Monitoringbericht 2023 zur DAS - Klimaentwicklung in Deutschland

Klimaentwicklung in Deutschland seit dem Ende des 19. Jahrhunderts

Das Klima kann durch den mittleren Zustand der Atmosphäre, charakteristische Extremwerte und Häufigkeitsverteilungen meteorologischer Größen wie beispielsweise Lufttemperatur, Niederschlag, Wind an einem Ort beschrieben werden. Es ist das Ergebnis eines komplexen Zusammenspiels aller Komponenten des Systems Land – Atmosphäre – Ozeane. Dazu gehören auch die Biosphäre mit jahreszeitlichen Vegetationswechseln, die Hydrosphäre, der Boden und die Kryosphäre (Eis). Dass das Klima auch ohne menschliches Zutun auf unterschiedlichen Zeitskalen variiert, wissen wir zum Beispiel anhand der Belege zu den Eiszeitzyklen, die weite Teile Deutschlands wiederholt unter einen Eispanzer setzten. Auswertungen von Beobachtungsdaten seit Mitte des 19. Jahrhunderts zeigen jedoch eine fortschreitende Erwärmung der Erde, die durch natürliche Ursachen nicht erklärbar ist, und es ist heute wissenschaftlicher Sachstand, dass ein weiterer Temperaturanstieg zu erwarten ist. Die Mitteltemperatur an der Land- und Wasseroberfläche hat in Deutschland und global in den vergangenen Jahrzehnten im Mittel stetig zugenommen. Seit den 1960er-Jahren war jede Dekade wärmer als die vorherige⁶.
Entsprechend den Analysen der amerikanischen Forschungseinrichtungen NASA und NOAA liegt die globale Durchschnittstemperatur aktuell etwa 1,1 °C über dem Niveau am Ende des 19. Jahrhunderts7. Dabei ist ein Großteil der Erwärmung in den letzten 50 Jahren zu verzeichnen: 21 der 22 wärmsten Jahre in den globalen Aufzeichnungen wurden in den Jahren seit 2001 registriert, das Jahr 2016 war global betrachtet das bisher wärmste Jahr und die Jahre 2014-2022 waren global die neun wärmsten Jahre seit Beginn der systematischen Messungen.
Für Deutschland sind seit dem Jahr 1881 ausreichend Daten vorhanden, um Veränderungen des Klimas auch in der Fläche zu bestimmen. Dies gilt jedoch nur für die Elemente Temperatur und Niederschlag bei monatlicher Betrachtungsweise. Die entsprechenden täglichen Daten sowie andere Messgrößen wie beispielsweise die Sonnenscheindauer liegen in der Regel erst ab 1951 weitestgehend flächendeckend vor. Während sich die Wirkung der zusätzlichen Treibhausgase in der Temperaturentwicklung seit 1881 unmittelbar niederschlägt, ist der Zusammenhang mit den Änderungen der Niederschlagsverhältnisse eher indirekter Natur. Hier spielen unter anderem durch die allgemeine Erwärmung ausgelöste Veränderungen der großräumigen Wetterlagen eine Rolle. Der Niederschlag ist als ein wesentlicher Faktor für die Wasserverfügbarkeit von praktisch ebenso großem Interesse wie die Temperatur selbst.
Eine Folge der globalen Erwärmung sind unter anderem starke Veränderungen bei extremen Wetterereignissen. Dabei kommt es sowohl zu regionalen Verlagerungen, in deren Folge extreme Wetterereignisse in Gebieten auftreten, in denen sie bisher nicht aufgetreten sind. Ebenso kommt es innerhalb von Regionen – wie Deutschland – zu einer Zunahme von extremen Wetterereignissen wie Hitzewellen und einer Abnahme anderer extremer Wetterereignisse wie strenger Fröste. Die Änderung von thermischen Extremereignissen aufgrund des Klimawandels ist eindeutig und wissenschaftlich abgesichert, die Folgen für viele Bereiche der Gesellschaft sind sehr gravierend. Bei Starkniederschlägen beziehungsweise langandauernden Trockenphasen sind die Aussagen differenzierter und weniger eindeutig.
Im Folgenden wird zunächst ein Überblick über die Entwicklung der mittleren klimatischen Verhältnisse seit 1881 in Deutschland gegeben, gefolgt von einer Auswertung der Änderungen bei Extremereignissen sowie einem Blick in das mögliche zukünftige Klima.

