Attributionsforschung: Extremwetter richtig einordnen

Eine ungewöhnliche Hitzewelle oder ein Starkregen ist zunächst ein Wetterereignis. Wetter beschreibt den Zustand der Atmosphäre an einem Ort zu einer bestimmten Zeit oder über einen kurzen Zeitraum.

Klima beschreibt dagegen statistische Eigenschaften des Wetters über längere Zeiträume. Dazu gehören Mittelwerte, Extremwerte, Häufigkeiten und die Dauer bestimmter Wetterlagen. Häufig wird dafür ein Zeitraum von 30 Jahren betrachtet.

Ein einzelnes Ereignis beweist den Klimawandel daher weder allein noch widerlegt es ihn. Trotzdem kann die Forschung untersuchen, ob die menschengemachte Erwärmung ein bestimmtes Ereignis wahrscheinlicher oder intensiver gemacht hat.

Eine Attributionsstudie beginnt mit einer genauen Frage. Forschende müssen festlegen, welches Ereignis, welche Region und welcher Zeitraum untersucht werden. Ohne diese Abgrenzung wären verschiedene Studienergebnisse nicht sinnvoll vergleichbar.

Danach prüfen sie, ob Klimamodelle das Ereignis und seine beobachtete Häufigkeit ausreichend darstellen können. Ein Klimamodell ist eine rechnerische Beschreibung wichtiger Vorgänge im Klimasystem. Es vereinfacht die Wirklichkeit und muss deshalb an Beobachtungsdaten geprüft werden.

Anschließend werden viele Simulationen zweier Modellwelten verglichen:

• Faktische Welt: Sie enthält natürliche Einflüsse und die bekannten menschlichen Einflüsse auf das Klima.
• Kontrafaktische Welt: Sie enthält natürliche Einflüsse, aber nicht die menschengemachte Erwärmung durch zusätzliche Treibhausgase.

Tritt das definierte Ereignis in der faktischen Welt häufiger oder stärker auf, lässt sich daraus ein Klimawandelbeitrag abschätzen.

Die vier Arbeitsschritte

1. Ereignis räumlich und zeitlich definieren.
2. Modell mithilfe von Beobachtungen prüfen.
3. Faktische und kontrafaktische Modellwelt vergleichen und die Robustheit des Unterschieds untersuchen.
4. Ergebnis mit Annahmen, Vorgehen und Unsicherheiten kommunizieren.

Attributionsstudien können verschiedene Größen angeben:

• Die Eintrittswahrscheinlichkeit beschreibt, wie wahrscheinlich ein definiertes Ereignis unter bestimmten Klimabedingungen ist.
• Die Wiederkehrperiode gibt den langfristigen statistischen Abstand zwischen vergleichbaren Ereignissen an.
• Die Intensität beschreibt die Stärke eines Ereignisses, etwa seine Temperatur oder Niederschlagsmenge.

Eine Wiederkehrperiode von zehn Jahren ist kein fester Terminkalender. Sie bedeutet, dass ein Ereignis unter gleichbleibenden Bedingungen langfristig im Durchschnitt einmal in zehn Jahren zu erwarten wäre. Es kann trotzdem in zwei aufeinanderfolgenden Jahren auftreten oder länger ausbleiben. In einem sich erwärmenden Klima können sich diese Wahrscheinlichkeiten zudem verändern.

Für die deutsche Hitzewelle von 2019 wurde geschätzt, dass ein vergleichbares Ereignis im damaligen Klima ungefähr alle 10 bis 30 Jahre auftritt. Ohne anthropogenen Klimawandel hätte seine Wiederkehrperiode einige Jahrzehnte bis 100 Jahre betragen; außerdem wäre die Hitzewelle etwa 1,5 bis 3 °C kühler gewesen.

Attribution gelingt nicht für jedes Ereignis gleich gut. Großräumige Hitzewellen lassen sich vergleichsweise gut untersuchen. Bei kleinräumigen Phänomenen wie Tornados, Hagelstürmen oder einzelnen Sturzfluten ist eine belastbare Zuordnung derzeit schwieriger oder nicht möglich.

Dafür gibt es mehrere Gründe:

• Extremereignisse sind selten, sodass lange Beobachtungsreihen fehlen können.
• Natürliche Klimaschwankungen können das menschliche Signal überlagern.
• Modelle bilden manche Regionen und Wetterprozesse besser ab als andere.
• Messnetze und Datenqualität sind regional sehr unterschiedlich.
• Schnelle Studien kurz nach einem Ereignis nutzen anerkannte Methoden, können aber bereits vor einem längeren Begutachtungsverfahren erscheinen.

Attributionsforschung zum Wetterereignis erklärt noch nicht vollständig, wie groß die Schäden ausfallen. Dafür sind weitere Bedingungen wichtig:

• Exposition: Welche Menschen, Gebäude oder Infrastruktur befinden sich im Gefahrengebiet?
• Vulnerabilität: Wie verletzlich sind Menschen und Sachwerte gegenüber der Gefahr?
• Resilienz: Wie gut können Gesellschaften Belastungen bewältigen und sich erholen?
• Bewältigungskapazität: Welche Warnsysteme, Schutzmaßnahmen, Hilfsdienste und finanziellen Mittel stehen bereit?

Eine Hitzewelle kann beispielsweise bei gleicher Temperatur sehr unterschiedliche Folgen haben. Zugang zu kühlen Räumen, medizinischer Versorgung und funktionierenden Warn- und Aktionsplänen verändert das Risiko.

Frühwarnsysteme können Leben retten. Sie verhindern jedoch weder das Extremereignis selbst noch zwangsläufig große Sachschäden. Attributionswissen kann deshalb Vorsorge und Anpassung unterstützen, ersetzt aber weder Schutzmaßnahmen noch die Verringerung von Treibhausgasemissionen.

Die klassische Ereignisattribution untersucht, wie die Erwärmung Wahrscheinlichkeit oder Intensität eines Wetterereignisses verändert hat. Darauf bauen zwei weitere Forschungsrichtungen auf.

Bei der Source Attribution reicht Naturwissenschaft allein nicht für jede Entscheidung aus. Es muss beispielsweise festgelegt werden, ob Emissionen eines exportierten Produkts dem Produktionsland oder dem Land des Konsums zugerechnet werden. Das ist eine politische oder bilanzielle Zurechnungsentscheidung.