Hitzewelle

Eine Hitzewelle ist definiert als ein längerer Zeitraum mit übermäßig heißem Wetter, der eine erhebliche Abweichung vom typischen Klima einer Region für diese Jahreszeit darstellt. Sie ist in erster Linie durch ungewöhnlich hohe Tageshöchsttemperaturen gekennzeichnet und wird häufig von erhöhten nächtlichen Mindesttemperaturen begleitet. Diese anhaltende Hitze, auch während der Nacht, ist ein entscheidender Faktor für die Verstärkung der Auswirkungen.

Die spezifischen Definitionen von Hitzewellen variieren erheblich, je nach geografischem Standort, lokalem Klima und dem Zweck der Definition (z. B. für Warnungen der öffentlichen Gesundheit oder meteorologische Aufzeichnungen). Ein allgemeiner meteorologischer Schwellenwert erfordert jedoch, dass die Temperaturen mindestens 2 bis 5 aufeinander folgende Tage lang deutlich über dem örtlichen saisonalen Durchschnitt liegen. Was unter "deutlich über dem Durchschnitt" zu verstehen ist, kann quantifiziert werden durch:

• Überschreitung eines bestimmten Perzentils der historischen Temperaturen (z. B. des 90. oder 95. Perzentils).
• Überschreitung bestimmter absoluter Temperaturschwellen, die lokal relevant sind.

Hitzewellen sind in der Regel mit stationären Hochdrucksystemen in der Atmosphäre in Verbindung gebracht, die manchmal auch als "Wärmekuppeln" bezeichnet werden . Diese Systeme bewirken ein Absinken der Luft. Während diese Luft absinkt, wird sie komprimiert und erwärmt sich. 

Außerdem unterdrücken Hochdrucksysteme aktiv die Bildung von Wolken und NiederschlagDies führt zu einer ununterbrochenen und intensiven Sonneneinstrahlung auf die Oberfläche, die den Boden und die darüber liegende Luft weiter aufheizt. Der stagnierende Charakter des Hochdrucksystems schränkt auch die horizontale Luftzirkulation ein, so dass kühlere Luftmassen nicht in die Region eindringen können und die Wärme über einen längeren Zeitraum in Oberflächennähe gespeichert wird.

In städtischen Gebieten wird diese Situation oft noch durch die städtische Wärmeinsel Effekt. Bebaute Umgebungen, wie Asphalt und Beton, absorbieren und speichern Wärme effektiver als die umgebenden natürlichen Landschaften. Dies führt zu höheren lokalen Temperaturen, insbesondere in der Nacht, was die Gesundheitsrisiken und den Kühlungsbedarf weiter erhöht.

Wie sich Hitzewellen manifestieren

Die Erfahrungen und Auswirkungen einer Hitzewelle sind nicht einheitlich, sondern variieren je nach den spezifischen meteorologischen Bedingungen und der örtlichen Umgebung erheblich:

Intensität tagsüber

Die offensichtlichste Erscheinung ist das Auftreten außergewöhnlich hoher Höchsttemperaturen während des Tages. Diese Temperaturen können weit über die typischen Sommerhöchstwerte hinausgehen und in vielen gemäßigten und subtropischen Regionen 40 °C oder noch mehr erreichen. 

Auch die Intensität der direkten Sonneneinstrahlung spielt eine große Rolle, insbesondere bei klarem Himmel, wie er für Hochdruckgebiete charakteristisch ist.

Nächtliche Hitze

Ein kritischer und oft unterschätzter Aspekt einer gefährlichen Hitzewelle sind erhöhte Mindesttemperaturen. Wenn die Nachttemperaturen hoch bleiben, wird sowohl dem menschlichen Körper als auch vielen Ökosystemen eine angemessene Entlastung vorenthalten. 

Dadurch ist der Körper weniger in der Lage, sich abzukühlen und sich von der Hitzebelastung am Tag zu erholen, was das Risiko hitzebedingter Erkrankungen und der Sterblichkeit erheblich erhöht, insbesondere bei länger andauernden Ereignissen. Tropische Nächte, in denen die Temperatur nicht unter 20°C (68°F) fällt, können besonders belastend sein.

