Verstärkung von extremen Hitzewellen durch Wechselwirkungen zwischen Bodenfeuchte, Luftdruck und Temperatur
Eine aktuelle Untersuchung des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK) in Zusammenarbeit mit dem Internationalen Institut für Angewandte Systemanalyse (IIASA) zeigt, dass sich bei hohen Temperaturen Bodenfeuchte, Luftdruck und Temperatur gegenseitig so beeinflussen, dass extreme Hitzewellen um bis zu zehn Prozent intensiver ausfallen können. Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht.
Häufigkeit und Intensität von Mega-Hitzewellen
In Regionen, die besonders häufig von Hitzewellen betroffen sind, wurden in den letzten Jahren lokale Temperaturrekorde deutlich überschritten. Die sogenannten „Mega-Hitzewellen“ treten vermehrt auf und nehmen in ihrer Häufigkeit schneller zu als weniger extreme Hitzeereignisse. Beispiele hierfür sind die Hitzewelle in Europa im Jahr 2022, bei der in Großbritannien erstmals Temperaturen über 40 °C gemessen wurden, sowie die Hitzewelle im Nordwesten der USA im Sommer 2021, bei der die bisherigen Rekordwerte um 4,6 °C übertroffen wurden.
Physikalischer Mechanismus hinter extremen Hitzeereignissen
Durch den Einsatz von Methoden des maschinellen Lernens und statistischer Analysen konnten die Forschenden einen physikalischen Mechanismus identifizieren, der bei den extremsten Hitzewellen eine zunehmende Rolle spielt. Dabei wirken Bodenfeuchte, Luftdruck und Temperatur in den mittleren Breiten zusammen und führen zu einer weiteren Erhöhung der Temperaturen. Betroffene Gebiete umfassen unter anderem Europa, Südrussland, die Mongolei, Teile Nordamerikas, den Nordwesten Indiens, die Westküste Südamerikas, zentrale und südliche Regionen Afrikas sowie das nördliche Landesinnere Australiens.
Wechselwirkungen und Rückkopplungen
- Unter Hochdruckbedingungen gelangt mehr Sonnenstrahlung an die Erdoberfläche, was zu einer Erwärmung des Bodens führt.
- Die steigenden Temperaturen bewirken eine Austrocknung der Böden.
- Durch die geringere Bodenfeuchte reduziert sich die Verdunstung, die normalerweise zur Abkühlung der Oberfläche beiträgt.
- Die Folge ist eine weitere Erwärmung des Bodens und damit eine Verstärkung der Hitze.
„Die gegenseitige Verstärkung von steigenden Temperaturen und austrocknenden Böden ist bereits bekannt und wird bei der Abschätzung extremer Hitzeereignisse berücksichtigt“, erläutert Yinglin Tian, PIK-Forscherin und Erstautorin der Studie. „Bei den sogenannten Mega-Hitzewellen, die bisherige Temperaturrekorde deutlich übertreffen, zeigt sich jedoch, dass ab einer bestimmten Temperaturschwelle alle drei Faktoren – Bodenfeuchte, Luftdruck und Temperatur – sich noch stärker gegenseitig beeinflussen. Die genaue Funktionsweise dieser Wechselwirkung war bislang unklar“, ergänzt Tian.
Auswirkungen des Klimawandels auf die Häufigkeit extremer Hitze
Die Analyse verdeutlicht, dass durch die globale Erwärmung die Temperaturschwelle, ab der dieser Mechanismus aktiviert wird, häufiger überschritten wird. Dadurch führen die sich verstärkenden Rückkopplungen zu noch höheren Temperaturen während Hitzewellen.
In Europa tritt dieser Effekt ab etwa vier Kelvin über der durchschnittlichen Sommertemperatur auf, was ungefähr 29 °C entspricht. Zwischen 1979 und 1983 lag die Wahrscheinlichkeit, dass diese Schwelle in Mitteleuropa überschritten wird, bei sechs Prozent. Im Zeitraum von 2018 bis 2022 stieg diese Wahrscheinlichkeit auf 23 Prozent an. Aktuelle Klimamodelle berücksichtigen diese selbstverstärkenden Dynamiken bei der Vorhersage extremer Hitzeereignisse noch nicht ausreichend.
„Sollte unsere Analyse zutreffen, könnten die Risiken durch Hitzewellen in Zukunft gravierender sein als bisher angenommen“, warnt Kai Kornhuber, Ko-Autor der Studie vom IIASA und Max-Planck-Institut für Geoanthropologie.
Literaturhinweis
Tian, Y., Liu, J., Huang, Y., Gentine, P., Kornhuber, K. (2026): Three-way circulation-soil moisture-temperature feedbacks amplify the most extreme mid-latitudinal heatwaves. Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.aeh9111
