Klimaänderungen in Westafrika

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Westafrika reicht von der südlichen Sahara im Norden bis zur Atlantikküste im Süden und von der westlichen Atlantikküste bis zur Ostgrenze von Niger und Nigeria. Die Abgrenzungen sind nicht immer einheitlich; so wird Mauretanien von einigen Klassifizierungen dazu gerechnet, von anderen nicht. Wichtige Großlandschaften sind im Norden die trockene Sahelzone, die sich nach einigen Einteilungen auch über Westafrika hinaus bis zum Roten Meer erstreckt, und die tropische Küstenzone im Süden. Unter klimatischen Gesichtspunkten hat besonders die im Übergangsbereich von der Sahara zur südlich angrenzenden Feuchtsavanne gelegene Sahelzone Beachtung gefunden. Wie die große Dürre in den 1970er und 1980er Jahren gezeigt hat, ist die Sahelzone durch Klimaänderungen besonders gefährdet.

1 Klimatische Bedingungen

Abb. 1: Mittlerer Jahresniederschlag in Westafrika in mm

Die Temperaturen unterscheiden sich in Westafrika im Laufe des Jahres nur geringfügig. Der Jahresgang wird primär durch den Niederschlag bestimmt, der ausgeprägte Regen- und Trockenzeiten verursacht. Im Nord-Winter kommt es zu starken Niederschlägen über dem Ozean vor der Südküste Westafrikas, im anschließenden Frühjahr (April-Juni) über der tropischen Küstenzone und im Sommer (Juli-September) über der Sahelzone. Westafrika liegt im Bereich verschiedener Strömungssysteme, die den Jahresgang der Niederschläge bestimmen. Traditionell wurden die sommerlichen Niederschläge im Sahel durch die Wanderung der Innertropischen Konvergenzzone (ITCZ) nach Norden und die thermische Instabilität der Atmosphäre während des höchsten Sonnenstands erklärt. Danach bewirkt die hochstehende Sonne eine starke Verdunstung und das Aufsteigen der erwärmten Luftmassen. Die Luft kühlt sich in der Höhe ab, wodurch der Wasserdampf kondensiert und es zum Niederschlag kommt. Dieses Bild ist nach neuerer Forschung allerdings nicht mehr gültig. Als ein Beleg dafür wird angeführt, dass die ITCZ im Hochsommer 1000 km nördlich von der Zone mit den höchsten Niederschlägen liegt.[1] Ein anderes Argument ist, dass die vor Ort entstehende Feuchtigkeit durch Verdunstung nur ein Drittel zu dem gesamten Niederschlag beiträgt.[2]

Abb. 2: Oberflächenwinde in Westafrika: Oberflächenwinde (Pfeile) und Luftdruck (in mb) über Westafrika im Winter (oben) und während des Höhepunkts des Sommermonsuns (unten).

Der Niederschlag in Westafrika hat weniger mit dem Aufeinandertreffen der vom Sonnenstand gesteuerten Passatwinde zu tun als mit dem Westafrikanischen Monsun, der im Sommer feuchte Luftmassen vom Atlantik bis in die Sahelzone transportiert. Der Westafrikanische Monsun wird durch den Temperaturgegensatz zwischen Land (vor allem der Sahara) und Ozean (dem äquatorialen Atlantik) angetrieben. Dadurch entsteht unter dem Einfluss der Corioliskraft eine südwestliche Strömung zwischen dem kühlen Atlantik vor der Südküste Westafrikas und dem Hitzetief der Sahara. Das sommerliche Hitzetief entwickelt sich über der westlichen Sahara und saugt feuchte Luftmassen aus dem Südwesten an. Im Hochsommer kommt es vor allem bei 10° N zum Aufsteigen dieser feuchten Luft und zum Niederschlag. Durch Kondensation wird dabei latente Wärme frei, die den Temperaturgegensatz zwischen dem Sahel und dem Atlantik weiter verstärkt, wodurch vermehrt feuchte Luftmassen ins Landesinnere gesogen werden.[1] Im Winter erreichen die Monsunniederschläge allenfalls den Küstensaum am Südrand Westafrikas.

