year daily time series
We analyze long-term fluctuations of rainfall extremes in 268 years of daily observations (Padova, Italy, 1725–2006), to our knowledge, the longest existing instrumental time series of its kind. We identify multidecadal oscillations in extremes estimated by fitting the GEV distribution, with approximate periodicities of about 17–21, 30–38, 49–68, 85–94, and 145–172 years. The amplitudes of these oscillations exceed the changes associated with the observed trend in intensity. This finding implies that even if climatic trends are absent or negligible, rainfall and its extremes exhibit an apparent nonstationarity if analyzed over time intervals shorter than the longest periodicity in the data (about 170 years for the case analyzed here). These results suggest that because long-term periodicities may likely be present elsewhere, in the absence of observational time series with length comparable to such periodicities (possibly exceeding one century), past observations cannot be considered to be representative of future extremes. We also find that observed fluctuations in extreme events in Padova are linked to the North Atlantic Oscillation: increases in the NAO Index are on average associated with an intensification of daily extreme rainfall events. This link with the NAO global pattern is highly suggestive of implications of general relevance: long-term fluctuations in rainfall extremes connected with large-scale oscillating atmospheric patterns are likely to be widely present and undermine the very basic idea of using a single stationary distribution to infer future extremes from past observations.

Das zweite Beispiel kommt aus den Italienischen Mittelmeeralpen von Wilhelm et al. 2017, das im Fachblatt Natural Hazards and Earth System Sciences erschien. Die Wissenschaftler identifizierten im Valle d’Aosta 76 Hochwasserereignisse in den letzten 270 Jahren, wovon 8 von Erdbeben und 68 von Extremregen ausgelöst wurden. Natürliche Klimavariabilität am Werk. Abstract:

A multi-centennial record of past floods and earthquakes in Valle d’Aosta, Mediterranean Italian Alps
Mediterranean Alpine populations are particularly exposed to natural hazards like floods and earthquakes because of both the close Mediterranean humidity source and the seismically active Alpine region. Knowledge of long-term variability in flood and earthquake occurrences is of high value since it can be useful to improve risk assessment and mitigation. In this context, we explore the potential of a lake-sediment sequence from Lago Inferiore de Laures in Valle d’Aosta (Northern Italy) as a long-term record of past floods and earthquakes. The high-resolution sedimentological study revealed 76 event layers over the last ca. 270 years; 8 are interpreted as most probably induced by earthquakes and 68 by flood events. Comparison to historical seismic data suggests that the recorded earthquakes are strong (epicentral Medvedev–Sponheuer–Kárník (MSK) intensity of VI–IX) and/or close to the lake (distance of 25–120 km). Compared to other lake-sediment sequences, Lago Inferiore de Laures sediments appear to be regionally the most sensitive to earthquake shaking, offering a great potential to reconstruct the past regional seismicity further back in time. Comparison to historical and palaeoflood records suggests that the flood signal reconstructed from Lago Inferiore de Laures sediments represents the regional and (multi-)decadal variability of summer–autumn floods well, in connection to Mediterranean mesoscale precipitation events. Overall, our results reveal the high potential of Lago Inferiore de Laures sediments to extend the regional earthquake and flood catalogues far back in time.

 

 

Spanien: Überschwemmungen im Takte von Sonne und Ozeanzyklen

Auch in Spanien treten die Flüsse ab und an über die Ufer. Neue Studien haben die Hochwasserereignisse feinsäuberlich rekonstruiert. Wer bei der nächsten Überflutung reflexhaft den Klimawandel als Ursache bemüht, sollte sich zunächst mit der Klimageschichte beschäftigen und sich die Frage stellen: Ist dieses aktuelle Hochwasserereignis wirklich so grundlegend verschieden von den früheren?

