Berichte des Landesamtes Nr.: 1/2016 für Umweltschutz Sachsen-Anhalt Klimaanalyse Sachsen-Anhalt für den Zeitraum 1951-2014 auf Basis von Beobachtungsdaten Fachbericht des LAU Impressum Klimaanalyse Sachsen-Anhalt für den Zeitraum 1951-2014 auf Basis von Beobachtungsdaten Herausgeber: Landesamt für Umweltschutz Tel.: +49 345-5704-101 [email protected] Internet: www.lau.sachsen-anhalt.de Erstellt durch: Climate & Environmental Consulting Potsdam GmbH in Zusammenarbeit mit der hydro & meteo GmbH Lübeck Abschlussdatum: Dezember 2015 Redaktion: Landesamt für Umweltschutz Sachsen-Anhalt Dr. Christiane Röper Manfred Unglaube Redaktionsschluss: Halle (Saale), Januar 2016 ISSN-Nummer: 0941-7281 Titelfotos: Bergwetterwarte Brocken; DWD-Wetterstation Halle (Saale) - Kröllwitz (Fotos: M. Unglaube) 2 Klimaanalyse Sachsen-Anhalt Fachbericht des LAU 1/2016 Vorwort Der 5. Sachstandsbericht des IPCC belegt erneut: „Die Erwärmung des Klimasystems ist eindeutig und es ist äußerst wahrscheinlich, dass der menschliche Einfluss die Hauptursache der beobachteten Erwärmung seit Mitte des 20. Jahrhunderts war. Die bereits heute eingetreten Klimaänderungen haben weitverbreitete Auswirkungen auf Mensch und Natur.“ 1 Klima ist im engeren Sinn als das durchschnittliche Wetter definiert - oder genauer: als die statistische Beschreibung des Wetters in Form von Durchschnittswerten und der Variabilität relevanter Größen über eine Zeitspanne, die im Bereich von Monaten bis hin zu Tausenden oder Millionen von Jahren liegen kann. Der klassische, von der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) definierte Zeitraum sind 30 Jahre. In bisherigen Studien für Sachsen-Anhalt wurden Beobachtungsdaten aus den Zeiträumen 1961 bis 1990 oder 1971 bis 2000 ausgewertet. Inzwischen liegen insbesondere durch eine weitere Datenaufbereitung beim DWD Beobachtungsdaten über längere Zeiträume vor. Diese bildeten die Grundlage für die vorliegende Klimaanalyse für Sachsen-Anhalt. Ziel war es, Beobachtungsdaten über möglichst lange Zeiträume auszuwerten (im Idealfall über den Zeitraum von 1951 bis 2014). Weiterhin stand in dem Projekt die Aufgabe, neben den meteorologischen Standardgrößen auch abgeleitete Klimagrößen (Klima-Indikatoren) zu bestimmen. Aus den Klima-Indikatoren und deren Änderungen kann die Betroffenheit einzelner Sektoren abgeleitet werden. So sind z. B. der Hitzeindex oder die Anzahl von Hitzetagen für den Gesundheitssektor besonders relevant, Heizgradtage oder Kühlgradtage dagegen für Energiewirtschaft oder Gebäudetechnik und niederschlagsabgeleitete Indikatoren für Land- und Wasserwirtschaft. Einen weiteren Schwerpunkt der Klimaanalyse bildete die Auswertung der phänologischen Daten des Deutschen Wetterdienstes für die Naturräume in Sachsen-Anhalt. Die Phänologie befasst sich mit den im Jahresablauf periodisch wiederkehrenden Wachstums- und Entwicklungserscheinungen der Pflanzen. Es werden die Eintrittszeiten charakteristischer Vegetationsstadien (Phasen) beobachtet und festgehalten. Sie stehen in enger Beziehung zur Witterung und zum Klima. Es zeichnet sich gegenwärtig ab, dass phänologische Daten in 1 Quelle: Fünfter Sachstandsbericht des IPCC – Synthesebericht Klimaanalyse