Hitzewelle

Eine Hitzewelle ist in Meteorologie und Klimatologie eine ungewöhnlich lange Phase aufeinander folgender ungewöhnlich heißer Tage. Etwas abgeschwächt spricht man auch von Wärmewelle für Phasen abnorm hoher Temperaturen. Hitzewellen sind Extremwetterereignisse, die die menschliche Gesundheit, die Ökosysteme und die Infrastruktur schädigen können.^[1]

Zur Definition einer Hitzewelle

Hitzewellen als solche sind ein relativ junges Forschungsgebiet, früher wurde primär auf Dürren fokussiert. Es gibt auch keinerlei einheitliche Definition einer Hitzewelle.^[2][3][4] Typische moderne Ansätze für die Quantifizierung einer Hitzewelle sind folgendermaßen aufgebaut:

• Zuerst wird eine gewisse Schwelle für den Begriff anomaler Hitze festgelegt, entweder absolut (etwa über den Begriff des heißen Tages, Tageshöchsttemperatur ≥ 30 °C),^[5][6] über die Temperaturanomalie (Schwelle einer Grad-Abweichung von einer spezielleren langjährigen Mitteltemperatur, etwa Mittel des jeweiligen Tages oder Monats der letzten 30 Jahre),^[7] oder über eine Häufigkeit (etwa Standardabweichung 95-%-Perzentil einer solchen Bemessungsgrundlage).^[8][9] Weitere Kriterien wären physiologische Werte^[10] wie Gefühlte Temperatur^[11] oder der Heat Index (eine Kombination aus Temperatur und Luftfeuchte).^[12]
• Dann werden Kriterien für den Zeitumfang gewählt, die Episode (etwa eine Mindestdauer von drei oder fünf Tagen;^[13][9] auch indem ein einziger Tag unterhalb der Hitzeschwelle die Hitzewelle nicht unterbricht)^[14] wie auch den Zeitraum, in dem man überhaupt von Hitzewelle sprechen will (etwa nur den meteorologischen Sommer für die gemäßigten Breiten)^[15][6][9]
• Es wird ein betroffenes Gebiet festgelegt, aus einer meteorologischen Analyse, in politischen Grenzen, rein messtechnisch über Stationen, oder ein Modellierungsraster^[9] – dabei müssen sich der Definitionsbereich der Hitzeschwelle und das Areal nicht decken (so könnte die Schwelle sich auf einzelne Messstationen beziehen, das Areal auf Verwaltungseinheiten).^[16]
• Es werden Kriterien für die Intensität der Hitzewelle bestimmt, etwa die absolut höchste über die gesamte Periode gemessene Temperatur, die mittlere Maximaltemperatur über alle Messstationen des Gebiets,^[17] die maximale oder mittlere Anomalie,^[7][17] die Jährlichkeit des Ereignisses, oder Ähnliches.

Damit ergeben sich als Maße für das Ausmaß einer Hitzewelle:^[17]

• Dauer
• Geographischer Umfang
• Gewisse Werte der Intensität

Eine für Mitteleuropa verwendete Methode der Auswertung geht auf den tschechischen Meteorologen Jan Kysely zurück, diese Tage der Hitzewelle werden Kysely-Tag genannt:^[7]

Für Wärmewellen – etwa für das Winterhalbjahr – sind ähnliche Kriterien mit abgeschwächteren Grenzwerten in Verwendung.^[9]

Die zeitlichen und räumlichen Maße können zueinander in Bezug gesetzt werden, doch ist ein Ansatz, wie eine lokale kurze und heftige Hitzewelle mit einer lange andauernden und großräumigen zu vergleichen wäre, und das über verschiedene Klimaregionen, sehr komplex.^[18] Diese Abschätzungen einer Vergleichbarkeit über Zeitreihen und Weltgegenden sind in der Meteorologie, der Wettermedizin und der Klimafolgenforschung heute in Entwicklung. Die Definitionen für 'Hitzewelle' können mit der Festlegung gewisser Unwetter-Warnstufen korrelieren.

