Monitoring-Bericht zum Klimawandel in Süddeutschland

Seit über 20 Jahren gibt es die Länderkooperation KLIWA, in der die Länder Baden-Württemberg, Bayern und Rheinland-Pfalz gemeinsam Fragestellungen des Klimawandels und Konsequenzen für die Wasserwirtschaft im Süddeutschen Raum bearbeiten. Ein wichtiger Baustein von KLIWA ist das Klimamonitoring, mit dem verschiedene relevante meteorologische und hydrologische Kenngrößen in ihrer zeitlichen Entwicklung erfasst und in regelmäßigen Abständen zeitnah ausgewertet werden. Damit lassen sich die Auswirkungen des Klimawandels verfolgen und langfristige Trends erkennen. Diese Auswertungen werden in Klimamonitoringberichten
veröffentlicht, die in der Regel alle fünf Jahre fortgeschrieben werden.

Mit diesem aktuellen Klimamonitoringbericht 2021 werden Veränderungen des regionalen Klimas und des Wasserhaushalts in den KLIWA–Kooperationsländern sowie bei einem Teil der Größen auch erstmals zusätzlich in einem erweiterten KLIWA–Gebiet mit den Gastbundesländern Hessen und dem Saarland bis zum Jahre 2020 dokumentiert und bewertet. Zusätzlich werden außergewöhnliche und extreme Ereignisse des Zeitraums 2016–2021 dargestellt und bewertet.

Die Kernaussagen zur Klimaentwicklung in Süddeutschland lassen sich für die einzelnen Kenngrößen, die den Wasserhaushalt steuern, folgendermaßen zusammenfassen:

Lufttemperatur

• Im Zeitraum 2016 bis 2020 zeigt sich für die Lufttemperatur weiter eine vermehrte Anzahl an überdurchschnittlich warmen Jahren, inklusive Hitzeperioden und extrem hohen Temperaturen. Die Jahre 2018 bis 2020 gehören zu den wärmsten gemessenen Jahren bundesweit und im erweiterten KLIWA–Gebiet seit Beginn flächendeckender Messungen in 1881.
• In den Jahren 2016 bis 2020 hat sich der Anstieg der Lufttemperatur im Jahresmittel in Süddeutschland weiter fortgesetzt. Für den Zeitraum 1931 bis 2020 ist eine Zunahme des Gesamttrends über 90 Jahre auf +1,4 bis +1,8 °C sowie eine Verstärkung der Trendsignifikanz festzustellen.
• In den fünf Jahren 2016 bis 2020 ist eine deutliche Zunahme der Durchschnittstemperaturen von im Mittel 0,3 °C gegenüber den Jahren 2011 bis 2015 zu verzeichnen.
• Im Vergleich zwischen Winter– und Sommerhalbjahr setzt sich das schon in den letzten Monitoringberichten beschriebene Verhalten weiter fort: Die Erwärmungszunahme fällt in den letzten ca. 20 Jahren im Sommer– stärker aus als im Winterhalbjahr. Dennoch ist der Gesamttrend seit 1931 (Beginn der Auswertung) im Winterhalbjahr bisher immer noch stärker ausgeprägt als im Sommerhalbjahr (Winterhalbjahr: +1,6 bis +2,1 °C/90 Jahre; Sommerhalbjahr: +1,1 bis +1,6 °C/90 Jahre).
• Für den Zeitreihenvergleich 1951 bis 2020 gegenüber 1931 bis 2000 ergibt sich in allen KLIWA–Regionen eine weitere Verstärkung des bisher schon positiven Trends, sowohl für das Gesamtjahr als auch die hydrologischen Halbjahre. Ebenso zeigt sich eine generelle Zunahme der Signifikanz der Trends bis zum Jahr 2020 in allen Regionen zu hochsignifikanten Trends.

