Ein verdörrter Baum im Bryce Canyon, Utah, USA
Ein verdörrter Baum im Bryce Canyon, Utah, USA (Johannes Horak)

Hitzewellen in Österreich

Angesichts der lange anhaltenden hohen Temperaturen in den letzten Wochen und Monate wurden Hitzewellen wieder regelmäßig diskutiert. Aber sind diese wirklich mehr und länger geworden? Da es für Österreich einen guten Datensatz für (fast) alle Landeshauptstädte, bzw. die dortigen Flughäfen gibt habe ich die Gelegenheit genützt und mich etwas damit beschäftigt. Die Ergebnisse gibts im Folgenden zu sehen.

Hitzewellen in Österreich

Was ist eine Hitzewelle?

Bevor wir über Hitzewellen sprechen können müssen wir uns erst überlegen, was eine Hitzewelle überhaupt ist. Klar, anschaulich einige Tage an denen es sehr heiß ist. Aber was bedeutet das genau? Wann beginnt eine und wann endet sie? Welche Temperatur sehen wir uns an? Die mittlere Temperatur zwischen 00:00 und 23:59 oder nur die Höchsttemperatur die an einem Tag in dieser Zeit erreicht wurde?

Sehr detaillierte Gedanken hat sich ein Meteorologe namens Jan Kyselý in seiner Doktorarbeit (Kyselý, 2000) gemacht. Seine Definition einer Hitzewelle ist jene die in Mitteleuropa gemeinhin verwendet wird. Eine Hitzewelle liegt also dann vor, wenn

  1. An drei aufeinander folgenden Tagen eine Maximaltemperatur von $30^o\,\text{C}$ überschritten wird
  2. Die mittlere maximale Tagestemperatur aller Tage seit Beginn der Hitzewelle nicht unter $30^o\,\text{C}$ fällt und
  3. die Höchsttemperatur an keinem Tag unter $25\,^o\text{C}$ fällt.

Ziehen wir nun beispielsweise Messdaten der ZAMG Wetter Station „Hohe Warte“ in Wien heran, und sehen uns die Tagesmaximaltemperaturen im Juni und Juli 2003 an. Mit obiger Definition  ergibt sich folgendes:

Hitzewellen im Juni und Juli 2003. Die orange Kurve mit Kreisscheiben zeigt die jeden Tag gemessene Maximaltemperatur an, die rote Linie die über die ab Start der Hitzewelle gemittelte Tagesmaximaltemperatur.
Hitzewellen im Juni und Juli 2003. Die orange Kurve mit Punkten zeigt die jeden Tag gemessene Maximaltemperatur an, die rote Linie die über die ab Start der Hitzewelle gemittelte Tagesmaximaltemperatur.

Die erste Hitzewelle beginnt am 10. Juni, hier treten erstmals 3 aufeinanderfolgende Tage mit einer Maximaltemperatur über $30\,^o\text{C}$ auf. Über dieser Schwelle liegen allerdings „nur“ die ersten 4 Tage, danach sinken die täglichen Maximaltemperaturen am 14.6. auf etwas über $28\,^o\text{C}$ und am 15.6 auf knapp über $25\,^o\text{C}$. Noch ist also kein Tag unter $25\,^o\text{C}$ dabei und auch die mittlere Höchsttemperatur (rote Kurve) seit 10.6 (Beginn der Hitzewelle) liegt noch über $30\,^o\text{C}$.

Mit dem nächsten Tag allerdings, dem 16.6., welcher mit knapp über $25\,^o\text{C}$ selbst zwar immer noch im erlaubten Bereich zwischen $25-30\,^o\text{C}$ liegt, fällt die mittlere Maximaltemperatur seit Beginn er Hitzewelle (nicht eingezeichnet) aber erstmals unter $30\,^o\text{C}$, und nach Kyselýs Definition endet die erste Hitzewelle damit am 15.6.

Der verwendete Datensatz

Woher kommen nun die Daten die wir uns da ansehen? Die zamg stellt im Rahmen des Histalp Projekts qualitätsgesicherte und homogenisierte Zeitserien von österreichischen Wetterstationen zur Verfügung. Homogenisiert bedeutet dabei, dass der rohe Datensatz gewissen Prozeduren (siehe Auer, 2007) unterworfen wird um Signale die nicht durch das tatsächliche lokale Klima bedingt sind herauszufiltern. Beispielsweise werden sogenannte Ausreißer systematisch identifiziert und entfernt. Dies sind Messwerte die außergewöhnlich stark vom „normalen“ Verlauf abweichen. Ein extremes Beispiel wäre hierbei eine in 3000 Meter Höhe gemessene Temperatur von $80\,^o\text{C}$.

