Attribution von Hitzewellen und Dürren unter Berücksichtigung extremaler Abhängigkeiten

Seit Beginn des 21. Jahrhunderts steht die Klimawissenschaft durch das Auftreten von Hitzewellen (sowie dem simultanen Auftreten von Hitzewellen und Dürren), deren aktuelles Ausmaß seit Beginn der Wetteraufzeichnungen einmalig ist, vor der Frage, ob solche Ereignisse bereits Folge der bis dato detektierten, anthropogenen Klimaveränderung sind, oder auch ohne anthropogene Treibhausgasemissionen aufgetreten wären.  Um diese Frage zu beantworten, wurde inzwischen eine Vielzahl von Publikationen veröffentlicht, die sich mit der Attribution einzelner Hitzewellen befassen. Im Gegensatz dazu gibt es bislang lediglich eine geringe Anzahl an Studien, die sich mit der Attribution von zusammengesetzten Ereignissen - hier dem simultanen Auftreten von Hitzewellen und Dürren - befassen. 

Um eine Attribution solcher meteorologischer Extremereignisse durchzuführen, wird in diesem Beitrag auf CMIP6-Klimasimulationen zurückgegriffen, die den Klimazustand der vergangenen 170 Jahre mit und ohne anthropogene Einflüsse simulieren (historisch bzw. historisch-natürlich). Um eine kompakte Repräsentation dieser multivariaten, meteorologischen Felder zu erhalten, werden Indizes genutzt, die von S. Szemkus und P. Friederichs in einer Studie im Rahmen des Forschungsprojektes ClimXtreme im Jahr 2023 vorgestellt und entwickelt wurden. Auf Basis einer Hauptkomponentenanalyse bzw. Singulärwertzerlegung wird dabei unter Berücksichtigung extremaler Abhängigkeiten ein zeitabhängiger Index definiert (sog. "Extremal Pattern Index"), der an unterschiedlichen Orten auftretende Extremereignisse räumlich aggregiert beschreiben kann. Für das simultane Auftreten zweier Extremereignisse kann analog ein (univariater) zeitabhängiger Index definiert werden.  

Unter Verwendung dieser Indizes kann gezeigt werden, dass der Index für die Reanalyse-Daten (ERA5) des ECMWF im Zeitraum von 1984-2014 über Europa den historischen Klimasimulationen (mit anthropogenen Treibhausgasen) zugeordnet werden kann. Weiter kann unter Nutzung bereits etablierter Methoden zur Attribution von Extremereignissen aufgezeigt werden, dass die Hitzewellen (charakterisiert durch eine Temperaturanomalie) 2003 und 2010 über Europa zu einer sehr hohen Wahrscheinlichkeit in einer Welt ohne anthropogene Treibhausgasemissionen nicht eingetreten wären. Wird neben dem Auftreten von Hitze auch das simultane Auftreten eines Niederschlagsdefizits (meteorologische Dürre) mit einbezogen, so kann gezeigt werden, dass diese zusammengesetzten Ereignisse ebenfalls bezüglich der anthropogenen Treibhausgase attribuiert werden können.