Entstehung von Hitzewellen

Hitzewellen haben je nach Weltgegend verschiedene Ursachen. Im Winter führen entsprechende Situationen entweder zu einem Warmlufteinbruch und Tauwetter, oder aber zu einer Kältewelle.

Mechanismen auf den mittleren Breiten

Die klassische sommerliche Hitzewelle der mittleren Breiten entsteht durch ein Hochdruckgebiet und Aufheizung durch lang anhaltenden Sonnenschein. Wärmeeinbrüche allgemein sind etwa für Mitteleuropa meist gut dokumentierte Singularitäten (regelhaft eintretende Ausnahmen), so eben die Hundstage des Hochsommers, aber auch im Winter etwa das Weihnachtstauwetter, sie gliedern die phänologischen Jahreszeiten der Vegetation.

Es gibt einige weitgehend regulär permanent vorhandene Hochdruckzonen, so das Azorenhoch oder das Sibirienhoch, die immer zu sommerlicher Hitze führen. Abnormale Hitzewellen können diese dann verursachen, wenn sie sich irregulär verlagern oder extrem stark ausgebildet sind: So kann das Azorenhoch bis vor Westeuropa liegen, und dann das Wetter des Kontinents direkt besonders beeinflussen (ein Beispiel: Spätsommer 1975). Oder es drängt die Atlantiktiefs übermäßig nach Norden, was zu zonaler Hitze im gesamten Mittelmeerraum führt (Juli 2015, zweite Phase). Weil diese Hochs selbst stabilisierend sind, können sich solche Hitzewellen über viele Wochen oder eine ganze Saison erstrecken, und auch zu Dürren führen. Verstärkt wird dieser Effekt, wenn sich Hochdruckbrücken zwischen den Hochs ausbilden, dann werden diese Ereignisse auch recht großräumig.

Eine Ausnahmeerscheinung in den gemäßigten Breiten entsteht durch eine Blockade:^[9] In gewissen Abständen geht der Jetstream in eine besonders wellige Form über, die Westwinddrift bricht ab, die Tiefdrucksysteme kommen nicht voran, und die Hochs dazwischen bleiben ortsfest liegen. Das kann zu ein- bis mehrwöchigen Hitzeperioden führen. Diese Verlagerung der Polarfront führt auch jeweils zu starkem Wärmeaustausch von den Tropen in die polaren Gebiete und kann auch im höheren Norden zu abnormer Wärme führen.^[19]

Eine weitere Form der mittleren Breiten sind mächtige Tiefdrucksysteme (Zyklone). Diese können dann an ihrer südwärtigen Warmfront bis in die Subtropen greifen, und davor enorme Warmluftmassen nach Norden pumpen. Hierbei handelt es sich um kurzfristigere Warmlufteinbrüche bis zu einigen Tagen, solche Situationen können auch im Winter zu Wärmewellen führen. Für Europa typisch sind südwestliche Höhenströmungen nordafrikanischer Luft, oft mit Saharastaub-Ereignissen. Ein typisches Beispiel ist der Sommer 2013.

Extrem werden kann die Kombination dieser Situationen: Ist bei einer Blockade das Hoch östlich und westlich von kräftigen Tiefs flankiert, entsteht die Omegalage, entsprechend dem Zeichen ${\displaystyle \Omega }$, mit einer Kombination aus Blockade und südlichen Luftströmungen, wodurch sich die Hitze verstärkt. Typisch dafür sind die Tropennächte, weil auch die nächtliche Abkühlung durch erhöhte Abstrahlung bei normalen Hochdruckwetter wegfällt. In Europa entsteht durch trockene Saharaluft oder Föhn-Effekte an Pyrenäen und Alpen eine Kombination mit abnormer Trockenheit, oft entfallen dann die typischen Wärmegewitter, die sonst für Sommerhitze charakteristisch sind, womit ein weiterer Abkühlungsfaktor entfällt. Charakteristisch war das etwa in den Jahrhundertsommern 2003 und 2015 (erste und dritte Phase).