Weniger ausgeprägt sind Niederschläge in einer zweiten Konvektionszone bei 20° N, in die auch Winde vom Mittelmeer her einströmen und Feuchtigkeit mitbringen.[1] Mit der Walker-Zirkulation verbundene Höhenströmungen (der Tropische Ostafrikanische Jet TEJ und der Afrikanische Ost-Jet AEJ) sind ebenfalls an der Steuerung des Systems beteiligt. Über diese östlichen Strömungen kann auch vom Indischen Ozean her feuchte Luft in die Sahelzone gelangen.[3]

Abb. 3: Vereinfachte Strömungsverhältnisse über Westafrika. TEJ= Tropischer Ostafrikanische Jet ; AEJ= Afrikanischer Ost-Jet

2 Klimaänderungen

In Westafrika und dem Sahel haben die Temperaturen zwischen 1970 und 2010 um 0,5-0,8 °C zugenommen.[4] Um Aussagen über die Trends der jährlichen Niederschläge zu machen, fehlen in vielen Gebieten ausreichende Beobachtungsdaten, wobei die vorliegenden Daten sich z.T. auch widersprechen. Die Niederschläge im Sahel zeigen nach vorliegenden Einschätzungen sowohl starke jährliche Schwankungen wie ausgeprägte Änderungen über Jahrzehnte.[2] Sie sind insgesamt im 20. Jahrhundert zurückgegangen, wobei es in den letzten 20 Jahren eine erneute Zunahme gegeben hat.[4]

Nach einigen trockenen Jahren nach 1910 waren die Sommer-Niederschläge im Sahel bis in die 1940er Jahre einigermaßen reichlich, mit Ausnahme von eher schwachen Dürrejahre 1940 und 1941.[1] In den 1950er bis in die 1960er Jahre hinein erlebte der Sahel dann eine ausgesprochen feuchte Periode mit 1-2 mm pro Monat über dem Mittel der Jahre 1900-2017.[5] In den 1970er und 1980er Jahren folgte darauf eine außergewöhnlich starke Dürreperiode, die in den frühen 1980ern schätzungsweise 100.000 Tote durch Hunger, Unterernährung und Krankheiten gefordert hat.[1] Zwischen 1968 und 1997 fielen im Mittel 37 % weniger Niederschlag als in der 30-Jahresperiode 1931-1960. Wahrscheinlich hat es seit Beginn der Messungen nirgendwo sonst auf der Welt so dramatische Veränderungen bei den Niederschlagsmitteln von Jahrzehnten gegeben.[1]

Abb. 4: Niederschläge im Juni-Oktober in der Sahelzone 1900-2013. Gezeigt ist die Abweichung vom Mittel der Jahre 1898–1993 als Index.

Nach 1990 erholten sich die Niederschläge im Sahel wieder, und auch der Abfluss der großen Flüsse der Region zeigte in den Jahren 1995-2010 einen Aufwärtstrend. So nahm der Abfluss beim Niger in den Jahren 1995-2010 um 19,2 km3/sec und Jahr zu.[3] Die jährlichen und räumlichen Schwankungen der Niederschläge waren in den letzten 20 Jahren jedoch stärker als in den Jahrzehnten davor,[1] was häufig mit verheerenden Überschwemmungen verbunden war.[3] So kam es bereits in den 1990er Jahren zu mehreren starken Überflutungen, von denen jeweils mehr als eine Million Menschen betroffen waren. Im neuen Jahrhundert verstärkten sich in den Jahren 2002, 2003, 2005, 2006 und 2007 die Hochwasserereignisse eher noch und richteten weitreichende Zerstörungen an. Die Überschwemmungen von 2007 wurden sogar als die schlimmsten Fluten in der Geschichte des Sahels eingeschätzt.[6] Auch die 2010er Jahre blieben nicht ohne Überschwemmungskatastrophen, so im September 2013 und im Juli und August 2016.[7]

3 Ursachen von Klimaänderungen

Worin liegen die Ursachen für die starken klimatischen Schwankungen in Westafrika, mit Dürre- und Starkregenphasen besonders im Sahel? Als Gründe für die Dürren in der 2. Hälfte des 20. Jahrhunderts wurden die unterschiedlichsten Einflussfaktoren angeführt wie die Veränderung der Bodenbedeckung, eine Erwärmung des Indischen Ozeans, die unterschiedliche Erwärmung zwischen Nord- und Südatlantik, Einflüsse des Mittelmeers usw.

