Ob April-Hitze in Südspanien oder Sturzfluten im Ahrtal: Extremes Wetter erzeugt jedes Mal auch eine Debatte, wie stark der Klimawandel dazu beigetragen hat. Denn Naturkatastrophen gab es schon immer – hätte es diese hier ohne Klimawandel nicht gegeben? Die Attributionsforscherin Friederike Otto untersucht seit zehn Jahren, wie man diese Frage für einzelne Ereignisse beantwortet. Manche Wetterkatastrophen wären demnach ohne die Erderwärmung quasi unmöglich gewesen, bei anderen wiederum offenbart sich vor allem menschliche Fehlplanung.

»Spektrum.de«: Heute, am Tag unseres Gesprächs, ist der 25. April 2023. Für die nächsten Tage sind in Teilen Spaniens Temperaturen von über 35 Grad Celsius vorhergesagt. Wenn Sie zu dieser Hitzewelle eine Attributionsstudie erstellen würden, wie würden Sie vorgehen?

Friederike Otto: Wir machen eine Attributionsstudie, wenn ein Ereignis viele Menschen beeinträchtigt. Das ist das wichtigste Kriterium für uns. Hier wäre das wahrscheinlich der Fall, denn es ist extrem früh im Jahr für derart hohe Temperaturen. Hitzewellen sind ohnehin mit Abstand die tödlichsten Extremereignisse; besonders gefährlich sind sie aber am Anfang der Saison, wenn die Menschen noch nicht an die Hitze gewöhnt sind.

Welchen Unterschied macht es, wenn die Hitze früher kommt?

Die Todeszahlen sind bei früheren Hitzewellen höher. Im Hochsommer rechnen die Menschen damit und verhalten sich anders, bleiben etwa tagsüber in ihren Häusern. In Spanien sind die meisten Städte immerhin auf hohe Temperaturen ausgelegt, anders als etwa London, wo im Sommer 2022 bis zu 40 Grad Celsius herrschten.

Nehmen wir an, Sie entscheiden sich, die Studie durchzuführen. Was folgt dann?

Wir definieren das Ereignis. Denn je nachdem, wie man auf eine Hitzewelle schaut, erhält man ein anderes quantitatives Ergebnis für den Einfluss des Klimawandels. Würde man die Temperaturen gemittelt über den gesamten April in Spanien betrachten, erhielte man ein anderes Ergebnis, als wenn man sich etwa auf die Maximaltemperaturen über zwei oder drei Tage in den am meisten betroffenen Gebieten fokussiert. Letzteres würde man vermutlich tun, denn dieser Faktor ist besonders wichtig, was die Auswirkung auf die Gesundheit angeht. Ebenso könnte man sich Hitzestress angucken, also die Kombination von Feuchtigkeit und Hitze. Das wäre beispielsweise in tropischen Gebieten sinnvoll.

Dann haben Sie also definiert, was genau Sie untersuchen wollen …

Anschließend werten wir die Beobachtungsdaten zu den Variablen aus, die wir ansehen wollen. Zum einen prüfen wir: Wie heiß war es wirklich, was ist das tatsächliche Ereignis? In den Beobachtungsdaten der letzten zirka 100 Jahre gibt es Trends. Anschließend folgt die eigentliche Attribution. Anhand von Klimamodellen bestimmen wir, wie wahrscheinlich das gemessene Ereignis in unserer heutigen Welt ist – ist es ein Jahrhundertereignis, ein Jahrzehntereignis? Das vergleichen wir dann mit möglichem Wetter in der Welt, wie sie ohne Klimawandel gewesen wäre.

Dazu simulieren Sie eine Welt, die keine menschengemachten Treibhausgase kennt?

Genau. Weil wir sehr genau wissen, wie viele Treibhausgase seit Beginn der industriellen Revolution in die Atmosphäre gelangt sind, können wir sie in Klimamodellen aus der Atmosphäre »entfernen« und damit die Welt simulieren, wie sie ohne Klimawandel wäre. Dann vergleichen wir: Was ist mögliches Wetter in jener Welt – ist das beobachtete Ereignis dann immer noch ein Jahrhundertereignis?