Globale Mechanismen

Eine weitere Ursache sind Schwankungen der warmen ozeanischen Strömungen in Intensität und Lage, was die Lagen der Aktionszentren und atmosphärischen Strömungen grundlegend beeinflusst. Bekanntestes Phänomen dieser Art ist das El-Niño-System, das an den Westküsten beider Amerikas zu Hitzewellen führen kann (und wohl auch das Wetter weltweit beeinflusst). Da dieses System gewisse regelmäßige Wiederkehr zeigt (El Niño-Southern Oscillation, ENSO), und auch andere globale Wetterzusammenhänge in Perioden ablaufen, zeigen auch Extremwetter wie Hitzewellen gewisse Häufungsphasen.

Einflüsse der globalen Erwärmung

Dass die globale Erwärmung regional eine veränderte Häufigkeit und Dauer von Hitzewellen zur Folge hat, gilt heute als gesichert.^[20] Gemäß Weltklimarat IPCC ist es praktisch sicher (99–100 % Wahrscheinlichkeit), dass Hitzewellen seit den 1950er Jahren in den meisten Regionen häufiger und intensiver wurden, wobei der anthropogenen Klimawandel mit großer Sicherheit der Hauptfaktor für diese Entwicklung ist. Zudem hält der IPCC fest, dass das Auftreten einiger beobachteter Hitzeextreme der 2010er Jahre ohne menschengemachten Klimawandel extrem unwahrscheinlich gewesen wäre. Auch das Auftreten von Hitzewellen in den Meeren verdoppelte sich etwa seit den 1980er Jahren, wobei menschliche Einfluss sehr wahrscheinlich zu den meisten von diesen, die seit mindestens 2006 aufgetreten sind, beigetragen hat. Mit jeder weiteren Erwärmung werden Hitzewellen gemäß IPCC zudem mit sehr großer Wahrscheinlichkeit intensiver werden und häufiger vorkommen.^[21]

Ökologische Folgen

Mit einer Hitzewelle kann eine Dürre verbunden sein, das muss aber nicht sein, ebenso gibt es schwül-feuchte niederschlagsreiche Hitzeperioden.

Extreme Niedrigwasser verursachen erhebliche Probleme für die Schifffahrt und die Ökologie von Gewässern. Niedrigwasser während Hitzewellen mit gleichzeitig langsamen Fließbewegungen begünstigt aufgrund geringeren Sauerstoffgehalts des Wassers außerdem Fischsterben.

Mortalität durch Hitze

Hitze und Hitzewellen haben eine Vielzahl negativer Auswirkungen auf die Gesundheit. Zu diesen zählen u. a. Erkrankungen und Sterblichkeit aufgrund von Hitzestress und Hitzeschlag oder die Verschlimmerung von Herz-Kreislauf- und Atemwegserkrankungen. Am stärksten betroffen sind ältere Menschen über 65 Jahre, Menschen mit Vorerkrankungen, Menschen, die im Freien oder in ungekühlten Gebäuden arbeiten, und solche, die in Regionen der Erde leben, die bereits an der Grenze der menschlichen Bewohnbarkeit angekommen sind.^[22]

Hitzewellen zählen zu den gefährlichsten Naturgefahren und können u. a. mit einem Anstieg hitzebedingter Todesfälle erhebliche gesellschaftliche Auswirkungen nach sich ziehen. Durch den Klimawandel nimmt die Hitzebelastung der Bevölkerung weiter zu.^[23] Der Weltklimarat IPCC stellte in seinem Sechsten Sachstandsbericht 2022 fest, dass steigende Temperaturen zusammen mit Hitzewellen bereits zu einem Anstieg von Mortalität und Morbidität geführt haben, wobei die genauen Auswirkungen abhängig sind von verschiedenen Faktoren wie Alter, Geschlecht, Urbanisierungsgrad und weiteren sozioökonomischen Faktoren. Ein signifikanter Anteil der hitzebedingten Sterblichkeit in der warmen Jahreszeit in gemäßigten Regionen wird dabei auf den beobachteten menschengemachten Klimawandel zurückgeführt, während für tropische Regionen in Afrika weniger Daten verfügbar sind.^[24] Für die Zukunft wird infolge der globalen Erwärmung ein weiterer Anstieg der Mortalität erwartet. In Europa sterben im Durchschnitt mehr als 28.000 Menschen pro Jahr infolge von Hitzewellen, davon ca. 5.600 Menschen in Deutschland. Prozentual treten die höchsten hitzebedingten Sterberaten in Italien, Portugal, Spanien, Griechenland und Frankreich auf. Auch in Deutschland liegen die Sterbefälle aufgrund von Hitze leicht über dem europäischen Durchschnitt.^[25] Aktuelle Daten für das Jahr 2022 gehen von ca. 62.000 hitzebedingten Todesfällen in Europa aus.^[26]

