Dürre als Folge des Klimawandels

Für den Begriff „Dürre“ gibt es verschiedene Definitionen: Dürre bezeichnet einen extremen, über einen längeren Zeitraum herrschenden Zustand, in dem zu wenig lebensnotwendiges Wasser für Menschen, Tiere und Pflanzen verfügbar ist. Dürre ist also nicht einfach Trockenheit, sondern ein komplexes Wechselspiel zwischen Wasserverfügbarkeit, dem vorherrschenden Wetter und dem Wasserbedarf von Menschen, Tiere und Pflanzen. Der Begriff Dürre wird oft mit wasserarmen Wüsten oder Halbwüsten verbunden. Doch Dürrekatastrophen sind ein weltweites Phänomen, das nicht nur auf bestimmten Kontinenten beobachtet werden kann.

Dürre wird nach der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) bezeichnet als die längere Abwesenheit oder den deutlichen Mangel an Niederschlag. Dürre ist eine Periode mit ungewöhnlich trockenem Wetter, die ausreichend lang ist, damit der Niederschlag ausbleibt, um ein ernsthaftes hydrologisches Ungleichgewicht zu verursachen (1).

Häufig werden vier grundlegende Ansätze zur Messung von Dürre unterschieden: meteorologische, hydrologische, landwirtschaftliche und sozioökonomische. Bei den ersten drei Ansätzen geht es um die Messung von Dürre als physikalisches Phänomen. Der letzte Ansatz befasst sich mit der Dürre in Bezug auf Angebot und Nachfrage und verfolgt die Auswirkungen von Wasserknappheit, die sich auf die sozioökonomischen Systeme, wie den Handel oder Transport, auswirken. In den letzten Jahren hat sich eine zusätzliche fünfte Kategorie herausgebildet, die als ökologische Dürre bezeichnet wird und die Auswirkungen von Dürren auf Ökosysteme und die damit verbundenen Auswirkungen auf menschliche Gemeinschaften hervorhebt (Abbildung 1).

Abbildung 1 - Zeitliche Abfolge einer Dürre

Abfolge des Auftretens von Dürren und deren Auswirkungen für allgemein anerkannte Dürretypen

Quelle: Charakterisierung von meteorologischer Trockenheit - LfuLG - Schriftenreihe - Heft 7/2015

Dürren werden im Wesentlichen durch drei Dimensionen beschrieben: ihre Schwere, ihre Dauer und ihre räumliche Ausdehnung. Zum Teil werden sie auch charakterisiert durch ihre Häufigkeit, ihr Ausmaß (magnitude; kumuliertes Defizit), die Vorhersagbarkeit und ihren Eintrittszeitpunkt (2).

Zur Charakterisierung von Dürren existieren verschiedene Methoden. Die vorherrschende ist jedoch die Verwendung von Dürreindizes. Dürreindizes sind quantitative Maße zur Charakterisierung eines Dürreniveaus, welche durch die Assimilation von Daten aus einer oder mehreren Variablen (Indikatoren) wie Niederschlag, Bodenfeuchte, Temperatur, Evapotranspiration und Abfluss in einen einzigen numerischen Wert gebildet werden. Zu den Indikatoren zählen weiterhin Wasserstände in Flüssen, Wasserspeicherfüllung, Zustand des Getreides und Ernteertragsberichte, Gesundheit bzw. Stress der Vegetation, kurz- und langfristige saisonale Vorhersagen, Grundwasser und Schneedecke.

Häufig verwendete Dürreindizes sind:

• Standardized Precipitation Index (SPI)
• Standardized Precipitation Evapotranspiration Index (SPEI)
• Palmer Drought Severity Index (PDSI)

Detaillierter Ausführungen zu dem Thema Dürreindizes finden Sie in der Publikation "Handbook of Drought Indicators and Indices".