Wenn ja, schließen wir daraus, dass der Klimawandel keinen Einfluss hat. Wenn sich aber herausstellt, dass wir heute alle zwei Jahre mit einem Ereignis rechnen müssen, das in der hypothetischen Welt ein Jahrhundertereignis gewesen wäre, dann ist der Unterschied dem Klimawandel zuzuordnen. Denn die beiden möglichen Welten unterscheiden sich allein durch den Klimawandel. Das ist der eigentliche Attributionsschritt.

Für das Wetter in der heutigen Welt nutzen Sie also sowohl Beobachtungsdaten als auch Simulationen?

Wir haben Beobachtungsdaten über die letzten zirka 100 Jahre. Während dieser Zeit hat sich zum einen das Klima verändert – noch in den 1950er Jahren waren die klimatischen Bedingungen ganz andere als heute. Außerdem haben sich noch weitere Dinge geändert, die Urbanisierung oder die Abholzung von Wäldern etwa haben ebenfalls einen großen Einfluss auf die Temperatur. In den Modellen können wir nur einen dieser Faktoren ändern und die anderen konstant lassen, etwa die Treibhausgase, und damit den Einfluss verschiedener Faktoren quantifizieren.

Zum anderen zeigen Beobachtungsdaten nur eine Realisierung möglichen Wetters – dasjenige, das tatsächlich stattgefunden hat. Wir wollen aber wissen, was überhaupt mögliches Wetter ist in der Welt, in der wir heute leben. Und letztendlich kann man allein auf Grundlage von Beobachtungen aus 100 Jahren keine Aussage über ein Jahrhundertereignis treffen. Man muss zumindest statistische Modelle hinzuziehen.

Es gibt also zwei Gründe: Zum einen brauchen wir mehr Daten, um überhaupt Statistik zu Extremereignissen betreiben zu können. Zum anderen wollen wir den Klimawandeleffekt isolieren.

»Noch in den 1950er Jahren waren die klimatischen Bedingungen ganz andere als heute«

Wie oft lassen Sie ein Modell laufen, um das heutige Wetter zu simulieren?

Wir nutzen immer so viele verschiedene Modelle wie möglich, denn keines ist perfekt. Meist haben wir anfangs etwa 70 verschiedene Modelle, von denen jedes zwischen 2 und 200 Simulationen hat. Wir haben also sehr viele Daten. Doch bevor wir den Attributionsschritt machen, müssen wir jedes Modell daraufhin evaluieren, ob es das untersuchte Ereignis sinnvoll simulieren kann. Dann endet man nicht mit 70 Modellen, sondern in guten Fällen mit zehn – oder auch mal mit gar keinem.

Wann ist das der Fall?

Es gibt Extremereignisse, die derzeit kein Klimamodell sinnvoll simulieren kann. Wir werden beispielsweise immer wieder gebeten, Attributionsstudien zu Tornados zu machen. Diese finden aber auf so kleinen Skalen statt, dass die vorhandenen Modelle das nicht auflösen. Zwar gibt es inzwischen Modelle, die eine Auflösung von wenigen Kilometern haben, aber dazu existieren vielleicht ein oder zwei Simulationen. Damit kann man keine Statistik über Extremereignisse machen.

Man könnte mit Blick auf die Attributionsforschung sagen: Wir wissen ja bereits, dass der Klimawandel Extremereignisse wahrscheinlicher macht, seien es Hitzewellen oder Starkregenereignisse, möglicherweise auch Hurrikans …

Nein, das stimmt nicht für alle. Hitzewellen ja, Starkregen auch. Und ebenso die Regenfälle, die mit Hurrikans assoziiert werden. Aber es gibt keine Trends zu mehr Hurrikans, schon gar nicht global. Und auch in Bezug auf Dürren verhält es sich von Region zu Region sehr unterschiedlich.