Ältere Menschen sind stärker betroffen als jüngere und Frauen sind stärker betroffen als Männer, jedoch ist bei Männern die hitzebedingte Sterblichkeit auch schon in jüngerem Alter (< 64) deutlicher erhöht.^[26]

Die Auswirkungen von Hitze können durch weitere Faktoren verstärkt werden. Beispielsweise belastet feuchte Hitze den Organismus stärker als trockene Hitze.^[27] Es wird zudem vermutet, dass sich Belastungen durch Hitze und durch Ozon in ihrer Kombinationswirkung verstärken können.^[28]

Die folgende Liste (Stand 2015) gibt diejenigen zehn Hitzewellen, die die meisten Todesopfer gefordert haben sollen. Dabei ist zu beachten, dass auch dieses Phänomen erst seit jüngsten Jahren quantifiziert wird: Es herrscht kein klarer Begriff, wer das Opfer einer Hitzeanomalie sei. Im Unterschied etwa zu unmittelbar durch Sturm- oder Hochwasserkatastrophen Verunglückten werden hierbei allenfalls hitzebedingte Sterbefälle durch Kreislauf- oder Herzversagen gemeldet – unberücksichtigt bleiben wohl beispielsweise Krankheitsfälle durch allgemeine Schwächung, Unfälle durch erhöhte Belastung oder gar Mangelernährungsopfer durch folgende Missernten aufgrund einer verbundenen Dürre. Moderne Ansätze rechnen die Opfer rein statistisch als Erhöhung aus der durchschnittlichen natürlichen Mortalität heraus.^[29] Die Berechnungsgrundlagen für die jüngeren Ereignisse Europas^[30] und andere Weltgegenden dürften dabei durchaus unterschiedlich sein. Historische Daten und insbesondere Vergleichbarkeit bestehen kaum – für Indien, das alleine in den letzten 15 Jahren vier schwere Hitzewellen erlebte, dürften beispielsweise gar keine Zahlen über „reguläre“ Mortalität vorliegen. Angaben zu Hitzeopfern einzelner Ereignisse können je nach Quelle stark abweichen und sind insgesamt mit Vorbehalt zu sehen (Stand 2015).

Siehe auch

• Dürre und Hitze in Europa 2018
• Hitzewelle in Sibirien 2020
• Hitzewelle in Indien 2019
• Jahrhundertsommer, Waldbrand – auch zu historischen Hitzewellen
• Hitzewelle in Südasien 2022
• Hitzewelle in Nordamerika 2021
• Hitzewellen in Europa 2015
• Dürre und Hitze in Europa 2022
• Hitzewellen in Europa 2019
• Temperaturextrema
• Hitze und Unwetter in Europa 2017
• Hitzewelle in Australien 2018/2019

Weblinks

Wiktionary: Hitzewelle – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• Deutschlandkarte „Wetterrekorde“ des ZEITmagazin 31/2018, 25. Juli 2018
• Bundesamt für Meteorologie und Klimatologie: Rekorde und Extreme

