Klimaentwicklung in Deutschland

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Monitoringbericht 2015 zur Deutschen Anpassungsstrategie an den Klimawandel


Inhaltsverzeichnis

 

Die Klimaentwicklung in Deutschland seit dem Ende des 19. Jahrhunderts

Die mit hoher Wahrscheinlichkeit überwiegend vom Menschen verursachten Klimaänderungen der jüngsten Vergangenheit sind nicht überall auf der Welt gleich. So haben sich z. B. die Landmassen stärker erwärmt als die Ozeane, aber auch im Bereich der einzelnen Kontinente gibt es teilweise erhebliche Unterschiede. Ebenso verhält es sich mit dem Niederschlag. Während es im Mittelmeerraum seit der Mitte des 20. Jahrhunderts verbreitet trockener geworden ist, haben die Niederschlagsmengen in den anderen Regionen Europas zumeist zugenommen. Auch im Hinblick auf die für die Bestimmung von Klimaänderungen notwendigen Beobachtungsdaten existieren große Unterschiede. Das betrifft sowohl die Länge der meteorologischen Zeitreihen, also wie weit diese überhaupt in die Vergangenheit zurückreichen, als auch ihre räumliche und zeitliche Auflösung, wohinter sich die Entfernung zwischen den einzelnen Messstationen bzw. der Abstand zwischen den verschiedenen Messterminen verbirgt.

Für Deutschland sind seit dem Jahr 1881 ausreichend Daten vorhanden, um Veränderungen des Klimas auch in der Fläche detailliert zu bestimmen. Dies gilt jedoch nur für die Elemente Temperatur und Niederschlag bei monatlicher Betrachtungsweise. Die entsprechenden täglichen Daten sowie andere Messgrößen wie z.B. die Sonnenscheindauer liegen i. d. R. erst ab 1951 weitestgehend flächendeckend vor. Auf der Basis der zur Verfügung stehenden Daten lassen sich somit aber zumindest die mittleren Verhältnisse der beiden wichtigsten meteorologischen Größen bis zum Ende des19. Jahrhunderts und damit im Wesentlichen auch bis zum Beginn der menschlichen Einflussnahme auf das Klima zurückverfolgen. Während sich die Wirkung der zusätzlichen Treibhausgase in der Temperaturentwicklung der vergangenen 133 Jahre dabei unmittelbar niederschlägt, ist der Zusammenhang mit den Änderungen der Niederschlagsverhältnisse eher indirekter Natur. Hier spielen u. a. durch die allgemeine Erwärmung ausgelöste Veränderungen der großräumigen Wetterlagen eine Rolle. Dennoch ist der Niederschlag als ein wesentlicher Faktor für die Wasserverfügbarkeit von praktisch ebenso großem Interesse wie die Temperatur selbst. Auf eine Darstellung weiterer meteorologischer Größen wird im Folgenden aufgrund ihrer etwas geringeren Bedeutung verzichtet. Zudem lassen sich diese um mehr als die Hälfte kürzeren Zeitreihen ohnehin nur eingeschränkt mit den Verläufen von Temperatur und Niederschlag vergleichen. Letzteres gilt prinzipiell auch für die Untersuchung von Extremereignissen, da hierfür tägliche Messwerte benötigt werden. Andererseits bergen gerade solche Ereignisse aufgrund ihres hohen Schadenspotenzials die größte Gefahr für unsere Gesellschaft. Eine Analyse der bisherigen Änderungen dieser Ereignisse erfolgte daher trotz der auch in diesem Fall beschränkten Datenverfügbarkeit.

 

Mittlere Klimaänderungen

Für die Auswertung der mittleren klimatischen Verhältnisse wurden die für die Größen Temperatur und Niederschlag seit 1881 vorliegenden Monatsdaten zu jährlichen und jahreszeitlichen Mittelwerten zusammengefasst. Die an meteorologischen Stationen punktuell erhobenen Daten wurden darüber hinaus mittels wissenschaftlicher Verfahren auf die gesamte Fläche von Deutschland übertragen.