Warum ist es wichtig, für einzelne Ereignisse den Anteil des Klimawandels auszumachen?

Für eine Hitzewelle bräuchte man eigentlich keine Studie mehr zu machen. Wir wissen, dass alle Hitzewellen deutlich wahrscheinlicher, länger und intensiver geworden sind. Wenn es also rein darum ginge herauszufinden, ob der Klimawandel einen Einfluss hat oder nicht, dann wäre dazu keine Studie nötig. Für die meisten Ereignisse ist es jedoch nicht von vornherein klar, zumindest in bestimmten Regionen. Außerdem finden wir nicht nur heraus, wie viel wahrscheinlicher ein Ereignis ist.

»Wir betrachten nicht nur das Wetter, sondern fragen: Wen hat das Wetter beeinträchtigt, welche Teile der Bevölkerung haben am meisten gelitten und warum?«

Was verrät Ihnen eine Attribution noch?

Letztes Jahr haben wir zum Beispiel die extremen Überschwemmungen in Nigeria untersucht und waren sehr überrascht, wie groß die Rolle des Klimawandels ist: Die Wahrscheinlichkeit für das Extremereignis hatte sich um den Faktor 80 erhöht. Die Erwärmung kann also nicht der einzige Grund sein, denn dadurch würde sich die Wahrscheinlichkeit vielleicht verdoppeln. Es hat sich demnach auch etwas in der atmosphärischen Zirkulation verändert. Solche wichtigen Erkenntnisse erhält man erst durch Attributionsstudien.

Sie betrachten aber auch andere, menschengemachte Faktoren.

Wir betrachten nicht nur das Wetter, sondern fragen auch: Wen hat das Wetter beeinträchtigt, welche Teile der Bevölkerung haben am meisten gelitten und warum? Gab es Frühwarnsysteme, und falls ja, haben sie diese Menschen erreicht? So wollen wir herausfinden, welche Faktoren maßgeblich zu den Schäden beigetragen haben. Letztendlich können wir dann Informationen liefern, auf welche Bereiche man sich mit Anpassungsmaßnahmen fokussiert.

In welchen Fällen waren andere Einflüsse ausschlaggebender für eine Katastrophe als der Klimawandel selbst?

Die schwere Dürre in Madagaskar von 2019 bis 2021 etwa war ein extrem seltenes Ereignis, der Klimawandel hatte auf den Regen allerdings keinen großen Einfluss. In diesem Gebiet gibt es immer wieder Jahre mit sehr wenig Niederschlag. Das große Problem ist aber, dass die Menschen in der Region ausschließlich von Landwirtschaft leben. Wenn der Regen tatsächlich einmal ausbleibt und diese Einkommensquelle wegbricht, hat das katastrophale Konsequenzen. Hinzu kamen Reisebeschränkungen durch die Pandemie, wodurch die Menschen nicht in andere Landesteile ausweichen und dort anderweitig Einkommen erwirtschaften konnten. Es kamen also viele verschiedene Faktoren zusammen. Das ist aber meistens der Fall, ebenso bei den Überschwemmungen in Deutschland 2021.

Sie haben auch die Sturzfluten in Deutschland im Jahr 2021 analysiert?

Der Klimawandel spielte dabei zwar eine Rolle. Zum einen war dort aber die Geografie ein Problem, weil die Niederschläge in sehr engen Tälern fielen und die Flüsse damit extrem schnell vollliefen. Zum anderen sind dort fast alle Böden versiegelt. Das Wasser konnte also nicht versickern, wodurch die Pegel wahnsinnig schnell angestiegen sind.

