Von 2016 bis 2019 registrierten Meteorologen weltweit Rekordhitzewellen, verheerende Waldbrände in Kalifornien und Australien und die längste je verzeichnete Serie tropischer Wirbelstürme der Kategorie 5. Die Zahl der Extremwetterereignisse ist in den letzten 40 Jahren gestiegen, und laut aktuellen Prognosen wird sich der Trend fortsetzen. Aber sind diese Naturkatastrophen nicht einfach nur Unwetter? Oder sind sie auf den Klimawandel zurückzuführen? Um das zu beantworten, muss man die Unterschiede zwischen Wetter und Klima verstehen: Wie definiert man sie, wie sagt man sie voraus und was zeigen die Vorhersagen an? Meteorologen bezeichnen Wetter als Zustände der Atmosphäre zu einer bestimmten Zeit an einem bestimmten Ort. Derzeit lässt sich das Wetter einer Region für die nächste Woche mit einer Genauigkeit von etwa 80 % vorhersagen. Das Klima sind die durchschnittlichen atmosphärischen Zustände einer Region über Zeiträume von einem Monat oder mehr. Klimavorhersagen prognostizieren Durchschnittstemperaturen für Jahrzehnte, geben aber keine Auskunft über bestimmte Wetterereignisse. Diese beiden Arten Vorhersagen liefern also verschiedene Informationen, weil sie auf unterschiedlichen Daten basieren. Für eine Wettervorhersaage müssen Meterologen die Ausgangszustände der Atmosphäre bestimmen. Aktuelle Niederschlagsmengen, Luftdruck, Luftfeuchtigkeit, Windgeschwindigkeit und Windrichtung bestimmen das Wetter einer Region. Zweimal täglich lassen Meteorologen von über 800 Stationen weltweit Ballons in die Atmosphäre steigen. Sie tragen Instrumente, sogenannte Radiosonden, messen die Ausgangszustände und übertragen die Ergebnisse an die Wetterstationen. Meteorologen lassen die Daten durch numerische Vorhersagemodelle laufen, die die endgültige Prognose erstellen. Doch leider kann dieses globale Datennetz keine perfekte Vorhersage liefern, denn das Wetter ist ein grundsätzlich chaotisches System. Es ist äußerst empfindlich, und ohne genaueste Kenntnisse der Elemente des Systems lässt sich unmöglich eine perfekte Vorhersage treffen. Innerhalb von nur zehn Tagen können kleinste Störungen die atmosphärischen Bedingungen massiv beeinflussen. Das macht eine zuverlässige Vorhersage über zwei Wochen hinaus unmöglich. Klimavorhersagen hingegen sind wesentlich zuverlässiger. Das liegt zum Teil daran, dass das Klima einer Region per Definition der Durchschnitt all ihrer Wetterdaten ist. Außerdem berücksichtigen Klimaprognosen nicht, was derzeit in der Atmosphäre passiert, sondern konzentrieren sich darauf, was passieren könnte. Diese Parameter werden als Randbedingungen bezeichnet, und wie ihr Name sagt, wirken sie als Beschränkung für Klima und Wetter. Ein Beispiel für eine Randbedingung ist die Sonneneinstrahlung. Analysiert man Entfernung und Winkel zwischen einem Ort und der Sonne, lässt sich die Wärmemenge bestimmen, die das Gebiet erhält. Da das Verhalten der Sonne im Lauf des Jahres bekannt ist, kann man ihre Auswirkungen auf die Temperatur vorhersagen. Über Jahre ermittelte Durchschnittsdaten lassen – einschließlich Jahreszeiten – periodische Muster erkennen. Die meisten Randbedingungen haben genau definierte Werte, die sich nicht oder kaum ändern. Deshalb können Forscher das Klima Jahre im Voraus exakt vorhersagen. Aber hier wird es schwierig. Selbst die kleinste Änderung der Randbedingungen bewirkt eine viel größere Verschiebung im chaotischen Wettersystem. So ist zum Beispiel die Oberflächentemperatur der Erde in den letzten 150 Jahren um fast ein Grad Celsius gestiegen. Das mag geringfügig erscheinen, doch dieser Anstieg um ein Grad hat etwa so viel Energie wie eine Million Nuklearsprengköpfe in die Atmosphäre gebracht. Der massive Energieanstieg hat zu einer dramatischen Zunahme von Hitzewellen, Dürren und Sturmfluten geführt. Ist also die Zunahme der Wetterextreme auf Zufall oder Klimawandel zurückzuführen? Die Antwort lautet: Zwar bleibt das Wetter immer ein chaotisches System, doch die Veränderungen des Klimas erhöhen die Wahrscheinlichkeit extremer Wetterereignisse. Die Wissenschaft ist sich nahezu einig, dass sich das Klima verändert und dass menschliche Aktivitäten diesen Prozess beschleunigen. Aber zum Glück kann man feststellen, welche Verhaltensweisen das Klima am meisten beeinflussen, indem man verfolgt, welche Randbedingungen sich verschieben. Auch wenn das Wetter des nächsten Monats wohl immer ein Rätsel bleibt, können wir gemeinsam das Klima der nächsten Jahrhunderte schützen.
