Attributionsforschung: Extremwetter richtig einordnen

Die Attributionsforschung untersucht, ob und wie der menschengemachte Klimawandel die Wahrscheinlichkeit oder Intensität eines festgelegten Wetterereignistyps verändert. Ein Ereignistyp ist eine bestimmte Art von Wetterereignis. Wahrscheinlichkeit bedeutet die Chance, dass etwas eintritt. Intensität bedeutet hier die Stärke eines Ereignisses, zum Beispiel seine Regenmenge.

Wetter beschreibt den Zustand draußen zu einer bestimmten Zeit. Klima beschreibt typische Wetterverhältnisse und ihre Schwankungen über viele Jahre, meist mehrere Jahrzehnte. Ein einzelner heißer Tag ist deshalb noch keine Beschreibung des Klimas.

Für eine Untersuchung müssen Ort, Dauer und ein messbares Merkmal feststehen. Bei Regen kann das eine bestimmte Menge innerhalb eines Tages sein. Ein Millimeter Regen entspricht einem Liter Wasser pro Quadratmeter. Eine Studie zu Tagesregen untersucht etwas anderes als eine Studie zur Regenmenge eines ganzen Monats.

Die Forschungsfrage lautet etwa: Wie hat der menschliche Klimaeinfluss die Chance solcher Regenereignisse verändert? Ein Wahrscheinlichkeitsfaktor ist keine Angabe darüber, mit welcher Wahrscheinlichkeit der Klimawandel ein einzelnes Ereignis verursacht hat. Auch Schäden lassen sich daraus nicht direkt ablesen: Sie hängen unter anderem davon ab, wo und wie Menschen bauen.

Die faktische Welt ist die Welt mit den bekannten menschlichen Einflüssen auf das Klima. Die kontrafaktische Welt ist eine berechnete Vergleichswelt ohne menschengemachten Klimawandel. Natürliche Einflüsse und Wetterschwankungen werden auch in dieser Vergleichswelt berücksichtigt.

Forscher nutzen Beobachtungen und Klimamodelle. Ein Klimamodell ist ein Rechenmodell, das wichtige Vorgänge des Klimasystems mithilfe von Naturgesetzen beschreibt. Damit berechnen Forscher viele mögliche Wetterverläufe für beide Welten. Sie beobachten also keine zweite Erde.

Für den Vergleich bleiben die untersuchte Region, die Dauer und die Grenze des Ereignisses gleich. Die Forscher prüfen dann, wie häufig das festgelegte Ereignis in beiden Welten vorkommt und wie sich seine Stärke unterscheidet. So lässt sich der menschliche Klimaeinfluss untersuchen.

Vorher müssen die Forscher prüfen, ob die Rechenmodelle das untersuchte Wetter und seine beobachtete Häufigkeit ausreichend gut wiedergeben. Ein einzelnes kühles Jahr ist keine kontrafaktische Welt. Auch ein älterer Zeitraum aus Messungen ersetzt diesen berechneten Vergleich nicht.

Eine jährliche Wahrscheinlichkeit gibt die Chance an, dass das festgelegte Ereignis innerhalb eines Jahres mindestens einmal eintritt. Der Wahrscheinlichkeitsfaktor vergleicht diese Chance in der Welt mit menschlichem Klimaeinfluss mit der Chance in der Welt ohne ihn. Dazu teilt man die erste Wahrscheinlichkeit durch die zweite. Faktor 1 bedeutet keine Änderung, ein Faktor über 1 eine höhere und ein Faktor unter 1 eine niedrigere Wahrscheinlichkeit.

Faktor 2 bedeutet doppelte Wahrscheinlichkeit, also eine relative Zunahme um 100 %. Das ist etwas anderes als Prozentpunkte: Steigt eine Chance von 5 % auf 10 %, steigt sie um 5 Prozentpunkte, aber relativ um 100 %. Der Wahrscheinlichkeitsfaktor beschreibt keine Änderung der Regenmenge oder einer anderen Stärke.