Zu den Faktoren, die zu einer Dürre führen, gehören fehlende oder weniger häufige Niederschläge, erhöhte Evapotranspiration (Verdunstung) und verringerte Bodenfeuchtigkeit sowie erhöhter Abfluss. Der Klimawandel beeinflusst all diese Faktoren. Hier einige Beispiele:

• Die Temperaturen steigen und führen zu höheren Verdunstungsverlusten, was wiederum zu trockeneren Böden führt und die Wasserverfügbarkeit sowie -aufnahmefähigkeit beeinflusst.
• Eine geringere Bodenfeuchtigkeit vermindert die Wassermenge, die sowohl kurz- als auch langfristig in die Flüsse fließt.
• Ein sich erwärmendes Klima bringt insgesamt mehr Niederschlag, obwohl Veränderungen in den globalen Windmustern dazu führen, dass in einigen Gebieten weniger Niederschlag fällt. Neben den Veränderungen der durchschnittlichen Niederschlagsmenge ändern sich auch die zeitlichen Muster, wie die Dauer der Trockenperioden und die Niederschlagsmenge bei Starkniederschlägen. Diese Veränderungen variieren in der Welt aufgrund sich verändernder Windmuster.

Zur Quantifizierung von meteorologischen, landwirtschaftlichen und hydrologischen Dürreperioden werden eine Reihe von Metriken verwendet, um die Veränderung von Dürreindikatoren zu bestimmen. Es werden zum Beispiel globale Datensätze von Niederschlag und potenzieller Evapotranspiration zur Ableitung von Veränderungen im Standardniederschlagsindex (SPI) und dem Standardniederschlags- und Evapotranspirationsindex (SPEI) zu verifizieren.

Wissenschaftler*innen des  Sechsten Sachstandsberichts (AR6) des Weltklimarats, Arbeitsgruppe II (WGII) betrachteten im 4. Kapitel die durchschnittliche Schwere von Dürreereignissen in den vergangenen Jahrzehnten und kommen zu dem Ergebnis, dass in mehreren Teilen der Welt mit großer Wahrscheinlichkeit mit zunehmender Trockenheit zu rechnen ist, zum Beispiel im Mittelmeerraum, in Westafrika, in der Karibik, weiten Teilen Afrikas, Asiens, Südostaustraliens und in Zentralasien. Die Dürrebedingungen in Nordeuropa und der Alpenregion, Mittel-Nordamerika und Nordwest-Australien haben dagegen abgenommen. Die jüngsten, sehr folgenschweren Dürreereignisse wurden durch den anthropogenen Klimawandel wahrscheinlicher.

Auch die Weltorganisation für Meteorologie (WMO) kommt in einer 2022 veröffentlichten Analyse (externer Link) zu dem Schluss, dass der fortschreitende Klimawandel den Wassermangel verschärft. 2,3 Milliarden Menschen leben laut WMO bereits in Ländern, die unter Wasserstress leiden. Von Wasserstress spricht man, wenn die Wasserentnahme von Umwelt und Gesellschaft einen bestimmten Prozentsatz der zur Verfügung stehenden Wasserressourcen übersteigt.  Weltweit sind bereits ein Viertel aller Städte von Wasserstress betroffen und leiden unter dauerhaftem Wassermangel. Abbildung 2 zeigt Wasserstress-Hotspots auf der Grundlage einer Kombination von Wasserstressdaten der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen (FAO) und des World Resources Institute (WRI).

Abbildung 2 - Globale Wasserstress-Hotspots

Hotspots sind Gebiete, die von der Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO) als wasserknapp und vom World Resources Institute (WRI) als Gebiete mit hohem oder extrem hohem Wasserstress klassifiziert worden sind (7).

Quelle: World Meteorological Organization 2022 (8)

Klimaextreme wie Dürren können wissenschaftlich immer besser auf den menschlichen Einfluss zurückgeführt werden. Ereignisse wie Hitzewellen, Starkregen, Dürre und tropische Wirbelstürme treten immer häufiger auf – ein Trend, der sich bei stärkerer globaler Erwärmung verschlimmert.