Einzelnachweise

1. ↑ Glossar - Hitzewelle. Deutscher Wetterdienst, abgerufen am 16. Februar 2022. 
2. ↑ Christopher Polster: Sommerliche Hitzewellen der Nordhemisphäre: Ein Überblick und Fallstudien. Bachelorarbeit im Studienfach Meteorologie, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Institut für Physik der Atmosphäre, 2014, Kapitel 3 Definition einer Hitzewelle, S. 3 f.; uni-mainz.de (Memento vom 8. Juli 2015 im Internet Archive)(PDF) dort S. 11 f).
3. ↑ George A. Meehl: More Intense, More Frequent, and Longer Lasting Heat Waves in the 21st Century. In: Science. 305. Jahrgang, Nr. 5686, 13. August 2004, S. 994–7, doi:10.1126/science.1098704, PMID 15310900, bibcode:2004Sci...305..994M (englisch, sciencemag.org). 
4. ↑ Peter J. Robinson: On the Definition of a Heat Wave. In: Journal of Applied Meteorology. 40. Jahrgang, Nr. 4. American Meteorological Society, April 2001, S. 762–775, doi:10.1175/1520-0450(2001)040<0762:OTDOAH>2.0.CO;2 (englisch). 
5. ↑ In den USA: 90 °F, vgl. Heat Wave; Robert DeCourcy Ward: The Climates of the United States, 1925, S. 383–395; online in American Meteorological Society: Glossary of Meteorology.
6. ↑ ^{a b} So definiert der schwedische Wetterdienst etwa eine ‚Wärmewelle‘ (Värmebölja) ab 25 °C; diese ist den nördlicheren Breiten angemessen, und kann auch im Winter auftreten; vgl. Värmebölja, schwedische Wikipedia.
7. ↑ ^{a b c} Hitzewellen: 2015 eines der extremsten Jahre der Messgeschichte. ZAMG Klimanews, 13. August 2015; Anomalieauswertung letzter Abschnitt 2015 unter den ungewöhnlichsten Sommern der Messgeschichte; Definition der Kysely-Tage wörtlich zitiert (Ende des Artikels).
8. ↑ So etwa in AEMET: Olas de calor en España desde 1975. Área de Climatología y Aplicaciones Operativas, o. D. [Aktualisierung: 2015]; aemet.es (PDF; 354 kB).
9. ↑ ^{a b c d e f} Lukas Brunner, Gabriele C. Hegerl, Andrea K. Steiner: Connecting Atmospheric Blocking to European Temperature Extremes in Spring. In: Journal of Climate, Januar 2017, American Meteorological Society, doi:10.1175/JCLI-D-16-0518.1;
   Definition dort (für Untersuchungen der Frühlingsperiode): 90-%-Perzentil von Tmax des Tages zum Durchschnittswert einer 36-Jahres-Vergleichsperiode mit 21-Tage-gleitendem Mittel; warm spell day (WSD, Wärmewellentag), wenn eine ganze 5°×5°-Region an 6 aufeinanderfolgenden Tagen dieses Kriterium erfüllt.
10. ↑ Die Wichtigkeit gefühlter Werte als Bemessungsgrundlage betont schon P. J. Robinson: On the definition of a heat wave. In: J. Appl. Meteorol., 40(4), 2001, S. 762–775; Angabe nach Polster: Sommerliche Hitzewellen …, S. 3.
11. ↑ Z. B. auf Basis des Klima-Michel-Modells, vgl. Webseite des Deutschen Wetterdienstes. (DWD); Angabe nach Polster: Sommerliche Hitzewellen …, S. 3 (pdf S. 11).
12. ↑ So der amerikanische National Weather Service (NWS), vgl. Heat Safety; Angabe nach Polster: Sommerliche Hitzewellen …, S. 3 (pdf S. 11).
13. ↑ Vgl. etwa Schwedischer Wetterdienst: Värmebölja, smhi.se, abgerufen am 11. Juli 2015.
14. ↑ Vgl. AEMET: Olas de calor en España …, Tercera etapa, S. 3.
15. ↑ Vgl. AEMET: Olas de calor en España …, Primera etapa, S. 3.
16. ↑ Vgl. AEMET: Olas de calor en España …, Segunda etapa, S. 3: Messen 10 % der Stationen im Areal abnorme Hitze, gilt der Tag als Tag der Hitzewelle.