Außerdem haben die Frühwarnsysteme nicht funktioniert. Der Wetterdienst hat zwar Warnungen herausgegeben, die haben die Bewohner in den meisten Fällen jedoch nicht erreicht – und wenn doch, dann wussten sie nicht, was sie mit der Information anfangen sollen. Es gab keine Evakuierungspläne oder Informationen, welche Straßen noch sicher sind. Diese Faktoren spielen gerade bei den Todeszahlen eine viel größere Rolle als der Klimawandel.

Heute analysieren Sie Extremereignisse mit dem Team der World Weather Attribution fast in Echtzeit, früher dauerte es Monate. Wie funktioniert das so schnell?

An einer Studie arbeiten immer rund 20 Personen. Ein Teil von ihnen, das Core-Team, bleibt immer gleich. Mit mir am Imperial College London arbeiten zwei Postdocs, drei arbeiten in den Niederlanden, und schließlich sind drei Personen vom Roten Kreuz immer dabei. Sie machen die Vulnerabilitäts-Analysen, das heißt, sie untersuchen etwa, ob es Hitzeaktionspläne gab oder welche Bevölkerungsgruppen am meisten litten. Neun bis zehn Leute sind also immer beteiligt und seit vielen Jahren ein eingespieltes Team. Deshalb funktioniert das Ganze so schnell.

Spielt Rechenzeit eine Rolle?

Fast nicht.

Tatsächlich? Sie hatten mal ein spannendes Projekt namens weather@home. Dabei haben Sie einzelne Teile Ihrer Simulationen auf privaten Rechnern von Freiwilligen laufen lassen …

Als ich vor zehn Jahren angefangen habe, Attributionsforschung zu betreiben, gab es von den großen Klimamodellen vielleicht eine oder zwei Simulationen. Man konnte sie für Extremwetter also im Grunde nicht verwenden. Und darum wurde an der University of Oxford, an der ich damals geforscht habe, das Projekt weather@home gestartet. Dabei wurde ein vom britischen Wetterdienst entwickeltes Klimamodell sozusagen in kleine Stückchen aufgeteilt und anschließend haben wir Teile der Simulation auf den PCs von Privatpersonen laufen lassen. Damit erhielten wir viele Simulationen möglichen Wetters. Von daher war das zum damaligen Zeitpunkt die einzige Möglichkeit, solche Studien zu machen. Das hat sich aber seither geändert.

»Ich würde mir wirklich wünschen, dass die großen Wetterdienste Extremereignisse wie die Hitzewelle in Spanien untersuchen«

Welche Infrastruktur nutzen Sie heute?

Die Kapazität von Großrechnern hat sich stark verändert. Die großen Klimarechenzentren – das britische Met Office, die amerikanische National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) und die Max-Planck-Gesellschaft, die alle ihre Klimamodelle haben – haben heute viele Simulationen, so dass sie sich auch für unsere Attributionsstudien eignen. Damit haben wir jetzt die Möglichkeit, viele verschiedene Modelle zu verwenden, und können die systematischen Fehler einzelner Modelle zumindest erkennen – wenn auch nicht umgehen.

Sie haben 2021 eine Anleitung veröffentlicht, wie man eine Attributionsstudie macht – auch, um die Attribution in die Anwendung zu bringen, so dass zum Beispiel Wetterdienste den Service übernehmen können. Geschieht das bereits?

Der Wetterdienst in UK, das Met Office, hat ein »Attribution Team«, das ab und zu schnelle Studien durchführt. Das Bureau of Meteorology in Australien hat ebenfalls ein solches Team. Es hat aber noch nicht aktiv mit der Arbeit begonnen, weil gerade in Australien das politische Klima lange Zeit etwas schwierig war. Ich nehme aber an, dass sich das innerhalb des nächsten Jahres ändern wird.

Der Deutsche Wetterdienst (DWD) verweist bislang auf die World Weather Attribution.

Der DWD wollte das ursprünglich machen, hat jedoch kein Personal dafür. Das Einzige, was man dazu braucht, sind Menschen, die wissen, wie es geht. Man benötigt kaum Rechenzeit, es ist auch nicht wahnsinnig kompliziert. Man bräuchte ein drei- bis vierköpfiges Team, das genau dann eine Studie erstellt, wenn ein Extremereignis stattfindet.

