Das Projekt SEVERE untersucht sowohl die physikalischen Prozesse als auch die Skalenabhängigkeit von „sehr extremen“ Niederschlagsereignissen in einem sich erwärmenden Klima. „Sehr extreme“ Niederschlagsereignisse mit langen Wiederkehrperioden (ab ca. 100 Jahre) verursachen potenziell große Schäden, insbesondere wenn sie zu regionalen oder großräumigen Überschwemmungen führen. Daher ist es entscheidend, ein besseres Verständnis für diese Prozesse in einem sich erwärmenden Klima zu entwickeln, da wärmere Luft mehr Wasserdampf enthalten kann als kältere Luft (wie in der Clausius-Clapeyron-Gleichung beschrieben). Ein solch höherer Wassergehalt der Luftmassen impliziert ein erhöhtes Potenzial für Niederschlagsextreme, sofern adäquate Antriebs- und Auslösemechanismen vorhanden sind.

Allerdings ist dieser Effekt nicht der einzige Faktor, denn die künftige Entwicklung von Extremniederschlägen hängt auch von der groß- und regionalskaligen Verdunstung, den statischen Stabilität in der Atmosphäre, der großräumigen Dynamik, sowie anderen auslösenden Faktoren ab. Ein wesentliches Hindernis ist, dass der Zeitraum, für den verlässliche Beobachtungen vorliegen, mit etwa 70 Jahren zu kurz ist, um robuste Schätzungen für besonders extreme und damit seltene Ereignisse abzuleiten.

Um trotzdem robuste Aussagen erzielen zu können, verwendet SEVERE Daten aus großen Ensembles von Klimasimulationen mit einer Auflösung von der globalen bis zur Kilometerskala, um die Bewertung extremer Niederschlagsereignisse zu verbessern. In der ersten Phase von ClimXtreme entwickelte SEVERE einen skalenunabhängigen Niederschlagsintensitätsindex (PSI; Caldas-Alvarez et al., 2023). Dieser Index wurde verwendet, um die Wiederkehrperioden von beobachteten Ereignissen wie dem Ahr/Erft-Hochwasser im Juli 2021 (Mohr et al., 2023, Ludwig et al., 2023) oder einem Ereignis am 29. Juni 2017 im Raum Berlin (Caldas-Alvarez et al., 2022) zu bewerten. Zusätzlich wurde das großräumige LAERTES-EU-Ensemble (Ehmele et al., 2020) verwendet, um robuste Hochwasserwiederkehrwerte bis zu ~1000 Jahren für große europäische Flusseinzugsgebiete abzuschätzen (Ehmele et al., 2022).

In der zweiten Phase konzentriert sich SEVERE auf den Klimawandel und seine Auswirkungen. Hundhausen et al. (2024) schätzten die Zunahme extremer Niederschlagsintensitäten pro Grad globaler Erwärmung über einen weiten Bereich von Ereignisdauern und Wiederkehrperioden und fanden eine starke Zunahme für kurze, ein- bis mehrstündige Ereignisse. Bei langen Ereignissen von bis zu mehreren Tagen können die Änderungen der Niederschlagseigenschaften mit der Ausprägung und den Änderungen der großskaligen atmosphärischen Dynamik in Verbindung gebracht werden, deren mögliche Änderungen mit größerer Unsicherheit behaftet sind. Daher werden große GCM-Ensembles verwendet, um zwischen natürlicher Variabilität und globalem Klimaantrieb zu unterscheiden. Zusätzlich wird eine dynamisches »Downscaling« zur detaillierteren räumlichen Darstellung der extremsten Ereignisse, die vom PSI in den groben GCM-Simulationen identifiziert wurden, auf die Kilometerskala durchgeführt, um die Skalenabhängigkeit und die regionalen bis lokalen Rückkopplungen zu untersuchen.

Website: SEVERE

Institution: Institut für Meteorologie und Klimaforschung (IMK), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Contact: Hendrik Feldmann, Prof. Joaquim G. Pinto