Luftfeuchtigkeit

Der Grad der Luftfeuchtigkeit hat großen Einfluss darauf, wie Wärme wahrgenommen wird und welche Auswirkungen sie insgesamt hat:

• In feuchten Klimazonen: Hitzewellen sind oft gekennzeichnet durch hohe Taupunkte. Die hohe Luftfeuchtigkeit behindert die Fähigkeit des Körpers, sich durch Schwitzen und Verdunstung abzukühlen, so dass die Bedingungen als wesentlich heißer und drückender empfunden werden, als es die Lufttemperatur allein vermuten lässt. Dieser Effekt wird häufig mit dem Hitzeindex oder der "gefühlten" Temperatur quantifiziert.
• In trockenen Regionen: Bei geringer Luftfeuchtigkeit sind Hitzewellen durch intensive Sonneneinstrahlung und sehr hohe Lufttemperaturen gekennzeichnet. Die niedrige Luftfeuchtigkeit kann zu einer schnellen Verdunstung von Oberflächen und Körpern führen, aber die schiere Intensität der Hitze kann immer noch extrem gefährlich sein, und das Risiko der Dehydrierung ist hoch. Trockene Hitze erhöht auch die Gefahr von Waldbränden erheblich.

Wie Hitzewellen klassifiziert werden

Angesichts der regionalen Unterschiede gibt es keine einheitliche, allgemein anerkannte Definition oder ein Klassifizierungssystem für Hitzewellen. Meteorologische und Gesundheitsbehörden klassifizieren oder beschreiben Hitzewellen jedoch in der Regel anhand einer Kombination der folgenden Kriterien:

1. Maximale Temperaturen:
   
   • Die Intensität wird häufig dadurch definiert, um wie viel die tägliche Höchsttemperatur ein bestimmtes Perzentil der historischen Temperaturverteilung für ein bestimmtes Datum oder einen bestimmten Zeitraum überschreitet (z. B. Überschreitung des 90. oder 95. Perzentils über einen 30-jährigen klimatologischen Bezugszeitraum). Dieser relative Schwellenwert trägt dazu bei, regionale Klimaunterschiede zu berücksichtigen.
   • In einigen Definitionen werden auch absolute Temperaturschwellen (z. B. Überschreitung von 35 °C, 40 °C oder noch höher an einer bestimmten Anzahl von Tagen) verwendet, insbesondere in Regionen, in denen solche Temperaturen relativ selten sind.
   • Welcher Schwellenwert gewählt wird, hängt häufig von der Anfälligkeit der örtlichen Bevölkerung und Infrastruktur ab.
2. Mindesttemperaturen:
   
   • Immer mehr Definitionen von Hitzewellen, insbesondere solche, die sich auf die Auswirkungen auf die öffentliche Gesundheit konzentrieren, enthalten Kriterien für hohe nächtliche Mindesttemperaturen.
   • Anhaltend warme Nächte sind ein entscheidender Faktor für die Verschlimmerung von Hitzestress bei gefährdeten Bevölkerungsgruppen, da sie die physiologische Erholung während des Schlafs verhindern. Metriken wie die Anzahl der aufeinanderfolgenden Nächte über einer bestimmten Temperaturschwelle (z. B. 20°C oder 25°C) werden häufig verwendet.
3. Dauer:
   
   • Eine Hitzewelle erfordert in der Regel eine Mindestanzahl aufeinanderfolgender Tage, an denen die Temperaturkriterien erfüllt sind. Diese liegt in der Regel zwischen 2 und 5 aufeinanderfolgenden Tagen, aber einige Definitionen können auch eine längere Mindestdauer vorsehen.
   • Länger andauernde Ereignisse sind im Allgemeinen gefährlicher und folgenschwerer. Einige Hitzewellen, insbesondere solche, die mit anhaltenden atmosphärischen Blockademustern verbunden sind, können eine Woche, zwei Wochen oder sogar länger andauern und zu einer kumulativen Belastung von Systemen und Bevölkerung führen.
4. Zusammengesetzte Indikatoren:
   
   • Um ein umfassenderes Bild von Hitzestress zu erhalten, verwenden einige Agenturen Indizes, die mehrere Faktoren kombinieren wie Temperatur, Feuchtigkeit und Dauer. Beispiele hierfür sind:
     
     • Der Hitzeindex: Kombiniert die Lufttemperatur und die relative Luftfeuchtigkeit, um die "gefühlte" Temperatur für den menschlichen Körper zu schätzen.
     • Die Feuchtkugeltemperatur (WBGT): Ein Maß zur Abschätzung der Auswirkungen von Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Windgeschwindigkeit und Strahlungswärme auf den Menschen, das häufig in der Arbeitsmedizin und im Sport verwendet wird.
     • Der Überhitzungsfaktor (EHF): Berücksichtigt sowohl die Intensität der Hitze als auch die Akklimatisierung der Bevölkerung an die aktuellen Temperaturen.

