09.04.2019

Wettersysteme mit Hochwasserpotential: erste umfassende Untersuchung von Vb-Tiefs

©ZAMG

Ein Forschungsteam von ZAMG und TU Wien untersuchte Tiefdruckgebiete, die vom westlichen Mittelmeer über Italien und Österreich nach Polen ziehen und sehr große Regenmengen bringen („Vb-Tiefs"). Die Häufigkeit dieser Tiefdruckgebiete schwankt deutlich, es zeigt sich aber keine langfristige Zu- oder Abnahme im Klimawandel der letzten Jahrzehnte. Brisant ist allerdings: Oft entstehen in kurzer Abfolge mehrere Vb-Tiefs hintereinander, wodurch die Hochwassergefahr steigt . Die Studie zeigt auch erstmals einen Zusammenhang zwischen der Häufigkeit von Vb-Tiefs und den großräumigen Wettersystemen der Nordhalbkugel. Sie wird am Dienstag (9.4.2019) bei der Generalversammlung der European Geosciences Union (EGU) in Wien präsentiert.

Ziehen Tiefdruckgebiete vom westlichen Mittelmeer über Italien, Österreich und Ungarn nach Polen spricht man von einer Vb-Wetterlage („Fünf b"). Vb-Tiefs bringen sehr viel Niederschlag und können somit Hochwasser verursachen. Viele der größten Hochwasser-Ereignisse der Donau, wie etwa 2002 oder 2013, stehen in Zusammenhang mit einer derartigen Wetterlage.

Überraschend wenig erforscht

Obwohl Vb-Tiefdruckgebiete sehr markante Auswirkungen haben, sind sie noch relativ wenig erforscht. Michael Hofstätter, Klimaforscher der Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG) veröffentlichte in seiner Dissertation in Zusammenarbeit mit der TU Wien vor kurzem die erste umfassende Studie zur Häufigkeit der Vb-Tiefs in den letzten Jahrzehnten und zu möglichen Mechanismen der Entstehung und zu Einflüssen des Klimawandels. Die Arbeit erschien im „Journal of Geophysical Research" und ist frei abrufbar: ->Link zur Studie

557 Vb-Tiefs mit neuer Methode analysiert

Da im Mittelmeerraum unterschiedliche Wetterlagen in Zusammenhang mit Tiefdruckgebieten vorkommen und für den Spezialfall der Vb-Wetterlagen verschiedene Definitionen existieren, stand am Anfang der Untersuchung das Erstellen einer eindeutigen, objektiven Definition. „Mit der neuen Methode untersucht ein Computerprogramm die Vielzahl an Wetterdaten nach den typischen Zugbahnen eines Vb-Tiefs", erklärt Klimaforscher Hofstätter. „Damit konnten wir in den Daten seit 1959 insgesamt 557 Vb-Tiefs identifizieren. So besteht erstmals eine Methode, die Vb-Tiefs nach einheitlichen Kriterien erkennbar und über mehrere Jahrzehnte vergleichbar macht."

Zahl der Vb-Tiefs in den letzten Jahrzehnten relativ konstant

Ein Ergebnis der Studie ist: Die Zahl der Vb-Tiefdruckgebiete schwankt zwar stark, aber in den letzten Jahrzehnten gibt es keinen Trend zu immer mehr oder zu immer weniger Vb-Tiefs. Die 1960er-Jahren brachten überdurchschnittlich viele Wetterlagen dieser Art, die frühen 1990er sehr wenige, aber abseits davon blieb die Zahl bis heute relativ konstant. „Das Ergebnis ist überraschend", sagt Klimaexperte Hofstätter, „denn die durchschnittliche Lufttemperatur ist in den letzten Jahrzehnten im Mittelmeerraum deutlich gestiegen, um rund ein Grad, wodurch eine deutlichere Auswirkung auf die Wetterlagen zu erwarten wäre. Entweder sind im Falle der Vb-Tiefs die natürlichen internen Antriebe im Klimasystem stärker als die Auswirkungen durch die Klimaerwärmung, oder andere Faktoren überlagern den Effekt - zum Beispiel ist auch die Wassertemperatur im Mittelmeer in den letzten Jahrzehnten deutlich gestiegen, um ebenfalls rund ein Grad".

Im Durchschnitt sind im untersuchten Zeitraum pro Jahr rund zehn Vb-Tiefdruckgebiete zu erwarten. Das Maximum war in den Jahren 1960 und 2000 mit 17 und das Minimum im Jahr 1967 mit zwei Tiefdruckgebieten.

Mehr Niederschlag

In einer vorhergehenden Untersuchung wurde bereits gezeigt, dass die Niederschlagsmenge bei Vb-Tiefs stark von der Lufttemperatur abhängig ist. So wird im Klimawandel der nächsten Jahrzehnte eine Zunahme von 15 bis 25 Prozent beim Niederschlag erwartet. Der Grund: Je wärmer Luft ist, desto mehr Wasserdampf kann sie aufnehmen und desto mehr Niederschlag ist möglich.