 

+ Temperatur

Das Jahresmittel der Lufttemperatur ist im Flächenmittel von Deutschland von 1881 bis 2013 statistisch gesichert um 1,2 Grad angestiegen  (Abb. 1). Über solch langfristige Auswertungen hinaus ist es gemäß den Empfehlungen der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) üblich, zur Erfassung des Klimas und seiner Änderungen Mittelwerte über einen Zeitraum von 30 Jahren zu bilden. Dadurch lässt sich der Einfluss kurzzeitiger Witterungsschwankungen aus der statistischen Betrachtung des Klimas einerseits ausklammern, andererseits das natürliche Auf und Ab des Klimas aber trotzdem nachverfolgen. Als Klimareferenzperiode schlägt die WMO dabei den Zeitraum von 1961–1990 vor. Auch im Vergleich der Klimareferenzperiode (1961-1990) zum aktuellen Bezugszeitraum (1981-2010) ist der Mittelwert der Lufttemperatur in Deutschland von 8,2 °C auf 8,9 °C gestiegen.

Bei genauerer Betrachtung der zeitlichen Entwicklung zeigt sich, dass sich der Temperaturanstieg nicht gleichmäßig vollzogen hat. Vielmehr gab es neben den Phasen der Erwärmung auch Zeiträume der Stagnation sowie immer wieder auch kurze Abschnitte, in denen die Temperaturen tendenziell etwas zurückgegangen sind. Wie das sogenannte einseitig gleitende Mittel über 30 Jahre zeigt, stiegen die Temperaturen in den Zeiträumen von etwa 1910 bis 1940 und insbesondere seit der zweiten Hälfte der 1980er Jahre an, während sie dazwischen weitestgehend auf demselben Niveau verharrten. Auch zum Ende des 19. Jahrhunderts blieben die Temperaturen im Wesentlichen konstant, wenngleich dies durch das erstmals für das Jahr 1910 überhaupt zu berechnende 30-jährige Mittel nicht wiedergegeben werden kann. Darüber hinaus ist zu erkennen, dass auch die Phasen der Erwärmung mehrfach kurzeitig unterbrochen waren, z. B. gleich zweimal zwischen 1920 und 1930. Ein Grund für diesen ungleichmäßigen Verlauf ist die große Schwankungsbreite der Witterung von Jahr zu Jahr in einer im globalen Maßstab kleinen Region wie Deutschland. Über Zeiträume von mehreren Jahrzehnten spielt aber vor allem auch die sogenannte dekadische Klimavariabilität eine entscheidende Rolle. Dabei handelt es sich um periodische Schwankungen von einigen Jahren bis hin zu wenigen Jahrzehnten Andauer, die eng mit den Meeresströmungen gekoppelt sind. Abhängig von den sich von Zeit zu Zeit ändernden Meeresoberflächentemperaturen kommt es zu Phasen der Erwärmung oder Abkühlung der Atmosphäre. Diese Phasen überlagern den Einfluss der das Klima von außen antreibenden Faktoren, zu denen neben den natürlichen Elementen Sonneneinstrahlung und Vulkanaktivität auch die vom Menschen verursachten Einflüsse infolge von Landnutzungsänderungen, der Luftverschmutzung durch den Schwefelausstoß von Industrieanlagen sowie durch die Emission von Treibhausgasen wie Kohlenstoffdioxid zählen. In den Zeiträumen einer stärker abkühlenden Wirkung der Ozeanzirkulation auf die Atmosphäre kann es daher zu einer vollständigen Verschleierung des langfristigen Trends kommen, auch dann, wenn die Summe der externen Klimaantriebe allein zu einer Erwärmung führen würde. Kehrt sich der Einfluss der Ozeane um, steigen auch die beobachteten Temperaturen wieder an.

In Deutschland stellt sich der bislang beobachtete Temperaturanstieg überwiegend einheitlich dar. Prinzipiell gilt dies auch für die unterschiedlichen meteorologischen Jahreszeiten. Nur im Winter (Dezember bis Februar) weicht der Wert mit einem Flächenmittel von 1,0 Grad etwas deutlicher vom Jahresmittel ab. Die stärkste Erwärmung mit 1,3 Grad wurde bisher für das Frühjahr (März bis Mai) registriert. Im Sommer (Juni bis August) und Herbst (September bis November) waren es ebenso wie im Kalenderjahr 1,2 Grad. Ähnliches gilt für die räumlichen Unterschiede. Hier reicht die Spanne im Falle der Jahresmitteltemperatur von 1,0 Grad bis 1,4 Grad, wobei die Erwärmung in den westlichen und südlichen Bundesländern tendenziell bislang etwas höher und in den nördlichen Bundesländern sowie in Brandenburg und Berlin etwas geringer ausgefallen ist als im Landesdurchschnitt. Größere Abweichungen von dieser generellen räumlichen Verteilung finden sich ausschließlich für die Wintermonate. Während dieser Jahreszeit stiegen die Temperaturen in den nordöstlichen Bundesländern mit Werten von 0,7 Grad bis 0,9 Grad bislang allgemein am geringsten an, während es in den anderen Gebieten zumeist etwas über 1,0 Grad wärmer geworden ist.