Abbildung 3 zeigt, dass schon bei einer Erderwärmung um 2°C gegenüber vorindustrieller Zeit eine Dürre, die vor 1900 einmal pro Jahrzehnt aufgetreten wäre, durchschnittlich dreimal häufiger vorkommt. Eine Begrenzung der globalen Erwärmung auf niedrigere Werte, wie 1,5°C bis 2°C, würde diese Risiken in hohem Maße verringern.

Die globalen Projektionen für die Entwicklung von Dürren variieren je nach den verwendeten Dürreindizes sowie den verwendeten Modellen zur Simulation des Wasserhaushaltes oder des Klimas.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die fortschreitende globale Erwärmung sehr wahrscheinlich die Häufigkeit und das Ausmaß von Dürren in den meisten Regionen in Afrika, Australien, Südeuropa, in den südlichen und westlichen Vereinigten Staaten, in Mittelamerika und in der Karibik, in Nordwestchina und Teilen Südamerikas erhöht. Diese Zunahmen werden mit jedem °C der globalen Erwärmung größer. In einigen anderen Regionen werden Dürre oder Trockenheit dagegen aufgrund vermehrter Niederschläge abnehmen, etwa in Nordeuropa, im südöstlichen Südamerika, in Zentralafrika, Kanada und der Russischen Föderation sowie in Südostasien.

Insgesamt ergibt sich das Bild einer Zunahme der durchschnittlichen Niederschläge und/oder längerer Niederschlagsperioden in den mittleren und hohen Breiten, aber einer Abnahme der Niederschläge und/oder längere Zeiträume zwischen den Niederschlägen in weiten Teilen der Tropen und Subtropen. Dort, wo sich die Starkniederschläge verändern, geschieht dies meist in Richtung einer Zunahme der Intensität. Die Auswirkungen auf die Gesellschaft und die erhöhten Risiken durch feuchtere und trockenere Bedingungen zeichnen sich bereits ab.

Die Prognosen in einen Anstieg der globalen Dürrestatistiken sind mit Unsicherheiten versehen. Unsicherheiten ergeben sich aus den gegenläufigen Effekten der regionalen Klimaveränderungen, der teilweisen Kompensation der gestiegenen Evapotranspiration durch pflanzenphysiologische Reaktionen auf steigende CO₂ -Konzentrationen sowie unterschiedliche Definitionen von Dürre. Dennoch, selbst in Regionen mit unsicheren regionalen Klimaergebnissen steigt das Potenzial für ein erhöhtes Dürrerisiko mit der globalen Erwärmung. Eine Zunahme des Dürrerisikos wird, aufgrund von Veränderungen der Klimavariabilität, auch für Regionen prognostiziert, in denen das mittlere Klima nicht trockener wird. Dies ergibt sich aus einer ungünstigen Verteilung von Niederschlägen.

Abbildung 4 zeigt die Wahrscheinlichkeit eines extremen einjährigen Dürreereignisses im Zeitraum 2071-2100. Zum besseren Verständnis der Begrifflichkeiten gibt der Deutsche Wetterdienst in einer Veröffentlichung vom März 2022 einen Rahmen für die Benennung, Beschreibung und farbliche Kennzeichnung der im sechsten Sachstandsbericht des IPCC verwendeten Klimaszenarien.

Abbildung 3 - Dürrewahrscheinlichkeit

Dürrerisiko in Abhängigkeit des globalen Temperaturanstieges

Quelle: IPCC 2022

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Abbildung 4 - Dürrerisikoentwicklung

Wahrscheinlichkeit eines extremen einjährigen Dürreereignisses bei Niederschlag, Bodenfeuchtigkeit und Gesamtabfluss im Jahr 2071-2100 im Vergleich zu heute: Ensemble-Mittelwert aus CMIP6 (Coupled Model Intercomparison Project 6) , angetrieben durch das SSP3-7.0-Szenario (SSP: Shared Socioeconomic Pathways), für Oktober- November-Dezember-Januar-Februar-März (ONDJFM) und April-Mai-Juni-Juli-August-September (AMJJAS).

