Kleine Flüsse, die zu reißenden Strömen werden, überflutete Straßen und Häuser soweit das Auge reicht und sogar Todesopfer. In Mitteldeutschland wecken die Bilder aus Nordrhein-Westfalen und Rheinland-Pfalz schlimme Erinnerungen an die Flut-Jahre 2013 und 2002.

Und tatsächlich ist es dasselbe Wetter-Phänomen, das damals wie heute für extreme Regenfälle und Überschwemmungen sorgt: eine Vb-Wetterlage. Für die Meteorologie sind diese Wetterlagen im Vorfeld nur sehr schwer zu erfassen. Gewitter und Regenfälle lassen sich generell nur schlecht prognostizieren.

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Kathastrophe Ein Jahr nach dem Hochwasser - Die Jahrundertflut in Zahlen

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Die Bilder des Hochwassers in Rheinland-Pfalz und Nordrhein-Westfalen im Sommer 2021 gingen um die Welt. Mehr als 180 Menschen verloren durch die Flutkatastrophe ihr Leben. Doch es gibt noch mehr erschreckende Zahlen.

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Aber wie war die Wetterlage in den vergangenen Tagen? Über Osteuropa hängt ein Hochdruckgebiet, sagte Florian Engelmann vom Deutschen Wetterdienst. "Von Südosteuropa über das Baltikum bis Russland hat sich eine sehr ausgeprägte Hochdruckzone etabliert." Diese sogenannte Omega-Lage verhinderte, dass Tiefdruckgebiete weiter nach Osten abziehen konnten. Und so trafen in der Mitte heiße auf kühlere Luftmassen und es entstanden heftige Gewitter. Außerdem hat ein Tief bei Norditalien feuchte Luftmassen aus der Adria nach Deutschland gebracht, die hier wie ein Schwamm ausgepresst wurden. Das Ergebnis war starker Regen über Stunden und Tage.

Natürlich ist eine Vb-Wetterlage in erster Linie ein Wetter-Phänomen, das Teil des bisher üblichen Wetter-Spektrums ist. Das heißt, auch ohne Klimakrise kann es zu solchen Wetterlagen kommen. Allerdings sorgt der Klimawandel dafür, dass es künftig häufiger zu so extremen Wetterphänomenen kommen wird, warnen Klima-Forscher und -Forscherinnen. Denn die veränderten Rahmenbedingungen durch die stark erhöhte Treibhausgasmenge in unserer Atmosphäre beeinflusse den üblichen Wetterzufall, erläutert etwa Prof. Stefan Rahmstorf vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK): "Bei Niederschlagsextremen ist die Zunahme noch nicht so groß, weil die natürlichen Schwankungen im Vergleich zum Effekt der Erderwärmung stärker sind."

Klimaforscher Jakob Zscheischler weist darauf hin, dass die Klimaforschung schon vor mehr als zehn Jahren vorausgesagt habe, dass extreme Niederschläge mit dem Klimawandel stärker ausfallen und häufiger vorkommen werden. Schuld daran ist ein einfaches physikalisches Prinzip: Die Luft kann mehr Wasserdampf aufnehmen, desto wärmer sie ist. "Das hängt vor allem damit zusammen, dass eine wärmere Atmosphäre mehr Wasserdampf aufnehmen kann, welcher dann bei einem Niederschlagsereignis als Regen fällt."

PIK-Forscher Rahmstorf erläutert, dass die Luft pro Grad Erwärmung sieben Prozent mehr Wasserdampf aufnehmen und später abregnen kann. Dementsprechend gebe es auch weniger Tage mit schwachem Regen: Denn wenn es regne, falle auch mehr Wasser, sodass für den Rest der Zeit weniger übrigbleibe. "Die Zunahme der Starkregen und Abnahme von Tagen mit schwachem Regen ist inzwischen auch in den Messdaten gut nachgewiesen", so Rahmstorf, "vor allem in den mittleren nördlichen Breiten, zu denen auch Deutschland gehört."

Der Klimawandel verändert aber auch globale Prozesse. So sorgt er dafür, dass Hoch- und Tiefdruckgebiete im Sommer in Nordamerika, Europa und Teilen Asiens immer stabiler werden und wir so immer längere Perioden mit gleichbleibendem Wetter sehen. Und so sorgen andauernde Regenfälle für Hochwasser und anhaltende Trockenheit sowie Hitze zu Dürren. Grund dafür ist der schwächelnde Jetstream.

Das Problem ist komplex: Wenn die Temperaturunterschiede zwischen dem Nordatlantik und dem Polarmeer nur gering sind, dann ist auch der Luftdruck ähnlich. Dadurch wiederum werden Polarwinde instabiler – wie eben auch der Jetstream, der mit mehreren hundert Kilometern pro Stunde hoch oben in der Atmosphäre von West nach Ost weht. Statt eines festen Gürtels um den Pol, entstehen riesige Windschleifen, die mehr warme Luft in den Norden führen.