17. ↑ ^{a b c} Vgl. AEMET: Olas de calor en España …, Primera etapa, S. 4.
18. ↑ Ein Maß wäre beispielsweise eine Flächensumme einer Gradtag-Zahl, etwa die Summe der Anomalien über die Tage der Hitzewelle, entsprechend den Heizgradtagen auf Basis der Temperaturdifferenz der Außen-Lufttemperatur in Bezug auf die gewünschte Raum-Innentemperatur. Die entsprechenden Kühlgradtage sind ein inzwischen etabliertes Maß für die allgemeine raumklimatische Hitzeexposition eines Ortes oder Gebäudes: auch die Anomalie der tatsächlichen Kühlgradtage in Bezug auf das langjährige Mittel wäre ein Maß für eine einzelne Hitzewelle.
19. ↑ Europa - (meteorologisch) zweigeteilt. DWD: Thema des Tages, 11. August 2019.
20. ↑ Andrew D. King, David J Karoly: Climate extremes in Europe at 1.5 and 2 degrees of global warming. In: Environmental Research Letters. Band 12, 2017, S. 114031, doi:10.1088/1748-9326/aa8e2c. 
21. ↑ Summary for Policymakers. In: V. Masson-Delmotte, P. Zhai, A. Pirani, S. L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M. I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J.B.R. Matthews, T. K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu, B. Zhou (Hrsg.): Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. 6. Auflage. Cambridge University Press, Cambridge UK 2021, S. 8, 15 (ipcc.ch [PDF; abgerufen am 18. Juni 2022]). 
22. ↑ Nick Watts et al.: The 2020 report of The Lancet Countdown on health and climate change: responding to converging crises. In: The Lancet. Band 397, Nr. 10269, 2021, S. P129–170, doi:10.1016/S0140-6736(20)32290-X. 
23. ↑ Heatwaves. Internetseite der Weltgesundheitsorganisation. Abgerufen am 18. Juni 2022.
24. ↑ H.-O Pörtner et al.: Climate Change 2022: Impacts, Adaptation and Vulnerability – Technical Summary. TS.B.5, S. 17f. (ipcc.ch). 
25. ↑ Steffen Merte: Estimating heat wave-related mortality in Europe using singular spectrum analysis. In: Climatic Change. 2017, doi:10.1007/s10584-017-1937-9. 
26. ↑ ^{a b} Joan Ballester, Marcos Quijal-Zamorano, Raúl Fernando Méndez Turrubiates, Ferran Pegenaute, François R. Herrmann, Jean Marie Robine, Xavier Basagaña, Cathryn Tonne, Josep M. Antó, Hicham Achebak: Heat-related mortality in Europe during the summer of 2022. In: Nature Medicine. Band 29, Nr. 7, Juli 2023, ISSN 1078-8956, S. 1857–1866, doi:10.1038/s41591-023-02419-z, PMID 37429922. 
27. ↑ Andreas Frey: Wie feuchte Hitze zum Killer wird. In: Frankfurter Allgemeine Zeitung. 16. Mai 2022, abgerufen am 17. Mai 2022. 
28. ↑ Gesundheitsrisiken durch Ozon. Umweltbundesamt, 7. Dezember 2018, abgerufen am 25. Juli 2019. 
29. ↑ Etwa:
    D. Oudin Åström, F. Bertil, R. Joacim: Heat wave impact on morbidity and mortality in the elderly population: a review of recent studies. In: Maturitas, 69(2), 2011, S. 99–105.
    Jennifer F. Bobb, Roger D. Peng, Michelle L. Bell, Francesca Dominici: Heat-Related Mortality and Adaptation to Heat in the United States. In: Environ Health Perspect, Volume 122, Issue 8, August 2014, doi:10.1289/ehp.1307392.
30. ↑ Vgl. etwa Climate change > Indicators-. European Commission: ec.europa.eu > Public health: Over mortality due to European heat wave in 2007 / 2006 / 2003 (abgerufen am 21. Juli 2015).
31. ↑ Jeff Masters: Unprecedented June Heat on Four Continents; Wimbledon Roasts in Record Heat. 1. Juni 2015, abgerufen am 20. Juli 2022 (englisch).