Mittlere Klimaänderungen

Für die Auswertung der mittleren klimatischen Verhältnisse wurden die für die Größen Temperatur und Niederschlag seit 1881 vorliegenden Monatsdaten zu jahreszeitlichen und jährlichen 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 2022 statistisch gesichert um 1,7 °C angestiegen (lineare Regression, siehe Abbildung 1). Dieser Wert liegt um 0,6 °C höher als der globale Temperaturanstieg während des gleichen Zeitraums. Dies verwundert nicht, weil sich die Landregionen generell schneller erwärmen als die Meeresregionen. Das Tempo des Temperaturanstiegs hat in Deutschland (wie auch weltweit) in den vergangenen 50 Jahren jedoch deutlich zugenommen: Im Gesamtzeitraum 1881–2022 wurde es in Deutschland jedes Jahrzehnt 0,12 °C wärmer, ab 1971 liegt die Erwärmungsrate mit 0,38 °C pro Dekade mehr als dreimal so hoch. Seit den 1960er-Jahren war hierzulande jedes Jahrzehnt deutlich wärmer als das vorangehende, und bei einer globalen Erwärmung von rund 1,1 °C waren die vergangenen zehn Jahre (2013–2022) in Deutschland schon 2,1 °C wärmer als die ersten Jahrzehnte (1881–1910) der Aufzeichnungen (siehe Abbildung 2). Somit lagen neun der zehn wärmsten Jahre in Deutschland im 21. Jahrhundert (siehe Tabelle 1). Eine Jahresdurchschnittstemperatur größer 10 °C gab es vor 2014 in Deutschland noch nie. Seitdem traten solch hohe Werte insgesamt fünfmal auf.

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. 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. So ist in Abbildung 1 auch zu erkennen, dass die Variabilität der Temperatur in Deutschland (Balken) bedeutend größer ist als bei der globalen Temperatur (Fläche). 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 der Ozeanzirkulation, also den Meeresströmungen, gekoppelt sind. In Abhängigkeit von der Ozeanzirkulation ändern sich von Zeit zu Zeit die Meeresoberflächentemperaturen, und in der Folge kommt es zu Phasen der Erwärmung oder Abkühlung der Atmosphäre. Diese Phasen überlagern den Einfluss der das Klima von außen antreibenden Faktoren (externe Klimaantriebe), zu denen neben den natürlichen Elementen Sonneneinstrahlung und Vulkanaktivität auch die vom Menschen verursachten Einflüsse infolge von Landnutzungsänderungen, der Luftverschmutzung durch den Schwefeldioxidausstoß von Industrieanlagen sowie durch die Emission von Treibhausgasen wie Kohlenstoffdioxid (CO2) zählen. In den Phasen einer stärker abkühlenden Wirkung der Ozeanzirkulation auf die Meeresoberflächentemperatur und in der Folge 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. In den Phasen mit schwacher oder ohne abkühlende Wirkung der Ozeanzirkulation steigen die beobachteten Temperaturen 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) liegt der Wert mit einem Flächenmittel von 1,9 °C leicht über dem Jahresmittel. Die anderen Jahreszeiten weisen mit 1,6 bis 1,7 °C den gleichen Temperaturanstieg auf wie das gesamte Jahr. Ähnliches gilt für die räumlichen Unterschiede. Hier reicht die Spanne des Anstiegs der Jahresmitteltemperatur von 1,5 °C bis 1,8 °C, wobei die Erwärmung in den westlichen Bundesländern sowie Bayern und Thüringen tendenziell bislang etwas höher und in Brandenburg und Berlin etwas geringer ausgefallen ist als im Landesdurchschnitt.

Tabelle 1: Die bisher zehn wärmsten Jahre in Deutschland seit 1881

Quelle: DWD

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Abbildung 1: Temperaturanomalie

Abweichung der Jahresmittel der Lufttemperatur in Deutschland und global vom vieljährigen Mittelwert 1961–1990.

Quelle: DWD / NOAA

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Abbildung 2: Temperaturanomalie der 10-Jahresperioden

Abweichung der 10-Jahresmittel der Lufttemperatur vom vieljährigen Mittelwert 1881–1910.

Quelle: DWD

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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 7,3 %. Dabei zeigen sich allerdings große räumliche Unterschiede. Während es insbesondere in den nordwestlichen Bundesländern mit fast 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 3 zeigt, hat das Flächenmittel der mittleren Niederschlagsmenge seit dem Winter 1881/1882 um rund 48 mm (+26 %) zugenommen. Die räumliche Verteilung der Änderungen ähnelt dabei der der Temperatur zu dieser Jahreszeit. Das heißt, die geringsten Zunahmen mit Werten unter 25 % wurden bislang in den nordöstlichen Bundesländern registriert. In den übrigen Bundesländern sind die Regenmengen dagegen zumeist stärker angestiegen als im Bundesdurchschnitt. Mit dieser räumlich unterschiedlich stark ausgeprägten Erwärmung und Niederschlagszunahme hat sich der unterschiedliche Grad der Kontinentalität der Regionen, also das unterschiedliche Verhältnis des Einflusses von Land und Meer auf das Klima an einem bestimmten Ort, im Verlauf 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 rund 11 mm abgenommen, jedoch lässt sich aus diesem minimalen, im Bereich der natürlichen Variabilität liegenden Rückgang nicht einmal auf eine Tendenz schließen (siehe Abbildung 4).

Abbildung 3: Niederschlagsanomalie Winter

Prozentuale Abweichung der Winterniederschläge (Dezember, Januar, Februar) von den vieljährigen mittleren Winterniederschlagssummen 1961–1990.

