In der Meteorologie wird zwischen Wetter und Klima unterschieden. Während Wetter den augenblicklichen Zustand der unteren Atmosphärenschichten (Troposphäre) kennzeichnet (z.B. Regen bei 13 °C), versteht man unter Klima den über einen längeren Zeitraum gemittelten Verlauf des Wetters. Hierfür wurde von der Welt-Meteorologie-Organisation (WMO, World Meteorological Organization) ein international gültiger Zeitraum von 30 Jahren definiert. 

Mithilfe dieser Mittelung ist es möglich für jeden Ort für einen bestimmten Zeitraum im Jahr einen wahrscheinlichen Wetterverlauf anzugeben, inklusive einer gewissen Schwankungsbreite und der Eintreffwahrscheinlichkeit von Extremereignissen. So hat zum Beispiel in Leipzig der durchschnittliche Junitag eine Höchsttemperatur von 23 °C, wobei es durchschnittlich ungefähr alle 10 Jahre einen Tag mit über 35 °C gibt.

Daher ist es klimatisch gesehen auch ganz normal, wenn von Zeit zu Zeit sogenannte Wetterextreme (Starkregen, Hitzewellen, Hochwasser, Dürren, Tornados, etc.) auftreten, da sie die natürliche Variabilität des Wetters vor Ort kennzeichnen. Genauso wie das momentane Wetter ist auch das Auftreten von Extremereignissen zuallererst ein chaotischer, zufälliger Prozess, d.h. es kann durchaus Jahre geben (auch in Folge), die durch eine Vielzahl von Extremereignissen geprägt sind, während andere Jahre eher unauffällig „normal“ verlaufen. Danach ist das bloße Auftreten eines Extremwettereignisses (selbst wenn es ungewöhnlich heftig ausfällt) allein erst einmal kein Indiz für den Klimawandel und sollte auch nicht als solches angesehen werden.

Erst wenn sich die Anzahl solcher Extremereignisse und gegebenenfalls auch deren Stärke über einen längeren Zeitraum hinweg verändert, lassen sich Rückschlüsse auf generelle Klimaveränderungen ziehen. So ist zum Beispiel in einem wärmeren Klima (Anstieg der globalen Durchschnittstemperaturen) das Auftreten von Hitzewellen (bzw. höhere Maximaltemperaturen) statisch gesehen folgerichtig, da sich die gesamte Temperaturkurve zu höheren Werten verschiebt (siehe Abbildung). Hingegen nimmt die Wahrscheinlichkeit deutlich zu kalter Witterungsabschnitte ab, jedoch nicht auf Null.

Mit anstieg der Durschnittstemperatur steigen auch die Extremwerte
https://skepticalscience.com/Review-Rough-Winds-Extreme-Weather-Climate-Change-James-Powell.html

Zudem kann wärmere Luft mehr Wasserdampf aufnehmen und die somit in der Atmosphäre gespeicherte Energie kann das Auftreten von heftigeren Wetterereignissen wie Gewittern begünstigen. Ein direkter, robuster Zusammenhang zum Klimawandel lässt sich allerdings erst ziehen, wenn die Stärke von Gewittern (inklusiver derer Begleiterscheinungen wie Starkregen, Hagel, Sturm-/Orkanböen) über einen langen Zeitraum hinweg ausgewertet wurde. Für manche Wettererscheinungen (z.B. Tornados) ist jedoch die Datengrundlage aus der Vergangenheit recht schlecht, sodass es zum jetzigen Zeitpunkt schwierig ist, ob sie in Deutschland wirklich häufiger geworden sind oder lediglich aufgrund des dichteren Beobachtungsnetzes häufiger erkannt werden.

Neuere Untersuchungen deuten zum Beispiel auch darauf hin, dass aufgrund des geringer werdenden Temperaturgegensatzes zwischen den polaren Breiten und den Tropen (stärkere Erwärmung der Arktis gegenüber dem globalen Mittel) der sogenannte Jetstream (Starkwindband in der oberen Troposphäre, der maßgeblich unser Wetter bestimmt) schwächer wird und sich langsamer verlagert, sodass Wetterlagen bei uns länger andauern und somit das Auftreten von Extremereignissen (wie z.B. Dürren oder Hochwasser) begünstigen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass vieles dafür spricht, dass im Zuge des Klimawandels die Wetterextreme zunehmen, jedoch der wissenschaftlich exakte Nachweis dafür vielfach noch schwierig ist.

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