Sachsen-Anhalt 3 Fachbericht des LAU Zukunft verstärkt für Trendanalysen zur Klimadiagnostik herangezogen werden, da sich das Eintrittsdatum vieler phänologischer Phasen sehr gut in Beziehung zu Klimatrends setzen lässt. Mit dem Abschluss des Projektes liegt nun eine belastbare und umfassende Datenbasis über Klimaänderungen in Sachsen-Anhalt vor. Darüber hinaus gibt es neben dem vorliegenden Abschlussbericht eine sehr umfangreiche Datensammlung, die bei Bedarf über das Landesamt für Umweltschutz Sachsen-Anhalt abgerufen werden kann. Halle (Saale), 29.01.2016 4 Klimaanalyse Sachsen-Anhalt Klimaanalyse Sachsen-Anhalt 1951 bis 2014 Endbericht In Auftrag gegeben vom Landesamt fur¨ Umweltschutz Sachsen-Anhalt Reideburger Straße 47, 06116 Halle (Saale) Arne Spekat (1), Thomas Einfalt (2), Annemarie Jackisch (2) Ausgefuhrt¨ von einem Konsortium aus (1) Climate & Environment Consulting Potsdam GmbH (2) hydro & meteo GmbH & Co KG Ausfuhrende:¨ Climate & Environment Consulting Potsdam GmbH David-Gilly-Straße 1 14469 Potsdam hydro & meteo GmbH & Co KG Breite Straße 6–8 23552 Lubeck¨ Dieser Bericht sollte so zitiert werden: A. SPEKAT, T. EINFALT und A. JACKISCH, 2015: Klimaanalyse Sachsen-Anhalt 1951 bis 2014. Endbericht. Climate and Environment Consulting Potsdam GmbH und hydro & meteo GmbH & Co KG im Auftrag des Landesamtes fur¨ Umwelt- schutz Sachsen-Anhalt, Halle (Saale). Kurzfassung Im Vorhaben Klimaanalyse Sachsen-Anhalt 1951 bis 2014 wurde der Ansatz verfolgt, aus einer moglichst¨ großen Vielfalt von Datenquellen eine umfangrei- che Darstellung des Klimawandels seit den 1950er Jahren zu gewinnen. Zudem sollten klimadiagnostische Aktivitaten¨ in Sachsen-Anhalt fortgefuhrt,¨ erweitert und aktualisiert werden. Weiterhin stand die Einbeziehung von Nutzern sowohl im Vorfeld als auch wahrend¨ der Laufzeit des Vorhabens an prominenter Stelle. Bei einem solchen Vorhaben ist der Anteil der Daten-Akquise und -Qualitats-¨ kontrolle groß. Es galt, Daten aus verschiedenen Quellen zu vergleichen und ihre Qualitat¨ zu beurteilen. In diesem Bericht werden die im Vorhaben ange- wandten Verfahren der Qualitatskontrolle¨ ausfuhrlich¨ beschrieben und ihr Ein- fluss auf den Umfang des akquirierten und tatsachlich¨ eingesetzten Datenbe- stands geschildert. Einige wichtige Ergebnisse dieses Vorhabens: • Aus Stationsmessungen und abgeleiteten Klimaindikatoren konnten zahl- reiche Trendaussagen gewonnen werden. • Diese Trends zeigen den bereits stattfindenden Klimawandel. • Sie sind stimmig mit Projektionen von Klimamodellen fur¨ die kommen- den Jahrzehnte. • Trends im Klima der letzten 50–60 Jahre sind insbesondere bei Tempera- turgroßen¨ sehr deutlich. • Klimaveranderungen¨ konnten aber auch im Bereich der Extreme von Tem- peratur, Feuchte und Niederschlag dargestellt werden. • Insbesondere gibt es Hinweise auf Fruhjahrstrockenheit,¨ Zunahme der Dauer von Hitzeperioden und zunehmende Waldbrandgefahr. • Mit Hilfe der Phanologie¨ konnten viele der mit Messtechnik gewonnen Trendaussagen verifiziert werden. Im Rahmen des Verfahrens entstand ein umfangreicher Katalog an Auswer- tungen in Form von Dateien und Grafiken, die den Nutzern zur Weiterbearbei- tung und Auswertung