Quelle: DWD

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Abbildung 4: Niederschlagsanomalie Sommer

Prozentuale Abweichung der Sommerniederschläge (Juni, Juli, August) von den vieljährigen mittleren Sommerniederschlagssummen 1961–1990.

Quelle: DWD

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Änderungen der Extreme

Da Extreme definitionsgemäß sehr seltene Ereignisse sind, die stark von den üblichen Zuständen abweichen, sind statistische Analysen weniger stark belastbar als solche von mittleren Zuständen. Die Bestimmung von sogenannten Jahrhundertereignissen (das heißt Extremereignissen, die statistisch einmal in 100 Jahren auftreten), muss beispielsweise auf der Basis von Messreihen durchgeführt werden, die meistens nur wenig länger sind. Eine relativ einfache und sehr anschauliche Möglichkeit, Änderungen von Extremereignissen zu bestimmen, bieten sogenannte klimatische Kenntage, bei denen es sich um Schwellenwertereignisse handelt. Es werden also Tage ausgewertet, an denen zum Beispiel die Höchsttemperatur einen bestimmten Grenzwert überschreitet, wie die Anzahl der Heißen Tage mit einer Höchsttemperatur von mindestens 30 °C. Neben reinen Kenntagen können weitere Indikatoren genutzt werden, die unter anderem auch geeignet sind, länger andauernde Klimaextreme wie Hitze- oder Trockenperioden zu erfassen. Im Folgenden werden verschiedene Indikatoren für die Analyse der Änderung von Extremereignissen der Temperatur und des Niederschlags vorgestellt und diskutiert.

Statistisch gesicherte Aussagen sind heute schon möglich zu Änderungen der Häufigkeit von Grenzwertüberschreitungen bei der Temperatur, und Hitzeperioden sind in ganz Deutschland seit 1951 häufiger und intensiver geworden. Schwieriger ist es, gesicherte Aussagen bei Trends von Starkniederschlagsereignissen zu treffen. Zum einen weisen solche Ereignisse eine sehr hohe Variabilität in Raum und Zeit auf, zum anderen sind insbesondere in den Sommermonaten konvektive Ereignisse, also die Entstehung von Schauern und Gewittern, relevant, die auf einer Zeitskala von einer Stunde und weniger auftreten. Auch wenn inzwischen Tendenzen zu einer größeren Häufigkeit von Starkniederschlägen in den letzten 65 Jahren zu erkennen ist, ist es aufgrund der geringen Datenverfügbarkeit bisher noch nicht möglich, statistisch gesicherte klimatologische Aussagen über Änderungen von Starkniederschlagsereignissen zu treffen.

Temperaturextreme

Zur Analyse der Temperaturextreme wurde neben der Anzahl der Heißen Tage auch die Anzahl der Eistage (Tage mit einer Höchsttemperatur < 0 °C) betrachtet. Außerdem wurde für acht deutsche Städte die intensivste jährliche 14-tägige Hitzeperiode mit einem mittleren Tagesmaximum der Lufttemperatur von mindestens 30 °C für den Zeitraum 1950–2022 ausgewertet.
Seit 1951 hat sich die Anzahl der Heißen Tage in Deutschland von im Mittel etwa drei Tagen pro Jahr auf derzeit etwa zehn Tage pro Jahr mehr als verdreifacht (siehe Abbildung 5). Mehr als 10 Heiße Tage gab es deutschlandweit vor 1994 noch nie, die Jahre mit den meisten Heißen Tage waren 2018, 2003 2015, 2022 und 2019. Der Anstieg der Heißen Tage ist trotz der großen Variabilität dieses Index von Jahr zu Jahr statistisch gesichert. Auch die markante Abnahme der mittleren Anzahl der Eistage von rund 27 Tagen auf derzeit etwa 18 Tage pro Jahr ist statistisch signifikant (siehe Abbildung 5).

Der zeitliche Verlauf der Flächenmittelwerte der Temperaturindikatoren spiegelt sich auch in deren räumlichen Entwicklung erkennbar wider (siehe Abbildung 6). Ebenso sind die großen räumlichen Unterschiede zwischen den einzelnen Regionen Deutschlands gut auszumachen.
Im Zeitraum 1953–1962 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 (siehe Abbildung 6). Bis zur Dekade 2003–2012 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 insbesondere im Osten Deutschlands nochmals stark angestiegen, sodass im vieljährigen Mittel im Süden und Osten weitverbreitet mehr als zehn solcher Tage pro Jahr registriert wurden.