From 2016 to 2019, meteorologists saw record-breaking heat waves around the globe, rampant wildfires in California and Australia, and the longest run of category 5 tropical cyclones on record. The number of extreme weather events has been increasing for the last 40 years, and current predictions suggest that trend will continue. But are these natural disasters simply bad weather? Or are they due to our changing climate? To answer this question we need to understand the differences between weather and climate— what they are, how we predict them, and what those predictions can tell us. Meteorologists define weather as the conditions of the atmosphere at a particular time and place. Currently, researchers can predict a region’s weather for the next week with roughly 80% accuracy. Climate describes a region’s average atmospheric conditions over periods of a month or more. Climate predictions can forecast average temperatures for decades to come, but they can’t tell us what specific weather events to expect. These two types of predictions give us such different information because they’re based on different data. To forecast weather, meteorologists need to measure the atmosphere’s initial conditions. These are the current levels of precipitation, air pressure, humidity, wind speed and wind direction that determine a region’s weather. Twice every day, meteorologists from over 800 stations around the globe release balloons into the atmosphere. These balloons carry instruments called radiosondes, which measure initial conditions and transmit their findings to international weather centers. Meteorologists then run the data through predictive physics models that generate the final weather forecast. Unfortunately, there’s something stopping this global web of data from producing a perfect prediction: weather is a fundamentally chaotic system. This means it’s incredibly sensitive and impossible to perfectly forecast without absolute knowledge of all the system’s elements. In a period of just ten days, even incredibly small disturbances can massively impact atmospheric conditions— making it impossible to reliably predict weather beyond two weeks. Climate prediction, on the other hand, is far less turbulent. This is partly because a region’s climate is, by definition, the average of all its weather data. But also because climate forecasts ignore what’s currently happening in the atmosphere, and focus on the range of what could happen. These parameters are known as boundary conditions, and as their name suggests, they act as constraints on climate and weather. One example of a boundary condition is solar radiation. By analyzing the precise distance and angle between a location and the sun, we can determine the amount of heat that area will receive. And since we know how the sun behaves throughout the year, we can accurately predict its effects on temperature. Averaged across years of data, this reveals periodic patterns, including seasons. Most boundary conditions have well-defined values that change slowly, if at all. This allows researchers to reliably predict climate years into the future. But here’s where it gets tricky. Even the slightest change in these boundary conditions represents a much larger shift for the chaotic weather system. For example, Earth’s surface temperature has warmed by almost 1 degree Celsius over the last 150 years. This might seem like a minor shift, but this 1-degree change has added the energy equivalent of roughly one million nuclear warheads into the atmosphere. This massive surge of energy has already led to a dramatic increase in the number of heatwaves, droughts, and storm surges. So, is the increase in extreme weather due to random chance, or changing climate? The answer is that— while weather will always be a chaotic system— shifts in our climate do increase the likelihood of extreme weather events. Scientists are in near universal agreement that our climate is changing and that human activity is accelerating those changes. But fortunately, we can identify what human behaviors are impacting the climate most by tracking which boundary conditions are shifting. So even though next month’s weather might always be a mystery, we can work together to protect the climate for centuries to come.