Extreme Hitze: Heißer und länger

Es scheint, als würde jede Woche in diesem Sommer eine weitere Nachricht über gebrochene Temperaturrekorde und beispiellose Hitzewellen bringen. Rückblickend ist dies jedoch nicht überraschend, da neue Hitzerekorde zu einem regelmäßigen Ereignis geworden sind. Je nachdem, wer die Daten zusammenstellt, war der Juli 2024 entweder der 14. aufeinanderfolgende Monat mit rekordhohen Temperaturen oder beendete eine 13-monatige Serie, indem er kaum kühler war als der Juli 2023.[1] Die aktuellen Temperaturtrends folgen auf ein rekordverdächtiges Jahr – 2023 war mit Abstand das heißeste Jahr seit Beginn zuverlässiger Aufzeichnungen im Jahr 1850. Selbst mit noch mehreren verbleibenden Monaten ist 2024 auf dem besten Weg, das vergangene Jahr als das heißeste Jahr aller Zeiten zu übertreffen und hat praktisch einen sicheren Platz unter den fünf heißesten Jahren überhaupt. Erschwerend kommt hinzu, dass die durchschnittliche globale Temperatur nur einen Teil der Geschichte erzählt. Ozeane erwärmen sich langsam, was die globalen Temperaturen moderiert, und die Temperaturen über Land steigen schneller als der globale Durchschnitt. In den unteren 48 US-Bundesstaaten sind die Temperaturen seit 1970 um 1,4 °C gestiegen (und da höhere Breitengrade sich am schnellsten erwärmen, in Alaska um 2,3 °C). Dieser Trend stetig steigender Temperaturen ist besorgniserregend für Menschen, die im Freien arbeiten oder sich dort aufhalten.

Ein so geringer durchschnittlicher globaler Anstieg scheint vernachlässigbar; die meisten Menschen würden kaum einen Unterschied zwischen 26,7 °C und 28,1 °C bemerken. Wo wir den Temperaturanstieg wirklich spüren, ist in den heißen Extremen, bei denen die Höchsttemperaturen historische Rekorde erreichen oder übertreffen. Während die Durchschnittstemperaturen langsam steigen, brechen extreme Temperaturen sowohl Rekorde als treten auch häufiger auf. Über aufeinanderfolgende Tage hinweg erzeugen anhaltend extreme Temperaturen Hitzewellen. Dieser Artikel untersucht die Wissenschaft hinter den Hitzewellen-Trends, erklärt, warum sie extremer werden, häufiger auftreten und wie sich das auf uns auswirkt.

Historische Trends und Verteilungen

Zwei Diagramme, die von der NASA erstellt wurden, sind nützlich, um den Temperaturwandel zu verstehen und warum er für heiße Extreme wichtig ist. Das erste zeigt die durchschnittliche tägliche globale Temperatur für jedes Jahr seit 1980:

Bildstand: August 2024. Quelle: NASA Goddard Digital Team.

Dieses Diagramm zeigt die tägliche Temperatur jedes Jahres als durchgehende Linie, beginnend mit Januar auf der linken Seite und endend mit Dezember auf der rechten Seite. Die Temperatur wird vertikal angezeigt, sodass kühlere Temperaturen weiter unten im Diagramm liegen (Hinweis: die klugen Köpfe bei der NASA verwenden Celsius; 17 °C entsprechen 62,6 °F). Die rekordbrechenden Temperaturen von 2023 (als dicke pinke Linie dargestellt) sind deutlich heißer als die der vorangegangenen 43 Jahre (als dünne weiße Linien dargestellt). Dieses Jahr, dargestellt in Rot und Lila,[2] liegt nahe an (und manchmal über) den Temperaturen von 2023. Tatsächlich wurde der heißeste jemals aufgezeichnete Tag am 22. Juli 2024 gemessen. Der jüngste signifikante Temperaturanstieg seit 2023, der die meisten Modellprognosen übertraf und nicht vollständig durch natürliche Phänomene erklärt werden kann, lässt viele Wissenschaftler vermuten, dass zukünftige Projektionen möglicherweise nicht heiß genug sind.