In Abbildung 7 wird für mehrere deutsche Städte die intensivste jährliche 14-tägige Hitzeperiode mit einem mittleren Tagesmaximum der Lufttemperatur von mindestens 30 °C für den Zeitraum 1950–2022 dargestellt. Für die untersuchten Städte ist zu erkennen, dass die Häufigkeit und Intensität der hier untersuchten intensiven Hitzeperioden von Norden nach Süden ansteigen. Allgemein liegen in den nördlicher gelegenen Städten die höchsten mittleren Tagesmaxima der Hitzeperioden unter 33 °C, dieser Wert wird in den südlichen Großstädten des Öfteren überschritten. München hat weniger Ereignisse als für den Süden typisch, da die Station relativ hoch liegt (515 m). Darüber hinaus ist zu erkennen, dass solche extremen Hitzewellen seit den 1990er-Jahren häufiger auftreten; in Hamburg traten zum Beispiel im Zeitraum 1950–1993 nie solche Ereignisse ein, seit 1994 gab es inzwischen sechs extreme Hitzewellen.

Abbildung 5: Anomalie der Anzahl der Heißen Tage

Abweichung der Anzahl Heißer Tage vom vieljährigen Mittel 1961–1990.

Quelle: DWD

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Abbildung 5: Anomalie der Anzahl der Eistage

Abweichung der Anzahl der Eistage vom vieljährigen Mittel 1961–1990.

Quelle: DWD

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Abbildung 6: Mittlere jährliche Anzahl der Heißen Tage

Mittlere jährliche Anzahl der Heißen Tage.

Quelle: DWD

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Abbildung 7: Markante Hitzewellen seit 1950

Mittelwerte der wärmsten 14-tägigen Periode je Jahr für acht deutsche Städte (Die Höhe des Balkens gibt den berechneten 14-Tages-Mittelwert an, der rote Balken das Jahr mit der bisher jeweils intensivsten Hitzeperiode.).

Quelle: DWD

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Niederschlagsextreme

Wärmere Luft kann mehr Wasserdampf aufnehmen als kältere Luft. Deshalb sind bei Erwärmung und weitgehend gleichbleibender relativer Luftfeuchte grundsätzlich auch mehr Niederschläge zu erwarten. Darüber hinaus kann davon ausgegangen werden, dass es insbesondere auf der sogenannten konvektiven Skala, also bei der Entstehung von Schauern und Gewittern, infolge der geänderten meteorologischen Verhältnisse auch zu einer Intensivierung der wolken- und niederschlagsbildenden Prozesse kommt. Die unter derartigen Bedingungen fallenden Starkniederschläge würden dann im Vergleich zum erhöhten Wasserdampfgehalt der Luft sogar überproportional zunehmen. Von Starkregen spricht man bei großen Niederschlagsmengen in relativ kurzer Zeit. Er fällt meist aus konvektiver Bewölkung (zum Beispiel Cumulonimbuswolken). Starkregen kann zu schnell ansteigenden Wasserständen und Überschwemmungen führen, häufig einhergehend mit Bodenerosion. Die vom DWD genutzten drei Warnstufen für verschiedene Andauern sind in Tabelle 2 aufgeführt.

Allerdings spielen bei der Niederschlagsbildung eine ganze Reihe weiterer Faktoren und Prozesse eine wesentliche Rolle, die regionale Unterschiede bedingen können. Vermutlich werden die Starkniederschläge nicht überall im gleichen Maß zunehmen.
Bei der Analyse von Starkniederschlägen auf der Basis von Stationsmessungen wird aufgrund der Messgegebenheiten häufig zwischen Tagesniederschlagssummen und kürzeren Zeitintervallen bis hinunter auf Dauerstufen von 5 Minuten unterschieden. Allerdings beschränken sich viele Untersuchungen infolge der Datenverfügbarkeit auf eine minimale zeitliche Auflösung von 60 Minuten. Die Häufigkeit von Starkniederschlägen der Dauerstufe 24 Stunden (siehe auch Tabelle 2) hat sich in Deutschland in den vergangenen 70 Jahren nur sehr wenig verändert, wobei für das gesamte Kalenderjahr sowie die meisten meteorologischen Jahreszeiten eine geringfügige Zunahme zu beobachten war. Aufgrund des insgesamt seltenen Auftretens solcher Ereignisse sowie deren hoher Variabilität von Jahr zu Jahr sind diese Trends aber durchweg nicht statistisch signifikant und somit auch nicht aussagekräftig.

