Große organisierte Gewittersysteme mit konvektiven Wolken verursachen mehr extreme Niederschläge

Wissenschaftler des Austrian Institute of Science and Technology (ISTA) und des Max-Planck-Instituts für Meteorologie haben in der Zeitschrift Science Advances eine Studie veröffentlicht, die ein hochauflösendes globales Klimamodell verwendet, um zu verstehen, wie die Bildung von Wolken und Gewittern extreme Niederschläge beeinflusst. Sie zeigen, dass mit steigenden Temperaturen die Schwere von extremen Niederschlagsereignissen zunimmt.

Organisierte Sturmsysteme und konvektive Wolken in einer sich erwärmenden Welt

Extremniederschläge sind eines der schädlichsten Naturphänomene, denn sie kosten Menschenleben und verursachen Schäden in Milliardenhöhe. Ihre Häufigkeit hat in den letzten Jahren aufgrund der globalen Erwärmung zugenommen. Seit mehreren Jahrzehnten nutzen Wissenschaftler numerische Modelle des Wetters und des Klimas der Erde, um die Mechanismen hinter diesen Ereignissen besser zu verstehen und zukünftige Trends vorherzusagen.

In der neuen Science Advances-Studie hat ein Team von Forschern des Austrian Institute of Science and Technology (ISTA) und des Max-Planck-Instituts für Meteorologie (MPI-M) unter der Leitung von ISTA-Postdoc Jiawei Bao ein neues Klimamodell mit moderner Technologie verwendet, um detaillierter als bisher möglich zu untersuchen, wie sich die Ansammlung von Wolken und Stürmen auf extreme Niederschlagsereignisse auswirkt, insbesondere in den Tropen.

"Dieser neue Modelltyp mit einer viel genaueren Auflösung zeigte, dass mit einem wärmeren Klima extreme Niederschlagsereignisse in den Tropen stärker zunehmen als theoretisch vorhergesagt, weil die Wolken stärker gebündelt und organisiert sind", erklärte Bao, der dieses Projekt ursprünglich während seiner früheren Postdoc-Stelle am MPI-M initiiert hatte.

"Wir können sehen, dass es länger regnet, wenn die Wolken dichter beieinander liegen, so dass die Gesamtmenge an Regen zunimmt. Wir haben auch festgestellt, dass mehr extreme Regenfälle in niederschlagsreichen Gebieten auf Kosten der Ausdehnung trockener Gebiete gehen." "Dies ist ein weiterer Schritt auf dem Weg zu extremen Wettermustern. Das liegt an der Art und Weise, wie sich Wolken und Gewitter zusammenballen, was wir nun mit diesem neuen numerischen Wetter- und Klimamodell simulieren konnten."

Dieses neue Modell, das erstmals 2019 vorgeschlagen wurde, simuliert das Wetter mit einer viel höheren Auflösung als frühere Modelle. Frühere Modelle waren nicht in der Lage, Wolken und Gewitter so detailliert zu erklären, so dass ein Großteil der komplexen Luftbewegungsdynamik verloren ging, die Wolken entstehen lässt und sie dazu bringt, sich zu intensiveren Stürmen zusammenzuschließen.

Obwohl das Modell die ganze Welt gleichzeitig simuliert, konzentrierten die Wissenschaftler ihre Analyse auf das Gebiet der Tropen rund um den Äquator. Sie taten dies, weil die Wolken- und Gewitterbildung in diesen Gebieten anders funktioniert als in anderen Breitengraden. Caroline Muller, Assistenzprofessorin am ISTA, fügt hinzu: "Frühere Modelle hatten den Einfluss der Wolkenakkumulation auf extreme Niederschläge angedeutet, konnten aber nicht die erforderlichen Daten liefern. In Zusammenarbeit mit unseren Kollegen Bjorn Stevens und Lukas Kluft vom Max-Planck-Institut für Meteorologie tragen unsere Ergebnisse zu der wachsenden Zahl von Belegen dafür bei, dass die kleinräumige Wolkenbildung einen entscheidenden Einfluss auf die Folgen des Klimawandels hat.

Gemeinschaftliche Modelle

Forscher auf der ganzen Welt arbeiten zusammen, um detailliertere und realistischere Modelle des globalen Klimas zu erstellen, um die Auswirkungen des Klimawandels zu verstehen. Klimamodelle unterteilen die Erdatmosphäre in dreidimensionale Teile, von denen jeder seine eigenen Daten über Temperatur, Druck, Feuchtigkeit und viele andere physikalische Eigenschaften hat. Mithilfe physikalischer Gleichungen wird dann simuliert, wie diese Fragmente interagieren und sich im Laufe der Zeit verändern, um ein Abbild der realen Welt zu schaffen. Da die Rechen- und Speicherkapazität nicht unbegrenzt ist, müssen diese Modelle Vereinfachungen vornehmen, und die Wissenschaftler arbeiten ständig daran, sie genauer zu machen.

Frühere Generationen von Klimamodellen verwenden Teile von etwa 100 Kilometern horizontaler Länge, was immer noch Zehn- oder Hunderttausenden von Modellen entspricht, die den gesamten Globus abdecken. Dank der Fortschritte bei den Algorithmen und Supercomputern konnten die Wissenschaftler die Auflösung der Modelle immer weiter erhöhen. "Wir verwendeten ein am MPI-M entwickeltes Klimamodell und analysierten Daten, die am Deutschen Klimarechenzentrum in Hamburg gehostet wurden, mit einer Auflösung von nur fünf Kilometern, was sehr rechenintensiv war", fügt Bao hinzu.

"Die gesamte Klimaforschung ist eine immense Gemeinschaftsarbeit von Hunderten von Menschen, die zum Verständnis der Welt und unseres Einflusses auf sie beitragen wollen".

Quellenhinweise:

Jiawei Bao, Intensification of daily tropical precipitation extremes from more organized convection, Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adj6801. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj6801