Auswirkungen von Hitzewellen

Hitzewellen haben weitreichende und oft schwerwiegende Folgen für verschiedene Bereiche:

Menschliche Gesundheit

Die unmittelbarste und schwerwiegendste Auswirkung ist die auf die menschliche Gesundheit. Extreme Hitze kann zu einer Reihe von hitzebedingten Krankheiten führen, von leichteren Erkrankungen wie Hitzeausschlag und Krämpfen bis hin zu schwereren und potenziell tödlichen Erkrankungen wie Hitzeerschöpfung und Hitzschlag. 

Hitzestress kann auch bereits bestehende Gesundheitszustände verschlimmern, insbesondere Herz-Kreislauf-, Atemwegs- und Nierenerkrankungen, was zu vermehrten Krankenhausaufenthalten und einer höheren Sterblichkeit führt.

Besonders gefährdete Gruppen sind unverhältnismäßig stark betroffen, darunter

• Die Älteren
• Säuglinge und Kleinkinder
• Schwangere Frauen
• Personen mit chronischen Krankheiten
• Arbeiter und Sportler im Freien
• Einkommensschwache Bevölkerungsgruppen ohne Zugang zu angemessener Kühlung
• Personen, die sozial isoliert sind

Wie bereits hervorgehoben wurde, ist anhaltende nächtliche Hitze ein wichtiger Faktor für hitzebedingte Sterblichkeit, da sie den Körper daran hindert, sich über Nacht zu erholen.

Landwirtschaft

Hitzewellen stellen eine erhebliche Bedrohung für die landwirtschaftliche Produktivität dar:

• Ernteschäden: Hitzestress kann Nutzpflanzen in verschiedenen Entwicklungsstadien schädigen, die Erträge verringern und die Qualität beeinträchtigen. Er kann wichtige Prozesse wie die Bestäubung, den Samenansatz und die Fruchtentwicklung stören.
• Stress für das Vieh: Die Tiere leiden unter der Hitzeeinwirkung, was zu geringerer Gewichtszunahme, geringerer Milch- oder Eierproduktion, Fortpflanzungsproblemen und erhöhter Sterblichkeit führen kann.
• Das Timing ist entscheidend: Hitze in sensiblen Wachstumsphasen (z. B. während der Blüte oder der Kornfüllung bei Nutzpflanzen) kann besonders schädlich sein und zu erheblichen wirtschaftlichen Verlusten führen. Hitze erhöht auch den Bedarf an Wasser für die Bewässerung und die Viehzucht erheblich.

Infrastruktur

Hitzewellen stellen eine erhebliche Belastung für kritische Infrastrukturen dar:

• Stromnetze: Sie stehen aufgrund der steigenden Nachfrage nach Strom für Klimaanlagen und Kühlung unter enormem Druck, was das Risiko von Stromausfällen und Blackouts erhöht.
• Verkehrswesen: Straßen können sich verziehen und schmelzen, Eisenbahnschienen können sich aufgrund der thermischen Ausdehnung verziehen, was zu Geschwindigkeitsbeschränkungen und Verspätungen führt, und die Start- und Landebahnen von Flughäfen können beeinträchtigt werden, was den Flugbetrieb beeinträchtigt.
• Wasserversorgung: Die Systeme können überlastet werden, wenn die Nachfrage nach Wasser zum Trinken, zur Bewässerung und zur Kühlung steigt, insbesondere wenn Hitzewellen mit Dürreperioden zusammenfallen oder diese verschärfen.

Waldbrände und Ökosysteme

Hohe Temperaturen erhöhen die Verdunstungsrate erheblich und trocknen die Bodenfeuchtigkeit und die Vegetation aus. Dadurch entstehen Brandherde und das Risiko und die Intensität von Waldbränden nehmen drastisch zu. 

Der Feuer-Wetter-Index wird häufig zur Überwachung und Vorhersage des Waldbrandrisikos bei Hitze und Trockenheit verwendet, da er Faktoren wie Temperatur, Windgeschwindigkeit, Luftfeuchtigkeit und Brennstoffverfügbarkeit berücksichtigt.