Für die in Mitteleuropa vorwiegend im Sommerhalbjahr relevanten Starkniederschläge kurzer Dauerstufen gibt es dagegen insgesamt noch kaum Erkenntnisse. Es existieren zwar einige Anhaltspunkte für eine Zunahme der Intensität konvektiver Ereignisse mit steigender Temperatur. Auf dieser Zeitskala besteht aber noch Forschungsbedarf. Trendanalysen von Starkniederschlägen sind prinzipiell dadurch erschwert, dass die häufig besonders intensiven kleinräumigen Niederschläge nicht immer von den meteorologischen Stationen erfasst werden, sondern zum Teil auch zwischen diesen auftreten und somit durch das Raster fallen können. Für die vergangenen rund 22 Jahre existieren zwar zusätzlich auch flächendeckende Radardaten, für robuste Trendaussagen ist ein solcher Zeitraum aber noch zu kurz.
Radardaten machen es möglich, das tatsächliche Auftreten von Starkregen flächendeckend festzustellen und auszuzählen. So zeigt die Abbildung 8, dass die Stunden mit Starkniederschlägen besonders hoher Intensität von über 25 mm/h respektive 35 mm/6 h in Deutschland (siehe Abbildung 8, Mitte) deutlich gleichmäßiger verteilt sind als die Gesamtstunden mit moderatem Starkregen (siehe Abbildung 8, links), wo die räumliche Verteilung stark an das Relief Deutschlands gebunden ist. Damit wird deutlich, dass extreme kleinräumige Starkregen kurzer Andauer und mit hohem Schadenspotenzial in Deutschland jeden treffen können und somit keine Gefahr darstellen, die nur den südlichen Ländern vorbehalten ist. Die zeitliche Verlängerung dieser Art der Starkregenanalyse wird in wenigen Jahren auch eine belastbare Trendanalyse für diese Überschreitungshäufigkeiten ermöglichen.
Auf Basis der 22 Jahre umfassenden Zeitreihe von Radardaten wurden im Ereigniskatalog CatRaRE (Catalogue of Radar-based heavy Rainfall Events) Starkniederschlagsereignisse auf 11 unterschiedlichen Dauerstufen zwischen 1 und 72 Stunden gelistet. Zusätzlich zu den Eigenschaften Dauerstufe, Zeitpunkt des Auftretens und Niederschlagsintensität, die sich allein aus den Radardaten bestimmen lassen, enthält CatRaRE demografische und geografische Informationen zu den Ereignissen. Abbildung 9 zeigt die Häufigkeitsverteilung der Niederschlagsereignisse in Deutschland über die Jahre 2001 bis 2022 für die 11 Dauerstufen. Auch hier zeigt sich, dass die Ereignisanzahl von Jahr zu Jahr stark variiert zwischen 554 Ereignissen im Jahr 2001 und 2.304 im Jahr 2018. Es erscheint zunächst überraschend, dass im Jahr 2018 die meisten Starkniederschlagsereignisse auftraten, da dieses Jahr im Mittel ein vergleichsweise trockenes Jahr war. Es war aber auch ein überdurchschnittlich warmes Jahr. Somit bestätigt sich hier die Annahme, dass es insbesondere in wärmeren Jahren vermehrt zu extremen konvektiven Niederschlägen kommen kann, denn alleine die Dauerstufen von 1 bis 6 Stunden machen mehr als 2.000 der Ereignisse im Jahr 2018 aus. Die Zeitreihe ist mit ihren 22 Jahren zwar noch zu kurz für eine belastbare Klimatrendaussage, dennoch kann man einen leichten Anstieg in der Anzahl der Starkregenereignisse in dem betrachteten Zeitraum erkennen.

Tabelle 1: Warnstufen des DWD

Warnstufen des DWD bei verschiedenen Dauerstufen für Stark- und Dauerregen.

Quelle: DWD

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Abbildung 8: Gesamtanzahl der Starkregenstunden mit Überschreitung der Warnschwellen

Gesamtsumme der Niederschlagsstunden im Zeitraum von 2001 bis 2022, in denen die DWD-Warnschwellen überschritten wurden (Datenbasis bilden die quantifizierten Niederschlagsanalysen der Daten des Wetterradarverbundes und der automatischen Ombrometer und der bereits eingebundenen Partnermessnetze der Bundesländer).

Quelle: DWD

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Abbildung 9: Starkniederschlagsereignisse

Jährliche Anzahl von Starkniederschlagsereignissen differenziert nach Dauer-Stufen (basierend auf Radarmessungen des DWD).

Quelle: DWD

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Extreme Trockenheit

Das Thema Trockenheit ist in den vergangenen Jahren verstärkt in den Fokus gerückt. Neben der Frage nach der Veränderung der Starkniederschläge ist insbesondere im Sommer auch von großer Wichtigkeit, inwieweit die Erwärmung mit einer zusätzlichen Austrocknung der Böden einhergeht. Besonders betroffen von der Trockenheit ist beispielsweise die Landwirtschaft, aber auch andere Infrastrukturen wie die Wasserwirtschaft oder die Energieversorgung. Spricht man in der Landwirtschaft von Trockenheit oder Dürre, so bezieht sich dies immer auf den Zustand der Pflanzen, die aufgrund fehlender Wasservorräte im Boden ihre Photosynthese-Aktivität stark einschränken müssen oder im Extremfall ganz absterben können. Geringe Wasservorräte im Boden können zum einen durch fehlende oder geringe Niederschläge und zum anderen durch hohe Verdunstungsraten der Pflanzen hervorgerufen werden, die bei trockener und warmer Witterung höher sind als bei kalt-feuchten Bedingungen.
Ein idealer Zeiger für den Wasserversorgungsgrad der Pflanzen ist die Bodenfeuchte, die in Prozent nutzbarer Feldkapazität (% nFK) ausgedrückt wird. Die nutzbare Feldkapazität ist ein relatives Maß für das Bodenwasser, das von der Pflanze genutzt werden kann. Wenn die Bodenfeuchte unterhalb von 30 % bis 40 % nFK sinkt, dann führt dies zu einem deutlichen Absinken der Photosynthese-Leistung und in der Folge zu einem verminderten Pflanzenwachstum. Je länger die Pflanze in diesem Zustand bleibt, umso stärker kann sie geschädigt werden. Aus diesem Grunde wurde die Anzahl der Tage betrachtet, an denen die kritischen Bodenfeuchtewerte von 30 % nFK für die Kultur Winterweizen unterschritten wurde. Betrachtet wurde die Hauptwachstumszeit von Winterweizen, die in der Regel von März bis Juli oder August andauert. Außerdem hat auch die Art des Bodens einen großen Einfluss auf die Bodenfeuchte. Ein schwerer Boden (zum Beispiel sandiger Lehm) kann mehr Wasser für die Pflanzen zwischenspeichern als ein leichter Boden (beispielsweise ein lehmiger Sand) und somit längere Trockenperioden überbrücken.