3.1 Änderungen der Landoberfläche

Die ersten Erklärungen der großen Dürreperiode in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts bezogen sich auf Änderungen der Landoberfläche im Sahel durch Überweidung und Übernutzung infolge des starken Bevölkerungswachstums. Durch die verringerte Vegetationsbedeckung erhöhte sich nach dieser Auffassung die Albedo, wodurch mehr Sonneneinstrahlung reflektiert wurde, die Temperaturen absanken und es weniger Konvektion und Niederschläge gab. Der auf diese Weise erfolgende Rückgang der Vegetation und die Ausbreitung der Trockenheit werden als „Desertifikation“ bezeichnet. Neuere Modelrechnungen zeigen, dass die wichtigste Folge der Degradierung der Savannen und Strauchvegetation eine geringere Verdunstung ist, bedingt durch die höhere Albedo und den damit verbundenen Abkühlungseffekt. Andererseits spielt aber auch der geringere Blattflächenindex (definiert als Blattfläche pro Bodenoberfläche) eine wichtige Rolle, der einen wichtigen Einfluss auf den Wasserkreislauf besitzt. Weniger Blätter speichern und verdunsten auch weniger Wasser. Durch die geringere Verdunstung entsteht weniger Konvektion und latente Erwärmung der unteren Atmosphäre. Dadurch wird der Temperaturgegensatz zwischen Land und Ozean verringert, mit der Folge einer Schwächung der Monsunströmung und geringerer Niederschläge.[8] Im Vergleich zu dem Zufluss von Feuchtigkeit aus entfernteren Regionen trägt die vor Ort entstehende Feuchtigkeit durch Verdunstung allerdings nur ein Drittel an dem gesamten Niederschlag bei.[2]

3.2 Änderungen der Meeresoberflächentemperaturen

Modell-Untersuchungen der jüngsten Zeit haben denn auch gezeigt, dass die Vegetationsdecke nur in Rückkopplungen mit dem Klima eine wichtige Rolle spielt. In der Forschung besteht eine breite Übereinstimmung darin, dass vielmehr Schwankungen der Meeresoberflächentemperatur der umgebenden Ozeane der entscheidende Antrieb für die Niederschlagsvariabilität über Jahrzehnte im Sahel sind.[8] Wie stark der Einfluss der einzelnen Ozeanbecken auf die Dürren im Sahel ist, ist jedoch ebenso umstritten wie die Ursachen für die Schwankungen der Meeresoberflächentemperatur.

Abb. 5: Die Atlantische Multidekadenschwankung (AMO): Abweichung der Meeresoberflächentemperatur vom Mittel der Jahre 1861-2010 in °C: mögliche Übereinstimmung mit trockenen und feuchten Phasen im Sahel.

Einige Modellsimulationen haben eine geringere Erwärmung des Nordatlantiks im Vergleich zum tropischen Atlantik als Ursache für die geringen Niederschläge ergeben. Die Meeresoberflächentemperaturen des äquatorialen Atlantiks südlich der westafrikanischen Küste sind unter dem Einfluss des von Süden her kommenden Benguela-Stroms verhältnismäßig kühl, wodurch der Temperatur- und Luftdruckgegensatz zum Landesinnern und auch zum außertropischen Nordatlantik hoch ist und den Westafrikanischen Monsun antreibt. Kühlere Meeresoberflächentemperaturen im Nordatlantik, wie sie in den 1970er und 1980er Jahren beobachtet wurden, verringern diesen Temperaturgegensatz und schwächen den Westafrikanischen Monsun ab.[2] Der kühlere Nordatlantik während der Sahel-Dürre wurde von einigen Autoren auf den Einfluss anthropogener Aerosole aus Europa und den USA zurückgeführt. Der Rückgang der Aerosolbelastung im Nordatlantikraum durch die Luftreinhaltepolitik in Europa und den USA habe dann seit den 1990er Jahren wieder zu mehr Niederschlag geführt.

Da Modellsimulationen den Anteil des Aerosol-Antriebs an der Sahel-Dürre auf ein Drittel geschätzt haben, scheint hierin nicht die wichtigste Ursache zu liegen. Paläoklimatische (auf die fernere Vergangenheit bezogene) und historische Untersuchungen haben gezeigt, dass die jüngsten Dürren im Sahel nicht ohne Beispiel sind. So haben sich in Ghana auch in den letzten 3000 Jahren mehrere langanhaltende und schwere Dürren ereignet. Ebenso hat es im mittelalterlichen Mali-Reich zwischen 1100 und 1500 lange Dürreperioden gegeben, die möglicherweise zum Zusammenbruch des Reiches geführt haben. Die Sahel-Dürre in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts scheint aus paläoklimatischer Sicht weder ungewöhnlich noch extrem gewesen zu sein.[8] Das spricht eher für natürliche Schwankungen im Klimasystem als Hauptursache als für anthropogene Einflüsse durch Aerosole. Daher wurde auch die Atlantische Multidekaden-Oszillation (AMO), die sich auf Schwankungen der mittleren Temperatur im Nordatlantik bezieht, als mögliche Erklärung angeführt (Abb. 5).[2]