Beginnen wollen wir im Nordwesten der Iberischen Halbinsel. Dort rekonstruierten Margarita Jambrina-Enríquez und Kollegen anhand von Ablagerungen im Sanabria See die Hochwassergeschichte der letzten 26.000 Jahre. Die Studie erschien im Juni 2014 in den Quaternary Science Reviews. Interessant ist u.a. die Entwicklung der letzten 10.000 Jahre. Besonders starke Hochwässer ereigneten sich im sogenannten Millenniumstakt, parallel zu Kälteereignissen im Nordatlantik, die deren Erstbeschreiber Gerard Bond mit solaren Aktivitätsschwankungen synchronisieren konnte. Letztendlich scheint die Sonne und Veränderungen ihrer Aktivität das Hochwasser in Spanien mitzugestalten. Hier der Abstract:

Timing of deglaciation and postglacial environmental dynamics in NW Iberia: the Sanabria Lake record
The multiproxy study (sedimentology, geochemistry and diatoms) of sediment cores from Sanabria Lake (42°07′30″ N, 06°43′00″ W, 1000 m a.s.l.) together with a robust 14C chronology provides the first high-resolution and continuous sedimentary record in the region, extending back the last 26 ka. The development of a proglacial lake before 26 cal ka BP demonstrates the onset of deglaciation before the global Last Glacial Maximum, similarly to other alpine glaciers in southern European mountains. Rapid deglaciation occurred at the beginning of the Greenland Interstadial GI-1e (Bølling, 14.6 cal ka BP). Following a short-lived episode of glacier re-advance (14.4–14.2 cal ka BP, GI-1d), a climatic improvement at 13.9 cal ka BP suggests the glaciers retreated from the lake basin during the GI-1c. Another glacier reactivation phase occurred between ca 13.0–12.4 ka, starting earlier than the onset of GS-1 (Younger Dryas). Rapid deglaciation during the Early Holocene (11.7–10.1 cal ka BP) was followed by a period of higher river discharge (10.1–8.2 cal ka BP). After 8.2 ka, the Holocene is characterized by a general decreasing trend in humidity, punctuated by the driest phase during the Mid Holocene (ca 6.8–4.8), a wetter interval between 4.8 and 3.3 cal ka BP, and a relatively decline of rainfall since then till present, with a minor increase in humidity during some phases (ca 1670–1760) of the Little Ice Age.

Discrete silt layers intercalated in the organic-rich Holocene deposits reflect large flooding events of the Tera River (ca 10.1, 8.4, 7.5, 6.2, 5.7–5.6, 4.6, 4.2, 3.7, 3.3, 3.1, 2.7, 2.5 and 2.0 cal ka BP). Their synchronicity with a number of cold and humid events described in the Atlantic demonstrates a strong control of NW Iberian climate by North Atlantic dynamics at centennial–millennial scale. Comparison with Western Mediterranean records points to similar regional dynamics during the Holocene, although modulated in the NW Iberian Peninsula by the stronger Atlantic influence.

Die nächste Hochwasserrekonstruktion stammt von Saúl González-Lemos und Kollegen und wurde im November 2015 in den Quaternary Science Reviews publiziert. Studienobjekt war eine Höhle in Nordspanien. Sie dokumentierten einen ständigen Wechsel von hochwasserreichen und -armen Phasen. Die natürliche Klimavariabilität am Werk! Abstract:

Holocene flood frequency reconstruction from speleothems in northern Spain
Extreme precipitation events may cause flooding in the subsurface as well as surficial drainage networks, and these flood events may be preserved in the speleothem archive. We describe here a study of stalagmites from the Cueva Rosa, a system with a perennial cave stream in a lower active level and abundant speleothems in a fossil gallery 6–8 m above the active level. Several constrictions in the lower level act as bottlenecks at discharges of 8–11 m3/s during high discharge events, flooding both lower and upper galleries. Because the cave stream is the only efflux for the small surface watershed (1 km2), it is possible to estimate the critical rainfall intensity rates and runoff required to flood the upper gallery. In the upper gallery, historical flooding is constrained by 14C dates of wood fragments which register both a both post-bomb event and event at 420 yr BP. The latter event appears to coincide with deposition of thick mud deposit postdated by speleothem growth since 324 yr BP. A mid-Holocene (8.1–5.3 ka BP) speleothem from the upper gallery contains 26 detrital layers composed of clays and quartz grains evident in sectioned stalagmites and in Al content in LA-ICPMS analyses. The 9 most pronounced layers reach a thickness of 0.1–0.3 mm in the central growth axis. Petrography confirms that calcite crystal growth is continuous through these detrital layers and that they represent decantation events rather than hiatus in calcite deposition. In the mid-Holocene, large events have average recurrence of around 300 years, although large events are absent from the period from 7.3 to 6.3 ka and more frequent in the older and younger portions of the stalagmite. In the last four centuries, two major events have partially buried an actively growing stalagmite, showing that extreme precipitation events capable of flooding the upper gallery remain a persistent feature of the climate.