Wie Abbildung 10 deutlich macht, hat die mittlere Anzahl der Tage mit Bodenfeuchtewerten unter 30 % nFK in Deutschland sowohl für den schweren Boden (links) als auch für den leichten Boden (rechts) seit 1961 signifikant zugenommen. Aufgrund seiner geringeren Wasserspeicherkapazität ist beim leichten Boden die Anzahl der Tage, an denen der kritische Schwellenwert unterschritten wird, insgesamt höher als bei den schweren Böden. Für die Pflanzenentwicklung beziehungsweise die Schädigung der Pflanzen spielt dabei auch die Andauer dieser Tage mit einer nFK unter 30 % eine wichtige Rolle. Darüber hinaus wirken sich während der Hauptwachstumsphase länger anhaltende Trockenperioden wesentlich negativer auf die Pflanzen- und Ertragsentwicklung aus als beispielsweise Trockenheit kurz vor der Ernte.
Besonders betroffen von der zunehmenden Bodentrockenheit sind verbreitet Gebiete im Osten Deutschlands sowie das Rhein-Main Gebiet (siehe Abbildung 11).

Abbildung 10: Tage mit Bodenfeuchte < 30% nFK (Winterweizen, sandiger Lehm)

Jährliche Anzahl der Tage mit Bodenfeuchtewerten unter 30% nFK für Winterweizen auf schwerem Boden (sandiger Lehm).

Quelle: DWD

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Abbildung 10: Tage mit Bodenfeuchte < 30% nFK (Winterweizen, lehmiger Sand)

Jährliche Anzahl der Tage mit Bodenfeuchtewerten unter 30% nFK für Winterweizen auf leichtem Boden (lehmiger Sand).

Quelle: DWD

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Abbildung 11: Mittlere jährliche Anzahl der Tage mit einer Bodenfeuchte unter Winterweizen <30% nFK

Mittlere jährliche Anzahl der Tage mit einer Bodenfeuchte unter Winterweizen <30% nFK für einen schweren Boden (oben, sandiger Lehm) und einen leichten Boden (unten, lehmiger Sand), bitte die unterschiedlichen Skalen der beiden Darstellungen beachten!

Quelle: DWD

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Entwicklungen in der Zukunft

Aussagen zur zukünftigen Entwicklung der meteorologischen Parameter werden auf Basis von Klimaprojektionen getroffen. Dabei berechnet ein globales Klimamodell den möglichen Klimawandel auf der Basis eines Szenarios. Hier werden zwei Szenarien betrachtet. Das „Klimaschutz-Szenario“ (RCP 2.6) basiert auf Annahmen, die der globalen 2-Grad-Obergrenze entsprechen. Ziel ist eine Welt, in der im Jahr 2100 die globale Erwärmung nicht mehr als 2 °C im Vergleich zum vorindustriellen Niveau beträgt. Das „Hochemissionsszenario“ (RCP 8.5) beschreibt eine Welt, in der die Energieversorgung im Wesentlichen auf der Verbrennung fossiler Kohlenstoffvorräte beruht. Der Ausstoß von Treibhausgasen wird sich gegenüber heute mit einem stetigen Anstieg des Strahlungsantriebes bis zum Jahr 2100 weiter erhöhen.
Eine Klimaprojektion darf nicht mit einer Vorhersage verwechselt werden. Sie ist eine „was wäre, wenn“-Rechnung auf der Basis des gewählten Szenarios. Die Klimaprojektionen für die unterschiedlichen Szenarien helfen, die zu erwartenden Klimaveränderungen unter Berücksichtigung verschiedener Klimaschutzmaßnahmen in eine Bandbreite möglicher Entwicklungen einzuordnen.
Globale Klimaprojektionen dienen als Antrieb für regionale Klimaprojektionen. Die gezeigten Auswertungen basieren auf den Ergebnissen von 32 regionalen Klimaprojektionen, die den Zeitraum 1971 bis 2100 umfassen (Klimaensemble). Die genutzten regionalen Klimaprojektionen stellen das DWD-Referenz-Ensemble dar, das im Rahmen der Forschung des Themenfelds „Klimawandel und Anpassung“ des Expertennetzwerks des Bundesministeriums für Digitales und Verkehr (BMDV-Expertennetzwerk) Bias-adjustiert (Reduktion von systematischen Fehlern) und auf ein 5 km-Gitter regionalisiert wurde8. Die folgenden Auswertungen basieren alle auf diesem Ensemble. Um den Unterschied zwischen dem heutigen und einem zukünftigen Zustand zu berechnen, werden jeweils zwei 30-Jahres-Zeiträume genutzt, und es wird für jeden Zeitraum ein mittlerer Zustand berechnet. Als Bezugszeitraum für das beobachtete Klima dienen die Jahre 1971–2000 aus den Modellrechnungen. Für eine bessere Einordnung wird in Abbildung 12 (rechts) für die Temperatur darüber hinaus die Änderung relativ zum frühindustriellen Zeitraum 1881–1910 dargestellt. Für die Zukunft werden zwei Zeiträume analysiert: Der kurzfristige Planungshorizont beschreibt den mittleren Zustand der Jahre 2031–2060. Die Jahre 2071–2100 werden als Grundlage für den langfristigen Planungshorizont genutzt. Die zukünftigen Änderungen werden als Bandbreite angegeben. Beschrieben wird die Bandbreite über die Werte des 15. und 85. Perzentils aus den vorhandenen Datensätzen. Durch dieses Vorgehen werden Ausreißer an den beiden Enden der Ensembles aus Klimaprojektionen ausgeschlossen.

