Trockenheit und Dürre in Deutschland

Fragen und Antworten zu Wasserkreislauf, Verdunstung und Niederschlägen in Deutschland

Der Trend zu trockneren Bedingungen und mehr Dürren in Deutschland folgt aus einfachen physikalischen Prinzipien und ist eindeutig auf den Klimawandel zurückzuführen.

Wie entsteht Trockenheit?

Wie trocken eine Region ist, hängt vom Unterschied zwischen Niederschlag und Verdunstung ab.  Wenn mehr Niederschlag fällt, als Wasser verdunsten kann, ist es feucht. Wenn mehr verdunsten könnte, als Niederschlag fällt, ist eine Region trocken. Dabei verdunstet der größte Teil des Wassers über die Spaltöffnungen von Pflanzen. Daher ist es an einem heißen Tag in einem Wald spürbar kühler als etwa im Schatten eines Gebäudes.

Für die Verdunstung braucht es vor allem Energie, und zwar viel. Das wird nachvollziehbar, wenn man bedenkt, dass es eine viertel Stunde dauert, auf dem Herd einen 1 Liter Wasser komplett zu verdampfen. Wenn die Oberfläche wärmer wird, kann daher mehr Wasser verdunsten. Natürlich nur, wenn der Boden auch genug Wasser hält und dieses Wasser erreichbar ist, zum Beispiel durch die Wurzeln von Pflanzen. Daher bestimmen die Verfügbarkeit von Energie und die Temperatur lediglich die potenzielle Verdunstung, also die Menge des Wassers, die verdunsten kann, wenn genügend vorhanden ist. In trockenen Regionen stellt die potenzielle Verdunstung nur eine Referenz dar. Tatsächlich verdunstet deutlich weniger Wasser, weil zu wenig verfügbar ist. Die potenzielle Verdunstung hängt dabei vor allem von der Verteilung der Sonnenstrahlung ab, die wiederum von der Bewölkung und den Aerosolen, vereinfacht gesagt also der Luftverschmutzung durch Feinstaub, bestimmt wird. Die Sonneneinstrahlung ist über Deutschland relativ gleichmäßig verteilt, während die tatsächliche Verdunstung regional deutliche Unterschiede aufweist.

Niederschlag fällt in Deutschland überwiegend an den Küsten im Nordwesten Deutschlands, in den Mittelgebirgen, und im Alpenvorraum. Dadurch ergibt sich ein deutliches Muster der trockenen Gegenden in Deutschland: Der westliche Teil und die Bergregionen sind recht feucht, der östliche Teil und einige Regionen im Süden aber trocken.

Was ist der Unterschied zwischen Trockenheit und Dürre?

Trockenheit ist eine klimatische Eigenschaft, die durch das langfristige Mittel von Niederschlag und potenzieller Verdunstung bestimmt wird. Aber in Deutschland schwankt der Niederschlag stark von Jahr zu Jahr. Wenn es weniger regnet, scheint die Sonne oft auch länger. Es könnte also mehr verdunsten, aber es gibt weniger Wasser. In einem Jahr mit relativ viel Sonnenschein ist es daher trockener als im klimatologischen Mittel. Solch eine deutliche Abweichung vom mittleren Zustand wird als Dürre bezeichnet. Turbulenzen, die unmittelbar hinter Windrädern entstehen, spielen dabei anders, als manchmal behauptet wird, keine Rolle.

Dürren wirken sich unterschiedlich aus. Wie gravierend ihre Folgen sind, hängt unter anderem von der Jahreszeit ab. Im Winter kommen Pflanzen viel besser damit klar als im Sommer, weil sie in der kalten Jahreszeit weniger verdunsten. Die Auswirkungen einer Dürre hängen auch davon ab, wie die Landoberfläche in einer Region genutzt wird.

Warum verstärkt der Klimawandel Trockenheit und Dürren?

Der Klimawandel verändert sowohl die Verdunstung als auch den Niederschlag. So wird der Treibhauseffekt der Atmosphäre durch das CO₂, das die Menschheit seit Beginn der Industrialisierung freigesetzt hat, verstärkt. CO₂ nimmt ebenso wie Wasserdampf einen Teil der Strahlung auf, die von der Erdoberfläche zurück ins All abgestrahlt wird. Die Gase geben die Strahlung auch wieder ab, aber in alle Richtungen. Ein Teil wird also zurück zur Erde gestrahlt und bewirkt eine zusätzliche Erwärmung.

Wie stark – und wichtig – der Treibhauseffekt ist, verdeutlichen die Temperaturunterschiede zwischen Tag und Nacht auf der Erde und auf dem Mond. Auf der Erde ist es tagsüber selten 20 Grad Celsius wärmer als in der Nacht, auf dem Mond herrschen auf Tagseite bis zu 120 Grad und auf der Nachtseite bis zu minus 170 Grad Celsius.

Dadurch, dass die Ausstrahlung der Atmosphäre gestiegen ist, sind die Temperaturen an der Oberfläche im Vergleich zum vorindustriellen Zeitalter angestiegen. Daher kann mehr Wasser verdunsten. Zusätzlich hat in den letzten 30 Jahren die Sonneneinstrahlung zugenommen, vor allem weil die Luftverschmutzung, die viele Gesundheitsschäden verursacht, reduziert wurde und dadurch weniger Aerosole in der Atmosphäre sind. Aber auch die Bewölkung hat abgenommen. So gibt es an der Oberfläche mehr Energie. Beide Faktoren zusammen haben die potenzielle Verdunstung in den vergangenen 30 Jahren um insgesamt etwa zehn Prozent erhöht.