Wenn das also passiert – und die extrem warmen Temperaturen in polaren Breiten in den vergangenen Wochen belegen, wie akut das Problem bereits ist –, dann können in unseren Breiten sogenannte Blocking-Situationen auftreten. Das bedeutet, dass das Wetter über einen langen Zeitraum sehr konstant bleibt.

Hydrologe Prof. Günter Blöschl hat in einer Langzeit-Untersuchung von Wasserdaten die Hochwasser-Wahrscheinlichkeit in Europa untersucht. Auch er warnt vor einer Häufung solcher Ereignisse: "Diese Wahrscheinlichkeit hat im Nordwesten von Europa zugenommen und im Süden und im Osten abgenommen. Die Grenze ist Österreich, der Alpenhauptkamm." Auch Blöschl sieht die Ursache in der sich erwärmenden Polregion. Die Muster in der Hochwasseränderung in Europa zeigten, dass die Tiefdruckgebiete, die über den Atlantik von Nordamerika nach Europa wanderten, eine Zugbahn hätten, die stärker im Norden ist als früher.

Erwärmt sich die Arktis, dann hat das Folgen für uns. Bildrechte: colourbox

Die Arktis habe sich in den letzten Jahrzehnten dreimal so stark erwärmt hat wie der Rest der Erde, erläutert PIK-Forscher Rahmstorf. Allerdings lassen sich derartige Hochwasser, wie sie jetzt im Westen Deutschlands aufgetreten sind, nicht ausschließlich auf den schwächelnden Jetstream und damit verbundene Blocking-Situationen zurückführen. Klimaforscherin Dr. Friederike Otto von der University of Oxford etwa sagt: "Dass derartige Starkregenfälle so dramatische Konsequenzen haben, liegt zu einem großen Teil an der Versiegelung der Böden."

In Anbetracht der fortschreitenden Klimakrise versuchen Forscher solche Extremwetterereignisse besser vorherzusagen und Vorwarnsysteme für die Zukunft zu entwickeln. Denn könnte man Starkregen, Hochwasser und Überschwemmungen exakt vorhersagen, sähe manche Schadensbilanz nach solchen Naturereignissen anders aus.

Verschiedene Forschungsteams des Helmholtz-Zentrums gehen den Wassermassen und ihren Folgen im interdisziplinären Projekt MOSES auf den Grund. Dabei geht es unter anderem um die Frage, was Hochwasser, Starkregen, Überschwemmungen mit dem Boden machen? Warum entstehen aus gleichen Hochwassermengen auf manchen Flächen Hochwasser und auf anderen aber nicht? Dazu sammeln die Forscherinnen und Forscher Daten von Wind, Boden, Temperatur und Wasser bei Extremwetter-Ereignissen.

Deshalb ziehen sie auch eher Orte an, für die ihr "schlechtes" Wetter spricht: Für ihre Untersuchungen waren die Forscherinnen und Forscher etwa vor zwei Jahren im sächsischen Müglitztal zu Gast. Das war auch im Jahr 2002 von der Flutkatastrophe betroffen: Der kleine Fluss Müglitz wuchs damals binnen kürzester Zeit zu einem reißenden Strom an, der Häuser und Straßen zerstörte.

Derzeit ist ein Team des MOSES-Projekts auf der Schwäbischen Alb tätig: Auch sie sei aufgrund ihrer komplexen Topographie und geographischen Lage besonders häufig von schweren Gewitterereignissen und ihren Begleiterscheinungen wie z.B. Hagel, Sturmböen und Starkregen betroffen, schreibt das Forschungsteam. Es ist bereits der dritte Standort für eine umfangreiche Messkampagne. Bis Mitte September 2021 sollen hier Daten gesammelt werden. Das Ziel sei, ein besseres Verständnis dafür zu entwickeln, wie sich solche Extremwetter entwickeln und welche Folgen sie für die betroffenen Umweltbereiche wie Agrargebiete oder Flüsse haben. Und so rücken die Forschungsteams den Wetterextremen Stück für Stück auf die Pelle.

Und natürlich hat das schwäbische MOSES-Team momentan viel zu tun. Erst Ende Juni hatten sie das Glück, dass eine lang erwartete Superzelle direkt über die Messgeräte in Rottenburg gezogen ist und das so genau analysiert werden konnte. Das Unwetter habe für extreme Windböen, Starkregen und Hagelkörner mit bis zu fünf Zentimeter Durchmesser gesorgt, was in der Region zu Hochwässern und zahlreichen Verkehrsbehinderungen. Doch das schwere Hagelunwetter liefert auch wertvolle Informationen für die MOSES-Kampagne.

(kie)