Temperatur – Mittel und Extreme in der Zukunft

Die bereits erreichte Temperaturänderung zwischen dem frühindustriellen Zeitraum und dem Bezugszeitraum 1971–2000 beträgt 0,8 °C. Ein weiterer Anstieg der Temperatur in Deutschland ist zu erwarten.
Für den kurzfristigen Planungshorizont (2031–2060) beträgt der Anstieg etwa 0,8 bis 1,5 °C im Klimaschutz-Szenario und 1,5 bis 2,3 °C im Hochemissionsszenario (siehe Abbildung 12). Die Entwicklung ist noch wenig vom Emissionsszenario abhängig. Die Erwärmung ist in Süddeutschland etwas stärker ausgeprägt. Die Temperaturentwicklung für den langfristigen Planungshorizont (2071–2100) wird stark vom gewählten Szenario bestimmt. Basierend auf dem Klimaschutz-Szenario ist eine Erhöhung um 0,9 bis 1,6 °C zu erwarten. Regionale Unterschiede gibt es kaum. Unter den Bedingungen des Hochemissionsszenarios beträgt die Erwärmung etwa 3,0 bis 4,7 °C. Die Erwärmung ist in den südlichen Regionen stärker ausgeprägt. In den verschiedenen Jahreszeiten ist die Erwärmung ähnlich ausgeprägt, mit Ausnahme des Frühjahrs, wo sie geringer ausfällt.
Mit der Temperaturzunahme in der Zukunft geht eine markante Änderung der Temperaturextreme einher. Mit tiefen Temperaturen verbundene Extreme nehmen stark ab und mit Wärme verbundene Extreme nehmen stark zu. Dadurch steigt auch die Häufigkeit von Hitzewellen. Die Klimaprojektionen weisen auf eine deutliche Änderung aller Indikatoren hin, besonders für das Hochemissionsszenario sowie den langfristigen Planungshorizont. In den meisten Regionen ist mit einem klaren Anstieg von Sommertagen, Heißen Tagen und Tropennächten zu rechnen. Im Deutschlandmittel sind unter dem Hochemissionsszenario im kurzfristigen Planungshorizont 5 bis 10 zusätzliche Heiße Tage pro Jahr zu erwarten, im langfristigen Planungshorizont 14 bis 28 Tage. Tropennächte werden zukünftig auch in Regionen auftreten, in denen sie bis heute noch nicht aufgetreten sind. Besonders das Hochemissionsszenario lässt eine deutliche Häufung und eine Ausdehnung auf neue Gebiete erwarten. Im Deutschlandmittel ist unter diesem Szenario im kurzfristigen Planungshorizont mit einem Anstieg um bis zu 3 Tropennächte pro Jahr zu rechnen, im langfristigen Planungshorizont um 5 bis 16 Nächte. Im Oberrheingraben sowie in städtischen Agglomerationen ist mit dem größten Zuwachs an Tropennächten zu rechnen. Dagegen wird die Anzahl an Frost- und Eistagen, wie bereits in den letzten Jahrzehnten, in allen Regionen weiter zurückgehen. Besonders im Ruhrgebiet sowie im Rheintal werden Eistage nur noch sehr selten auftreten. Im kurzfristigen Planungshorizont sowie für das Klimaschutz-Szenario sind dagegen weniger drastische Veränderungen zu erwarten.