Jetzt in den Nordosten der Iberischen Halbinsel, von wo Corella et al. 2014 (Quaternary Science Reviews) eine wechselhafte Geschichte der Extremregenfälle präsentierte. Besonders schlimm waren die Überschwemmungen in der jeweils zweiten Hälfte des 14. und 19. Jahrhunderts. Interessanterweise ereigneten sich die Veränderungen im Takt der Sonnenaktivität. Im 20. Jahrhundert nahm die Häufigkeit der Extremregenfälle dramatisch ab. Während keiner anderen Phase der letzten 650 Jahre gab es weniger Extremregen als heute.

Annually-resolved lake record of extreme hydro-meteorological events since AD 1347 in NE Iberian Peninsula
We present an annual reconstruction of extreme rainfall events interpreted from detrital layers and turbidites interbedded within a varved sediment record since the 14th century in Montcortés Lake (NE Spain, 1027 m a.s.l.). Clastic microfacies intercalated within the biochemical calcite varves were characterized and their depositional dynamics interpreted using high-resolution geochemical and sedimentological analyses. Annual number of detrital layers was compared against instrumental records of extreme daily rainfalls providing minimum rainfall thresholds and return periods associated to the identified types of clastic microfacies. Non-continuous detrital layers were deposited during rainfall events higher than 80 mm (>2-year return period) while graded detrital layers and turbidites were associated with higher magnitude rainfall events (>90 mm and >4-year return period). The frequency distribution of extreme hydro-meteorological events is not stationary and its pattern coincides with historical floods from the nearby Segre River. High frequency of heavy rainfalls occurred during the periods AD 1347–1400 and AD 1844–1894. A lower frequency of heavy rainfall was found during the periods AD 1441–1508, 1547–1592, 1656–1712, 1765–1822 and 1917–2012. The 20th century stands out as the longest interval within the studied period of very low number of extreme rainfall events. Variability in extreme rainfall events prior to the 20th century is in phase with solar activity, suggesting a mechanistic link in mid-latitude atmospheric circulation patterns that ceased during the 20th century.

Abschließend noch eine Studie aus dem Nordosten Spaniens, Barrera-Escoda and Llasat (2015) im Fachblatt Hydrology and Earth System Sciences. Auch sie studierten die letzten 700 Jahre, und auch sie fanden wieder einen solaren Fingerabruck in der historischen Hochwasserentwicklung, u.a. den Gliessbergzyklus. Eine Zunahme der Flutschäden während der letzten 150 Jahre geht laut Autoren auf die stärkere Besiedelung der Flussmündungen zurück. Abstract:

Evolving flood patterns in a Mediterranean region (1301-2012) and climatic factors – the case of Catalonia
Data on flood occurrence and flood impacts for the last seven centuries in the northeastern Iberian Peninsula have been analysed in order to characterise long-term trends, anomalous periods and their relationship with different climatic factors such as precipitation, general circulation and solar activity. Catastrophic floods (those that produce complete or partial destruction of infrastructure close to the river, and major damages in the overflowed area, including some zones away from the channels) do not present a statistically significant trend, whereas extraordinary floods (the channel is overflowed and some punctual severe damages can be produced in the infrastructures placed in the rivercourse or near it, but usually damages are slight) have seen a significant rise, especially from 1850 on, and were responsible for the total increase in flooding in the region. This rise can be mainly attributed to small coastal catchments, which have experienced a marked increase in developed land and population, resulting in changes in land use and greater vulnerability. Changes in precipitation alone cannot explain the variation in flood patterns, although a certain increase was shown in late summer-early autumn, when extraordinary floods are most frequently recorded. The relationship between the North Atlantic circulation and floods is not as strong, due to the important role of mesoscale factors in heavy precipitation in the northwest of the Mediterranean region. However, it can explain the variance to some extent, mainly in relation to the catastrophic floods experienced during the autumn. Solar activity has some impact on changes in catastrophic floods, with cycles related to the quasi-biennial oscillation (QBO) and the Gleissberg solar cycle. In addition, anomalous periods of high flood frequency in autumn generally occurred during periods of increased solar activity. The physical influence of the latter in general circulation patterns, the high troposphere and the stratosphere, has been analysed in order to ascertain its role in causing floods.