Die globalen Durchschnittstemperaturen steigen also, und der Anstieg der Durchschnittstemperatur hat direkte Auswirkungen auf das Ausmaß und die Häufigkeit von heißen Extremwerten. Um zu verstehen, wie das funktioniert, verwenden wir ein weiteres NASA-Diagramm (für eine animierte Version und eine detailliertere Erklärung, klicken Sie hier):

Temperaturanomalie der Landoberfläche, 1962–2022. Quelle: NASA Scientific Visualization Studio.

Dieses zweite Diagramm ist etwas weniger intuitiv und zeigt globale Temperaturabweichungen; also, wie stark die Temperaturen eines bestimmten Jahres vom Basiswert (d. h. dem historischen Durchschnitt) abweichen. Kühlere Temperaturen werden links und wärmere rechts dargestellt (wieder in Celsius; 4 °C entsprechen 7,2 °F). Die durchschnittliche oder Basis-Temperatur wird als „0“ angezeigt, da 0 weder wärmer noch kälter als der historische Durchschnitt ist. Wie oft eine Temperatur auftritt, wird durch die Kurve angezeigt, wobei häufigere Vorkommen höher im Diagramm dargestellt werden; Durchschnittstemperaturen treten häufig auf (der Gipfel der Kurve), während sehr kalte und sehr heiße Temperaturen selten auftreten (die unteren Enden bzw. „Schwänze“ der Kurve).

Das Verständnis dieses Diagramms liefert zwei wichtige Erkenntnisse:

Die Durchschnittstemperaturen werden wärmer. Für jedes der vier gezeigten Jahre verschiebt sich die Verteilung (d. h. die gesamte Kurve) nach rechts, was auf eine allgemeine Erwärmung hinweist. Wir können schnell erkennen, wie stark sich die Durchschnittstemperatur zwischen den Jahren verändert hat, indem wir die Kurvengipfel vergleichen; zwischen 1962 und 2022 beträgt der Unterschied (d. h. die gestiegene globale Landoberflächentemperatur) etwa 1,1 °C.
Dieses Diagramm zeigt auch, wie sich die Temperaturen verändern. Die Kurve für 2022 hat sich nicht nur nach rechts verschoben; sie ist auch kürzer und breiter als die vorhergehenden Kurven, sie wirkt „zusammengedrückt“. Im Vergleich zu historischen Aufzeichnungen treten Durchschnittstemperaturen seltener auf (der Gipfel der Kurve 2022 ist niedriger als der von 1962), während extrem heiße Temperaturen häufiger auftreten (sichtbar am dickeren rechten „heißen“ Schwanz der Kurve von 2022).

Diese beiden Diagramme lassen sich mit folgender Aussage zusammenfassen: Die Temperaturen steigen, und extrem heiße Temperaturen treten häufiger auf, als man aufgrund der Änderung des Verteilungsmusters erwarten würde.

Extremes Auftreten extremer Temperaturen

Hitzewellen sind aufeinanderfolgende Tage extremer Hitze. Obwohl es keine formale Definition für eine „Hitzewelle“ gibt, sind sich die meisten einig, dass heiße Temperaturen mindestens zwei aufeinanderfolgende Tage andauern müssen (zwei oder drei Tage werden in der wissenschaftlichen Literatur häufig verwendet). Hitzewellen können anhand der täglichen Höchsttemperatur (d. h. des heißesten Teils eines Tages) oder der Mindesttemperatur (d. h. des kühlsten Teils der Nacht) gemessen werden. Während die höchste Temperatur eine intuitive Methode zur Messung einer Hitzewelle ist, korrelieren die gesundheitlichen Auswirkungen (insbesondere für Außenarbeiter) oft am stärksten mit erhöhten Nachttemperaturen; wenn auf heiße Tage heiße Nächte folgen, verhindern hohe Temperaturen im Schlaf, dass sich unser Körper vollständig erholt.