Diese Datensätze reichen dabei von 1949 bis 2009, umfassen also 60 Jahre. Im Detail sind für unsere Analyse jene Zeitserien interessant die die täglichen Maximaltemperaturen beinhalten. Mit dieser Datenbasis können wir obige Definition anwenden und bestimmen, wann in diesen 60 Jahren Hitzewellen aufgetreten sind.

Anzahl der Hitzewellen

Zählen wir nun die Hitzewellen die seit 1949 jährlich auftraten und stellen diese in einem Graph dar – zum Beispiel anhand der Messdaten der Station „Hohe Warte“ in Wien:

Anzahl der Hitzewellen in Wien zwischen 1949 und 2009 (blaue Punkte). Die Kurve gibt die mittlere Anzahl an Hitzewellen innerhalb der vorangehenden 10 Jahre an.
Anzahl der jährlichen Hitzewellen in Wien zwischen 1949 und 2009 (blaue Punkte). Die Kurve gibt die mittlere Anzahl an Hitzewellen innerhalb der vorangehenden 10 Jahre an.

Im Mittel gab es zwischen 1949 und 1959 jedes Jahr eine halbe Hitzewelle. Das macht in Zusammenhang mit obiger Definition zwar wenig Sinn, es ist aber die Natur eines Mittelwertes, dass dieser keinen ganzzahligen Wert ergeben muss. Erst 1959-1969 konnte man im Mittel mit einer Hitzewelle im Jahr rechnen, 1999-2009 musste man sich im Schnitt bereits eher auf zwei einstellen. Prägnanter gesagt: 1999-2009 waren Hitzewellen im Mittel viermal so häufig wie 1949-1959.

Wie sieht dies in den anderen Landeshauptstädten aus?

Die jährliche Anzahl an Hitzewellen in den Landeshauptstädten bzw. naheliegenden Wetterstationen. Zusätzlich ist als Kurve der Mittelwert über die vorangehenden zehn Jahre eingezeichnet.
Die jährliche Anzahl an Hitzewellen in den Landeshauptstädten bzw. naheliegenden Wetterstationen. Zusätzlich ist als Kurve der Mittelwert über die vorangehenden zehn Jahre eingezeichnet. Für Klagenfurt standen leider die notwendigen Daten nicht zur Verfügung.

Generell lässt sich beobachten, dass Hitzewellen allgemein häufiger auftreten, einzig Bregenz widersetzt sich diesem Trend.

Natürlich sagt die Anzahl noch nicht wirklich aus, wie lange man derartige Temperaturen aushalten muss. Was können wir über die Dauer von Hitzewellen herausfinden?

Dauer der Hitzewellen

Zählen wir nun für jede Wetterstation die Tage im Jahr zusammen die einer Hitzewelle zugeordnet werden können und sehen uns die entsprechenden Kurven an. Beginnen wir exemplarisch wieder mit Wien.

Die jährliche Zahl der Tage an denen an der Wetterstation Hohe Warte in Wien eine Hitzewelle bestand (blaue Punkte) und der Mittelwert über die zehn vorangehenden Jahre.
Die jährliche Zahl der Tage an denen an der Wetterstation Hohe Warte in Wien eine Hitzewelle bestand (blaue Punkte) und der Mittelwert über die zehn vorangehenden Jahre.

Auch hier sehen wir einen klaren Trend. Während 1949-1959 eine Hitzewelle, so sie denn auftrat, im Mittel 4 Tage dauerte, so hat sich dieser Wert im Zeitraum 1999-2009 auf im Schnitt 16 Tage erhöht. Tritt eine Hitzewelle auf dauerte sie 1999-2009 also bereits vier mal so lange wie 50 Jahre zuvor.

Einen nicht unerheblichen Einfluss hat dabei allerdings das Rekordjahr 2003. In diesem Jahr gab es in Wien insgesamt 43 Hitzewellentage! Fast den gesamten August lagen entsprechende Bedingungen vor.

In den Landeshauptstädten ergibt sich ein ähnliches Bild:

Die jährliche Zahl der Tage an denen an Wetterstationen der Landeshauptstädte eine Hitzewelle bestand (Punkte) und der Mittelwert über die zehn vorangehenden Jahre (Kurve)
Die jährliche Zahl der Tage an denen an Wetterstationen der Landeshauptstädte eine Hitzewelle bestand (Punkte) und der Mittelwert über die zehn vorangehenden Jahre (Kurve). Für Klagenfurt standen leider die notwendigen Daten nicht zur Verfügung.