Hochwassergefahr: Ein Vb-Tief fördert die Bildung neuer Tiefs

Ein weiteres interessantes Ergebnis der vorliegenden Studie ist, dass die Zahl der Vb-Tiefdruckgebiete nicht willkürlich schwankt. „Wir haben sehr aktive und sehr ruhige Phasen gefunden", sagt ZAMG-Klimafoscher Michael Hofstätter, „sie sind aber nicht zufällig verteilt. Wenn ein starkes Vb-Tiefdruckgebiet entsteht, verändert es die Atmosphäre über Europa so, dass die Wahrscheinlichkeit für weitere Vb-Tiefs steigt. Das hat wichtige Konsequenzen: Da Vb-Tiefs flächendeckend viel Regen bringen, kann der Boden mit jedem Tief weniger Wasser aufnehmen und die Hochwassergefahr steigt mit jedem weiteren Vb-Tief. Dies ist ein typischer Ablauf der sich auch bei den großen Hochwasser-Ereignissen im August 2002 und im Juni 2013 gezeigt hat.

NAO und AO: die großen Wettersysteme der Nordhalbkugel

Bisher ungeklärt war die Frage, wie die Vb-Tiefdrucktätigkeit mit den großen Wettersystemen der Nordhalbkugel in Zusammenhang steht. Die Untersuchung von Klimaforscher Hofstätter zeigt erstmals den direkten Zusammenhang mit der Nordatlantischen Oszillation (NAO) und mit der Arktischen Oszillation (AO). NAO und AO beschreiben die Verteilung und Intensität der Hoch- und Tiefdruckgebiete, die für die Großwetterlagen am Nordatlantik und in Europa verantwortlich sind. Der Index schwankt über Jahre und Jahrzehnte zwischen positiven und negativen Werten.

In negative Phasen von NAO und AO vermehrt Vb-Tiefs

„Unsere Untersuchung zeigt, dass deutlich mehr Vb-Tiefs in Phasen mit einem negativen Index der Nordatlantischen Oszillation und der Arktischen Oszillation entstehen", sagt Hofstätter.

Bei negativem Index der Nordatlantischen Oszillation (NAO) sind Azorenhoch und Islandtief nur schwach ausgeprägt, wodurch die Westströmung über dem Atlantik weit nach Süden abgelenkt wird und Polarluft bis in den westlichen Mittelmeerraum eindringt. In Folge entstehen so häufiger Vb-Tiefs.

Jetstreams vereinigen sich

„Wir sehen den Zusammenhang sehr gut in der Lage der Jetstreams. Das sind Starkwindbänder in rund zehn Kilometer Höhe, entlang derer die großen Tiefdrucksysteme ziehen", erklärt Klimaforscher Hofstätter. „Bei negativem NAO- und AO-Index wird der normal weiter nördlich liegende Polarjet in den Süden gelenkt und vereinigt sich mit dem Subtropenjet. So entsteht vereinfacht gesagt eine direkte Route für Tiefdruckgebiete in den Mittelmeerraum. Durch weitere Effekt, wie zum Beispiel den Einfluss der Alpen, löst das die Bildung von Vb-Tiefs aus."

Zusammenhang Jetstream, Klimawandel und Wasserhaushalt

Der Zusammenhang könnte langfristig einen merkbaren Einfluss auf den Wasserhaushalt in Regionen wie Oberitalien und Österreich haben. Die Klimaerwärmung bewirkt, dass die durchschnittliche Lage des Polarjets weiter in den Norden rückt. Dadurch könnte der Jet in Zukunft nicht mehr so weit in den Süden vordringen und die Entstehung von Vb-Tiefs auslösen, die in vielen Gebieten ein wesentlicher Faktor für die regelmäßige Versorgung mit Regen und Schneefall sind. Andererseits steigt die Temperatur des Mittelmeeres weiter an und das begünstigt die Entstehung von Vb-Tiefs im Herbst und Frühwinter. „Es besteht also noch einiges an Forschungsbedarf, um weitere Hypothesen zu untersuchen. Es ist auf jeden Fall ein Phänomen mit gravierenden Auswirkungen da sowohl der Wasservorrat als auch die Hochwassergefahr in vielen Regionen damit zusammenhängen." so Hofstätter.

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Entwicklung der Zahl der Vb-Tiefdruckgebiete: Sehr viele Vb-Tiefs in den 1960er-Jahren und sehr wenige in den 1990er-Jahren. Trotz Schwankungen blieb die Häufigkeit in den letzten 50 Jahren relativ konstant. Dargestellt ist die durchschnittliche Zahl der Vb-Tiefs pro Jahr mit Schwankungsbreite (durchgehende Linie und dunkel schattierter Bereich). Quelle: ZAMG –>Link zum Bild in Originalgröße

Die Zugbahnen von knapp 600 Vb-Tiefs: Erstmals wurden nach objektiven Kriterien die Tiefdruckgebiete der letzten Jahrzehnte untersucht. 557 davon waren Vb-Tiefs mit einer Zugbahn vom westlichen Mittelmeer über Italien und Österreich nach Polen. Quelle: ZAMG –>Link zum Bild in Originalgröße

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