 

Europäische Hochwässer der letzten 50 Jahre ohne Trend in ihrer Intensität

Am 11. August 2017 erschien in Science eine Studie zur Hochwasserentwicklung in Europa während der vergangenen 50 Jahre eines Teams von mehreren Dutzend Wissenschaftlern um Günter Blöschl. Gleich in der Einleitung räumen die Forscher ein, dass bisher noch kein Trend in der Stärke der Hochwässer zu verzeichnen ist, trotz Klimaerwärmung. Allerdings haben sie eine jahreszeitliche Verschiebung festgestellt. Abstract:

Changing climate shifts timing of European floods
A warming climate is expected to have an impact on the magnitude and timing of river floods; however, no consistent large-scale climate change signal in observed flood magnitudes has been identified so far. We analyzed the timing of river floods in Europe over the past five decades, using a pan-European database from 4262 observational hydrometric stations, and found clear patterns of change in flood timing. Warmer temperatures have led to earlier spring snowmelt floods throughout northeastern Europe; delayed winter storms associated with polar warming have led to later winter floods around the North Sea and some sectors of the Mediterranean coast; and earlier soil moisture maxima have led to earlier winter floods in western Europe. Our results highlight the existence of a clear climate signal in flood observations at the continental scale.

Nun sind 50 Jahre nicht gerade sehr viel. Wenn man einige Jahrhunderte oder gar Jahrtausende zurückschaut, so kann man vermutlich ähnliche zeitliche Verschiebungen erwarten. Insofern sind die beobachteten Veränderung kein Beweis für eine außergewöhnliche, möglicherweise anthropogene Entwicklung. Hier die dazugehörige Pressemitteilung der Universität Wien vom 11. August 2017 zur Studie:

Der Klimawandel verschiebt Europas Hochwässer

Ein Zusammenhang zwischen dem Klimawandel und Hochwässern ist nun erstmals klar belegt. Eine von der TU Wien geleitete Studie zeigt: Der Zeitpunkt der Hochwässer verschiebt sich dramatisch.

Wenn ein Fluss mit ungewohnter Heftigkeit über die Ufer tritt, ist es naheliegend, den Klimawandel dafür verantwortlich zu machen. Doch ein Einzelereignis ist kein Beweis – und so war bisher unklar, ob der Klimawandel einen direkten Einfluss auf Fluss-Hochwässer in Europa hat.

In einem internationalen Großprojekt, geleitet vom Hochwasserexperten Prof. Günter Blöschl von der TU Wien, wurden nun Datensätze aus 50 Jahren von über 4000 hydrometrischen Stationen aus 38 europäischen Ländern gesammelt und ausgewertet. Das Ergebnis: Der Klimawandel hat tatsächlich einen deutlichen Einfluss auf Hochwasserereignisse. Erkennen lässt sich das am besten daran, dass sich das Auftreten der Hochwässer über die Jahre zeitlich verschiebt. Je nach Ursache der Hochwasserereignisse treten sie in manchen Regionen immer früher auf, in anderen immer später. Publiziert wurden die Ergebnisse nun im Fachjournal “Science”.