zur Verfugung¨ gestellt werden. Abschnitt 0 Inhaltsverzeichnis 1 Kontext und Uberblick¨ 1 1.1 Kontext..................................1 1.2 Motivation und Strukturierung des Projekts.............3 1.3 Vorstellung der Ziele..........................3 1.4 Vorstellung der Spezifika........................4 1.5 Ablauf des Projekts...........................4 1.5.1 Vorbereitung der Datengrundlage fur¨ das Vorhaben (AP 1)5 1.5.2 Auswertung meteorologischer Standardgroßen¨ (AP 2)..5 1.5.3 Berechnung und Auswertung abgeleiteter komplexer Kli- magroßen¨ fur¨ Tageswerte (AP 3)...............6 1.5.4 Extreme Witterungsereignisse (AP 4)............6 1.5.5 Aufbereitung von Stundendaten (AP 5)...........7 1.5.6 Auswertung agrarmeteorologischer Daten (AP 6).....7 1.5.7 Auswertung phanologischer¨ Daten (AP 7).........7 1.6 Bezug zu anderen Studien.......................8 2 Datenquellen9 2.1 Vorbemerkungen............................9 2.1.1 Klimadaten in taglicher¨ Auflosung¨ ..............9 2.1.2 Klimadaten in stundlicher¨ Auflosung¨ ............9 2.1.3 Stationsdaten aus der so genannten agrarmeteorologi- schen Datenbank........................ 10 2.1.4 Phanologische¨ Daten...................... 10 2.1.5 Reanalysedaten......................... 11 2.1.6 Meteorologische Messdaten an den Stationen des Luftuberwachungssystems¨ Sachsen-Anhalt (LUSA)¨ .... 11 2.1.7 Historische Zeitreihen..................... 12 2.1.8 Lange Niederschlagsreihen in hoher Auflosung¨ aus dem Projekt KOSTRA........................ 12 2.1.9 Wind-korrigierte Niederschlagsdaten............ 12 2.2 Spezifika und Nutzbarkeit der Datenquellen............ 12 2.2.1 Stufe 1: Minimalanforderungen bezuglich¨ Lange¨ der Kli- madatenreihen und Lucken¨ in den Klimadatenreihen... 14 I Inhaltsverzeichnis 2.2.2 Stufe 2: Qualitatskontrolle¨ der gemessenen Werte..... 14 2.2.3 Stufe 3: Zusatzliche¨ Vollstandigkeitskriterien¨ bei der Ag- gregierung von Tages- zu Monatswerten.......... 14 3 Eingesetzte Methodik 15 3.1 Zusammenhang zwischen Datenverfugbarkeit¨ und Vielfalt der Ergebnisse................................ 15 3.2 Meteorologische Standardgroßen¨ und ihre Messung oder Berech- nung................................... 15 3.3 Klimaindikatoren, abgeleitete Parameter und ihre Berechnung.. 16 3.4 Trends und die Beurteilung ihrer Signifikanz............ 16 4 Ergebnisse 19 4.1 Potenzieller und tatsachlicher¨ Datenbestand – AP 1........ 19 4.1.1 Klimaparameter......................... 19 4.1.2 Phanologische¨ Parameter................... 23 4.2 Analyse von meteorologischen Standardgroßen¨ .......... 24 4.2.1 Lufttemperatur......................... 24 4.2.2 Niederschlag.......................... 35 4.2.3 Relative Feuchte........................ 40 4.2.4 Sonnenscheindauer....................... 41 4.2.5 Bedeckungsgrad........................ 43 4.2.6 Windgeschwindigkeit..................... 44 4.2.7 Windrichtung.......................... 47 4.2.8 Meteorologische Messreihen des LUSA¨ ........... 49 4.3 Klima-Entwicklungen aus abgeleiteten Klimagroßen¨ – AP 3... 52 4.3.1 Indikatoren zu Temperaturveranderungen¨ ......... 52 4.3.2 Indikatoren zu Niederschlagsveranderungen¨ ........ 58 4.3.3 Indikatoren zu Veranderungen¨