Im kurzfristigen Planungshorizont 2031–2060 ist für Deutschland keine deutliche Änderung der mittleren Jahressumme des Niederschlags zu erwarten. Berechnet wird eine Änderung des mittleren Jahresniederschlags um ±0 % bis +6 % im Klimaschutz-Szenario sowie um -1 % bis +9 % im Hochemissionsszenario (siehe Abbildung 13). Der Unterschied zwischen den Szenarien ist gering und die Änderung ist in allen Teilen des Bundesgebiets in etwa gleich stark ausgeprägt. Grundsätzlich muss angemerkt werden, dass eine modellierte Änderung unterhalb von 10 % nicht von der natürlichen Klimavariabilität unterschieden werden kann. Diese Schwelle gilt auch für alle nachfolgenden Werte. Für den langfristigen Planungshorizont 2071–2100 ist für Deutschland beim Hochemissionsszenario mit einer Änderung des Jahresniederschlags um ±0 % bis +16 % zu rechnen. Die Änderung wird in allen Teilen des Bundesgebiets in etwa gleich stark ausfallen.

Für den kurzfristigen Planungshorizont 2031–2060 werden unter Verwendung des Klimaschutz-Szenarios für den Winter Zunahmen der Niederschlagsmenge um +3 % bis +11 % berechnet, im Hochemissionsszenario +2 % bis +23 %. Für den Sommer und den Herbst ist eine belastbare Richtungsaussage nicht möglich. Die Spannbreite der Ergebnisse im Sommer liegt zwischen -6 % und +3 % (Klimaschutz-Szenario) sowie zwischen -7 % und +7 % (Hochemissionsszenario). Im Herbst liegt sie zwischen -4 % bis +5 % (Klimaschutz-Szenario) sowie zwischen -7 % bis +10 % (Hochemissionsszenario). Im Frühjahr zeigen sich für diesen Planungshorizont Änderungen der mittleren Niederschlagssumme unter Annahme des Klimaschutz-Szenarios von +3 % bis +12 %. Unter Annahme des Hochemissionsszenarios wird eine Zunahme von +6 % bis +14 % berechnet.
Im Frühjahr kann die Änderung für den langfristigen Planungshorizont (2071–2100) je nach Szenario +0 % bis +11 % (Klimaschutz-Szenario) oder +3 % bis +22 % (Hochemissionsszenario) betragen, im Herbst -3 % bis +7 % (Klimaschutz-Szenario) oder -7 % bis +18 % (Hochemissionsszenario). Im Winter kann die Änderung im Hochemissionsszenario +7 % bis +33 %, im Klimaschutz-Szenario -3 % bis +13 % betragen. Für den Sommer wird in diesem Planungshorizont eine Spanne von einer sehr geringen Änderung im Klimaschutz-Szenario (-6 % bis +3 %) bis hin zu einer möglichen Abnahme der Niederschlagshöhe im Hochemissionsszenario in der Spannbreite -14 % bis +6 % berechnet. In den einzelnen Regionen ist der Sommer ebenfalls durch große Spannbreiten der Ergebnisse gekennzeichnet, sodass diese nur wenig belastbar erscheinen.
Bezüglich der Änderung der Anzahl der Tage mit einem Niederschlag von mindestens 20 mm pro Tag ist für alle Regionen sowohl für den kurzfristigen als auch den langfristigen Planungshorizont mit einer Zunahme zu rechnen. Nur in der Alpenregion projizieren manche Modelle eine Abnahme dieser Tage. Die deutlichste Zunahme wird dabei im Frühling und Winter projiziert. Im kurzfristigen Planungshorizont ist der Unterschied zwischen den einzelnen Klimaszenarien eher gering, während er im langfristigen Planungshorizont im Winter, Frühling und Herbst deutlich ausgeprägter ist. Ein weniger ausgeprägter Anstieg wird für die Tage mit einem Niederschlag von 30 mm und mehr projiziert. Jedoch ist bei Starkniederschlägen die Spannbreite innerhalb des Ensembles teilweise sehr groß, sodass die Resultate nur wenig belastbar sind. Regionale Unterschiede bezüglich der Änderung der mittleren Jahressumme der Niederschlagshöhe sind wenig ausgeprägt.
Für den Projektionszeitraum ist für das Gesamtjahr, abhängig von der Bandbreite des Klimamodellensembles und Klimaszenarios, von einer geringfügigen Abnahme bis zu einer moderaten Zunahme der Trockentage auszugehen. Für die einzelnen Jahreszeiten ergibt sich allerdings ein differenzierteres Bild. Während es im kurz- und langfristigen Planungshorizont für das Klimaschutzszenario im Winter und Frühling zu keinen nennenswerten Änderungen der Trockentage kommt, ergibt sich für Sommer und Herbst eine moderate Zunahme, die sich aber zwischen dem kurz- und langfristigen Planungshorizont kaum unterscheidet. Unter dem Hochemissionsszenario werden im Winter und Frühling ebenfalls kaum Änderungen projiziert. Vor allem im Sommer ist aber von einer deutlicheren Zunahme der Trockentage für die ferne Zukunft auszugehen, die für den Herbst etwas moderater projiziert wird.