Die Intensität verrät nicht alles
“In der Hochwasserforschung beschäftigen wir uns oft mit der jährlichen Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Hochwässern”, sagt Prof. Günter Blöschl (Institut für Wasserbau und Ingenieurhydrologie, TU Wien). “Auch ihre Intensität wird erhoben – und so definiert man etwa ein hundertjähriges Hochwasser als ein Hochwasserereignis einer Stärke, das jedes Jahr nur mit einer Wahrscheinlichkeit von einem Prozent eintritt.”

Doch um den Einfluss des Klimawandels zu untersuchen sind Wahrscheinlichkeiten und absolute Intensitäten nicht die besten Parameter. Sie hängen nämlich nicht nur vom Klima ab: “Wenn man sich nur die Intensität von Hochwasserereignissen ansieht, wird die Rolle des Klimas von anderen Effekten maskiert”, erklärt Günter Blöschl. “Die Landnutzung, etwa Versiegelung von Flächen oder intensive Landwirtschaft, oder auch der Rückgang von wasserspeichernden Auwäldern – all das hat einen sehr starken Einfluss auf Hochwasserereignisse.”

Der Zeitpunkt gibt Auskunft über den Klima-Einfluss
Um dem Zusammenhang zwischen Klima und Hochwasser trotzdem auf die Spur zu kommen, sah sich Blöschl mit seinem Team genau an, zu welcher Jahreszeit die Hochwasserereignisse in unterschiedlichen Regionen Europas auftreten. “Der Zeitpunkt eines Hochwassers gibt nämlich Aufschluss über seine Ursache”, sagt Blöschl.

So treten etwa in England und im Mittelmeerraum Hochwässer eher im Winter auf, weil dann die Verdunstung gering ist und die Niederschläge intensiv sind. In Österreich hingegen sind Hochwässer im Sommer häufig, nach heftigem Starkregen. In Nordosteuropa wiederum ist zur Zeit der Schneeschmelze im Frühling die Hochwassergefahr am höchsten. Der Zeitpunkt, an dem das Hochwasser auftritt, hat also mit dem Klima viel unmittelbarer zu tun als die absolute Höhe des Hochwasserereignisses.

So wurden in jahrelanger, mühevoller Arbeit Hochwasserdaten aus ganz Europa zusammengesammelt, aufbereitet und mit Hilfe von Modellrechnungen analysiert. Dabei zeigte sich tatsächlich, dass sich die Hochwässer in Europa in den letzten 50 Jahren zeitlich ganz deutlich verschoben haben: “Im Nordosten Europas, in Schweden, Finnland und im Baltikum kommen die Hochwässer heute um einen Monat früher als in den 60er und 70er Jahren. Damals traten sie durchschnittlich im April auf, heute im März”, sagt Günter Blöschl. “Das liegt daran, dass der Schnee heute bereits früher schmilzt als damals.” In England und Norddeutschland hingegen kommt das Hochwasser heute um etwa zwei Wochen später als damals. “Der Klimawandel ändert den Luftdruckgradienten, das führt dort zu später auftretenden Winterstürmen”, erklärt Blöschl. An den Atlantikküsten Westeuropas führt der Klimawandel dazu, dass früher im Jahr das Maximum an Bodenfeuchte erreicht ist, und in Teilen der Mittelmeerküste führt die Erwärmung des Mittelmeers dazu, dass die Hochwasserereignisse immer später auftreten.

“Den Zeitpunkt der Hochwässer in ganz Europa über viele Jahre hinweg analysieren zu können, gibt uns ein sehr sensibles Sensorium, um die Ursachen des Hochwassers zu klären”, sagt Günter Blöschl. “So können wir Zusammenhänge nachweisen, über die man bisher nur spekulieren konnte.”

Ein wissenschaftliches Großprojekt wie dieses ist außergewöhnlich arbeitsaufwändig – möglich wurde es durch einen ERC Advanced Grant, mit dem Günter Blöschl im Jahr 2012 ausgezeichnet wurde. Mit dem Fördergeld des ERC Advanced Grants konnte er seine Forschungsgruppe vergrößern, zahlreiche internationale Kooperationen begründen und so den Zusammenhang zwischen Klima und Hochwasser genau unter die Lupe nehmen.

Originalpublikation: Blöschl et al., Changing climate shifts timing of European floods, Science, 2017.