Abbildung 1: Jahresmitteltemperatur in Deutschland
Jahresmitteltemperatur in Deutschland
Quelle: DWD
 

+ Niederschlag

Im Gegensatz zur Temperatur weisen die Änderungen des Niederschlags in Deutschland insbesondere jahreszeitlich, aber auch räumlich deutliche Unterschiede auf. Während die mittleren Regenmengen im Sommer weitestgehend unverändert geblieben sind, ist es insbesondere im Winter signifikant feuchter geworden. In den Übergangsjahreszeiten sind die Niederschlagsmengen ebenfalls angestiegen, jedoch deutlich weniger stark und statistisch auch nicht nachweisbar. In der Summe ergibt sich daher im Flächenmittel von Deutschland seit 1881 ein Anstieg der mittleren jährlichen Niederschlagsmenge von 10,6 %. Dabei zeigen sich allerdings große räumliche Unterschiede. Während es insbesondere in den nordwestlichen Bundesländern mit bis zu 16 % in Schleswig-Holstein deutlich nasser geworden ist, nahmen die Niederschlagsmengen von Mecklenburg-Vorpommern bis Sachsen-Anhalt und Thüringen im Jahresmittel nur leicht zu (unter 10 %). In Sachsen ist es im selben Zeitraum sogar geringfügig trockener geworden. Ein grundsätzlich ähnliches räumliches Bild ergibt sich auch für die Übergangsjahreszeiten Frühling und Herbst.

Die stärksten Änderungen wurden bislang für den Winter beobachtet. Wie Abbildung 2 zeigt, hat das Flächenmittel der mittleren Niederschlagsmenge seit dem Winter 1881 / 1882 um 28,0 % zugenommen. Die räumliche Verteilung der Änderungen ähnelt dabei der der Temperatur zu dieser Jahreszeit. Das heißt, die geringsten Zunahmen mit Werten bis etwa 25 % wurden bislang in den nordöstlichen Bundesländern registriert. In den übrigen Bundesländern sind die Regenmengen dagegen zumeist stärker angestiegen als im Landesdurchschnitt von 28,0 %. Mit dieser räumlich unterschiedlich stark ausgeprägten Erwärmung und Niederschlagszunahme hat sich der unterschiedliche Grad der Kontinentalität beider Regionen, also das unterschiedliche Verhältnis des Einflusses von Land und Meer auf das Klima an einem bestimmten Ort, im Verlaufe des 20. Jahrhunderts tendenziell noch etwas verstärkt.

Für die Sommermonate lässt sich bislang kaum eine Änderung feststellen. Zwar hat die mittlere Niederschlagsmenge zu dieser Jahreszeit seit 1881 um 1,2 % abgenommen, jedoch lässt sich aus diesem minimalen, im Bereich der natürlichen Variabilität liegenden Rückgang nicht einmal auf eine Tendenz schließen (Abb. 3). Auf Basis des einseitig gleitenden 30-jährigen Mittelwerts lässt sich hingegen eine allerdings nur relativ schwach ausgeprägte Periodizität erkennen.