Der mittlere Niederschlag schwankt in Deutschland stark von Jahr zu Jahr und zeigt bislang keinen eindeutigen Trend. Da die potenzielle Verdunstung zugenommen hat, der Niederschlag sich im Mittel aber noch nicht verändert hat, ist Deutschland insgesamt trockener geworden. Dadurch kommt es häufiger zu Dürren, weil der Niederschlag um einen allgemein trockeneren Klimazustand variiert.

Wie verändert sich der Niederschlag?

Im Mittel wird bei der Niederschlagsmenge zwar noch keine Veränderung beobachtet, aber das Muster der Niederschlagsereignisse hat sich messbar verändert. Sie werden kürzer und heftiger.  Auch dies ist eine direkte Folge des Klimawandels. Zum einen nimmt die wärmere Luft mehr Wasserdampf auf. Dies bestätigen Beobachtungen des Wasserdampfgehalts der Luft in Deutschland – er nimmt zu. Wenn dieser Wasserdampf in der Atmosphäre kondensiert, entstehen Wassertröpfchen, die eine Wolke bilden. Bei der Kondensation wird die Energie, die bei der Verdunstung gebraucht wurde, als Wärme wieder freigesetzt. Diese Erwärmung erzeugt Auftrieb in der Wolke und eine Luftbewegung, die mehr Wasserdampf nach sich zieht. Dieser Effekt verstärkt sich selbst: mehr eingebrachter Wasserdampf, mehr Kondensation, mehr Luftbewegung, mehr eingebrachter Wasserdampf. Dadurch werden Niederschlagsereignisse stärker und kürzer. Denn mit mehr Wasserdampf in der wärmeren Atmosphäre wird mehr Energie freigesetzt, mehr Auftrieb erzeugt, sodass schließlich mehr Wasser als Niederschlag fällt.

Welche Rolle spielt der Wind?

Luftbewegung spielt bei der Verdunstung eine wichtige Rolle, denn das verdampfte Wasser muss in die Atmosphäre eingebracht werden. Andernfalls käme es zur Sättigung, und die Verdunstung käme zum Erliegen. Wenn Sonne die Erdoberfläche erwärmt, verdunstet nicht nur Wasser, sondern die Luft wird auch erwärmt, wodurch Auftrieb erzeugt wird. Zusammen mit der aufsteigenden Luft gelangt der Wasserdampf in die Atmosphäre. Der Auftrieb hängt also ebenfalls von der Energie der solaren Einstrahlung ab. Nimmt sie zu, entsteht mehr Auftrieb. Dies kann man im Sommer als Flimmern über heißen Parkplätzen beobachten, denn die warme Luft steigt in einer turbulenten Strömung nach oben, und die Turbulenz verzerrt den Weg des Lichts durch die Luft.

Also spielt das Sonnenlicht sowohl für die Verdunstung als auch für den Abtransport in die Atmosphäre eine zentrale Rolle. Wenn es windig ist, kann zwar mehr abtransportiert werden und es kann etwas mehr verdunsten. Allerdings geschieht das nur eingeschränkt, weil Verdunstung vor allem Energie braucht, der bessere Abtransport spielt da nur eine untergeordnete Rolle.

Verstärken Windräder die Verdunstung?

Manchmal wird fälschlicherweise behauptet, Windräder würden Dürren verursachen, weil sie Turbulenzen erzeugen, die zu mehr Verdunstung führen. Das ist in mehrfacher Hinsicht falsch: Zum einen ist der entscheidende Faktor für die Verdunstung die Energiezufuhr - und die wird eben hauptsächlich durch die Sonne gegeben. Zum anderen wird der Wind durch die Reibung am Boden ohnehin turbulent abgebaut. Windräder erzeugen zwar zunächst zusätzliche Turbulenz, entziehen dem Wind aber insgesamt Energie. Dadurch wird die Turbulenz letztlich sogar reduziert. Windturbinen haben deshalb praktisch keinen Effekt auf die Verdunstung.

Fazit:

Wie trocken eine Region ist, hängt von der Bilanz von Verdunstung und Niederschlag ab. Wie viel verdunsten kann, wird durch die verfügbare Energie bestimmt. Diese wird über die Sonneneinstrahlung und die von Treibhausgasen wie Wasserdampf und CO₂ auf die Erde zurück gestreute Strahlung zugeführt. Die potenzielle Verdunstung steigt durch die Erderwärmung, weil mehr Energie zur Verfügung steht und warme Luft mehr Wasserdampf aufnehmen kann. Der höhere Wasserdampfgehalt wird auch bereits gemessen. Dagegen hat sich die Niederschlagsmenge im Schnitt noch nicht verändert, allerdings werden Niederschläge kürzer und heftiger. Unterm Strich ist es in Deutschland trockener geworden und es kommt häufiger zu Dürren, und dies ist eindeutig eine Folge des globalen Klimawandels.