Niederschlag

• Die Trends (1931–2020) der mittleren Gebietsniederschlagshöhe sind insgesamt schwächer und weniger signifikant als im letzten ausgewerteten Zeitraum (1931 bis 2015), wobei es mehrheitlich positive und häufiger signifikante Trends im Winterhalbjahr (–6 % bis +22 %) und keine eindeutigen kaum signifikanten Entwicklungen im Sommerhalbjahr (–15 % bis +3 %) gibt. In den letzten 20 Jahren ist vor allem eine Abschwächung der positiven Trends im Winterhalbjahr zu beobachten.
• Die Trends im Starkniederschlag (Dauer=24h) sind uneinheitlicher als im Gebietsniederschlag. Hier gibt es weiterhin regional klare positive Trends im Winterhalbjahr (bis +33 %), eine Voraussetzung für eine Zunahme der winterlichen Hochwasserlagen. Im Sommerhalbjahr sind die Trends regional uneinheitlich ohne eindeutige Entwicklung, aber häufig stärker ausgeprägt als beim Gebietsniederschlag. Aussagen über Kurzzeitereignisse (< 1 Tag) konnten mit dieser Studie wegen der zu kurzen Messreihen und dem weniger dichten Messnetz mit hoher zeitlicher Auflösung nicht getroffen werden.

Hochwasserabflüsse

• Für den Zeitraum 1932 bis 2020 ergeben sich im KLIWA–Untersuchungsgebiet bei 55 % der Pegel Trends zu steigenden Hochwasserabflüssen im Gesamtjahr. Dies gilt in gleicher Weise für das hydrologische Winterhalbjahr (58 % der Pegel) und in abgeschwächter Form im Sommerhalbjahr (45 % der Pegel). Von den ermittelten Zunahmen ist etwa die Hälfte der Trends signifikant.
• Der Vergleich unterschiedlich langer Zeiträume zeigt für das hydrologische Winterhalbjahr eine Zunahme an positiven Trends bis 2005. Danach kommt es zu einer Abnahme an positiven Trends.
• Die Betrachtung des Jahresgangs der monatlichen Abflusshöchstwerte zeigt analog zu den vorausgehenden Klimamonitoringberichten, dass die Erhöhung im hydrologischen Winterhalbjahr weiterhin ausgeprägter ist; dies ist für einen Großteil der Gebiete Süddeutschlands auch die Jahreszeit mit der größten Hochwassergefährdung.

Niedrigwasserabflüsse

• Niedrigwasserperioden traten vor allem im Jahr 2018 sowie in Teilen des KLIWA–Gebiets auch im Jahr 2019 als Folge von extremer Trockenheit auf. Besonders betroffen war im Jahr 2018 der Rhein mit Rekordniedrigwasserständen an einer Vielzahl von Pegeln. Die Abflüsse am Rhein bewegten sich 2018 jedoch nicht im Bereich historischer Rekorde.
• Insgesamt zeigt sich für die jährlichen Niedrigstwasserabflüsse (Tageswerte) eine ausgeglichene Verteilung von zunehmenden und abnehmenden Trends für den Zeitraum 1951 bis 2020. Gegenüber dem Zeitraum bis 2015 hat die Anzahl positiver Trends deutlich abgenommen. Es zeigt sich, dass die Verlängerung der Zeitreihe bis 2020 einen großen Einfluss hat. Eine eindeutige Tendenz ist jedoch nicht abzulesen, da die ermittelten Veränderungen mehrheitlich nicht signifikant sind.
• Für die jährlichen 7–Tages–Mittel–Niedrigstwasserabflüsse zeigt sich durch die Verlängerung der Zeitreihe insgesamt eine Trendumkehr. Die Mehrzahl an Pegeln weist nun eine abnehmende Tendenz auf.
• Werden die Zeitreihen von 1951 auf 1974 verkürzt, so wird die abnehmende Tendenz der Niedrigstabflusswerte NQ(J) und NM7Q(J) noch deutlicher.
• Bei der Interpretation der Ergebnisse sollte beachtet werden, dass die Abflüsse im Niedrigwasserbereich sehr sensibel auf wasserwirtschaftliche Nutzungen am Gewässer reagieren. Bei den Untersuchungen der Niedrigwasserabflüsse kann eine Beeinflussung durch wasserwirtschaftliche Nutzungen nicht ausgeschlossen werden. Diese kann klimatisch bedingte Veränderungen überlagern.
  