Was ist für Sie jetzt, wo Sie Methoden standardisiert haben, das Wichtigste, was man bei der Attributionsforschung verbessern muss?

Ich würde mir wirklich wünschen, dass die großen Wetterdienste Extremereignisse wie die Hitzewelle in Spanien untersuchen. Wenn das sonst keiner tut, sehe ich aber nach wie vor einen Mehrwert darin, diese Studien durchzuführen. Denn die Frage nach der Rolle des Klimawandels wird immer aufkommen. Wenn die Wissenschaft dazu schweigt, geben andere Menschen alle möglichen Antworten. Insofern bringt die Attribution zum einen Evidenz in die Debatte, die ohnehin stattfindet.

Zum anderen haben wir bislang kein Inventar über die globalen Auswirkungen des Klimawandels. Das Bild, was er konkret bedeutet und wie er uns oder unsere Gesellschaft beeinträchtigt, ist nach wie vor sehr lückenhaft. Wir haben lediglich ein paar Schnappschüsse. Vor allem gibt es bislang viele Studien im globalen Norden – in vielen Ländern des globalen Südens nach wie vor aber sehr wenige. Genauso müsste man viel systematischer untersuchen, welche Teile der Bevölkerung von einem Ereignis am meisten betroffen sind, um anhand solcher Informationen konkrete Anpassungsmaßnahmen in die Wege zu leiten.

»Wir finden in den Studien fast immer heraus, dass viele der Schäden durch lokale Entscheidungen entstehen«

Was verstehen Sie unter Anpassung?

Bei Anpassung denken die meisten Menschen an Infrastruktur, etwa Staudämme. Doch um mit den Folgen des Klimawandels klarzukommen, braucht es andere Dinge, etwa Frühwarnsysteme. Die gilt es nicht nur aufzubauen, sondern man muss in Menschen investieren, in Informationen, soziale Systeme, Gesundheitssysteme. All das leistet einen viel größeren Beitrag dazu, Gesellschaften für die Folgen des Klimawandels weniger anfällig zu machen. Ich sehe eine große Aufgabe darin, das noch viel deutlicher mit Zahlen und Evidenz zu belegen und so zu kommunizieren, dass es wirklich verstanden wird.

Angesichts der Katastrophen, mit denen Sie sich täglich beschäftigen: Wie schaffen Sie es, trotzdem hoffnungsvoll in die Zukunft zu blicken?

Wir finden in den Studien fast immer heraus, dass viele der Schäden durch lokale Entscheidungen entstehen. Das ist einerseits tragisch, andererseits eröffnet es unglaublich viel Handlungsspielraum. Natürlich müssen wir global aufhören, fossile Ressourcen zu verbrennen. Das ist ein ganz wichtiger Faktor. Doch zusätzlich lässt sich auf der Ebene von Städten, Gemeinden oder Regionen viel unternehmen, um mit den Auswirkungen des Klimawandels besser klarzukommen. Das ist im Prinzip eine gute Nachricht.

Es ist zwar frustrierend, wenn sich die gesamte politische Debatte auf unsinnige Themen wie eine hypothetische CO₂-Abscheidung aus der Luft fokussiert. Aber wenn man lokal mit Entscheidungsträgern zusammenarbeitet, eröffnet das meist sehr viele Möglichkeiten. Man merkt, dass man an den wichtigen Stellschrauben tatsächlich drehen kann, ohne die einhellige Zustimmung von allen Regierungsvertretern der Welt zu bekommen.

Sie zerteilen die globale Bedrohung Klimawandel in einzelne lokale Aufgaben?

Zwar sind die Hürden hier immer noch sehr hoch, aber alles ist machbar. Es ist kein Asteroid, der uns auf den Kopf fällt.