Insgesamt zeigen sich, abgesehen von Bregenz, durchweg ähnliche Trends wobei insbesondere Innsbruck am schwersten betroffen ist. Von im Mittel etwa 5 Hitzewellentagen im Zeitraum 1949-1959 auf im Schnitt 20 Tage im Zeitraum 1999-2009!

Tage mit Höchsttemperaturen über 30°C

Aber vielleicht wird es ja nicht unbedingt heißer, vielleicht treten einfach nur sehr heiße Tage nun eher in Gruppen auf, was dazu führt, dass wir zwar mit unserer Definition mehr Hitzewellen zählen, aber insgesamt die Hitzetage in etwa gleich bleiben. Um das ausschließen zu können zählen wir nun die Zahl der Tage im Jahr an denen die Höchsttemperatur $30\,^o\text{C}$ überschreitet.

Die jährliche Zahl der Tage an denen an der Wetterstation Hohe Warte in Wien die Tageshöchsttemperatur 30°C überschritt (blaue Punkte) und der Mittelwert über die zehn vorangehenden Jahre.
Die jährliche Zahl der Tage an denen an der Wetterstation Hohe Warte in Wien die Tageshöchsttemperatur 30°C überschritt (blaue Punkte) und der Mittelwert über die zehn vorangehenden Jahre

Auch in diesem Fall zeigen die Messungen, dass heiße Tage mehr werden. Ihre Anzahl hat sich, 1999-2009 wenn als Vergleichszeitraum 1949-1959 herangezogen wird, fast verdreifacht – von etwa sieben auf 19.

Und wieder können wir dieselbe Analyse für weitere Landeshauptstädte durchführen:

Die jährliche Zahl der Tage an denen an Wetterstationen in oder nahe den Landeshauptstädten die Tageshöchsttemperatur 30°C überschritt (Punkte) und der Mittelwert über die zehn vorangehenden Jahre.
Die jährliche Zahl der Tage an denen an Wetterstationen in oder nahe den Landeshauptstädten die Tageshöchsttemperatur 30°C überschritt (Punkte) und der Mittelwert über die zehn vorangehenden Jahre.

Auch hier ist Bregenz die einzige Stadt welche sich dem Trend widersetzt, in allen anderen ist eine deutliche Zunahme an Tagen an denen eine Höchsttemperatur von $30^o\,\text{C}$ überschritten wird zu beobachten.

Zusammenfassung

In diesem Artikel haben wir also mit einer einfachen (und natürlich auch etwas verkürzten) Analyse festgestellt, dass verglichen mit 1949-1959,

  1. Hitzewellen vermehrt auftreten (bis zu 4x so oft)
  2. Hitzewellen länger werden (bis zu 4x so lange) und
  3. Tage mit über $30\,^o\text{C}$ häufiger werden (bis zu 4x so häufig).

Betrachtet man noch zusätzlich die Standardabweichungen, quasi als Maß für die erwarteten Schwankungen der, zum Beispiel, Hitzewellentage in einem Zeitraum, stellt man fest, dass ab 1989  häufiger große Abweichungen (größer $2\sigma$) vorliegen, eine zufällige Streuung in diesem Ausmaß also eher unwahrscheinlich ist. Sprich: Es ist unwahrscheinlich, dass die Schwankungen einfach so im Rahmen der natürlichen Variabilität eines Systems auftreten (in diesem Fall unser Klima). Dadurch, dass man den Trend in allen Landeshauptstädten sehen kann (abgesehen von Bregenz), können auch lokale Ursachen ausgeschlossen werden, für eine globale Aussage reicht die Betrachtung rein von österreichischen Stationen natürlich aber nicht.

Natürlich fehlen außerdem die Jahre 2010-2016 (2017 ist ja noch nicht abgeschlossen) in der hier gemachten – sehr verkürzten – Betrachtung. Ein Blick auf eine Seite der ZAMG zeigt aber, dass auch dies die beobachteten Trends wohl nicht ins Gegenteil verkehren wird.

Fazit: Hitzewellen, ihre Dauer und allgemein Hitzetage (über $30\,^o\text{C}$) treten vermehrt auf und werden in Zukunft wohl noch häufiger und länger werden.

Literatur

Kyselý, Jan. „Changes in the occurrence of extreme temperature events.Autoreport on Doctoral Thesis, Department of Meteorology and Environment Protection, Charles University, Prague (2000): 1-23.
Auer I. et al., „HISTALP – Historical instrumental climatological surface time series of the greater Alpine region 1760-2003.“ International Journal of Climatology 27 (2007): 17-46

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