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Änderungen der Extreme

Zur Analyse meteorologischer Extreme gibt es eine Vielzahl unterschiedlicher Verfahren. Eine relativ einfache und sehr anschauliche Möglichkeit bieten die sogenannten klimatischen Kenntage, bei denen es sich um Schwellenwertereignisse handelt. Es werden also Tage ausgewertet, an denen z. B. die Höchsttemperatur einen bestimmten Grenzwert überschreitet wie z. B. die Anzahl der Sommertage mit einer Höchsttemperatur von mindestens 25 °C. Auch eine Expertenkommission der WMO empfiehlt u. a. die Verwendung von Kenntagen zur Überwachung der Veränderungen meteorologischer Extreme. Neben den reinen Kenntagen empfehlen die Experten eine Reihe weiterer Indizes, die u. a. auch geeignet sind, länger andauernde Klimaextreme wie z. B. Trockenperioden zu erfassen. Von dieser Liste wurden für diesen Bericht insgesamt fünf Indizes ausgewählt. Dabei wurde einer der Indizes im Hinblick auf die klimatischen Bedingungen in Deutschland etwas angepasst. Statt der Anzahl der Sommertage wurde die Anzahl der Heißen Tage mit einer Höchsttemperatur von mindestens 30 °C verwendet. Wie schon im Falle der jährlichen und jahreszeitlichen Mittelwerte wurden die für die Analyse der Extreme benötigten täglichen Messungen an Stationen mittels wissenschaftlicher Verfahren auf die gesamte Fläche von Deutschland übertragen.

 

+ Temperatur

Zur Analyse der Temperaturextreme wurde neben der Anzahl der Heißen Tage auch die Anzahl der Eistage mit einer Höchsttemperatur von unter 0 °C betrachtet.
Prinzipiell zeigt sich, dass die Anzahl der kalten Extreme infolge der allgemeinen Erwärmung abnimmt, während die Zahl der warmen Extreme bereits zugenommen hat, jedoch nicht in genau demselben Maße. Seit 1951 hat die Anzahl der Heißen Tage im Flächenmittel von Deutschland von im Mittel etwa drei Tagen pro Jahr auf derzeit  im Mittel etwa acht Tage pro Jahre zugenommen (Abb. 4). Dieser Anstieg ist trotz der großen Variabilität dieses Index von Jahr zu Jahr statistisch gesichert. Demgegenüber ist die Abnahme der mittleren Anzahl der Eistage von rund 27 Tagen pro Jahr auf derzeit etwa 21 Tage pro Jahr deutlich weniger markant und statistisch auch nicht nachweisbar (Abb. 5).
Der zeitliche Verlauf der Flächenmittelwerte beider untersuchter Temperaturindizes spiegelt sich auch in deren räumlicher Entwicklung erkennbar wider. Ebenso sind aber auch die großen räumlichen Unterschiede zwischen den einzelnen Regionen Deutschlands gut auszumachen. Im Zeitraum 1954-1963 lag die mittlere Anzahl der Heißen Tage weitverbreitet zwischen null und vier Tagen pro Jahr. Nur entlang des Rheingrabens sowie in Nordostdeutschland südlich von Berlin traten vier bis acht, im südlichen Rheingraben teilweise auch bis zu zehn solcher Tage auf (Abb. 6). Bis zur Dekade 1994-2003 hat die Anzahl der Heißen Tage dann auf im Mittel bis zu 18 Tage pro Jahr zugenommen. Lediglich im äußersten Norden Schleswig-Holsteins traten auch in diesem Jahrzehnt weniger als zwei Heiße Tage pro Jahr auf. In den vergangenen zehn Jahren ist die Zahl der Heißen Tage wieder leicht zurückgegangen, dennoch gab es im Süden und Osten nach wie vor weitverbreitet mehr als zehn solcher Tage pro Jahr. Eine ähnlich stark ausgeprägte, aber natürlich umgekehrte Entwicklung gab es auch im Falle der Eistage (Abb. 7). Hier traten in den vergangenen zehn Jahren zwischen über 50 solcher Tage in den östlichen Mittelgebirgen (zum Teil auch in den westlichen und südwestlichen Mittelgebirgen) und insbesondere in den Alpen sowie unter zehn solcher Tage am Niederrhein auf.

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+ Niederschlag

Zur Analyse der Niederschlagsextreme wurde auf zwei unterschiedliche Indizes für Sommer und Winter zurückgegriffen. Während für die Sommermonate die Anzahl der Tage mit einer Niederschlagssumme von 20 mm und mehr ausgezählt wurde, wurde für den Winter ein aufsummierender Index verwendet. Zu dieser Jahreszeit prägen weniger die kurzen, aber extrem ergiebigen, sondern mehr die mäßigen, aber langanhaltenden Niederschlagsereignisse den Witterungsverlauf. Besonders wenn es über mehrere Tage wiederholt länger anhaltend regnet, können die meteorologischen Voraussetzungen für Winterhochwasser entstehen. Daher ist es sinnvoll, für den Zeitraum Dezember bis Februar die maximale 5-Tagessumme des Niederschlags zu betrachten. Allerdings hängt das Auftreten von Winterhochwassern von einer Reihe weiterer Bedingungen wie z. B. der Bodenfeuchte ab. Über mehrere Tage hinweg anhaltende Niederschläge allein führen daher nicht zwangsläufig auch zu einer Hochwassersituation.