Siehe auch Bericht in der Tageszeitung ‘Die Presse’ berichtete über die Studie.

Im Juli 2016 erschien in Quaternary International eine Studie von Elena Voskresenskaya und Elena Vyshkvarkova zur Niederschlagsentwicklung auf der Krim, ebenfalls für die letzten 50 Jahre. Dabei fanden sie für verschiedene Regionen und Jahreszeiten unterschiedliche Trends. Allerdings scheinen die Ozeanzyklen einen Teil der Variabilität zu erklären:

Extreme precipitation over the Crimean península
Based on daily precipitation data for 1951–2009 from 18 hydrometeorological stations all over the Crimean peninsula, a 58-year data series of extreme precipitation parameters (precipitation concentration, level of extreme precipitation and number of days with extreme precipitation) were calculated. Linear trends of calculated parameters are estimated in this paper. Manifestations of the Pacific decadal oscillation (PDO) of the extreme precipitation changes were analyzed. The precipitation concentration is found to increase in the Crimean Mountains region in the winter season, but in the summer season the precipitation concentration is characterized by uniform distribution. Linear trends of the winter and summer precipitation concentration during the last 58 years are predominantly negative over Crimea. The maximum values of precipitation level in the winter season are typical for the Crimean Mountains region. In the summer season, values of precipitation change insignificantly. The number of days with extreme precipitation exhibits decreasing trends in the winter season over the territory of Crimea. In the summer season, the number of days with extreme precipitation in south-eastern part of Crimea has increasing trends. The negative PDO phase in the winter season was found to accompany increased precipitation concentration (up to 11%) all over Crimea and by decreased concentration (up to 4%) in the summer season in central, southern, and eastern regions of Crimea. The number of extreme precipitation days in the winter season is up to 30% higher in the negative PDO phase over the whole territory of Crimea, while in the summer it is up to 60% lower in the south-eastern part of peninsula.

Andere Studien gehen deutlich weiter zurück in der Zeit. Eine Rekonstruktion der Niederschläge in der Tschechischen Republik während der letzten 1250 Jahre gelang Dobrovolný und Kollegen, die ihre Baumringstudie im Oktober 2015 in Climate of the Past veröffentlichten. Besonders feuchte Sommer ereigneten sich offenbar im 18. und 13. Jahrhundert, während das 19. Jahrhundert wohl eher trocken ausfiel. Hier der Abstract:

A tree-ring perspective on temporal changes in the frequency and intensity of hydroclimatic extremes in the territory of the Czech Republic since 761 AD
It is generally accepted that anthropogenic-induced climate change may affect the frequency and intensity of hydrological extremes, together with a variety of subsequent impacts on ecosystems and human society. Proxy records that are absolutely dated and annually resolved are indispensable to a better understanding of temporal changes in the occurrence of floods and droughts.
This contribution presents a new data set of 3194 oak (Quercus spp.) ring width samples from living trees and historical timbers, collected across the Czech Republic. A composite tree-ring width (TRW) chronology is developed that best captures the high-frequency extremes over the past 1250 years. The temporal distribution of negative and positive extremes is regular with no indication of clustering. The highest number of negative extremes was found in the 19th century, while positive extremes were most frequent in the 12th century. The lowest number of negative and positive extremes occurred in the 18th and 13th centuries respectively.

Negative and positive TRW extremes were compared with the instrumental measurements back to 1805 AD, with documentary-based temperature and precipitation reconstructions from 1804 to 1500, and with documentary evidence before 1500 AD. Negative TRW extremes coincided with above-average March–May and June–August temperature means and below-average precipitation totals. Positive extremes coincided with higher summer precipitation, while temperatures were mostly normal. Mean sea level pressure (SLP) over the European/North Atlantic sector suggested drought for the negative oak TRW extremes, whereas the positive extremes corresponded to wetter conditions overall. More consistent patterns of synoptic SLP were found for negative rather than for positive extremes. Reasons for the possible offset between the oak-based hydroclimatic extremes and their counterparts from meteorological observations and documentary evidence may be manifold and emphasize the need for multi-proxy approaches.