Auch wie Temperatur gemessen wird, ist entscheidend. Einige Definitionen von Hitzewellen verwenden Temperaturen über einem festen Schwellenwert, während andere berücksichtigen, wie stark die Temperatur vom lokalen Durchschnitt abweicht. Ein Beispiel für lokal definierte Hitzewellen sind die schweren Winterhitzewellen in der Antarktis in den letzten Jahren. Diese antarktischen „Hitzewellen“ hatten Temperaturen, die 10 °C über dem Normalwert für diesen Ort und diese Jahreszeit lagen, aber Höchsttemperaturen von nur etwa –20 °C. Hitzewarnungen in Teilen Großbritanniens beginnen bei 25 °C; für Menschen in gemäßigten Regionen wie Schottland und Nordirland, wo Klimaanlagen seltener sind, ist das nachvollziehbar – auch wenn es für jemanden aus Miami oder Phoenix absurd niedrig erscheinen mag. Andererseits verwendet der U.S. National Weather Service feste Schwellenwerte (wenn der Hitzeindex 40,5–43,3 °C überschreitet), um Warnungen herauszugeben.[3]

Unabhängig von Definition oder Standort: Hitzewellen treten zunehmend häufiger, intensiver und an mehr Orten weltweit auf. Vier Merkmale helfen dabei, Hitzewellen-Trends zu definieren. Aufzeichnungen zwischen 1961–2021 aus 50 großen US-Städten bieten ein gutes Beispiel zur Betrachtung dieser Merkmale.

Häufigkeit beschreibt, wie oft Hitzewellen auftreten. Im Datensatz der 50 Städte zeigt sich ein „statistisch signifikanter“ Anstieg (d. h. nicht durch Zufall erklärbar). Die Häufigkeit nimmt bei Mindesttemperaturen (heißen Nächten) fast doppelt so schnell zu wie bei Höchsttemperaturen.
Dauer beschreibt, wie lange eine Hitzewelle anhält. Die Daten zeigen, dass Hitzewellen heute in diesen Städten im Durchschnitt mehr als einen Tag länger dauern als in den 1960ern.
Auftreten beschreibt, wann Hitzewellen auftreten. Die Saison für Hitzewellen ist in den USA deutlich länger geworden – sie dauert jetzt etwa 46 Tage länger als in den 1960er Jahren.
Intensität beschreibt, wie heiß es während einer Hitzewelle wird. Bei diesem Merkmal folgt der durchschnittliche US-Trend nicht unbedingt den globalen (es gibt wichtige regionale Unterschiede). Obwohl die Daten aus den 50 Städten einen Anstieg der heißesten Hitzewellentemperaturen zeigen, könnte dieser durch natürliche Schwankungen verursacht sein (der Trend ist nicht „statistisch signifikant“). Die Mindesttemperaturen während Hitzewellen zeigen jedoch einen klaren Aufwärtstrend – sie sind jetzt im Schnitt mehr als ein halbes Grad heißer als 1960. Auch wenn ein halbes Grad nicht viel erscheint, ist dieser Anstieg auf bereits hohen Temperaturen aufgebaut.

Hitzewellenmerkmale für 50 große US-Städte, wie oben beschrieben. Quelle: National Oceanic and Atmospheric Administration.

Mehrere Indizes kombinieren Intensität und Dauer, um historische Hitzewellen zu vergleichen. Einer davon, der Heatwave Magnitude Index, wird seit den 1980ern weltweit verwendet. Forscher fanden heraus, dass sich die Fläche der Welt, die mindestens moderate Hitzewellen erlebt, verdreifacht hat – und dass Hitzewellen mit einer Stärke, die früher nur einmal in zehn Jahren auftraten, jetzt 2,8-mal so häufig vorkommen. Andere Studien mit unterschiedlichen Datensätzen bestätigen ebenfalls zunehmende Trends in den USA. Vanos et al. untersuchten die Erwärmung in acht Städten im Mittleren Westen zwischen 1940–2000 und fanden durchschnittlich eine zusätzliche schwere Hitzewelle pro Jahrzehnt, was in manchen Städten einer Verdopplung der Hitzewellentage entspricht. Keellings und Moradkhani nutzten ein fortschrittliches räumliches Verfahren zur Untersuchung von Hitzewellen in den USA und fanden klare Zunahmen bei Schwere, Ausdehnung und Dauer. Auf der Nordhalbkugel stellten Rogers et al. fest, dass die weltweit betroffene Fläche mit zwei oder mehr gleichzeitigen Hitzewellen um 46 % gestiegen ist – mit 17 % höherer Intensität und bis zu sechsmal höherer Häufigkeit seit 1979.