Quelle: IPCC 2022 - Climate Change 2022 - Imapcts Adaptation and Vulnerability

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Hydrologische Dürreperioden können auch durch direkte menschliche Auswirkungen durch Wasserentnahme entstehen (4). Aufgrund des Bevölkerungswachstums und der zunehmenden Verstädterung werden im Laufe dieses Jahrhunderts mehr Menschen von Überschwemmungen und Dürren betroffen sein, insbesondere wenn die Erwärmung nicht auf 1,5°C begrenzt werden kann. Mit steigender Erderwärmung werden immer größere Bevölkerungsteile mit Wasserknappheit, Wasserqualitätsproblemen und Dürren konfrontiert werden. Ärmere Menschen, Frauen und Kinder, die indigene Bevölkerung, Ältere und nichtversicherte Menschen werden von den Auswirkungen stärker betroffen sein (5).

Die steigende Nachfrage und die geringere Wasserverfügbarkeit sind hier die treibenden Faktoren. Das Dürrerisiko ist somit in bevölkerungsreichen Gebieten und Regionen, die intensiv landwirtschaftlich genutzt werden, höher (3).

Nach den Modellierungsergebnissen des AR6 der WGII leben heute sehr viele Menschen in Klimazonen, deren durchschnittliche Niederschlagsmengen deutlich vom Durchschnitt des 20. Jahrhunderts abweichen. Fast eine halbe Milliarde Menschen leben unter ungewohnt feuchten Bedingungen, vor allem in den mittleren und hohen Breiten, und über 160 Millionen unter ungewohnt trockenen Bedingungen, vor allem in den Tropen und Subtropen (Abbildung 5). Etwa 600 Millionen Menschen leben bereits an Orten mit längeren Trockenperioden.

Abbildung 5 - Bevölkerungsdichte in Regionen mit Niederschlagsänderungen

Quelle: IPCC 2022 - Climate Change 2022 - Impacts Adaptation and Vulnerability

Dürren haben längerfristige und sektorübergreifende Auswirkungen auf die Gesellschaft. Vor allem auf die Sektoren Landwirtschaft, Gesundheit und Energie. Die weitverbreitetsten Auswirkungen stehen im Zusammenhang mit der Landwirtschaft und Lebensmittelproduktion aufgrund der Ertragsminderung und Fruchtschädigung. Kettenreaktionen können Gesundheitsprobleme aufgrund von Unterernährung und Infektionskrankheiten hervorrufen. Die Nutzung von Wasserkraftenergie und somit die Energieversorgung werden beeinträchtigt. Aufgrund der Abhängigkeit der Lebensgrundlagen- und Wirtschaftssektoren vom Wasser, sind die meisten Auswirkungen der Dürre indirekt. Diese indirekten Auswirkungen können sich schnell kaskadenartig im gesamten Wirtschaftssystem ausbreiten sowie Ökosysteme und die biologische Vielfalt beeinträchtigen. Die Ausbreitung und Auswirkungen sind dabei in hohem Maße von sozialen, regionalen und klimatologischen Gegebenheiten abhängig. Es wird prognostiziert, dass die Auswirkungen des Klimawandels auf die Wasserressourcen, das Bruttoinlandprodukt (BIP) in vielen Ländern mit niedrigem und mittlerem Einkommen verringern wird, wenn keine angemessenen Anpassungs- oder Minderungsmaßnahmen gegen den Klimawandel ergriffen werden (3).

Dürren bedrohen aber auch die menschliche Sicherheit, weil sie Lebensgrundlagen untergraben, die Kultur und individuelle Identität gefährden und die Migration verstärken. Menschen werden aus ihrer Heimat vertrieben. Dies führt zum Verlust von sozialen Bindungen und kultureller Identität (6).

Grundsätzlich ist Dürre ein dynamisches Phänomen und ein komplexer Wechselwirkungsprozess zwischen Klima und den konsumierenden Menschen, Tieren und Pflanzen. Die Auswirkungen und Folgen sind komplex. Der Mensch kann durch gezielte Anpassungsmaßnahmen wie der Reduzierung des Wasserverbrauches positiven Einfluss auf die Auswirkungen nehmen. Voraussetzung dafür ist ein gutes Monitoring der einzelnen Dürrefaktoren.