Die Wiederkehrperiode beschreibt einen mittleren Abstand zwischen Ereignissen bei gleichbleibenden Klimabedingungen und gleicher Ereignisdefinition. Sie ist kein fester Zeitplan. Ereignisse können auch in aufeinanderfolgenden Jahren auftreten. Für die Rechnung steht p für die jährliche Wahrscheinlichkeit als Dezimalzahl und T für die Zahl der Jahre der Wiederkehrperiode. Dann gilt T = 1/p. Zum Beispiel schreibt man 5 % als p = 0{,}05.

Die Intensität beschreibt dagegen die Stärke, etwa die Regenmenge. Für einen Vergleich muss feststehen, welche Stärke unter welchen Bedingungen verglichen wird. Eine Studie kann zum Beispiel Regenmengen bei derselben Wiederkehrperiode vergleichen. Eine veränderte Wahrscheinlichkeit beweist für sich genommen keine bestimmte Änderung der Intensität. Auch eine Aussage über die Intensität eines Ereignistyps bedeutet nicht, dass jeder einzelne Regenguss genau dieselbe Änderung zeigt.

Beobachtungen zeigen eine tatsächlich eingetretene Wetterfolge. Besonders seltene Ereignisse kommen darin nur wenige Male vor. Deshalb reichen Beobachtungen allein häufig nicht aus, um eine Änderung sicher einzugrenzen. Auch Rechenmodelle bilden die Wirklichkeit vereinfacht ab. Wichtig ist, ob sie das untersuchte Wetter gut wiedergeben und ob verschiedene geeignete Berechnungen zu ähnlichen Ergebnissen führen.

Eine Bandbreite zeigt hier einen Bereich möglicher Ergebnisse. Eine breite Spanne bedeutet, dass sich die Änderung nur ungenau eingrenzen lässt. Beim Wahrscheinlichkeitsfaktor steht 1 für keine Änderung. Bei einer Änderung der Intensität steht 0 % für keine Änderung. Enthält eine Spanne Werte auf beiden Seiten dieser Grenze, ist eine eindeutige Zu- oder Abnahme durch diese Ergebnisse nicht abgesichert.

Ein Beispiel liefert der Deutsche Wetterdienst, kurz DWD, in seinem Newsletter vom Februar 2024 zu den Weihnachtsniederschlägen 2023–2024. Untersucht wurde ein ausgewähltes Gebiet in Niedersachsen. Die Ereignisgröße war die größte mittlere Niederschlagsmenge eines Monats innerhalb der Monate November bis Januar. Die Angaben gelten für dieses Gebiet und diese Ereignisgröße, nicht allgemein für Starkregen in Deutschland. Die genaue Gebietsgrenze wird in den hier verfügbaren Angaben nicht genannt.

Die Studie verband Beobachtungen mit geeigneten Rechenmodellen. Sie verglich das damalige Klima mit einem etwa 1,2 °C kälteren Klima. Das Zeichen °C bedeutet Grad Celsius und bezeichnet hier die Einheit des Temperaturunterschieds. Die Erwärmungsangabe gehört zum Stand des Newsletters vom Februar 2024. Der Zeitraum 1961–1990 diente dagegen als Vergleich für die Auswahl des besonders nassen Gebiets; er ist nicht mit der kontrafaktischen Welt gleichzusetzen.

Die mittlere Schätzung für den Wahrscheinlichkeitsfaktor betrug etwa 1,8, die Spanne reichte aber von 0,1 bis 140. Für die Intensität wurde eine Zunahme der untersuchten Niederschlagsgröße um etwa 5 % geschätzt, mit einer Spanne von −7 % bis +21 %. Beide Spannen umfassen auch keine Änderung sowie eine Abnahme. Deshalb ist bei diesem Fall keine eindeutige Zunahme abgesichert. Eine bestimmte Prozentangabe dazu, mit welcher Sicherheit diese Bandbreiten gelten, liegt hier nicht vor. Die Intensitätsangabe beschreibt außerdem keine entsprechende Änderung von Hochwasserständen oder Schäden.