Die zeitliche Entwicklung der Flächenmittelwerte beider Extremindizes ähnelt grundsätzlich dem Verlauf der mittleren Niederschlagsmengen zur jeweiligen Jahreszeit. Im Winter haben daher nicht nur die mittleren Niederschlagsmengen um 28 % zugenommen, sondern auch das Flächenmittel der maximalen 5-Tagessumme ist von im Mittel rund 38 mm zu Beginn des Auswertungszeitraums um ca. 7 mm auf aktuell im Mittel etwa 45 mm angestiegen (Abb. 8). Infolge der großen Unterschiede dieses Index von Jahr zu Jahr ist dieser Anstieg derzeit aber statistisch nicht gesichert. Die Zahl der Tage mit einer Niederschlagssumme von 20 mm und mehr im Sommer ist dagegen seit 1951 nahezu unverändert geblieben und verläuft somit ebenfalls parallel zu der Entwicklung der mittleren Niederschlagsmengen in den Monaten Juni bis August.
Die räumliche Entwicklung der mittleren maximalen 5­Tagessummen zeigt ebenfalls einige Auffälligkeiten (Abb. 9). In den nordöstlichen Landesteilen lagen die Werte in den ersten beiden Dekaden verbreitet unter 30 mm, teilweise auch unter 20 mm. Seitdem haben die über mehrere Tage fallenden Niederschlagsmengen im Winter in diesen Regionen jedoch zumindest leicht zugenommen, eine Phase wieder zurückgehender Niederschlagssummen ist dagegen nicht klar auszumachen. In den südwestlichen Landesteilen ist indes eher eine periodische Schwankung der maximalen 5-Tagessummen zu erkennen. Hier sind die Werte von der Dekade 19541963 zur Dekade 1964-1973 zunächst zurückgegangen und danach bis zum Zeitraum 1984-1993 wieder auf Werte etwa wie zu Beginn des Untersuchungszeitraums angestiegen. In der Folge sind sie bis zum vergangenen Jahrzehnt wieder etwas zurückgegangen.
Hinsichtlich der Anzahl der Tage mit einer Niederschlagsmenge von mehr als 20 mm im Sommer sind hingegen – in guter Übereinstimmung mit der Entwicklung der mittleren Niederschlagsmengen zu dieser Jahreszeit – über eine auch nur regional und sehr schwach ausgeprägte dekadische Variabilität hinaus bislang keine Änderungen auszumachen (Abb. 10).

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+ Trockenheit

Neben der Frage nach der Veränderung der Starkniederschläge ist insbesondere im Sommer auch von großer Wichtigkeit, inwieweit die Erwärmung mit einer zusätzlichen Austrocknung einhergeht. Dementsprechend soll noch die Veränderung der Häufigkeit von Trockenperioden betrachtet werden. Hierzu wird die Anzahl der Episoden mit mindestens zehn aufeinanderfolgenden Tagen ohne Niederschlag ausgewertet.

Wie Abbildung 11 zeigt, ist die Anzahl solcher Trockenperioden im Flächenmittel von Deutschland seit 1951 um ca. 0,3 Ereignisse pro Jahr geringfügig angestiegen. Bereits aufgrund der Seltenheit solcher Ereignisse mit einem Mittelwert von nur 1,3 Fällen pro Jahr im klimatologischen Referenzzeitraum 1961-1990 sowie der extrem hohen Variabilität von Jahr zu Jahr ist aber auch diese Zunahme bislang statistisch keineswegs gesichert. Hinzu kommen ausgeprägte natürliche Schwankungen mit abwechselnden Phasen stärker und geringer ausgeprägter Trockenheit, die sich deutlich in der räumlichen Entwicklung der mittleren Anzahl dieser Trockenperioden abzeichnen (Abb. 12).

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