Auswirkungen von Hitzewellen

Hitzewellen haben vielfältige Auswirkungen. Die Erträge landwirtschaftlicher Nutzpflanzen können sinken – oft aufgrund hoher Temperaturen in Kombination mit Dürre. Die wirtschaftliche Aktivität nimmt häufig ab, da die Produktivität der Arbeitskräfte sinkt und Verbraucher klimatisierte Räume nicht verlassen. Beispielsweise wurde geschätzt, dass das Bruttoinlandsprodukt von Texas im Jahr 2023 durch extreme Hitze um 0,5–1 % gesunken ist – mit den größten Rückgängen im Bergbau und Baugewerbe, zwei Branchen, die nicht nach innen verlegt werden können.

Hitzewellen sind auch tödlich. In den USA steigen die Sterberaten während Hitzewellen um nahezu 4 % im Vergleich zu Tagen ohne Hitzewellen; während der ersten Hitzewelle der Saison beträgt dieser Anstieg über 5 %. Hitzebedingte Todesfälle in den USA nehmen stetig zu, mit mindestens 2.302 Todesfällen im Jahr 2023.

Die Ereignisse dieses Sommers in Saudi-Arabien zeigen eindringlich, wie gefährlich Hitzewellen sein können. Die Hajj 2024 – eine jährliche fünftägige Pilgerreise in die Städte Mekka und Medina – fiel mit einer Hitzewelle zusammen. Die Tagestemperaturen lagen zwischen 47–49 °C, überforderten die Sicherheitsmaßnahmen und trugen zu vielen der mindestens 1.300 Todesfälle bei. So extrem dieses Ereignis auch war, andere Hitzewellen waren noch tödlicher. Eine europäische Hitzewelle im Jahr 2003 wird mit über 30.000 Todesfällen in Verbindung gebracht, während die Kombination aus einer Hitzewelle im Jahr 2010 und Luftverschmutzung in Russland auf über 55.000 Todesfälle zurückgeführt wird – darunter 5.000 zusätzliche Tote allein in Moskau.

Fazit

In den letzten Jahrzehnten sind Hitzewellen intensiver geworden, treten häufiger auf und dauern länger. Diese Zunahmen sind die Folge vergleichsweise kleiner Anstiege der globalen Durchschnittstemperatur, da kleine durchschnittliche Veränderungen die Häufigkeit extremer Temperaturereignisse deutlich erhöhen. Hitzewellen können tödlich sein und mitunter zu großen Todeszahlen führen. Das Verständnis der wissenschaftlichen Grundlagen hinter Hitzewellen und ihrer Veränderungen in den USA und weltweit ermöglicht bessere Anpassung und Vorbereitung.

Über den Autor: Erik ist Doktorand an der Duke University, wo er zu den Herausforderungen forscht, die steigende Temperaturen für das militärische Training darstellen. Als Veteran der US-Armee hat Erik in einer Vielzahl extremer Klimazonen gedient – von Wüsten im Südwesten der USA und dem Nahen Osten (49 °C) bis hin zu arktischen Bedingungen in Zentralalaska (–41 °C).

[1] Die NASA und NOAA, zwei US-Behörden, behaupten, der Juli 2024 sei heißer gewesen als der Juli 2023, sodass die monatliche Rekordserie anhält (Stand: August 2024). Die europäische Klimabehörde Copernicus sagt, der Juli 2024 sei etwa 0,01 °C kühler gewesen – also sei die Rekordserie unterbrochen. Die Methode jeder Agentur und die Fehlertoleranz spielen eine Rolle; praktisch betrachtet sind Juli ’23 und Juli ’24 statistisch gleichauf. Persönlich neige ich dazu, die NASA als maßgebliche Quelle zu bevorzugen – schließlich hat nur eine dieser Agenturen einen Menschen auf dem Mond landen lassen!

[2] Die unterschiedlichen Farben für 2024 entsprechen verschiedenen Datensätzen. Die NASA verwendet einen kombinierten Datensatz, der Satellitenmessungen (unter anderem einschließlich Tausender Wetterstationen) umfasst, um Temperaturen schnell zu bewerten; dies ist als Lila dargestellt. Die Messungen werden kontrolliert, um sicherzustellen, dass nur Qualitätsdaten verwendet werden, was jedoch Zeit erfordert. Weiße, pinke und rote Linien stellen Temperaturmessungen aus dem endgültigen, qualitätsgeprüften Datensatz dar.

[3] Der Schwellenwert, den der National Weather Service verwendet, variiert je nach Region – selbst diese feste Schwellenwertmethode enthält also ein Element lokaler Relativität.