• Aquatische Ökosysteme: Sie sind gefährdet, wenn die Wassertemperaturen steigen, was zu einem geringeren Gehalt an gelöstem Sauerstoff führt, der Fische und andere Wasserlebewesen belasten oder töten kann.
• Terrestrische Ökosysteme: Hitzestress für Pflanzen und Tiere, der zum Absterben der Vegetation und zu Veränderungen im Verhalten und in der Verteilung der Arten führen kann.

Hitzewellen und Dürreperioden

Hitzewellen und Dürreperioden sind oft miteinander verbunden und führen zu gefährlichen , kombinierten Extremereignissen, die sich stärker auswirken als jedes einzelne Phänomen für sich genommen:

Dürre verschärft Hitzewellen

Wenn der Boden aufgrund von Trockenheit trocken ist, wird weniger Sonnenenergie für die Verdunstung (latente Wärme) verwendet, und mehr Energie wird in die Erwärmung der Luft (fühlbare Wärme) übertragen. 

Die fehlende Verdunstungskühlung lässt die Oberflächentemperaturen viel höher ansteigen als bei feuchtem Boden, was die Intensität der Hitzewelle verstärkt.

Hitzewellen können Dürreperioden verstärken

Umgekehrt erhöhen die hohen Temperaturen und die verstärkte Sonneneinstrahlung während einer Hitzewelle die Verdunstung von Landflächen und Gewässern erheblich und steigern die Transpiration der Pflanzen. 

Dies führt zu einer schnelleren Erschöpfung der Bodenfeuchtigkeit und der Oberflächenwasserressourcen, was bestehende Dürrezustände verschlimmert oder sogar den Ausbruch einer Dürre auslöst.

Rückkopplungsschleifen und sich verstärkende Wirkungen

Die Wechselwirkung zwischen Hitze und Trockenheit kann zu positiven Rückkopplungsschleifen führen. Eine Hitzewelle trocknet die Landschaft aus, was die folgende Hitzewelle noch heißer macht. 

Dieser Kreislauf wird durch den Klimawandel immer bedenklicher. Die Kombination aus extremer Hitze und Wasserknappheit ist besonders gefährlich für die Landwirtschaft, die Wasserressourcen und die Ökosysteme und kann zu weit verbreiteten Ernteausfällen, schwerem Wassermangel und erhöhtem Baumsterben führen, was erhebliche wirtschaftliche und ökologische Folgen hat. 

In einigen Regionen können lang anhaltende und intensive Hitzewellen - insbesondere solche, die mit anhaltenden blockierenden Hochdrucksystemen einhergehen - eine Hauptursache für die Entstehung oder Verschlimmerung von Dürrezuständen sein, da sie die Fähigkeit des Systems, den erhöhten Verdunstungsbedarf zu bewältigen, überfordern.

Verständnis und Umgang mit den Auswirkungen von Hitzewellen

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass eine Hitzewelle weit mehr ist als nur ein paar heiße Tage. Es handelt sich um ein komplexes meteorologisches Phänomen, das in erster Linie durch anhaltende Hochdrucksysteme ausgelöst wird und durch längere Perioden mit ungewöhnlich hohen Temperaturen gekennzeichnet ist, einschließlich entscheidend erhöhter nächtlicher Tiefstwerte. 

Die Definition ist regional unterschiedlich, wird aber in der Regel nach Temperaturschwellen (absolut oder relativ), Dauer und manchmal nach zusammengesetzten Indizes klassifiziert. Die Auswirkungen von Hitzewellen sind erheblich und weitreichend und beeinträchtigen die menschliche Gesundheit, die Landwirtschaft, kritische Infrastrukturen und natürliche Ökosysteme. 

Außerdem sind Hitzewellen untrennbar mit Dürren verbunden und verstärken oft die Auswirkungen der jeweils anderen in gefährlichen Kombinationen. 

Das Verständnis der vielschichtigen Natur von Hitzewellen und ihrer Wechselwirkungen mit anderen Klimaextremen ist für eine wirksame Vorhersage, die Vorsorge für die öffentliche Gesundheit, die Infrastrukturplanung und den Aufbau von Klimaresilienz in einer sich erwärmenden Welt unerlässlich.