Wetter-Schleudertrauma – so beschreiben Medienberichte das Gefühl in Kalifornien. Erst eine zwei Jahrzehnte andauernde Megadürre, mutmaßlich die schwerste seit 1200 Jahren, und nun stehen große Teile des Bundesstaats unter Wasser. 18 Menschen starben bisher in den Fluten. Ursache ist eine Serie atmosphärischer Flüsse, gigantische Bänder sehr feuchter Luft, die verdunstetes Wasser aus den Tropen und Subtropen bringen.

Diese nassen Strömungen sind ein normales Phänomen des globalen Wetters, sie transportieren Feuchtigkeit aus den Tropen und Subtropen in gemäßigte Breiten – jeder von ihnen ein Vielfaches der größten Flüsse der Erde. In Kalifornien jedoch treffen sie sehr regelmäßig auf Land: Die wassergesättigte Luft steigt an den Bergen in die Höhe und erzeugt so gewaltige Niederschläge. Dort bezeichnet man sie nach ihrer Herkunft in der Region um Hawaii als »Ananas-Express«. Sie bringen einen großen Teil der jährlichen Niederschläge in Kalifornien, können aber auch schwere Zerstörungen anrichten. So war ein sehr heftiger atmosphärischer Fluss mit verantwortlich für den Beinahekollaps des Oroville-Staudamms im Jahr 2017.

Atmosphärische Flüsse teilt man, ähnlich wie Wirbelstürme, auf einer fünfstufigen Skala ein. Anders als bei den Stürmen gibt die Skala jedoch Auskunft darüber, ob die Stürme hilfreich oder gefährlich sind – denn neben Schäden und Überschwemmungen bringen sie dringend benötigte Niederschläge. In die Skala geht neben der enthaltenen Feuchtigkeit auch die Dauer der Niederschläge ein. Die Stürme, die derzeit Kalifornien treffen, liegen zwischen Stufe 3 und Stufe 5 der Skala.

Eine ganze Sturmserie

Zusätzlich entwickelte sich letzte Woche ein so genannter »Bombenzyklon« vor der US-Westküste – ein sich sehr schnell verstärkendes Tiefdruckgebiet, das neben heftigen Regenfällen auch starke Winde brachte. Die Ursache der außergewöhnlichen Überschwemmungen in Kalifornien ist allerdings nicht bloß die Stärke der Stürme, sondern die dichte Abfolge. Der nächste Regen kommt, während das Wasser der letzten Niederschläge noch den Boden sättigt und in den Feldern steht.

2022 war der Pazifik im La-Niña-Zustand. Dabei sammelt sich kühleres Wasser im Ostpazifik, so dass weniger Feuchtigkeit verdunstet und die atmosphärischen Flüsse schwächer macht. Dafür leitet das Wettermuster die Strömungen tendenziell eher Richtung Nordkalifornien. Zudem verstärkt der Klimawandel die heftigen Regenfälle. Die Luft der atmosphärischen Flüsse ist mit Feuchtigkeit nahezu gesättigt, und wie viel Wasser die Luft aufnehmen kann, steigt exponentiell mit der Temperatur. Entsprechend enthalten die aktuellen atmosphärischen Flüsse ungewöhnlich viel Wasser. So viel Feuchtigkeit ist in der Atmosphäre, dass ein Teil davon über die Berge hinweg gelangte und noch im Mittleren Westen der USA außerordentliche Schneefälle verursachte.

Klimasimulationen deuten darauf hin, dass nicht nur der »Ananas-Express«, sondern auch atmosphärische Flüsse in anderen Teilen der Welt einerseits um rund zehn Prozent seltener, aber andererseits um mehr als die Hälfte größer und zusätzlich feuchter werden. Dadurch werden extreme Niederschläge häufiger. So hat sich die Wahrscheinlichkeit eines Sturms, wie er 1861 wütete, als atmosphärische Flüsse das Central Valley zu einem hunderte Kilometer langen Binnensee machten, in den letzten 100 Jahren verdoppelt. Schwerere Niederschläge erwartet man zum Beispiel in Großbritannien, wo diese Phänomene ebenfalls heftige Überschwemmungen nach sich ziehen können.

Die Dürre wird wiederkommen

Unklar ist derzeit noch, ob ganze Serien solcher Stürme, die wegen der lang anhaltenden Niederschläge besonders schwerwiegende Folgen haben, durch den Klimawandel ebenfalls häufiger werden. Tatsächlich aber sind solche »Sturmfamilien« keineswegs selten. In Kalifornien tritt etwa die Hälfte aller atmosphärischen Flüsse in Gruppen auf – allerdings meist nicht so eng gestaffelt wie jetzt.

Trotz der schweren Zerstörungen haben die regenreichen Stürme im Januar 2023 auch ihr Gutes. Denn sie unterbrechen die gravierende Dürreperiode der letzten Jahre. Die starken Niederschläge füllen die oberflächlichen Wasserreserven wieder auf. Talsperren, die einen Teil des Wassers für die Landwirtschaft liefern, beginnen sich von ihren dürrebedingten Tiefstständen zu erholen. Zusätzlich kamen die Stürme früh genug im Jahr, dass das Wasser in den Bergen als Schnee fällt und für Rekordmengen sorgt. Inzwischen liegt fast doppelt so viel Schnee wie in einem normalen Jahr, die kalifornischen Behörden meldeten schon zu Beginn des Januars die drittstärkste Schneedecke seit 40 Jahren. Der Schnee ist ein wichtiger Faktor für die Wasserversorgung des Bundesstaats, weil er über Frühjahr und Sommer hinweg langsam schmilzt und so Flüsse und Reservoire auffüllt.

Dass die Stürme die Trockenheit in Kalifornien beenden, ist derweil keineswegs klar. Zum einen sind die Schneefälle über die Saison gerechnet keineswegs außergewöhnlich hoch. Bisher sind in der Sierra Nevada lediglich zwei Drittel der Schneemenge einer normalen Saison gefallen. Außerdem sind die Speicher des Staats noch nicht voll – nach Angaben von Fachleuten sind weitere Stürme nötig, um die Wasserreserven aufzufüllen. Zum anderen gehen Fachleute davon aus, dass die Dürre schnell wiederkommen wird. Denn mit dem Klimawandel nehmen auch die Extreme zu: Jahre sind entweder sehr feucht oder sehr trocken – und die Wahrscheinlichkeit extremer Dürren hat sich, ebenso wie die Chance auf extremen Regen, in den letzten 100 Jahren verdoppelt.

Hinzu kommt, dass das Grundwasser, auf das Bevölkerung und Landwirtschaft in trockenen Jahren zurückgreift, sehr stark übernutzt ist. Und ein feuchtes Jahr reicht bei Weitem nicht aus, um die Reserven aufzufüllen. Zusätzlich sind beträchtliche Teile der Wasser führenden Schichten im Untergrund womöglich durch die sinkenden Grundwasserspiegel dauerhaft zerstört. Pumpt man das Wasser aus einer durchlässigen Schicht ab, kollabieren die Grundwasserleiter selbst – das Bodenmaterial, das bisher vom Porendruck des enthaltenen Wassers gestützt wurde, sackt zusammen. Besonders tonige Bodenschichten können dabei unwiederbringlich zerstört werden: Der Porenraum wird so klein, dass sie niemals wieder nennenswerte Mengen Wasser aufnehmen können.