Mittlere Abflüsse

• Insgesamt lässt sich aus den Untersuchungen schlussfolgern, dass für den gesamten betrachteten Zeitraum 1932 bis 2020 im Gesamtjahr die Trends relativ ausgeglichen sind. Im Winterhalbjahr hingegen überwiegen die Pegel mit steigenden Abflüssen (61 % der Pegel), während im Sommerhalbjahr an 76 % der Pegel mehrheitlich abnehmende Abflüsse zu beobachten sind. Von den ermittelten Veränderungen sind im Durchschnitt 40 % bis 50 % signifikant.
• Im Vergleich lassen sich für die Zeiträume 1932 bis 2000, 1932 bis 2005, 1932 bis 2010,1932 bis 2015 und 1932 bis 2020 Unterschiede erkennen. Durch die Zeitreihenverlängerung bis 2020 geht die Anzahl der Pegel mit zunehmenden Trends vor allem im Gesamtjahr aber auch im Winterhalbjahr zurück. Im Gegensatz hierzu nehmen im Sommerhalbjahr Pegel mit abnehmenden Trends zu.
• Die Betrachtung des Jahresgangs der monatlichen Abflusswerte zeigt, dass die Erhöhung im hydrologischen Winterhalbjahr weiterhin ausgeprägter ist; diese Tendenz schwächt sich allerdings aufgrund der Zeitreihenverlängerung ab. Im Sommerhalbjahr ist dagegen insgesamt betrachtet eine kontinuierliche Abnahme der mittleren Abflüsse vorhanden.

Grundwasserstände und Quellschüttungen

• Von 123 untersuchten Messstellen mit sehr langen Beobachtungsreihen in den KLIWA–Ländern weisen über 80 % für die jeweilige Gesamtzeitspanne bis 2020 eine Tendenz hin zu niedrigeren Grundwasserständen und Quellschüttungen auf.
• Signifikante Veränderungen im innerjährlichen Verlauf (Saisonalität) lassen sich bei zahlreichen Messstellen beobachten. So tritt der Maximalwert innerhalb eines Jahres, bezogen auf den jeweiligen Gesamtbeobachtungszeitraum bis 2020, häufig in den Monaten
  März bis Mai auf. Ermittelt man diesen Zeitpunkt gleitend über die jeweilige Gesamtzeitreihe, so zeigt sich bei etwa der Hälfte der Messstellen eine statistisch signifikante Tendenz zu einem immer früheren Auftreten des Maximums (im Mittel etwa 0,5 Tage/Jahr, also einer Verschiebung von 4 bis 6 Wochen seit 1950).
• Die jährlichen Grundwasserneubildungsraten im Zeitraum 1951 bis 2002 waren durch einen Wechsel von zum Teil auch mehrjährigen Nass– und Trockenperioden charakterisiert, wobei die Auffüllung der Grundwasserspeicher überwiegend während der neubildungsreichen Nassjahre erfolgte. Im Gegensatz dazu wies die Periode 2003 bis 2020 mit durchschnittlichen bis sehr trockenen, d. h. neubildungsarmen Jahren, eine geringe Variabilität in regional unterschiedlicher Ausprägung auf. Besonders deutlich zeigt sich diese Entwicklung während der vergangenen 5 Jahre (2016–2020). In diesem Zeitraum betrug die mittlere jährliche Grundwasserneubildung in Süddeutschland nur ca. 80 % vom langjährigen Mittel.

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