Extreme Ereignisse sind selten
Die Befürchtung, dass der gegenwärtige Klimawandel vermehrt Hitzewellen mit sich bringt, ließ sich bisher quantitativ nur schwer greifen. Zum einen liegt das an „statistischen Spärlichkeiten“ (extreme Ereignisse sind selten), zum anderen an unzulänglichen Methoden der Datenauswertung. Bisher lag der Fokus entweder auf der Stärke eines Ereignisses (Grad Celsius) oder auf seiner Dauer (Anzahl, Tage), aber nicht in der kombinierten Wirkung. Wissenschaftler um Karsten Kürbis und Manfred Mudelsee stellen nun in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Theoretical and Applied Climatology (Band 98, September 2009) ein neues Wirkungsmaß („Rekordwirkung“, in den Abbildungen mit „R“ bezeichnet) vor, welches dieses Methodendefizit behebt. 

Anwendung auf längste Klimazeitreihen Europas
Die Anwendung auf die längsten und genausten Temperatur- und Niederschlagsaufzeichnungen in Europa, nämlich die von Potsdam (seit 1893) und Prag (seit 1775), ergab zum Teil Erwartetes, aber auch Unvorhergesehenes. Das mit der Zeit vermehrte Auftreten von extrem warmen Winterperioden fügt sich in das Bild des Klimawandels ein. Für sommerliche Hitzewellen kann dieser Trend jedoch nicht bestätigt werden. Der allgemein als katastrophal angenommene Sommer 2003 war zwar in Südwestdeutschland, Frankreich und der Schweiz ein „Jahrhundertsommer“, dort wurden verbreitet neue Tagesextremwerte der Temperatur gebrochen (z.B. 40,2 Grad in Freiburg und Karlsruhe), aber nicht in den beiden betrachteten Orten Potsdam und Prag. Dort wurden kaum neue Tagesrekorde aufgestellt. Dagegen gab es in der Vergangenheit bereits extrem heiße Sommer mit bemerkenswerteren Hitzewellen (z.B. 1834, 1935, 1947), bei denen die alten Tagesrekordtemperaturen deutlich überboten wurden. Ein Trend zu mehr sommerlichen Hitzewellen in der Gegenwart ist statistisch nicht nachweisbar — weder für Potsdam noch für Prag.  Anders dagegen in den Wintermonaten: Seit Ende der 1980er Jahren gibt es viele Winter, bei denen gleich reihenweise neue Tagesrekorde aufgestellt wurden. 

Ohne Klimawandel: Rekorde werden immer seltener
Was genau ist die „Rekordwirkung“? Wie wird sie berechnet? Es werden die absoluten Rekordtemperaturen oder –niederschläge aus der Klimazeitreihe an jeweils einem Tag im Jahr mit den tatsächlich gemessen Werten an dem jeweiligen Tag im aktuellen Jahr verglichen. Ein Beispiel: Wurde seit Beginn der Aufzeichnungen am bisher kältesten 15. Januar ein Minimum von -20,0 °C gemessen, so stellt dieser Wert den bisherigen Tagesrekord dar. Wird nun im aktuellen Jahr am 15. Januar ein Minimum von -21,5 °C registriert, ist dieser Wert der neue Tagesrekord. Das alte Minimum wurde um 1,5 Kelvin überboten, die „Extremwertübertreffung“ beträgt 1,5 Kelvin. Summiert man alle „Extremwertübertreffungen“ für ein Jahr auf und multipliziert diese mit der Anzahl der Tage, an denen neue Tagesrekorde aufgestellt wurden, erhält man die „Rekordwirkung“. Dieses Verfahren kann sowohl für die absolut tiefsten und höchsten Tagestemperaturen (TNmin bzw. TXmax), als auch für die absolut höchsten Tagestiefstwerte und tiefsten Tageshöchstwerte (TNmax bzw. TXmin) sowie für den größten Tagesniederschlag (RRmax) angewendet werden. Hätte wir keinen Klimawandel, würden trotzdem noch nach Jahren und Jahrzehnten neue Tagesrekorde entstehen, sie würden aber immer seltener werden (Abb. 1).

Gibt es einen Trend zu mehr Extremen?
Doch das Klima variiert nicht nur mit der Zeit, sondern auch mit dem Raum, wie etwa im Sommer 2003. Entsprechend hoch sind die Anforderungen an differenzierte Analysen, um das komplexe Klimageschehen quantitativ zu erfassen. Dazu helfen neuartige, rechenintensive statistische Verfahren, wie das vorgestellte der „Rekordwirkung“. Dabei werden im Computer 200 000 simulierte Wirkungskurven erzeugt, um zuverlässig beurteilen zu können, ob die Wirkungskurve der Originalklimazeitreihe innerhalb der natürlichen Bandbreite schwankt oder ob ein Trend hin zu mehr (oder weniger) Extremen vorliegt. Die daraus resultierenden Trendkurven sind in Abb. 2 bis 5 zu erkennen.

Vor allem im Winter häufiger Wärmerekorde
So brachte das Jahr 1834 in Prag (Abb. 2) signifikante Extreme im Winter und im Sommer. In Potsdam treten besonders die Jahrhundertwinter 1929 und 1940 hervor (Abb. 3). Beeindruckend ist aber auch die Serie von sehr warmen Wintern seit Ende der 1980er Jahre, sowohl in Potsdam, als auch in Prag. Die Sommer seit Beginn der 1990er Jahre zeigen dagegen nur ein außergewöhnliches Jahr, nämlich 1994 (Abb. 4). Zahlreiche neue Tagesrekorde wurden durch eine Hitzewelle Ende Juli/Anfang August in diesem Jahr verzeichnet. Hinsichtlich der Niederschlagsextreme ist weder im Sommer, noch im Winter ein Trend zu erkennen. Das letzte bemerkenswerte Jahr war 2002, als im Bereich der oberen Elbe sehr hohe Tagesniederschläge zu einer Jahrhundertflut führten. Selbst in Potsdam fielen dabei derartig hohe Regenmengen, dass die Rekordwirkung über dem 99,9% Konfidenzband liegt (Abb. 5). Das heißt in diesem Fall, nur 0,1% der simulierten Rekordwirkungen befinden sich über diesem Band, dazu der Wert der Originalzeitreihe.

Der komplette Artikel ist auf Springerlink bzw. auf Climate Risk Analysis verfügbar. Der Co-Autor Manfred Mudelsee beschäftigt sich in seinem Unternehmen hauptsächlich mit der statistischen Bewertung von historischen Klimadaten oder indirekten Klimainformationen aus der Vergangenheit, z.B. Jahresringe oder Eisbohrkerne.