Dürreperioden werden im Laufe dieses Jahrhunderts als Folge des Bevölkerungswachstums und der zunehmenden Verstädterung immer mehr Menschen betreffen. Eine unsichere Wasserversorgung hat Auswirkungen auf alle Aspekte der menschlichen Gesellschaft, jetzt und in Zukunft. Die Betonung der Rolle des Wassers sowohl bei der Anpassung als auch Abschwächung des Klimawandels in den Mittelpunkt zu stellen, kann dazu beitragen, den für eine klimaresistente Entwicklung erforderlichen gesellschaftlichen Wandel herbeizuführen (3).

Grundlage für einzelne Anpassungsmaßnahmen sind die Entwicklung regionaler, zuverlässiger und rechtzeitiger Vorhersagen, Schätzungen des Ausmaßes und der Auswirkungen von Dürren. Die Formulierung von Dürremanagementplänen und die Umsetzung geeigneter Strategien zur Risikominderung bilden den Rahmen für Anpassungsmaßnahmen, wie die Wiederauffüllung der Wasserreservoirs und die Schaffung von alternativen Wasserquellen sowie die Anpassung der Wasserinfrastruktur an das Bevölkerungswachstum in Städten.

In der Landwirtschaft sind Bewässerung, Schutz der Bodenfeuchtigkeit, Änderungen in Anbaustrukturen und -sorten, Ausbildung und Kapazitätsaufbau sowie wirtschaftliche und finanzielle Anreize einige der bevorzugten Anpassungsoptionen. Naturbasierte Lösungen, wie die Aufforstung mit heimischen, dürreresistenten Baum- und Pflanzenarten, die Erhaltung, Wiederherstellung und nachhaltige Nutzung von Ökosystemen oder die Flächenbegrünung sowie die Öffnung von Kanälen und Flüssen in Städten, werden zunehmend als eine wichtige Anpassungsmaßnahme anerkannt (3).  

Wasserbezogene Anpassungsmaßnahmen können wirksam sein, wenn lokales, indigenes und traditionelles Wissen genutzt wird, geschlechtsspezifische und Gleichstellungsbelange einbezogen werden und Anpassungsmaßnahmen durch geeignete Technologien, Finanzmittel, Governance-Mechanismen und eine starke politische Unterstützung umgesetzt werden.

Die Themen Dürre sowie Dürremanagement werden in einem Sonderbericht des Büros der Vereinten Nationen für die Verringerung des Katastrophenrisikos behandelt.

1. WMO, INTERNATIONAL METEOROLOGICAL VOCABULARY Nr. 182, 1992
2. WMO, Handbook drought indicators and indices Nr. 1173, 2016
3. IPCC, 2022: Climate Change 2022: Impacts, Adaptation, and Vulnerability. Contribution of Working Group II to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [H.-O. Pörtner, D.C. Roberts, M. Tignor, E.S. Poloczanska, K. Mintenbeck, A. Alegría, M. Craig, S. Langsdorf, S. Löschke, V. Möller, A. Okem, B. Rama (eds.)]. Cambridge University Press. In Press.
4. Javadinejad et al., 2019, The impact of future climate change and human activities on hydro5 climatological drought, analysis and projections: using CMIP5 climate model simulations. Water Conservation Science and Engineering, 4 (2-3), 71-88.
5. Miau et al., 2019, The effect of successive low-impact development rainwater systems on peak flow reduction in residential areas of Shizhuang, China. Environmental Earth Sciences, 78 (2), 51.
6. GAR Special Report on Drought 2021
7. WRI - https://www.wri.org/research/aqueduct-30-updated-decision-relevant-global-water-risk-indicators
8. WMO - https://public.wmo.int/en/our-mandate/climate/state-of-climate-services-report