Heftigere Regengüsse bei wärmeren Temperaturen

Stürme begleitet von starkem Regen kommen in unseren Breitengraden vor allem im Sommer vor. Solche Stürme entwickeln sich nach dem gleichen Muster: Im Laufe des Tages erwärmt die Sonne die Erdoberfläche und kurbelt damit die Verdunstung an. Die feuchte Luft steigt mit der Thermik in die Höhe und kühlt sich ab, sodass der Wasserdampf kondensiert. Wolken bilden sich. Ist die aufwärtsgerichtete Luftströmung stark, bilden sich innert weniger Stunden kilometerhohe Haufenwolken (Cumulonimben). Aus solchen Wolken regnet es meist lokal begrenzt sehr heftig und kurz, was Überschwemmungen und Erdrutsche zur Folge haben kann.

Die Menge solcher Niederschläge folgt einem physikalischen Prinzip. Dieses besagt, dass unter idealen Bedingungen und im weltweiten Durchschnitt die Regenintensität um sieben Prozent pro Grad Temperaturerhöhung steigt. Das bedeutet, dass starker Regen in einem wärmeren Klima theoretisch noch stärker werden sollte.

Aussergewöhnlich lange Messreihe

Anhand einer unüblich langen Messreihe untersuchten nun ETH-Forscher von der Professur für Hydrologie und Wasserwirtschaft unter der Leitung von Postdoktorand Nadav Peleg, wie räumliche und zeitliche Merkmale einzelner extremer Regen und die Temperatur zusammenhängen.

Für ihre Untersuchung werteten die Forscher mit dem ETH-Grossrechner Euler einen riesigen Datensatz aus, der von einem israelischen Wetterradarsystem stammt. Mit dem Radarsystem massen Meteorologen 25 Jahre lang kontinuierlich und räumlich wie zeitlich hochaufgelöst Regen(mengen) über dem östlichen Mittelmeergebiet. Das Radarsystem konnte dank der engmaschigen Messung selbst lokale Regenzellen erfassen. Berücksichtigt haben die Forscher Regenmessungen in einem Temperaturbereich von 5 bis 25 Grad Celsius – Temperaturen also, wie sie im Frühling und Herbst im östlichen Mittelmeerraum vorherrschen.

Die Studie, die soeben im «Journal of Hydrometeorology» erschien, zeigt auch die Beziehung zwischen Lufttemperatur und weiteren Eigenschaften von Stürmen auf, wie zum Beispiel die räumliche Homogenität von Regen.

Spitzenintensitäten nehmen zu

Mithilfe ihrer Analysen bestätigten die Forscher, dass die Spitzenintensität von extremem Regen im östlichen Mittelmeerraum bei höheren Temperaturen zunimmt. Allerdings fällt diese Zunahme mit 4,3 Prozent pro Grad Celsius geringer aus als im theoretischen Durchschnitt nach dem beschriebenen physikalischen Prinzip.

Bisher war umstritten, ob der theoretische Anstieg von sieben Prozent auch in dieser Untersuchungsregion gilt. Andere Forscher stellten dies früher nämlich in Abrede und berichteten, dass Starkregen bei zunehmender Temperatur dort sogar abnehmen würde. Allerdings war bei den Studien dieser Wissenschaftler die zeitliche und räumliche Auflösung der Regenmessung geringer.

Peleg und seine Kollegen stellten zudem fest, dass bei höheren Temperaturen die Fläche von einzelnen Regenzellen häufig kleiner wurde und sich Regenfälle anders über den Sturm verteilten: Durch Konvektionsprozesse verschob sich die in der Atmosphäre verfügbare Feuchtigkeit von Gebieten mit tiefer Regenintensität hin zu Gebieten mit hoher Niederschlagsintensität. «In einem wärmeren Klima steigt daher das Risiko für lokale Überschwemmungen», sagt Peleg.

Trends, aber keine Prognose

Aufgrund der Beobachtung des gegenwärtigen Klimas auf das künftige wärmere Klima zu schliessen, will Peleg jedoch nicht. «Die Daten beziehen sich auf das aktuelle Klima und zeigen die Trends der vergangenen 25 Jahre», betont er. Wie sich das Klima verändern werde und damit einhergehend das Regenregime, sei jedoch nicht so eindeutig. «Will man detailliert künftige Änderungen beim Auftreten von extremen Stürmen voraussagen, braucht man hochaufgelöste Klimamodelle.»

Dennoch hält er die gewonnenen Erkenntnisse wichtig für Politiker und andere Entscheidungsträger. Generell dürfte sich im östlichen Mittelmeerraum extremer Regen intensivieren. «Unsere Forschungsresultate helfen, die Auswirkungen des künftigen Klimas auf die Verfügbarkeit von Wasser oder Naturgefahren – Stichwort lokale Unwetter und Überflutungen - besser einzuschätzen», sagt der Wetterforscher.

Peleg und seine ETH-Kollegen haben nun ein Folgeprojekt geplant. Damit wollen sie untersuchen, wie sich extremer Regen in Raum und Zeit in der Schweiz ändert. «Da die Topografie des Landes sehr komplex ist, wird das eine Knacknuss».