Abb. 6: Blaue Regionen über Afrika zeigen, wo die Sommerniederschläge über 2 mm/Tag betragen. Die roten Pfeile zeigen Strömungskomponenten der (breitenparallelen) Walker-Zirkulation, blaue Pfeile solche der (meridionalen) Hadley-Zirkulation. Bei zunehmendem Sahel-Niederschlag ist der TEJ (Tropische Ost-Jet), der die Konvektion über dem Sahel anregt, stärker ausgeprägt.

Auch der Indische Ozean ist nach neuerer Forschung ein wichtiger Einflussfaktor für die Niederschläge in der Sahelzone. So trug nach einigen Autoren die Erwärmung der Meeresoberflächentemperatur des Indischen Ozeans wesentlich zur Sahel-Dürre in den 1970er und 1980er Jahren bei. Ein wärmerer Indischer Ozean führt danach über dem Meer zu einer stärkeren lokalen Konvektion und Erwärmung der Troposphäre durch latente Wärme bzw. Kondensation. Diese wärmere Luft wird durch Höhenströmungen der Walkerzirkulation bzw. des Tropischen Ostafrikanischen Jet (TEJ) nach Westen transportiert, bewirkt über Westafrika eine Erwärmung der oberen Luftschichten und stabilisiert die Atmosphäre. Da dadurch der Temperaturunterschied zwischen tieferen und höheren Luftschichten verringert wird, kommt es zu einer Abschwächung der Konvektion, was zu geringeren Niederschlägen führt.[8]

Schwankungen der Meeresoberflächentemperatur des Mittelmeeres spielen nach manchen Untersuchungen ebenfalls eine Rolle. Eine Erwärmung der Meeresoberflächentemperatur im östlichen Mittelmeer hat eine zunehmende Verdunstung und einen erhöhten Feuchtigkeitsgehalt in der unteren Troposphäre zur Folge, der durch nordöstliche Strömungen über die östliche Sahara in den Sahel transportiert wird und dort zu einem höheren Niederschlag beiträgt. Die bei der Konvektion frei werdende latente Wärme trägt außerdem zu einer Verstärkung und Verschiebung des Regengürtels des Westafrikanischen Monsuns nach Norden bei.[8] Kühlere Meeresoberflächentemperaturen im Mittelmeer und im nördlichen Atlantik schwächen die Feuchtigkeitszufuhr von Norden und die Monsunwinde von Süden.[2]

4 Einzelnachweise

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 Nicholson, S. E. (2013): The West African Sahel: A Review of Recent Studies on the Rainfall Regime and Its Interannual Variability. ISRN Meteorology, 1–32
  2. 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 Sheen, K. L., D. M. Smith, N. J. Dunstone, R. Eade, D. P. Rowell & M. Vellinga (2017): Skilful prediction of Sahel summer rainfall on inter-annual and multi-year timescales. Nat. Commun. 8, 14966 doi: 10.1038/ncomms14966
  3. 3,0 3,1 3,2 Jury, M.R. (2012): A return to wet conditions over Africa: 1995-2010, Theoretical and Applied Climatology 111, 471-481
  4. 4,0 4,1 IPCC (2014): Climate Change 2014, Working Group II: Impacts, Adaptation and Vulnerability, 22.2
  5. Mitchel, T., JISAO (2017): Sahel Precipitation Index
  6. Tschakert, P., R. Sagoe, G. Ofori-Darko, S.N. Codjoe (2010): Floods in the Sahel: an analysis of anomalies, memory, and anticipatory learning, Climatic Change 103, 471-502, DOI 10.1007/s10584-009-9776-y
  7. UN Office for the Coordination of Humanitarian Affairs (2016): West Africa: Impact of the floods, (22 Aug 2016)
  8. 8,0 8,1 8,2 8,3 8,4 Rodríguez-Fonseca, B., E. Mohino, C.R. Mechoso et al. (2015): Variability and Predictability of West African Droughts: A Review on the Role of Sea Surface Temperature Anomalies, Journal of Climate 28, 4034-4060, DOI: 10.1175/JCLI-D-14-00130.1


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